激光拉曼光譜技術(shù)在食品科學(xué)中的應用

眾所周知,大多數生物樣品在可見(jiàn)光照射下會(huì )產(chǎn)生很強的熒光,使得常規的拉曼光譜很難進(jìn)行有效的測試。但是，一些新技術(shù)的引進(jìn)使這一狀況大為改觀(guān)。如應用表面增強拉曼光譜(SERS) 可以使目標分析物的散射效率增強一百萬(wàn)倍,檢出限直逼單個(gè)分子。尤其是傅立葉變換拉曼光譜,采用近紅外的激光光源激發(fā),很大程度上消除了熒光的干擾,為其在食品科學(xué)和食品工業(yè)領(lǐng)域的應用開(kāi)辟了廣闊的道路。

激光拉曼光譜技術(shù)，近年來(lái)在食品科學(xué)領(lǐng)域的應用主要包括食品質(zhì)量檢測(果蔬農藥殘留的檢測、肉類(lèi)產(chǎn)品質(zhì)量檢測、偽劣食品鑒定) 、食物蛋白的研究以及食品加工監控等方面，不僅能夠判別食品的真偽程度、摻雜情況,而且還能預測食品的檔次,甚至可以檢測出食品中可能存在的微量有毒物質(zhì)以及食品的變質(zhì)狀況。

通過(guò)食物蛋白的研究,獲取關(guān)于食物蛋白結構的信息,同時(shí)可以研究食品加工條件下對食物蛋白的影響。此外,將拉曼光譜應用于食品加工生產(chǎn)線(xiàn),可望實(shí)現實(shí)時(shí)監控。

1. 1　食品質(zhì)量檢測

作為一種無(wú)需樣品前處理、靈敏度相對較高、分析測試快速便捷的綠色光譜技術(shù),激光拉曼光譜技術(shù)能夠測量分子的振動(dòng)及其化學(xué)結構,可以有效地反映單一或混合體系的結構特征,因此，隨著(zhù)這方面研究的深入,激光拉曼光譜技術(shù)在食品質(zhì)量檢測中的優(yōu)勢便日益突顯出來(lái)。

1. 2　果蔬農藥殘留的檢測

目前,激光拉曼光譜技術(shù)已經(jīng)成功地用于測試和鑒別多種類(lèi)型的農藥樣品。并且無(wú)論在農藥濃度測定的精確度和靈敏度方面都達到了較高的水平。加之,用它鑒定農藥殘留不受濕潤環(huán)境的限制,對樣品無(wú)損壞,而且分析測試快速便捷,使拉曼光譜技術(shù)成為現代市場(chǎng)農藥檢測新技術(shù)開(kāi)發(fā)中很有應用前景的光譜技術(shù)。 國外有人報道利用表面增強拉曼光譜可對水果中幾種常見(jiàn)農藥的殘留進(jìn)行鑒定。水果表面先噴灑微量農藥。待其干后,用棉簽搽拭水果表面,并將棉簽浸泡于甲醇溶液中提取殘留物,測試表面增強拉曼光譜。該方法充分地利用了拉曼光譜對農藥測試較高的靈敏度,不僅可以檢測出單種農藥殘留 ,而且還能顯示出兩種農藥混合的殘留狀況(如圖1所示) 。此外,對于果肉果汁內部的農藥殘留檢測,靈敏度也很高 。

國內研究人員則采用激發(fā)波長(cháng)為1064 nm 的近紅外傅立葉變換拉曼光譜儀對一些水果表面的農藥進(jìn)行測試。表面滴加農藥的水果,其拉曼光譜與水果本身的拉曼光譜不同,譜線(xiàn)上出現了所滴農藥的特征譜線(xiàn)(如圖2所示) 。而同一種水果表面分別滴上不同種類(lèi)的農藥后,所得到的拉曼譜也有很明顯的差異,各種農藥的特征峰都能顯示出來(lái)。由于實(shí)驗中模擬農藥噴灑的方式比實(shí)際噴灑時(shí)的農藥量少得多,盡管如此,農藥的殘留仍然清晰地顯示出來(lái),這表明這一方法是靈敏而適用的。

1. 3　偽劣食品鑒定

應用激光拉曼光譜技術(shù)能夠實(shí)現偽劣食品的快速、靈敏和無(wú)損鑒定。目前這方面的應用主要包括酒類(lèi)的鑒定(如以次充好、勾兌工業(yè)酒精、甲醇等) 、食用油的檢測、蜂蜜摻雜的鑒定以及變質(zhì)食品的鑒定等方面。

酒類(lèi)的鑒定

當前市場(chǎng)上的名酒品種繁多,釀造方法各異,傳統的品嘗的方法已經(jīng)不能適應酒質(zhì)優(yōu)劣鑒定的需要?，F已查明[ 17 ] ,優(yōu)質(zhì)白酒中所含香味成分達136 種,其中被定量分析的有108 種,包括39種有機酸, 26 種醇, 18 種羰基化合物等。這些微量芳香成分含量甚微,總量不超過(guò)1 % ,但它們之間數量和比例的變化卻形成了風(fēng)格和質(zhì)量各異的白酒。通過(guò)測試和分析各種已知白酒的拉曼光譜,可以為酒類(lèi)品質(zhì)的鑒定提供參考。

研究發(fā)現分析市售釀造酒的拉曼光譜,發(fā)現這些釀造酒的譜帶主要包括:醇類(lèi)的主結構帶, 1680 cm-1附近的羧酸帶,1740 cm-1附近的酯帶,以及2000 cm-1～2700 cm-1區域四個(gè)部分。而且各種類(lèi)型的釀造酒因所含酒曲成分的差異表現出不同的光譜特征。特別是名酒比之于一般品種的白酒,酯的拉曼表現要明顯。為了找出酒曲復雜拉曼譜帶的共性,同時(shí)測試分析了無(wú)水乙醇的拉曼光譜,并與部分試樣的拉曼譜帶作了對比。提出1700 cm-1附近的拉曼譜帶可以作為釀造酒中羧酸存在的依據,而1740 cm-1附近的譜帶則應該作為酯類(lèi)存在的依據。因此,可通過(guò)判定曲酒中酯類(lèi)、酸類(lèi)的存在來(lái)鑒定酒質(zhì)的優(yōu)劣。

國內研究人員對乙醇、甲醇、工業(yè)酒精及食用白酒作了拉曼光譜分析。分析得知,甲醇與其它三者具有不同的振動(dòng)光譜,因而可以檢測食用酒精中的甲醇。同時(shí)發(fā)現,雖然工業(yè)酒精的結構譜圖中強特征峰2882 cm-1, 2927 cm-1, 2970 cm-1與乙醇吻合得很好,但是明顯可以看出工業(yè)酒精雜質(zhì)含量比較多,故整個(gè)譜線(xiàn)沒(méi)有乙醇、白酒譜線(xiàn)光滑清晰。此外,在指定的組分前提下,通過(guò)比較水峰和乙醇光譜最高峰還能測定酒精度數,而且方便快捷。

國內研究人員還研究了甲醇、乙醇混合液的激光拉曼光譜。他依據混合液中甲醇含量增加引起的拉曼光譜形貌變化的規律,給出了標志甲醇存在的光譜特征。研究發(fā)現,在高波數區域, 2823 cm-1的存在及其相對強度可以作為檢測甲醇存在和含量的依據。同時(shí)將1078cm-1和1254 cm-1的強度作為這一判定的佐證。該方法對于鑒別假酒具有一定的實(shí)用價(jià)值

 

2　前景展望定

民以食為天,食品工業(yè)在國民經(jīng)濟中占據著(zhù)舉足輕重的地位。為此,利用現代化的技術(shù)手段更好地為這些部門(mén)服務(wù)已經(jīng)成為當務(wù)之急。但就目前情況來(lái)看,傳統的技術(shù)在很大程度上已經(jīng)難以適應市場(chǎng)經(jīng)濟高速發(fā)展的需要。

激光拉曼光譜技術(shù)是一種無(wú)需樣品前處理、靈敏度相對較高、分析測試快速便捷的綠色光譜技術(shù),在食品工業(yè)等領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景。 廣州明美光電主營(yíng)顯微鏡、顯微光譜等產(chǎn)品，針對各種應用需求，我司有相應解決方案，欲需了解詳情，歡迎來(lái)電來(lái)電咨詢(xún)。