拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的應用

黃旻捷 劉文冰 任桂友 楊婷

摘 要：近幾年，食品安全問題愈加引起人們的關注，在食品安全檢測過程中，拉曼光譜技術具有操作簡單、方便等特點，被各企業廣泛應用?；诖?，本文提出了將拉曼光譜技術應用在食品質量安全檢測中的成分檢測、農藥殘留檢測、技術創新方面，以加強拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的應用，提高食品安全。

關鍵詞：拉曼光譜技術;食品質量安全檢測;熒光背景

Abstract：In recent years， food safety issues have aroused more and more attention， in the process of food safety testing， Raman spectroscopy technology has a simple operation， such as the important role， is widely used by various enterprises. Based on this， this paper put forward three kinds of application of Raman spectrum technology in food quality and safety inspection： composition detection， detection of pesticide residues and innovative technology， so as to strengthen the application of Raman spectrum technology to improve food safety.

Key words：Raman spectroscopy; Food quality and safety inspection; Fluorescent background

中圖分類號：TS207.3

隨著社會經濟的發展，人們所食用的食物愈加豐富，其成分、品種具有較大的差異性，現如今，人們越來越重視食品的安全性，在食品安全檢測過程中，拉曼光譜技術能夠檢測出食物中的殺蟲劑、含油量等，但仍需要技術人員深入研究，提高拉曼光譜技術在食品檢測中的有效性。

1 拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的關鍵技術

1.1 熒光背景的扣除

拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的主要干擾因素是熒光，容易對有效信息的提取產生不利影響，所以工作人員需要在分析數據時，要將熒光背景扣除，主要有兩種扣除途徑：

（1）改進實驗儀器性能。比如，技術人員可以更換光源，運用長波長，以達到降低熒光背景的目的[1]。

（2）利用化學計量學，扣除Raman熒光背景。主要有以下3種常用的背景扣除算法：①手動線性背景擬合。這種方法指工作人員手動在光譜背景中選擇點，運用線性背景擬合得出光譜背景，運用原始光譜去除擬合出的背景，從而得到光譜，這種方法具有耗時久、容易由人工操作導致誤差的弊端。②不對稱最小二乘法。通過結合最小二乘和不對稱加權的方式，進行背景擬合，這種方法具有操作簡單、得出結果迅速、數據完整的特點，但是，如果峰高不明顯、面積較小，所得出的數據與現實值會有差異。③baseline Wavelet背景扣除法。需要工作人員確定峰的位置，運用以墨西哥帽小波為母函數的連續小波模式匹配法，運用以Haar小波為母函數得連續小波求導方法，確定峰值的起始位置，再運用懲罰最小二乘擬合出平滑可調背景即可。

1.2 熱效應的消除

在食品安全檢測過程中，運用拉曼光譜技術時，激光照射時間較長，容易導致物質發熱，致使測試樣品被毀，所以需要避免熱效應的產生，確保拉曼光譜技術的準確性。主要有兩種解決方法：①降低激發光源的功率，在監測過程中避免出現熱效應，進而保護樣品的完整性，但是降低了激發光源的功率，會影響拉曼光譜信號，難以完成食品質量安全監測工作。

②使用低溫測樣附件。此方法還可縮短樣品的掃描積分時間，是食品質量安全過程中最常使用的抑制熱效應的方法[2]。例如，王玉等分析了拉曼光譜儀在原輔料藥物的定性鑒別、打假檢驗、非法添加物的檢測、制劑的快速鑒別及晶型鑒別等方面的應用，提出激發光功率大小的設置還必須考慮到樣品被照射點的光吸收和熱傳導性質[3]。一般情況下，對黑色強吸收物質來說，幾個微瓦的功率就足以產生熱效應導致相變，而無色透明材料可以承受1 W的功率而不出現熱效應。

1.3 拉曼標準譜圖圖庫的建立

工作人員運用拉曼譜圖可以獲得偏振、峰寬、譜峰強度等信息，目前存在譜圖庫無法及時更新、無法共享的問題。需要工作人員將有線和無線網絡運用到其中，促進拉曼光譜技術的發展。以奧譜天成1 064 nm

手持式拉曼光譜儀ATR6600為例，其是一款超熒光抑制的1 064 nm手持拉曼光譜儀?；? 064 nm激發光本身的超高熒光抑制效果，適合于高熒光產品的檢測。ATR6600整機尺寸極小，重量不到1 kg，極大地突破了1 064 nm手持式拉曼光譜儀的重量極限，首次低于1 kg，在此之前，世界上最輕的1 064 nm手持式拉曼光譜儀為1.5 kg。ATR6600內置優秀的拉曼光譜識別算法，可對物質進行無差別檢測，輕松識別物質，同時可以添加用戶自己的譜圖數據。采用Android系統，界面簡單明了，配備5.5英寸高清屏幕，采用高清雙攝像頭（1 300萬+800萬），可隨時記錄檢測現場，內置WiFi、藍牙、GPS等模塊，簡單而智能。

2 食品質量安全檢測中拉曼光譜技術的運用

2.1 成分檢測

食物具有種類豐富的特點，其中的主要營養成分有糖分、油脂、蛋白質等，傳統的食品檢測法具有操作過程繁瑣、需要運用化學藥品等弊端，運用拉曼光譜技術能夠克服這些缺點。例如，在第十七屆北京分析測試學術報告會暨展覽會學術報告會中。王靜發表講話：目前，已有的食品安全標準包括國家標準、行業標準、地方標準、企業標準和團體標準，食品檢測方法多樣，其中拉曼光譜法能夠根據上述標準對食物進行檢測，其特點如下：①集采樣、萃取、凈化、富集、預分離和進樣于一身。②能適應復雜介質、痕量成分、特殊性質成分分析的要求。③操作步驟少，從而降低了企業成本，提高了檢測效率。④減少甚至不用有機溶劑—環保綠色。⑤實現了在線、自動化和小型化。

2.2 農藥殘留檢測

農藥殘留污染是人們在食品安全中最關注的問題，并且農藥的種類豐富，不同種類的農藥分子結構存在差異，工作人員可以利用拉曼光譜技術對農藥的差異性進行識別，從而根據農藥的特征峰，檢測農藥種類，具有快速、準確等特點[4]。例如，同方威視技術股份有限公司的RT5000食品安全檢測儀當屬食品質量安全檢測儀明星產品中的亮點。該儀器是一款食品安全現場快速檢測設備，結合表面增強拉曼光譜技術、線性定量模型以及混合物識別算法，專注于提供非定向痕量篩查的食品安全快速分析方案。RT5000食品安全檢測儀可檢測農藥殘留、非食用化學物質、易濫用食品添加劑、獸藥殘留、保健品非法添加和有毒有害物質6大類100余種物質[5]。同時，還可將食品安全檢測結果數據化，將檢測數據實時保存，避免數據丟失、造假等情況。如果對數據有異議，可以隨時調取數據，實現了檢測全程可溯源。

2.3 創新技術

目前，食品安全問題已經對消費者的健康乃至生命安全產生了威脅，導致人們對食物產生了信任危機，影響了生產企業的發展，給其造成了嚴重的經濟損失，現如今食品安全檢測技術日新月異，技術人員應跟上時代的發展，學習先進技術，提高拉曼光譜技術在食品檢測中的作用[6]。例如，南京簡智儀器設備有限公司研發團隊在差分拉曼光譜上進行了3年以上的深入研究，通過不斷的研究實驗，在自主研發并迭代優化了多波長集成化激光光源、光路系統和高分辨率接收系統的基礎上，創新性的采用BP神經網絡技術，基于任意函數可以被一個有三層單元的網絡以任意精度逼近（Cybenko1988）這一原理，通過迭代最優解的方式，同時完成差分、對齊和基線矯正。實驗經過幾十次迭代（用時0.2 s），可以準確分離差分信號和基線偏差。通過不斷的努力，簡智儀器已在這一領域取得了突破性進展，于2019年5月發布了國內首款便攜式差分拉曼光譜儀SERDS Portable-BASE，該設備具有抗干擾、抗噪聲的優點，大幅提高了系統整體的檢測靈敏度和信噪比，在保證準確性的前提下，可大幅降低光源功率。

3 結語

綜上所述，拉曼光譜技術在食品安全檢測中具有重要作用，其關鍵技術有熒光背景扣除、熱效應消除等，需要技術人員加以研究，充分發揮拉曼光譜技術操作簡便、靈敏度高等優點，為食品檢測人員提供食物成分的相關信息，促進食品檢測技術向低成本、高精準度等方面發展。

參考文獻：

[1]王春和.拉曼光譜技術在農產品質量安全檢測中的應用[J].農業開發與裝備，2019（3）：79.

[2]徐秋艷.拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的應用[J].食品安全導刊，2018（36）：88.

[3]王 玉，李忠紅，張正行，等.拉曼光譜在藥物分析中的應用[J].藥學學報，2004，39（9）：764-768.

[4]宋 佳，喬 玲，朱毛毛，等.拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的應用[J].食品安全導刊，2018（33）：123.

[5]王閩輝.質量體系在食品檢驗實驗室管理中的作用[J].中國標準化，2019（12）：152-153.

[6]王立槐.淺談化學技術在食品安全檢測中的有效運用[J].化工管理，2019（18）：94-95.