激光拉曼光谱技术在食品科学中的应用

众所周知,大多数生物样品在可见光照射下会产生很强的荧光,使得常规的拉曼光谱很难进行有效的测试。但是，一些新技术的引进使这一状况大为改观。如应用表面增强拉曼光谱(SERS) 可以使目标分析物的散射效率增强一百万倍,检出限直逼单个分子。尤其是傅立叶变换拉曼光谱,采用近红外的激光光源激发,很大程度上消除了荧光的干扰,为其在食品科学和食品工业领域的应用开辟了广阔的道路。

激光拉曼光谱技术，近年来在食品科学领域的应用主要包括食品质量检测(果蔬农药残留的检测、肉类产品质量检测、伪劣食品鉴定) 、食物蛋白的研究以及食品加工监控等方面，不仅能够判别食品的真伪程度、掺杂情况,而且还能预测食品的档次,甚至可以检测出食品中可能存在的微量有毒物质以及食品的变质状况。

通过食物蛋白的研究,获取关于食物蛋白结构的信息,同时可以研究食品加工条件下对食物蛋白的影响。此外,将拉曼光谱应用于食品加工生产线,可望实现实时监控。

1. 1　食品质量检测

作为一种无需样品前处理、灵敏度相对较高、分析测试快速便捷的绿色光谱技术,激光拉曼光谱技术能够测量分子的振动及其化学结构,可以有效地反映单一或混合体系的结构特征,因此，随着这方面研究的深入,激光拉曼光谱技术在食品质量检测中的优势便日益突显出来。

1. 2　果蔬农药残留的检测

目前,激光拉曼光谱技术已经成功地用于测试和鉴别多种类型的农药样品。并且无论在农药浓度测定的精确度和灵敏度方面都达到了较高的水平。加之,用它鉴定农药残留不受湿润环境的限制,对样品无损坏,而且分析测试快速便捷,使拉曼光谱技术成为现代市场农药检测新技术开发中很有应用前景的光谱技术。 国外有人报道利用表面增强拉曼光谱可对水果中几种常见农药的残留进行鉴定。水果表面先喷洒微量农药。待其干后,用棉签搽拭水果表面,并将棉签浸泡于甲醇溶液中提取残留物,测试表面增强拉曼光谱。该方法充分地利用了拉曼光谱对农药测试较高的灵敏度,不仅可以检测出单种农药残留 ,而且还能显示出两种农药混合的残留状况(如图1所示) 。此外,对于果肉果汁内部的农药残留检测,灵敏度也很高 。

国内研究人员则采用激发波长为1064 nm 的近红外傅立叶变换拉曼光谱仪对一些水果表面的农药进行测试。表面滴加农药的水果,其拉曼光谱与水果本身的拉曼光谱不同,谱线上出现了所滴农药的特征谱线(如图2所示) 。而同一种水果表面分别滴上不同种类的农药后,所得到的拉曼谱也有很明显的差异,各种农药的特征峰都能显示出来。由于实验中模拟农药喷洒的方式比实际喷洒时的农药量少得多,尽管如此,农药的残留仍然清晰地显示出来,这表明这一方法是灵敏而适用的。

1. 3　伪劣食品鉴定

应用激光拉曼光谱技术能够实现伪劣食品的快速、灵敏和无损鉴定。目前这方面的应用主要包括酒类的鉴定(如以次充好、勾兑工业酒精、甲醇等) 、食用油的检测、蜂蜜掺杂的鉴定以及变质食品的鉴定等方面。

酒类的鉴定

当前市场上的名酒品种繁多,酿造方法各异,传统的品尝的方法已经不能适应酒质优劣鉴定的需要。现已查明[ 17 ] ,优质白酒中所含香味成分达136 种,其中被定量分析的有108 种,包括39种有机酸, 26 种醇, 18 种羰基化合物等。这些微量芳香成分含量甚微,总量不超过1 % ,但它们之间数量和比例的变化却形成了风格和质量各异的白酒。通过测试和分析各种已知白酒的拉曼光谱,可以为酒类品质的鉴定提供参考。

研究发现分析市售酿造酒的拉曼光谱,发现这些酿造酒的谱带主要包括:醇类的主结构带, 1680 cm-1附近的羧酸带,1740 cm-1附近的酯带,以及2000 cm-1～2700 cm-1区域四个部分。而且各种类型的酿造酒因所含酒曲成分的差异表现出不同的光谱特征。特别是名酒比之于一般品种的白酒,酯的拉曼表现要明显。为了找出酒曲复杂拉曼谱带的共性,同时测试分析了无水乙醇的拉曼光谱,并与部分试样的拉曼谱带作了对比。提出1700 cm-1附近的拉曼谱带可以作为酿造酒中羧酸存在的依据,而1740 cm-1附近的谱带则应该作为酯类存在的依据。因此,可通过判定曲酒中酯类、酸类的存在来鉴定酒质的优劣。

国内研究人员对乙醇、甲醇、工业酒精及食用白酒作了拉曼光谱分析。分析得知,甲醇与其它三者具有不同的振动光谱,因而可以检测食用酒精中的甲醇。同时发现,虽然工业酒精的结构谱图中强特征峰2882 cm-1, 2927 cm-1, 2970 cm-1与乙醇吻合得很好,但是明显可以看出工业酒精杂质含量比较多,故整个谱线没有乙醇、白酒谱线光滑清晰。此外,在指定的组分前提下,通过比较水峰和乙醇光谱最高峰还能测定酒精度数,而且方便快捷。

国内研究人员还研究了甲醇、乙醇混合液的激光拉曼光谱。他依据混合液中甲醇含量增加引起的拉曼光谱形貌变化的规律,给出了标志甲醇存在的光谱特征。研究发现,在高波数区域, 2823 cm-1的存在及其相对强度可以作为检测甲醇存在和含量的依据。同时将1078cm-1和1254 cm-1的强度作为这一判定的佐证。该方法对于鉴别假酒具有一定的实用价值

 

2　前景展望定

民以食为天,食品工业在国民经济中占据着举足轻重的地位。为此,利用现代化的技术手段更好地为这些部门服务已经成为当务之急。但就目前情况来看,传统的技术在很大程度上已经难以适应市场经济高速发展的需要。

激光拉曼光谱技术是一种无需样品前处理、灵敏度相对较高、分析测试快速便捷的绿色光谱技术,在食品工业等领域中具有广阔的应用前景。 广州明美光电主营显微镜、显微光谱等产品，针对各种应用需求，我司有相应解决方案，欲需了解详情，欢迎来电来电咨询。