拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

　　【导读】拉曼光谱技术具有样品无需前处理、操作简便、时间短、灵敏度高等优点，可获得样品的物理化学及深层结构信息，已广泛应用于石油化工、生物医学、地质考古、刑事司法、宝石鉴定等领域。拉曼光谱对水等极性物质极其不敏感，在食品质量安全检侧方面同样具有良好的应用前景。

　　拉曼光谱技术（Raman spectroscopy）是一门基于拉曼散射效应而发展起来的光谱分析技术，体现的是分子的振动或转动信息，由于拉曼光谱技术与常规化学分析技术相比，具有无损、快速、环保、无需制备试样、无需消耗化学试剂、所需样品量少等特点，因而在石油化工、生物医学、地段考古、刑事司法、宝石鉴定等领域得以大力发展。

　　那么拉曼光谱技术在食品成分分析和农药残留检测中有哪些新研究进展呢？在食品质量安全检测中又有哪些关键技术呢？

　　 一、拉曼光谱技术原理及检测装置

　　拉曼光谱技术原理

　　拉曼光谱提供的是分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的信息，与红外光谱产生的机制不同，拉曼光谱是由于分子极化率变化诱导产生的，而红外光谱是由于分子偶极矩变化产生的。二者在分子结构的分析中相互补充。极性基团如C=O，N-H及O-H等具有很强的红外活性，而非极性基团如C=C，C-C，N=N及S-S等具有很强的拉曼活性。水分子具有强烈的红外吸收和弱的拉曼活性，因此拉曼光谱更适用于含水生物系统的分析。

　　拉曼光谱包含了谱线数目、位移大小和谐线强度等信息，这些信息与入射光的频率无关，只与被测物质的分子振动和转动能级有关，而每一种物质都有自己的特征拉曼光谱，因此通过所获得的拉曼光谱与数据库中的拉曼光谱进行比对，即可判定被测物质的组成。除此定性分析之外，还可根据光谱谱带的分析对被测物质进行结构分析，以及利用拉曼谱峰强度与被测物质浓度成正比的关系进行半定量分析。

　　拉曼光谱技术分类

　　随着拉曼光谱学以及激光技术的发展，拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术，已经发展了多种不同的分析技术，如傅里叶拉曼光谱（FT-Raman）、表面增强拉曼光谱（SERS）、激光共振拉曼光谱（RRS）、共焦显微拉曼光谱等。

　　 二、拉曼光谱技术在食品安全检测中的应用

　　拉曼光谱技术在食品成分检测中的应用

　　食品的种类十分丰富，其成分因品种不同而有所差异，但综合各种食品，其营养成分主要是糖分、油脂、蛋白质和维生素。常规的化学分析方法，如液相色谱法、气相色谱法等，操作步骤繁琐，消耗化学药品，需要制备试样，而拉曼光谱技术能够克服这些缺点，因此在食品成分的分析研究中得到广泛的应用。

　　通过拉曼谱图不仅可以定性分析被测物质所含成分的分子结构和各种基团之间的关系，还可以定量检测食品成分含量的大小。

　　糖分一般含有C-H，O-H，C=C，C-O等，虽然基团简单，却是大分子结构，存在许多同分异构体，所以分析相对困难。利用傅里叶拉曼光谱获得甘蔗糖，甜菜糖的拉曼光谱，采用偏最小二乘（PLS）和主成分回归（PCR）对掺杂在枫树糖浆中的甘蔗糖和甜菜糖含量进行建模，准确率达95%。

　　应用拉曼光谱可以检测植物的含油量、油份组成以及分析动物脂肪的结构等。此外，空间构型的研究是拉曼光谱在蛋白质和多肽的主要应用。通过分析蛋白质拉曼谱图的峰强信息以及特征峰位置，不但可以得到蛋白质分子的结构、肽链的骨架振动、而且可以获得侧链微环境的化学信息以及蛋白质受外界环境（温度、离子强度、pH等）的影响信息。

　　拉曼光谱在食品农药残留检测中的应用

　　随着社会的进步和人民生活水平的提高，食品安全已成为全球关注的热点话题，农药残留污染是制约食品营养与安全的首要因素之一。常规的检测方法拥有许多不足，专业性强、检测方法复杂，由于不同农药的分子结构不同，其振动谱也会不同，因此利用拉曼光谱来识别不同的农药是可行的。

　　应用拉曼光谱技术检测在粮食、蔬菜、水果中普遍使用的杀虫剂和杀菌剂，均有所进展。拉曼光谱在食品农残中的检测主要是指果蔬上的农残检测。拉曼光谱识别农药时必须先获得各种果蔬的拉曼光谱，然后测量各种标准农药的拉曼光谱，形成数据库和评判模型，这样就可识别喷有农药的果蔬拉曼光谱，从而检测出果蔬表面的农药含量。根据各种农药的特征峰，可以实时快速的区分各种农药及其在果蔬表面上的农残。

　　 三、拉曼光谱技术在食品安全检测中的关键技术

　　荧光背景的扣除

　　拉曼散射是相对比较弱的光散射，而在食品分析研究中，由于激光光源照射在样品时，有机分子易将吸收光子转化为荧光分子从而产生荧光效应，其强度大大超过拉曼光谱谱峰的强度，甚至可能完全覆盖整个拉曼光谱，因此减小和扣除荧光是顺利进行食品研究的关键技术之一。

　　热效应的消除

　　热效应是由于激光照射时间过长而引起的物质发热“烧焦”的现象。避免热效应对于获得样品真正的拉曼谱图意义重大，主要措施有：（1）降低激发光源的功率可以有效防止热效应的产生，但拉曼光谱信号强度会减弱。（2）使用低温测样附件，同时减少样品的扫描积分时间，也是常用的抑制热效应方法。

　　拉曼标准谱图图库的建立

　　拉曼谱图包含了拉曼特征峰的频率、峰位的变化、偏振、峰宽、谱峰强度、半宽高、退偏比和散射面积等信息，他们蕴含着丰富的食品成分、分子结构、化学键等信息。但是随着时代的发展，固定在仪器内部的谱图库无法及时更新，无法共享，难以满足食品数据快速变化的趋势，因此构建支持有线和无线网络传输的标准拉曼谱图库，是拉曼光谱技术能否进一步发展和推广的关键。

　　国产化便携式拉曼光谱仪的开发

　　我国食品行业高速发展，随之带来的食品质量安全检测也备受关注，然而进口拉曼光谱仪器高精密、功能完备，因而价格也相对昂贵。为适应我国食品行业的发展，实现国产化，数据无线上传和下载，面向食品无损检测的便携式拉曼光谱仪，是推进拉曼光谱技术在食品中应用的关键。