拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

　　近年来，拉曼光谱技术作为无损快速检测技术在食品行业中得到广泛应用。拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的一种分光技术。拉曼散射为一非弹性散射，通常用来做激发的激光范围为可见光、近红外光或者在近紫外光范围附近。激光与系统声子做交互作用，导致最后光子能量增加或减少，而由这些能量的变化可得知声子模式。这和红外光吸收光谱的基本原理相似，但两者所得到的数据结果是互补的。

　　食物的主要成分为蛋白质、脂质、碳水化合物、水和微量元素等。常规分析蛋白质的方法如高效液相色谱法、X 射线衍射法、质谱法和分光光度法等，都存在操作繁琐，处理样品复杂，样品被破坏的缺点。拉曼光谱分析技术能克服这些缺点。以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，其信号来源于分子的振动和转动，提供不同食物成分的信息，是测定固体和液体样品结构信息的有效方法之一。在对食品主要成分的结构与功能特性的变化测定上，拉曼光谱技术比传统化学方法具有更强的优势。通过拉曼谱图不仅可以定性分析被测物质所含成分的化学结构和化学键的变化，还可以定量检测食物某些成分的含量。

　　1、拉曼光谱对碳水化合物检测

　　以脐橙为例：应用激光拉曼光谱仪获取脐橙拉曼谱线，通过对拉曼谱线处理与分析得到预测脐橙果肉糖度的谱线特征值，并作为检测脐橙内部品质的指标。通过拉曼光谱对纤维低聚糖配糖键构象的分析，有助于更详细地了解纤维低聚糖的三维结构。通过拉曼光谱可测定聚糖单元糖基的环振动情况，相比红外光谱，有较强的特征吸收。

　　2、拉曼光谱对蛋白质检测

　　蛋白质作为大部分食品中的主要原料成分，是衡量食品品质、营养价值的重要指标之一。目前拉曼光谱技术已被应用于研究食品蛋白质， 它可以鉴定底物或化学键变化以及肉类加工中的蛋白结构。通过分析蛋白质拉曼谱图的特征峰位置、谱峰强度和谱峰面积， 不但可以得到蛋白质分子的振动信息、化学结构、化学键变化，还可以得到有侧链微环境的化学信息及其受各种理化因素如pH、温度等影响的信息。

　　3、拉曼光谱对脂类检测

　　随着傅里叶变换技术的出现，拉曼技术可以检测到植物油的脂肪酸组成， 含油量和动物脂肪的结构，有可能作为质量控制的快速筛选的方法。早在1972 年，激光拉曼就用于测定食用植物油里的顺式和反式异构体，它们的波数位移分别在1 656cm-1 和1 670 cm-1。同样，C=C 伸缩键对C-H 键引起的散射强度比， 证明与甘油三酯和游离植物油的碘值呈正相关。

　　4、拉曼光谱对水检测

　　水的研究可以应用红外光谱、拉曼光谱、X 射线等， 其中拉曼光谱技术可以表征水分子的振动特征及氢键结构。水分子的振动包括2 个O-H 伸缩键，其中对称的在3 220 cm-1 处，不对称的在3 400 cm-1 处。尽管鱼糜凝胶化时表观特征变化不明显，但是水分子的振动强度会降低。这种趋势缘于水中的弱氢键分子结构。

　　5、拉曼光谱对维生素检测

　　利用拉曼光谱技术可提供完整的维生素分子结构信息，并对其结构做进一步的描述和表征。列如通过测定维生素C 的傅里叶拉曼光谱，并对它的拉曼特征谱带进行初步的指认和归属；结合pH 值的变化探讨吸附作用的特点和规律。

　　拉曼光谱技术发展至今已有80 年的历史，自表面增强拉曼光谱和激光拉曼光谱技术出现以后，拉曼光谱技术在生物结构分析方面的应用得到快速发展。拉曼光谱技术具有分析速度快、无需预处理、不需破坏样品，灵敏度较高、样品浓度低，目前，已成为分析化学、生物学、药学的重要研究手段。

　　编辑点评

　　拉曼光谱在食品成分检测中的应用十分广泛，在牛乳中的三聚氰胺、粮食水果中的农药残留、水产品中孔雀石绿、辣椒中的苏丹红等食品安全检测中的应用效果都十分出众。随着光谱仪器以及光谱分析技术的不断发展，拉曼光谱在食品安全检测领域必将得到更为广泛的应用。