拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用

黄旻捷 刘文冰 任桂友 杨婷

摘 要：近几年，食品安全问题愈加引起人们的关注，在食品安全检测过程中，拉曼光谱技术具有操作简单、方便等特点，被各企业广泛应用。基于此，本文提出了将拉曼光谱技术应用在食品质量安全检测中的成分检测、农药残留检测、技术创新方面，以加强拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用，提高食品安全。

关键词：拉曼光谱技术;食品质量安全检测;荧光背景

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

中圖分类号：TS207.3

随着社会经济的发展，人们所食用的食物愈加丰富，其成分、品种具有较大的差异性，现如今，人们越来越重视食品的安全性，在食品安全检测过程中，拉曼光谱技术能够检测出食物中的杀虫剂、含油量等，但仍需要技术人员深入研究，提高拉曼光谱技术在食品检测中的有效性。

1 拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的关键技术

1.1 荧光背景的扣除

拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的主要干扰因素是荧光，容易对有效信息的提取产生不利影响，所以工作人员需要在分析数据时，要将荧光背景扣除，主要有两种扣除途径：

（1）改进实验仪器性能。比如，技术人员可以更换光源，运用长波长，以达到降低荧光背景的目的[1]。

（2）利用化学计量学，扣除Raman荧光背景。主要有以下3种常用的背景扣除算法：①手动线性背景拟合。这种方法指工作人员手动在光谱背景中选择点，运用线性背景拟合得出光谱背景，运用原始光谱去除拟合出的背景，从而得到光谱，这种方法具有耗时久、容易由人工操作导致误差的弊端。②不对称最小二乘法。通过结合最小二乘和不对称加权的方式，进行背景拟合，这种方法具有操作简单、得出结果迅速、数据完整的特点，但是，如果峰高不明显、面积较小，所得出的数据与现实值会有差异。③baseline Wavelet背景扣除法。需要工作人员确定峰的位置，运用以墨西哥帽小波为母函数的连续小波模式匹配法，运用以Haar小波为母函数得连续小波求导方法，确定峰值的起始位置，再运用惩罚最小二乘拟合出平滑可调背景即可。

1.2 热效应的消除

在食品安全检测过程中，运用拉曼光谱技术时，激光照射时间较长，容易导致物质发热，致使测试样品被毁，所以需要避免热效应的产生，确保拉曼光谱技术的准确性。主要有两种解决方法：①降低激发光源的功率，在监测过程中避免出现热效应，进而保护样品的完整性，但是降低了激发光源的功率，会影响拉曼光谱信号，难以完成食品质量安全监测工作。

②使用低温测样附件。此方法还可缩短样品的扫描积分时间，是食品质量安全过程中最常使用的抑制热效应的方法[2]。例如，王玉等分析了拉曼光谱仪在原辅料药物的定性鉴别、打假检验、非法添加物的检测、制剂的快速鉴别及晶型鉴别等方面的应用，提出激发光功率大小的设置还必须考虑到样品被照射点的光吸收和热传导性质[3]。一般情况下，对黑色强吸收物质来说，几个微瓦的功率就足以产生热效应导致相变，而无色透明材料可以承受1 W的功率而不出现热效应。

1.3 拉曼标准谱图图库的建立

工作人员运用拉曼谱图可以获得偏振、峰宽、谱峰强度等信息，目前存在谱图库无法及时更新、无法共享的问题。需要工作人员将有线和无线网络运用到其中，促进拉曼光谱技术的发展。以奥谱天成1 064 nm

手持式拉曼光谱仪ATR6600为例，其是一款超荧光抑制的1 064 nm手持拉曼光谱仪。基于1 064 nm激发光本身的超高荧光抑制效果，适合于高荧光产品的检测。ATR6600整机尺寸极小，重量不到1 kg，极大地突破了1 064 nm手持式拉曼光谱仪的重量极限，首次低于1 kg，在此之前，世界上最轻的1 064 nm手持式拉曼光谱仪为1.5 kg。ATR6600内置优秀的拉曼光谱识别算法，可对物质进行无差别检测，轻松识别物质，同时可以添加用户自己的谱图数据。采用Android系统，界面简单明了，配备5.5英寸高清屏幕，采用高清双摄像头（1 300万+800万），可随时记录检测现场，内置WiFi、蓝牙、GPS等模块，简单而智能。

2 食品质量安全检测中拉曼光谱技术的运用

2.1 成分检测

食物具有种类丰富的特点，其中的主要营养成分有糖分、油脂、蛋白质等，传统的食品检测法具有操作过程繁琐、需要运用化学药品等弊端，运用拉曼光谱技术能够克服这些缺点。例如，在第十七届北京分析测试学术报告会暨展览会学术报告会中。王静发表讲话：目前，已有的食品安全标准包括国家标准、行业标准、地方标准、企业标准和团体标准，食品检测方法多样，其中拉曼光谱法能够根据上述标准对食物进行检测，其特点如下：①集采样、萃取、净化、富集、预分离和进样于一身。②能适应复杂介质、痕量成分、特殊性质成分分析的要求。③操作步骤少，从而降低了企业成本，提高了检测效率。④减少甚至不用有机溶剂—环保绿色。⑤实现了在线、自动化和小型化。

2.2 农药残留检测

农药残留污染是人们在食品安全中最关注的问题，并且农药的种类丰富，不同种类的农药分子结构存在差异，工作人员可以利用拉曼光谱技术对农药的差异性进行识别，从而根据农药的特征峰，检测农药种类，具有快速、准确等特点[4]。例如，同方威视技术股份有限公司的RT5000食品安全检测仪当属食品质量安全检測仪明星产品中的亮点。该仪器是一款食品安全现场快速检测设备，结合表面增强拉曼光谱技术、线性定量模型以及混合物识别算法，专注于提供非定向痕量筛查的食品安全快速分析方案。RT5000食品安全检测仪可检测农药残留、非食用化学物质、易滥用食品添加剂、兽药残留、保健品非法添加和有毒有害物质6大类100余种物质[5]。同时，还可将食品安全检测结果数据化，将检测数据实时保存，避免数据丢失、造假等情况。如果对数据有异议，可以随时调取数据，实现了检测全程可溯源。

2.3 创新技术

目前，食品安全问题已经对消费者的健康乃至生命安全产生了威胁，导致人们对食物产生了信任危机，影响了生产企业的发展，给其造成了严重的经济损失，现如今食品安全检测技术日新月异，技术人员应跟上时代的发展，学习先进技术，提高拉曼光谱技术在食品检测中的作用[6]。例如，南京简智仪器设备有限公司研发团队在差分拉曼光谱上进行了3年以上的深入研究，通过不断的研究实验，在自主研发并迭代优化了多波长集成化激光光源、光路系统和高分辨率接收系统的基础上，创新性的采用BP神经网络技术，基于任意函数可以被一个有三层单元的网络以任意精度逼近（Cybenko1988）这一原理，通过迭代最优解的方式，同时完成差分、对齐和基线矫正。实验经过几十次迭代（用时0.2 s），可以准确分离差分信号和基线偏差。通过不断的努力，简智仪器已在这一领域取得了突破性进展，于2019年5月发布了国内首款便携式差分拉曼光谱仪SERDS Portable-BASE，该设备具有抗干扰、抗噪声的优点，大幅提高了系统整体的检测灵敏度和信噪比，在保证准确性的前提下，可大幅降低光源功率。

3 结语

综上所述，拉曼光谱技术在食品安全检测中具有重要作用，其关键技术有荧光背景扣除、热效应消除等，需要技术人员加以研究，充分发挥拉曼光谱技术操作简便、灵敏度高等优点，为食品检测人员提供食物成分的相关信息，促进食品检测技术向低成本、高精准度等方面发展。

参考文献：

[1]王春和.拉曼光谱技术在农产品质量安全检测中的应用[J].农业开发与装备，2019（3）：79.

[2]徐秋艳.拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用[J].食品安全导刊，2018（36）：88.

[3]王 玉，李忠红，张正行，等.拉曼光谱在药物分析中的应用[J].药学学报，2004，39（9）：764-768.

[4]宋 佳，乔 玲，朱毛毛，等.拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用[J].食品安全导刊，2018（33）：123.

[5]王闽辉.质量体系在食品检验实验室管理中的作用[J].中国标准化，2019（12）：152-153.

[6]王立槐.浅谈化学技术在食品安全检测中的有效运用[J].化工管理，2019（18）：94-95.