近紅外光譜技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用

◎ 莫嘉琪

（廣州檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000）

紅外光譜分析技術(shù)在20世紀(jì)90年代末期就已經(jīng)初步得到了應(yīng)用，在這一高速發(fā)展的大時(shí)代背景下，人們又逐步研發(fā)了新型和走向現(xiàn)代化的通用紅外光譜分析技術(shù)。近紅外無(wú)線光譜分析技術(shù)（Near Infrared Spectrometry，NIR）因其自身具有的高確定性、定量且迅速有效地準(zhǔn)確識(shí)別和檢測(cè)分析各種危害有機(jī)物而一直以來(lái)備受各個(gè)領(lǐng)域青睞。目前，近紅外無(wú)線光譜分析技術(shù)在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)有了較為重要且無(wú)法替代的作用，特別是在食品檢測(cè)領(lǐng)域，近紅外光譜分析等新技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮了十分重要的研究意義和指導(dǎo)作用。近紅外光譜技術(shù)比傳統(tǒng)的工業(yè)食品質(zhì)量安全檢測(cè)分析方法更加環(huán)保，同時(shí)也使食品檢測(cè)工作效率更快，準(zhǔn)確度也更高[1-4]。

1 紅外光譜技術(shù)的原理

當(dāng)一個(gè)連續(xù)波長(zhǎng)的發(fā)射紅外光經(jīng)過(guò)一個(gè)基態(tài)振動(dòng)物質(zhì)時(shí)，該基態(tài)振動(dòng)物質(zhì)的化學(xué)分子中一個(gè)分子振動(dòng)速度頻率或其基團(tuán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度頻率能量可以連續(xù)保持不變，即其分子振動(dòng)速度頻率或其基團(tuán)轉(zhuǎn)動(dòng)速度頻率能量可以一直保持與一波紅外光的分子振動(dòng)速度頻率或其轉(zhuǎn)動(dòng)速度頻率相同，該基態(tài)振動(dòng)物質(zhì)可以從原先的基態(tài)振動(dòng)物質(zhì)能量等級(jí)向更高的基態(tài)振動(dòng)物質(zhì)能量等級(jí)方向進(jìn)行連續(xù)過(guò)渡。這些物質(zhì)分子在接受近紅外線的高速輻射后，發(fā)生了電子振動(dòng)和能量轉(zhuǎn)移后的能量超級(jí)躍遷，此時(shí)在這個(gè)特定波長(zhǎng)上的紅外光分子可以直接作為其他物質(zhì)分子進(jìn)行輻射吸收。因此，紅外光學(xué)色譜實(shí)際上就是一種可以依靠觀測(cè)分子內(nèi)部各個(gè)原子之間的相對(duì)速度和反向旋轉(zhuǎn)等光學(xué)信息而準(zhǔn)確地快速識(shí)別并實(shí)時(shí)進(jìn)行光譜分析的方法[5]。

2 紅外光譜技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)分析精度高

在過(guò)去的一些食品質(zhì)量檢測(cè)中，由于技術(shù)的落后，往往都需要在食物檢測(cè)之前對(duì)其進(jìn)行一次預(yù)處理，然后才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行檢測(cè)。而運(yùn)用紅外線光譜技術(shù)后，不僅無(wú)須根據(jù)需求對(duì)食物進(jìn)行預(yù)處理，還大大減少了對(duì)食物的檢測(cè)工作量。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸速度高

近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用的是紅外光，其特征之一就是可以在各種光導(dǎo)材料和纖維中進(jìn)行傳導(dǎo)，對(duì)今后的多傳輸途徑和通道發(fā)展起著非常重要的作用。近紅外光譜器還具有測(cè)試頻率快的主要技術(shù)特點(diǎn)，這就是由于近紅外光在電子和半導(dǎo)體纖維中的傳輸特性和信號(hào)穩(wěn)定等級(jí)優(yōu)異的主要技術(shù)特點(diǎn)，因此在對(duì)近紅外光譜器材材料進(jìn)行測(cè)量和分析時(shí)，可以考慮采用一種多通道檢測(cè)的技術(shù)，有利于減少和縮短對(duì)其材料進(jìn)行光譜分析時(shí)的檢測(cè)和工作周期。

2.3 節(jié)能環(huán)保

紅外光使得人們可以直接觀察被檢測(cè)的食品，不但避免了許多煩雜的步驟，節(jié)約了資源，還不會(huì)對(duì)外部環(huán)境造成任何影響，環(huán)保特點(diǎn)也十分凸顯，符合當(dāng)前我國(guó)綠色環(huán)保發(fā)展的要求。

2.4 范圍大

目前用來(lái)測(cè)試的樣本體積寬、形式廣、應(yīng)用范圍強(qiáng)、環(huán)境要求較低。在應(yīng)用近紅外光譜分析儀檢測(cè)樣品質(zhì)量時(shí)，其對(duì)于樣品的各種物理和結(jié)構(gòu)沒(méi)有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，對(duì)于樣品的液態(tài)、固體、膠狀、半固體等都是可以使用測(cè)樣儀器具來(lái)進(jìn)行直接的測(cè)量，這種檢測(cè)方法有效地簡(jiǎn)化了檢測(cè)的步驟，對(duì)提高食品與醫(yī)療藥品的制造工藝和效率也會(huì)有很好的促進(jìn)作用。

2.5 紅外光譜法技術(shù)的缺點(diǎn)

紅外光譜法技術(shù)的缺點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：紅外光譜法在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)很有可能會(huì)產(chǎn)生較為復(fù)雜的光譜圖，辨認(rèn)困難和復(fù)雜性較大；紅外線光譜法技術(shù)靈敏性不高。

3 近紅外光譜技術(shù)在食品中微生物檢測(cè)的作用

紅外光譜不僅可以直接準(zhǔn)確反映一個(gè)個(gè)體微生物的大小和分子結(jié)構(gòu)信息，而且它還可以直接對(duì)各個(gè)生物分子中的基團(tuán)和它們所處的環(huán)境做出精確探測(cè)。通過(guò)快速測(cè)定不同種類微生物的近場(chǎng)和紅外光譜，能快速獲得微生物種類和大分子結(jié)構(gòu)等的相關(guān)化學(xué)信息，來(lái)幫助識(shí)別和準(zhǔn)確鑒定各種微生物的化學(xué)性質(zhì)與生長(zhǎng)狀態(tài)。找出不同的種類微生物特征圖譜間的細(xì)微和區(qū)域特征差異，確定不同種類微生物的表征特性圖像譜峰和特征圖像帶，為采用大規(guī)模的生物篩選科學(xué)方法對(duì)細(xì)菌、酵母菌和其他有害菌類微生物進(jìn)行特性識(shí)別、分類、鑒定和檢測(cè)提供了科學(xué)依據(jù)。

如有些廠家在發(fā)現(xiàn)食品產(chǎn)生了變質(zhì)后，又將其經(jīng)過(guò)了處理再次生產(chǎn)和銷售，此時(shí)可利用紅外光譜技術(shù)通過(guò)檢測(cè)分子與原子之間細(xì)小的差異來(lái)識(shí)別變質(zhì)食品。同時(shí)近紅外光譜技術(shù)在對(duì)于混合料以及純化劑的檢驗(yàn)中也有著廣泛的應(yīng)用。使用紅外光譜檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)被檢測(cè)物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上以及元素含量上的改變進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也可以通過(guò)微小的分子差異對(duì)純化物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。在對(duì)各種混合料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于它們本身的結(jié)構(gòu)和組成以及材料成分是很復(fù)雜的，因此直接通過(guò)對(duì)各種紅外線光譜涂層之間的差距進(jìn)行觀測(cè)并不能對(duì)其結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，這時(shí)就要借助于一些相對(duì)來(lái)說(shuō)更加強(qiáng)大的檢測(cè)技術(shù)或者其他手段[7-8]。

隨著國(guó)家信息化管理的不斷發(fā)展，食品安全管理方面的問(wèn)題也愈加突出，這些熱點(diǎn)問(wèn)題也已經(jīng)得到我國(guó)社會(huì)各界的高度關(guān)注，食品質(zhì)量的優(yōu)劣及其性能好壞將會(huì)直接影響我國(guó)人們的身體健康，因此，尋找一種完整的、能夠?qū)Ω黝愂称焚|(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行迅速、無(wú)損耗的檢查技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一項(xiàng)迫切要求。近紅外光譜含量分析檢測(cè)技術(shù)目前己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)各種調(diào)和油、食用油中飽和脂肪酸及主要營(yíng)養(yǎng)成分的含量測(cè)定，有效確保食用油的質(zhì)量安全，杜絕低劣食用油品和地溝油食用產(chǎn)生的安全問(wèn)題。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)可以快速、便捷地對(duì)嬰幼兒正常生活所需要的各種食品主要成分進(jìn)行檢測(cè)，如對(duì)奶粉中大豆蛋白和其他植物淀粉等食品添加劑的使用情況可以進(jìn)行定量的光譜分析和測(cè)定。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)除了能夠進(jìn)行快速定量的檢查之外，還能夠?qū)π迈r食用水果中的果糖、蔗糖、可溶性固形物和其他化學(xué)殘留物等物質(zhì)進(jìn)行定量分析，對(duì)新鮮果實(shí)的不同品種、果實(shí)成熟度、存在各種病蟲害的第3次果和第二破壞果實(shí)等進(jìn)行不確定性分析辨認(rèn)。對(duì)于在日常生活中常見(jiàn)的各種肉類食物，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)也可以針對(duì)品質(zhì)、新鮮度、營(yíng)養(yǎng)情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前我國(guó)的食品質(zhì)量安全問(wèn)題已經(jīng)十分嚴(yán)峻，人們?cè)絹?lái)越重視食品安全的檢測(cè)，利用近紅外線光譜等技術(shù)可以精準(zhǔn)地檢測(cè)出各種食物中所含的有害化學(xué)成分或農(nóng)藥殘留，最大程度地保障食品安全，把食物對(duì)人體健康產(chǎn)生的損失降至最低。近紅外光譜技術(shù)是一種先進(jìn)的光譜分析技術(shù)，在食物領(lǐng)域的應(yīng)用范圍廣，雖然可以高效、快捷和不受污染地檢測(cè)食物，但仍然存在某些限制。隨著現(xiàn)代信息科技的迅猛發(fā)展，人們將研究開發(fā)出更好的光譜分析和微生物化學(xué)檢測(cè)處理技術(shù)應(yīng)用于食品安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，以保障食品行業(yè)的健康和持續(xù)發(fā)展。