基于光谱的食品安全快速检测关键技术,本文是关于关键技术学术论文怎么写和食品安全和光谱和快速检测类大学毕业论文范文.
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食品安全问题屡屡发生,此问题受到社会民众的持续关注,问题产生的原因以及如何减少甚至杜绝此类现象的出现,是值得深思的问题.随着社会经济的快速发展,人民生活水平以及生活质量越来越高.各类食品充斥在民众周围,在有力地促进相关行业发展背后的同时却也间接带来了一些难以解决的、劣根性的问题.由于监管措施不够完善以及食品安全检测技术落后,“毒奶粉”“地沟油”与“毒缸豆”等多起恶性典型事故,给社会的稳定发展带来了负面影响,并且影响了民众生活的质量.食品安全问题频出且难以得到妥善解决,经过调查,总结消费者对食品安全问题的看法,如图1 所示
食品安全问题并不单单是经济发展的问题,其也反映出国内食品监督行业监管措施与体制的不完善.比如,相关部门对食品加工过程中的监管力度较小,食品安全检测技术与检测设备仪器落后,如果需要确保食品安全,就需要利用先进、高效的检测技术对食品进行快速检测.
传统的食品安全检测技术需要大量的时间,也比较高昂,处理步骤非常复杂,操作难度高.而且,许多检测手段都是接触式的,需要与食品接触才能有效采样,获得检测指标.在这个过程中,食品的质量有可能受到无法逆转的损害,并且检测时间较长,不利于流水线快速生产,降低了食品生产到出厂的速度,延长了工作周期.另外,一个较大的弊端在于传统食品安全检测技术的效果差,某种检测手段可能在实验室模拟外部环境的条件下或许能够取得不错的检测效果,但当该项技术被投入到工厂中的检测第一线时,却往往会因为复杂多变的生产环境而对检测结果产生不可预估、不可控制的影响,造成结果准确性较低.而随着检测技术的不断发展,许多新的检测技术应运而生.例如,光谱检测技术具有许多传统食品安全检测技术达不到的优点,比如简便、准确性高、稳定性强、效率高,逐渐成为现代食品安全快速检测技术.
与传统检测手段相比,光谱检测技术是一种高科技新兴技术,它克服了许多传统食品检测的缺点,比如可靠性强,只要是光谱检测技术得到的检测结果,准确率一般在90% 以上,远远超过传统食品检测手段的准确率；再比如,效率高,光谱食品检测技术需要的时间极短,恰好符合生产流水线的快速生产速度,这是传统手段不能够比拟的；另外,结果显示清晰,可以实现非接触检测,不会对食品自身质量与性质造成影响、损坏等[1].这些显而易见的优点使得光谱食品安全检测技术逐渐成为最受欢迎的检测手段之一.光谱检测技术是许多光谱技术的合称,虽然检测效果相较于传统的检测技术有较大的提升,但是不同的光谱检测技术却有不同的检测原理与常见的应用领域,比较常见的食品安全光谱快速检测手段有近红外光谱检测技术（near infrared spectroscopy detectiontechnology）、拉曼光谱检测技术（Raman spectroscopydetection technique）、荧光光谱检测技术（fluorescencespectrum detection technology）等,本文主要的研究目的就是介绍这几种不同的光谱检测技术的基本原理与检测特点,并简单介绍各种光谱检测技术手段的应用案例.
1 近红外光谱检测技术
1.1 近红外光谱检测原理
近红外光（NIR）是一种存在于可见光（VIS）和中红外光（IR）中间的电磁波,美国材料检测学会ASTM 给它下的定义是波长在780 ～ 2 526 nm、波数为12 820 ～ 3 959 cm-1 的光谱区间.近红外光谱反映的是有机物分子中单个化学键的基频振动的倍频及合频的重叠主导,所以利用该检测手段测量的目标一般为含氢基因H-X（C、N、O）的倍频与合频重合.当利用近红外光谱技术进行检测时,如果检测对象是由不同有机物分子构成的,不同的分子对近红外光谱各波长的吸收率不同,会有差别地显示出波峰与波谷,这样就起到了甄别的作用.在进行食品安全检测时,不同的有机物分子对近红外光谱各个波长的吸收率都存在一定的区别,在光谱上表现出特定的波峰和波谷,也正是因为这个检测基本原理,所以红外光谱检测技术的应用范围也十分具有针对性,主要是针对有机物进行定性鉴定和定量分析.
1.2 近红外光谱检测技术优缺点
近红外光谱技术检测食品的效率较高,一般而言,食品安全检测的流程通常在1 min 之内就可以完成,分析效率高的同时也能够对食品的多个组分性质进行并行测量,且提供定性定量结果,测试效果好,适用性样品范围广,可以直接测液态、固态、胶态等各种不同物理状态的样品,且能够实现不与检测对象接触,不产生任何无法逆转的损害,也就是常说的无损检测.有优点,自然也存在一定缺陷.①近红外光谱技术要求被测对象含量必须大于0.1%,所以在灵敏度方面还存在一定的局限.②近红外光谱稳定性也不够高,比如样品未经检测预处理,那么食品样品状态、测定方法以及测定条件都会影响测量结果.③如果待检测样品的某种基因在近红外光谱区的多个波长处都有吸收能力,就会导致多组分样品在同一个波长处出现多个谱峰重叠的复杂现象[2].
1.3 近红外光谱技术的应用实例
在牛奶生产过程中,为了满足出厂产品一致化,在生产流水线上就直接完成食品安全检测目的,提高生产效率,就可以采用近红外光谱检测技术手段.近红外光谱检测技术与网络技术相结合,可以实现检测与生产的自然衔接.另外,利用近红外光谱技术在对儿童高钙奶粉进行测定时,选择多元线性回归法,可以分别建立高钙奶粉各组分的高效检测模型,达到检测目标.将近红外法的测定结果与标准方法的测定结果进行比较,结果是一致的,这充分证明了近红外光谱技术的可靠性.
近红外光谱还被应用于鉴别牛奶是否掺假,可以对牛奶的主要成分含量进行准确快速的测量评定,比如利用判别分析的方法建立还原奶的鉴别模型.对还原奶掺入量在50% 以上的样品可实现百分之百检测,实现零失误；还可以选择定性判断的检测方法建立牛奶新鲜度判别模型以及识别掺碱牛奶模型,都可以达到95% 以上的检测效率,这是近红外光谱检测技术有效实现还原奶掺假的鉴别以及原料奶新鲜度快速鉴定的直接证明.
2 拉曼光谱检测技术
2.1 拉曼光谱检测技术原理
拉曼光谱检测的物理原理是拉曼效应,拉曼效应反映的是拉曼效应分子的振动和转动,所以采用拉曼光谱检测技术手段时,可以收集检测对象的分子振动能级和转动能级结构数据.拉曼散射一般分为两种：斯托克斯散射和反斯托克斯散射.可以利用虚态能级概念说明拉曼效应,如图2 所示.不同的物质具有不同的能级数据信息,所以会对拉曼光谱做出不同的反应.利用各种物质的拉曼光谱特征不同,结合数据库资料匹配,完成拉曼光谱检测,还可以利用拉曼光谱特定谱峰强弱程度来有效实现半定量分析.
2.2 拉曼光谱检测技术特点
拉曼光谱技术的诞生是现代检测技术进步的体现.由前文可知,拉曼光谱反映的是检测对象的分子振动或者转动能级结构的数据信息,这说明不需要针对不同的检测对象而去准备不同的检测材料,降低了检测过程的繁琐程度,体现了现代检测技术的优点.食品安全检测技术流程的简化,也就意味着效率的提升与成本的降低.传统的食品安全检测技术如溶剂提取法等,对不同的检测对象进行定量、定性检测时,时间花费多,成本高,利用拉曼光谱检测技术便可以避免以上缺点.
2.3 拉曼光谱技术的应用实例
食品安全检测技术中,针对三聚氰胺的检测技术有很多,传统的检测技术比如气相色谱法等,检出限可达0.05 mg/kg.类似的传统检测技术虽然在检测结果上可以达到合格的目标,但是速度上却存在重大缺陷,不能满足快速生产的要求.如果利用拉曼光谱检测技术来对三聚氰胺位于708 ～ 714 cm-1 的拉曼光谱特征峰及其强度进行分析,对三聚氰胺进行定性及半定量快速检测,检出限可以达到2.0 mg/L,对于常见的含氮化合物如尿素、亚硝酸盐等物质,利用拉曼光谱技术可以在很大程度上减小误差,并且时间短,从开始检测到得到检测结果,只需10 min.拉曼光谱分析技术还可用于鉴别牛奶中是否含有三聚氰胺,在三聚氰胺的特征峰710 cm-1 强度和浓度之间建立校正模型,检出限为0.5 mg/kg.
3 荧光光谱检测技术
3.1 荧光光谱检测基本原理
荧光光谱法发展时间较长,种类很多,包括高效液相色谱- 荧光法、荧光分光光度法、薄层色谱- 荧光法等.荧光光谱检测过程中,利用特定波长入射光检测物体,食品原子在荧光光谱能量的激励下从基态转变为激发态,并相应发出波长长于入射光波的出射光,当停止光照时,失去能量来源,被测对象不再发光,这就是荧光现象.荧光光谱检测技术主要依靠被测对象的荧光强度、荧光发射波长及激发波长3 方面光谱信息来完成检测目标,灵敏度高,选择性好.
3.2 荧光光谱检测技术的特征
荧光光谱检测技术的灵敏度较高, 可以达到0.001 ～ 0.1 mg/L；测量时所需要的试样量较少,过程简单,效率高,成本低；不需要准备工作,省去预处理阶段,绿色环保；能够在波长为200 ～ 800 nm 提供被测对象三维立体结构数据信息,再由化学以及计量学的结合来进行定量定性分析.
3.3 荧光光谱检测技术在食品安全检测中的应用
肉制品的质量与口感是消费者极为关心的事情,而肉制品的质量与口感取决于其脂质氧化程度.肉制品如果存在问题,有时会产生有毒物质,危害人体健康.对于这种情况,常利用荧光光谱检测技术来对肉制品氧化现象进行安全检测.肉制品氧化时会产生一定量的荧光性物质,其荧光光谱就是肉制品食品安全氧化状态的检测指标.荧光光谱检测技术还被应用于鱼类食品安全检测,在利用该技术研究鱼制品在不同激发发射波长下的荧光特性时,随着食品加工时间的延长,温度升高,脂质氧化的程度越深,荧光峰就朝着长波的方向移动,而且在393 ～ 463 nm 及327 ～ 415 nm 处,荧光的强度比值同鱼的质量之间的线性关系较好[3].
4 结语
本文从如何解决食品安全问题的角度出发,提出优化食品快速检测技术可以在一定程度上缓解食品安全问题,在传统的食品检测方法的基础上提出了简便、高效、准确的光谱快速检测技术,并且依次介绍了近红外光谱检测技术、拉曼光谱检测技术、荧光光谱检测技术的原理、特性与应用,以期能为相关工作者提供参考.
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