辐照食品光释光检测法

程瑜，魏亚东，张瑞峰，杨菲，康芬芬，郑文杰

（天津出入境检验检疫局，天津 300201）

食品辐照技术是二战后和平利用原子能的典范，迄今已有60 余年的历史。食品辐照处理是指对食品进行电离辐照，以达到灭菌、除虫、抑制发芽、延缓成熟、控制寄生虫感染、提高卫生质量和延长货架期的目的。1980 年，世界卫生组织（WTO）、联合国粮农组织（FAO）和国际原子能机构（IAEA）经过联合评估后宣布：用小于10 kGy 剂量辐照过的食品没有毒理学危险，在营养学和微生物学上也是安全的。这一结论打消了人们对于辐照食品安全的疑虑。与传统的化学药剂处理、化学熏蒸处理和冷热处理相比，辐照处理具有无化学残留、无有害气体排放、不改变食品温度、不改变货物包装避免二次污染以及节能环保等优点。因此，越来越多的企业将辐照处理应用于食品消毒领域。目前，全世界已有42 个国家批准辐照农副产品和食品240 多种，年市场销售辐照食品的总量达30 多万t。特别是1997 年12 月美国FDA 批准认可猪、牛，羊和鸡等家禽肉的辐照保鲜技术，在世界农副产品辐照加工领域产生了巨大的影响，大大推动了全球辐照食品商业化进程。近年来。我国200 多个单位分别对200 多种食品进行辐射保鲜、杀虫灭菌、改善品质等方面的研究，马铃薯、洋葱、花生、蘑菇、大米，香肠、密橘、苹果，荔枝，番茄、生杏仁，花粉，果脯、薯干酒、猪肉和熟肉制品等在符合相应辐照食品卫生和安全标准的情况下批准上市[1]。1997 年我国颁布了6 大类辐照食品的国家标准。我国己成为世界上辐照食品种类批准最早、最多的国家。2006 年我国辐照食品总量已达16 万t，在辐照食品数量上已成为当今世界第一大国[2]。

随着辐照在食品领域的广泛应用，国家管理机构开始关注辐照处理的使用情况，消费者也开始关心辐照食品的安全性，同时有些发达国家也借此设置贸易技术壁垒，抑制发展中国家食品和农产品的出口。所以大力开展辐照食品检测研究势在必行。在国内外科学家共同努力下，已开发出一系列辐照食品检测方法，常用的有热释光（TL）分析法、光释光检测法（PSL）、气相色谱/质谱（GC/MS）法、气相色谱检测法（GC）、高效液相色谱检测法（HPLC）、内毒素／革兰氏阴性菌（LAIMGNB）法、电子自旋共振光谱检测法（ESR）和超微弱发光法等。其中，光释光检测法因其具有检测周期短、操作简便、成本低廉等优点，被广泛应用于辐照草药、甲壳类动物、香料和调味品的检测中。

1 光释光检测法原理

辐照食品光释光检测法（Photostimulated Luminescence，PSL）也称作光激发光检测法、激光成像检测法、光致光发光检测法和光刺激发光检测法。

自然界中绝大多数的固体是晶体，而所有的晶体在空间结构（晶格）上都有缺陷（晶格缺陷）。辐照使矿物晶体电离，产生游离电子。一些游离电子被较高能态的晶格缺陷捕获后，成为陷获电子储存在陷阱中。在常温和没有光照的环境下，这些电子可储存几千甚至几万年的时间。一旦矿物晶体受到长波光激发时，陷获电子就可获得能量，以可见光的形式释放出来[3]。光释光检测法正是利用晶体这一特性开发出的辐照食品检测方法。

绝大多数食品是由农产品或动物产品原料制成，这些原料含有大量的矿物质，特别是硅酸盐或生物无机物质（如来自于贝壳或者动物外骨骼的方解石、来自于骨或牙齿的羟磷灰石）。在食品生产过程中，表面也会粘有微量的矿物质，这些矿物质能通过晶格缺陷捕获并储存电子。当食品受到激发光激发时，这些储存的能量会以光的形式释放出来，形成激发光谱。检测光信号、记录光子数量并与设定的阈值进行比较即可判断食品是否经过辐照。

光释光测定不会使食品产生物理性质或化学性质的改变，因此整个样品可以重复测量。但是如果重复测量一个样品，其激发光信号会衰减[4]。

2 光释光检测法国内外应用现状

光释光检测法的原理由Huntley 教授等于1985年提出[5]。最早应用于地质测年领域，称为光释光测年法（Optical Stimulated Luminescence，OSL）。后来被逐步被开发、应用于辐照食品检测领域。2003 年Sanderson等[4]开展PSL 法检测辐照草药，香料，调味品的研究，为草药，香料，调味品的检测提供了好的方法。2007 年Jo D[7]开展了应用PSL 技术检测猕猴桃的研究，结果表明该方法能够作为辐照猕猴桃的检测方法。周虹等[8]应用PSL 法对多种方便食品香辛料和脱水蔬菜的进行辐照筛查。结果表明：除一个未标注辐照的香辛料结果无法判定需要进一步检测外，其余所有标注或未标注辐照的脱水蔬菜和香辛料均能够得到正确的识别。

欧洲标准化委员会（Comité Européen de Normalisation，CEN）早在2002 年就已制定了光释光检测法的标准[9]：EN 13751：2002《食品—用光释光法检测辐照食品》用以规定光释光检测法在成员国内部的使用。2009 年，CEN 修订了EN 13751：2002 标准，并颁布了新的标准EN 13751：2009《食品—用光释光法检测辐照食品》[10]。目前，CEN 的成员国共31 名，包括27 个欧盟国家：英国、法国、德国、意大利、荷兰、比利时、卢森堡、丹麦、爱尔兰、希腊、葡萄牙、西班牙、奥地利、瑞典、芬兰、马耳他、塞浦路斯、波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克、斯洛文尼亚、爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛、罗马尼亚、保加利亚以及克罗地亚、冰岛、挪威、瑞士[10]。

我国目前没有制定光释光检测标准，在日常的检验工作中主要参照EN13751：2009 标准对食品进行检测。

3 光释光检测法适用范围

光释光检测法原则上适用于所有富含矿物质颗粒的食品辐照检测。目前已应用于草药、甲壳类动物、香料和调味品的检测中，对脱水蔬菜、脱水水果等粉末状和颗粒状的食品的检测也有较好的效果。

4 光释光检测方法

结合EN 13751：2009《食品—用光释光法检测辐照食品》[10]标准和实际使用情况，笔者在此总结光释光的检测方法，方便读者在今后工作中使用。

光释光检测法的检测步骤分为四部分：前处理、筛查PSL 强度检测、校正PSL 强度检测和判定。筛查PSL 强度检测是指对接收到的样品进行PSL 检测，并根据预先设定的阈值将样品分为阴性、中间值和阳性三级，初步筛查样品是否经过辐照。校正PSL 指筛查检测后对样品处以一定剂量（通常为1 kGy）的辐照，然后在室温下静置过夜，再进行PSL 检测，并根据预先设定的阈值将样品分为阴性、中间值和阳性三级，以判定样品对PSL 的敏感性。判定是指：结合筛查PSL和校正PSL 的结果，将样品分为阳性（样品经过辐照）、阴性（样品未经辐照）和无法判断（可能是检测出现错误或者需要其他检测方法确证）3 个结果。

4.1 前处理

前处理应在避光条件下进行。香辛料、草药、调味品和脱水蔬菜切碎后2 等分，每份都平铺在培养皿底部，尽量铺厚一些，以减少本底对检测的影响。对贝壳类样品，应检测肠管。样品6 等份，每盘6 个肠管。

4.2 筛查PSL 强度检测

筛查PSL 强度检测是指将处理后的样品放入光释光辐照食品检测仪检测，记录光信号，再将检测到的光信号水平与定义的两个阈值（T1、T2）进行比较。光信号强度由光子数量来表示。单位时间内记录的光子个数越多，光信号越强。反之，光信号越弱。双阈值概念提供了一个极为有效的筛查手段。

香辛料、草药、脱水蔬菜和调味品的阈值应设定为T1=700 个计数/60 s，T2=5 000 个计数/60 s。贝壳类阈值应设定为T1=1 000 个计数/60 s，T2=4 000 个计数/60 s。如果测定结果＜T1，样品分级为阴性。T1≤测定结果≤T2，为中间值。检测结果＞T2，为阳性。筛查PSL 的目的是检测样品原始状态下的情况，初步筛查样品是否经过辐照。

为了保证检测结果的准确性，所有检测都应进行校正PSL 强度检测。

4.3 校正PSL 强度检测

校正PSL 对样品的分级有着重要意义。因为如果样品对光激发不敏感，那么样品即使经过了辐照，在筛查PSL 强度检测中也不会显示阳性。校正PSL 强度检测可检查出样品是否对光激发敏感。经校正辐照后，如果样品的校正PSL 强度检测为阳性，说明样品对光激发敏感。如果为中间值或阴性，说明样品对于光激发不敏感。

校正PSL 强度检测是指对经过筛查PSL 强度检测的样品，进行特定剂量的校正辐照后（通常为1 kGy），再使用光激发发光辐照食品检测仪检测，记录光信号，再将检测到的光信号水平与定义的两个阈值进行比较。与筛查PSL 强度检测的结果一样，校准PSL 结果也分为阴性、中间值和阳性3 种。经过高剂量辐照处理的样品再经校正辐照后，其光信号强度只有轻度增加，而未经辐照处理的样品其光信号强度则会有明显增加。

4.4 数据判定

判定是指根据筛查PSL 强度检测和校正PSL 强度检测的结果来判断样品是否经过辐照，或者是否需要其他检测方法来辅助确认。EN 13751：2009《食品—用光释光法检测辐照食品》标准中对样品的判定有着详细的规定，但是叙述的较为繁琐。为了便于读者的理解和应用，将判定方法列表总结。

筛查结果有3 种，校准结果有3 种，一共有9 种组合。这9 种组合又可细分为12 种不同的情况。根据这12 种情况对样品进行判定。表1 为根据这12 种情况制定的判定表。

如果检测后，发现两个样品的判定不一致，应重新制备样品，并检测。

表1 光释光检测法判定表Table 1 The evaluation table of PSL

5 优缺点

光释光检测法检测前无需进行繁琐的的前处理工作，检测时读数快速、简单，所需样品量少，检测成本低，适合样品的快速筛查。但是，该检测方法受样品表面矿物质颗粒类型和数量的影响，能检测的物质的范围较窄，无法应用于所有种类的食品。检测样品储藏期间如未注意避光保存，可能会对检测结果产生不良影响。目前影响光释光检测法发展的最大障碍是其检测结果会出现假阴性和假阳性情况，需要其他检测法辅助确认。如何消除假阳性和假阴性的存在是光释光检测法今后研究的重点方向。

[1]施陪新.食品辐照加工原理与技术[M].北京：中国农业科学技术出版社,2004：9

[2]舒昆峰.辐照食品鉴定的热释光分析方法研究[D].北京：中国农业科学院,2007：6-36

[3]Sanderson D C W Carmichael L,Fisk S.Establishing luminescence methods to detect irradiated foods[J].Food science and technology today,1998,12(2)：97-102

[4]郭桂平,高洁湘,王匀,等.辐照食品检测鉴定方法[J].中国食物与营养,2010(3)：11-13

[5]Huntley D J,Godfrey Smith D I,Thewald M L W.Optical Dating of Sediments[J].Nature,1985,313：105-107

[6]Sanderson D C W Lorna,A Carmichael,Saffron Fisk.Photostimulated Luminescence Detection of Irradiated Herbs,Spices,and Seasonings：International Interlaboratory Trial[J].Journal of AOAC International,2003,86(5)：990-997

[7]Jo D,Kim BK,Kausar T.Study of photostimulated-and thermo-luminescencecharacteristics for detecting irradiated kiwifruit[J].J Agric Food Chem,2008,56(4)：1180-1183

[8]周虹,毛建霏,罗玲.光释光法快速筛查辐照方便食品香辛料及脱水蔬菜[J].西南农业学报,2011,24(6)：2355-2358

[9]EN 13751：2002.Detection of irradiated food using photostimulated luminescence[S].Brussels：CEN,2009：1-11

[10]EN 13751：2009.Detection of irradiated food using photostimulated luminescence[S].Brussels：CEN,2009：2-9