拉曼光谱分析技术在食品安全保障中的应用及发展

姚子升

光在散射现象中有着这样一种特别的效应，类似于X射线的康普顿效应。光的频率会在散射发生的过程中产生变化。以激光为例，一定频率的激光在照射到某物体表面时，此物体表面的分子会吸收激光的部分能量，这些分子还会进行多种方式的振动，并且还会散射发出相对频率较低的光。散射物质的特性决定了散射光的频率，不同原子团在振动时的方式一致的，这就导致了散射光的特定频率，这种光谱通常被称之为“指纹光谱”，利用这一原理能够对构成物质的基本分子进行鉴别。拉曼光谱产生的原因主要是由于入射光子与分子相碰的时候，分子中的震动能量以及震动能量、光子能量之间会叠加累计，拉曼光谱能够转移红外区之外的分子能谱到可见光区内，再加以观测，所以拉曼光谱是研究分子结构的有力支持。

拉曼光谱技术原理

利用拉曼光谱效应的发现者是印度的一名物理学家拉曼，他发现了光的拉曼散射效应，并提出了分子振动光谱（基于拉曼散射效应）。单色的光照射在物质上时，入射光的光子能够与分子之间发生相互作用，并能够产生非弹性的散射与弹性散射。光子会因为弹性散射而改变其传播方向，但光子的能量并不因此产生变化，总体的频率也不会发声改变，这种弹性散射便是瑞利散射；那么非弹性散射的能量会出现变化，光的波长位移也同时会改变，频率也不会发生不变化，仅仅会有部分出现便宜，这一散射便是拉曼散射。光的能量降低时，波数的唯一也会变小，会出现斯托克斯线；能量的升高会伴随着波数位移增大，出现反斯托克斯线。

它们会对称的分布于瑞利散射线的两旁，并且分别对应得到或流失一个振动量子的能量。所以拉曼散射又被称为斯托克斯散射，拉曼散射的谱线和入射光波长之间并无关系，样品的振动转动能级与其有关，所以可以通过拉曼光谱的研究得出相关分子的振动转动信息。

拉曼光谱分析技术现状

拉曼分析技术已经发展出了很多分支，“傅立叶变换拉曼光谱分析技术”、“显微拉曼光谱分析技术”、“共振增强拉曼光谱分析技术”以及“表面增强拉曼光谱分析技术”等均是当前主要的拉曼光谱分析技术。这类技术主要都是对光散射时的频率进行检测，入射光子与分子相碰的时候，分子中的震动能量以及震动能量、光子能量之间会叠加累计，拉曼光谱能够转移红外区之外的分子能谱到可见光区内，加以观测便能够得知被测物质的分子情况。

拉曼光谱分析技术在食品成分检测中的应用

我们日常食用的食品通常是以水、蛋白质、脂质、碳水化合物以及各种微量元素为主要构成成分的。通常来说，对蛋白质的分析采用X射线衍射法、分光光度法、高效液相色谱法等方式方法进行。这类分析方法都具有操作步骤复杂、繁琐的特性，并且对样品的保护不足。利用拉曼光谱技术能够克服这类问题，还能够对被测物质化学结构、化学键等变化进行定性分析，同时还能够对食品中的某成分含量定量检测。后面分别以蛋白质与脂质举例分析拉曼光谱分析技术的应用。

蛋白质的检测

大部分的食品中均含有蛋白质这种常见物质，蛋白石是食品的质量、营养重要的衡量标准之一。人体对蛋白质的需求在于能量与氨基酸的需求，不同食品中蛋白质具有多种结构，蛋白质的结构和功能对人们的人體吸收都有着不同作用，对蛋白质的深度检测能够促进食品安全、食品品质的升级。

蛋白质的拉曼谱图其特征峰位置以及谱峰强度、面积都能够反映出蛋白质分子的振动信息、化学键的变化以及化学组成结构等，蛋白质分子的侧链微环境所显现的化学信息以及理化条件（pH、温度等）也能够通过拉曼谱图检测出来。

脂质的检测

油脂是人体摄入需求的重要物质，传统的气相色谱法以及常规化学方法，一般是通过顺反异构体和饱和程度对脂肪酸进行量化。随着科技的发展，出现了很多现代检测分析油脂类的方式方法，比如X-射线和差示扫描量热法等能够得出甘油三酯、甘油二酯的相关信息。利用激光拉曼测定食品中食用油的顺式、反式异构体早在1972年就已经能够做到，顺式和反式异构体的波数分别为1656cm-1与1670cm-1。C=C的伸缩键对C-H的键之间散射强度比，能够对甘油三脂以及游离植物油的碘值之间的正相关提供证明。

总结与展望

至今为止，拉曼光谱分析技术已经发展了80余年，表面增强拉曼光谱以及激光拉曼光谱技术面世之后，拉曼光谱在分析分子结构这一方面的应用也日趋成熟。这一技术不仅能够为科研及食品卫生检测提供更可靠的数据，对结构的分析，食品加工条件的优化也做出了很大贡献。随着技术发展、仪器设备的升级，食品中所存在的微量有害于人体的物质均能够被检测出来。比如果蔬等农作物中的农药残留、肉类产品的质量问题、产品变质情况等进行鉴定，除此以外，这一技术还能够在食品的加工线中，对食品加工的各环节进行实时动态监控。对拉曼光谱分析技术的进一步研究能够发挥更大的效能，拉曼光谱技术将会对国民经济的发展做出更多的贡献。