基于荧光光谱技术的食品检测研究

摘 要：本文简要介绍了荧光光谱技术的基本原理，并对其在食品检测领域的应用进行了综述，重点阐述了荧光光谱检测方法在几种常见食品污染物中的应用，包括农药残留、重金属污染、非法添加物等。通过对比传统检测方法，分析了荧光光谱技术的优势，如快速、灵敏、无损等。最后，展望了荧光光谱技术在食品检测领域的发展前景，并提出了进一步研究的方向和建议，以期为保障食品安全提供有力的技术支撑。

关键词：荧光光谱；食品安全；污染物检测；农药残留；重金属

Abstract： In this paper， the basic principle of fluorescence spectroscopy is briefly introduced， and its application in the field of food detection is reviewed. The application of fluorescence spectroscopy detection methods in several common food pollutants， including pesticide residues， heavy metal pollution， illegal additives， etc. By comparing the traditional detection methods， the advantages of fluorescence spectroscopy， such as fast， sensitive and non-destructive， are analyzed. Finally， the development prospect of fluorescence spectroscopy in the field of food detection is prospected， and the direction and suggestions for further research are put forward in order to provide strong technical support for ensuring food safety.

Keywords： fluorescence spectrum; food safety; contaminants detection; pesticide residues; heavy metals

食品安全问题事关人们的身体健康和生命安全，是全社会共同关注的重大民生问题。随着经济社会的快速发展，食品安全问题日益突出，各类食品安全事件时有发生，严重危害人们的身体健康，损害食品行业的形象和公信力。加强食品安全监管、保障食品安全已成为各国政府和相关机构的重要职责。科学、高效的食品检测技术是食品安全监管的重要手段和基础。传统的食品检测方法包括色谱法、质谱法等，虽然检测精度高，但存在样品前处理复杂、检测周期长、损耗大等缺点，难以满足快速检测的需求。荧光光谱技术以其快速、灵敏、无损等特点，在食品檢测领域展现出广阔的应用前景。

1 荧光光谱技术简介

1.1 荧光光谱技术的基本原理

荧光光谱技术是一种基于物质的荧光特性进行定性和定量分析的光谱分析方法。当物质分子吸收一定波长的光能后，会从基态跃迁到激发态，处于激发态的分子会通过释放光子的形式回到基态，这个过程称为荧光发射。不同物质的分子结构和电子能级结构不同，荧光发射光谱也各不相同，表现为荧光光谱的峰形、峰位、强度的差异。通过分析物质的荧光光谱，可以获得物质的定性和定量信息。在定性分析中，通过比对未知物质的荧光光谱与标准物质的荧光光谱，可以确定未知物质的化学组成；在定量分析中，根据荧光强度与物质浓度之间的函数关系，可以建立荧光分析的工作曲线，实现物质浓度的定量测定[1]。

1.2 荧光光谱技术在食品检测领域的应用现状

荧光光谱技术凭借其高灵敏度、快速性、无损检测等优势，在食品检测领域得到了广泛的应用。例如，利用农药分子的荧光特性，建立了多种农药残留的荧光检测方法，实现了水果、蔬菜等食品中有机磷、氨基甲酸酯等农药的快速筛查和定量分析。重金属离子与特异性荧光探针结合后，可产生荧光信号或荧光猝灭，据此可实现食品中汞、铅、镉等重金属污染的灵敏检测。此外，某些非法添加物（如苏丹红、吗啉黄等）也可通过荧光光谱技术快速检出。近年来，随着荧光纳米材料、生物荧光探针等新技术的发展，荧光光谱技术在食品检测领域的应用不断拓展，检测灵敏度和特异性不断提高[2]。

2 荧光光谱技术在食品常见污染物中的应用

2.1 农药残留

农药残留是食品安全检测的重要内容之一。许多农药分子（如有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等）具有特征荧光，可直接进行定性和定量分析。例如，有机磷农药可被氧化成具有荧光特性的物质，根据荧光强度可实现定量检测；氨基甲酸酯类农药能与荧光试剂反应生成荧光衍生物，据此可建立灵敏的检测方法。此外，还可利用农药分子对某些荧光物质或纳米材料荧光的猝灭效应，发展基于荧光猝灭机理的农药残留检测新方法。通过合理设计荧光传感器，可实现农药残留的选择性检测，大大降低食品基质的干扰。尽管荧光光谱法在农药残留检测中取得了一定进展，但实际样品中复杂的基质效应仍是影响检测准确性的重要因素，样品前处理技术有待进一步优化。此外，不同农药的荧光特性差异较大，多残留同时检测仍面临挑战。

2.2 重金属污染

食品重金属污染已成为全球重点关注的食品安全问题之一。铅、汞、镉等重金属元素具有较强的毒性，可通过食物链富集并危害人体健康。

目前已开发出多种重金属荧光探针和传感器，它们大多利用重金属离子与特定配体的配位作用，引起荧光信号的变化，据此实现对重金属的高灵敏检测。例如，一些有机小分子荧光探针可与汞离子形成配合物并发生荧光猝灭，据此可实现食品中痕量汞的检测。纳米材料（如量子点、金属团簇等）也被用于构建重金属荧光传感器，表现出优异的灵敏度和选择性。此外，基于核酸适体、荧光蛋白等生物分子的重金属荧光传感技术也逐渐受到关注。生物传感元件与荧光信号报告分子相结合，可实现对重金属离子的特异性识别和灵敏检测。然而，食品基质中共存离子、酸碱度、离子强度等都会对检测结果的准确性产生影响，因此样品前处理和传感体系的优化是重金属荧光检测中需要解决的关键问题[3]。

随着荧光传感技术的不断发展，一些新型荧光探针和传感器的出现有望进一步提高食品重金属检测的灵敏度和特异性，为食品安全监测提供更加有力的技术保障。

2.3 非法添加物

非法添加物是指一些不允许使用的有害化合物被违规加入食品中，对消费者健康构成严重威胁。常见的非法添加物有苏丹红、吗啉黄等，具有特征荧光，可通过荧光光谱技术快速检测。

苏丹红是一种工业染料，可用于增加食品的色泽，但会导致肝脏损伤、诱发癌症等。由于苏丹红分子共轭程度高，在特定激发光下会发出强烈荧光。因此，可利用其荧光特性建立简便、快速的检测方法。例如，可利用固相萃取富集样品中的苏丹红，再通过荧光分光光度计测定其特征荧光强度，从而实现对苏丹红的定性定量分析。吗啉黄是一种工业染料，常被非法添加到调味品中，如姜黄素等。吗啉黃分子中含有荧光基团，可在特定波长激发下发射荧光，因此可建立基于荧光光谱的检测方法。例如，可采用同步荧光扫描技术，选择性地激发吗啉黄分子产生特征荧光，从而在复杂食品体系中实现对吗啉黄的痕量检测[4]。

尽管荧光光谱检测在食品非法添加物检测中展现出良好的应用前景，但仍面临一些挑战。食品基质复杂，共存物质可能会产生荧光干扰或猝灭，影响检测灵敏度。此外，生产者可能采用一些结构相似的化合物掺入食品，而其荧光性质与非法添加物相似，这给检测的特异性带来挑战。因此，样品前处理技术的优化以及联用技术的开发将是今后研究的重点。

2.4 其他污染物

除农药残留、重金属、非法添加物外，食品中还可能存在其他污染物，如毒素、兽药残留、致病微生物等，它们同样会对人体健康产生不利影响。荧光光谱技术凭借其高灵敏度、快速性等特点，在这些污染物的检测中也得到了一定的应用。①黄曲霉毒素是一类常见的真菌毒素，可污染谷物、坚果等食品，具有致癌、致畸作用。一些黄曲霉毒素分子（如黄曲霉毒素B1）具有特征荧光，可通过荧光光谱直接检测。此外，还可利用荧光免疫分析技术，提高检测的特异性和灵敏度。②兽药残留（如喹诺酮类、磺胺类等）也是食品安全监管的重点对象。一些兽药分子本身具有荧光，可直接用荧光光谱法检测；部分兽药虽无荧光，但可通过衍生化反应转化为具有荧光的产物，再进行间接检测。例如，可利用荧光衍生试剂与喹诺酮类药物反应生成荧光产物，可实现对鸡肉、鱼肉等样品中喹诺酮类兽药的高灵敏检测。③致病微生物是威胁食品安全的另一大隐患。荧光染料标记和荧光原位杂交等技术可用于食源性致病菌的检测。例如，可利用特异性寡核苷酸探针与荧光染料偶联，通过荧光信号检测食品中沙门氏菌、李斯特菌等。

随着荧光分析技术的进步，一些新的检测策略有望进一步拓宽荧光法在食品污染物检测中的应用，如基于量子点的免疫荧光分析、基于荧光PCR的分子检测等。但是，实际样品的复杂性、检测标准的缺乏等仍是制约荧光法推广应用的瓶颈，有待于食品安全检测工作者的进一步攻关。

3 荧光光谱技术与传统检测方法的比较

3.1 检测速度

与传统的色谱法、质谱法等检测方法相比，荧光光谱技术具有明显的速度优势。荧光测定通常只需几秒到几分钟即可完成，样品前处理也相对简单，大大缩短了检测时间。特别是一些便携式荧光检测装置的出现，使得现场快速检测成为可能。相比之下，色谱法和质谱法通常需要较长的进样、分离、检测过程，检测速度相对较慢。

3.2 检测灵敏度

荧光光谱技术具有极高的灵敏度，可实现痕量污染物的检测。荧光分析的检出限通常可达到?g·kg-1甚至ng·kg-1级别，满足食品安全检测的要求。荧光信号的强度与待测物浓度呈正相关，且背景干扰较小，因而灵敏度高。相比之下，一些传统方法（如紫外-可见分光光度法）的检出限较高，难以满足痕量分析的需求。当然，色谱法、质谱法等也具有较高的灵敏度，但样品前处理和仪器成本较高。

3.3 样品损耗

荧光光谱技术是一种非破坏性的分析方法，测定过程中样品通常不会被破坏。这不仅可以保证样品的完整性，还可以实现样品的重复使用，节约了分析成本。特别是近年来发展起来的表面增强拉曼光谱、荧光成像等技术，可实现食品样品的原位、在线检测，最大限度地减少了样品损耗。相比之下，传统的色谱法、质谱法等通常需要对样品进行提取、纯化等前处理，造成一定的样品损耗。

3.4 操作简便性

与传统的色谱法、质谱法等相比，荧光光谱技术具有操作简便的优点。荧光测定通常不需要复杂的样品前处理过程，样品经过简单的溶解、过滤、稀释等步骤即可进行测定。荧光光谱仪器操作也相对简单，一般只需将样品置于样品池中，设定合适的激发和发射波长，即可自动完成测定并获得结果。荧光分析的自动化程度较高，对操作人员的技术要求相对较低。相比之下，色谱法和质谱法通常需要经过复杂的样品前处理和仪器调试过程，对操作人员的专业技能要求较高[5]。

4 荧光光谱技术在食品检测领域的应用前景

荧光光谱技术具有灵敏度高、快速、操作简便等优势，在食品安全检测领域展现出广阔的应用前景，在食品安全监测中发挥重要的作用。随着荧光分析技术的不断发展和完善，有望在以下几个方面取得突破。①开发新型荧光探针和传感器，提高检测的选择性和特异性。②建立基于荧光法的食品安全检测标准和规程，推动其标准化应用。③发展便携式荧光检测设备，实现食品安全的现场快速筛查。④将荧光法与其他分析技术联用，弥补单一技术的不足，实现食品污染物的准确定性定量分析。

5 结语

随着科学技术的进步和食品安全形势的日益严峻，发展快速、灵敏、无损的食品检测技术已成为食品安全监管领域的迫切需求。荧光光谱技术凭借其独特的优势，在食品污染物检测、食品掺假鉴别等方面展现出良好的应用前景。然而，荧光光谱技术在食品检测领域的应用仍处于起步阶段，在实际应用中还存在一些亟待解决的问题，如荧光基质干扰、信号重现性等。未来，需要在优化检测方法、开发新型荧光探针、建立标准化操作规程等方面开展深入研究，充分发挥荧光光谱技术在食品检测领域的应用潜力，为构建高效、可靠的食品安全检测体系提供有力支撑，切实保障广大人民群众“舌尖上的安全”。

参考文献

[1]刘静，彭展，马慧侠，等.X射线荧光光谱法测定载氟氧化铝中氟含量的研究[J].轻金属，2024（1）：55-58.

[2]马坤鹏.食品检测应用的影响与检测风险防范策略[J].食品界，2024（2）：109-111.

[3]王鑫.食品检验检测的质量控制及细节问题[J].中国食品，2024（4）：64-66.

[4]周强，李欢，肖丽，等.浅析红外光谱技术在食品检测中的应用[J].食品界，2024（2）：94-96.

[5]陈静毅.食品检验检测机构质量管理体系的优化措施[J].大众标准化，2024（3）：178-180.

作者简介：黄鹏（1970—），男，山东泰安人，本科，工程师。研究方向：产品质量工程。