輻照食品熱釋光檢測法

程瑜，楊菲，魏亞東，張瑞峰，康芬芬，鄭文杰

（天津出入境檢驗檢疫局，天津300201）

食品輻照是第二次世界大戰后發展起來的一種食品加工和食品保藏技術。食品輻照是指利用60Co 或137Cs 放射源產生的γ 射線、電子加速器產生電子束或由其轉靶產生的X 射線，照射食品，以達到滅菌、除蟲、抑制發芽、延緩成熟、控制寄生蟲感染、提高衛生質量和延長貨架期的目的。自輻照應用于食品的那一天起，對于輻照食品安全性的爭論就持續不斷。經過多年的聯合研究，世界衛生組織（WTO）、聯合國糧農組織（FAO）和國際原子能機構（IAEA）于1980年宣布：用小于10 kGy 劑量輻照過的食品沒有毒理學危險，在營養學和微生物學上也是安全的。2003年，國際食品法典委員會（CAC）進一步規定：在需要的情況下，可以應用10 kGy 以上的輻照劑量處理，并解釋說明10 kGy以上的輻照是安全的。這些研究和標準在一定程度上減少了消費者對輻照食品安全的擔心，使輻照技術在食品包裝材料，糧食、水果等殺蟲、滅菌等領域獲得廣泛應用。目前，全世界已有42 個國家批準輻照農副產品和食品240 多種，年市場銷售輻照食品的總量達30多萬t。我國食品輻照研究和應用領域起步較晚，但發展迅猛。已有200 多個單位分別對200 多種食品進行輻射保鮮、殺蟲滅菌、改善品質等方面的研究，馬鈴薯、洋蔥、花生、蘑菇、大米、香腸、密橘、蘋果、荔枝、番茄、生杏仁、花粉、果脯、薯干酒、豬肉和熟肉制品等在符合相應輻照食品衛生和安全標準的情況下批準上市[1]。1997年我國頒布了6 大類輻照食品的國家標準。使我國成為世界上輻照食品種類批準最早、最多的國家。2006年我國輻照食品總量已達16 萬t，在輻照食品數量上位列世界第一[2]。

與輻照在食品消毒、滅菌領域的迅猛發展不協調的是，輻照加工的管理越發混亂。不合規范的輻照情況時有發生。為了規范輻照食品市場，輻照食品檢測方法的研究成為當務之急。目前常用的檢測方法有熱釋光（TL）分析法、光釋光檢測法（PSL）、氣相色譜/質譜（GC/MS）法、氣相色譜檢測法（GC）、高效液相色譜檢測法（HPLC）、內毒素/革蘭氏陰性菌（LAIMGNB）法、電子自旋共振光譜檢測法（ESR）和超微弱發光法等。其中熱釋光檢測方法（Thermoluminescence，TL）是八十年代興起的輻照食品檢測方法，是目前應用最為廣泛的方法，也是最可靠的檢測方法之一。

1 熱釋光檢測方法原理

食品中的硅酸鹽顆粒受到電離輻射，產生電離和激發。當能量足夠大時，產生游離電子。一些游離電子被晶格中的缺陷捕獲。被俘獲的電子在常溫環境下，可長時間儲存在晶格缺陷中。但是被加熱時，缺陷中的電子獲得能量逃逸出來，當逸出的電子返回穩定態時，伴有光發射，這種現象稱為熱釋光現象。釋放的熱釋光光子數與電子數成正比，通過儀器測量可記錄到發光曲線。由于電子被陷落在不同深度的陷阱中，則隨著溫度的升高，首先逸出的是淺陷阱中的電子，因此通過一起記錄到的發光曲線是加熱溫度的函數，且發光強度隨樣品吸收劑量增加而增大。熱釋光方法檢測輻照食品原理是通過對食品所帶的礦物質分離提取，測量其熱釋光發光曲線即TL 發光強度G1。由于食物中所含的硅酸鹽種類不同，礦物質含量各異，因此在測得分離礦物質的發光后，需要將同樣的樣品經固定劑量輻照，再測定其發光強度G2。以G1／G2 之值和兩次發光曲線形狀作為判斷是否經過輻照的依據[3-6]。

2 熱釋光檢測方法的發展及國內外應用現狀

1663年，Robert Boyle 第一次科學的記錄了熱釋光，他發現貼在體表的金剛石發出微弱的亮光，并持續了很長時間。這種現象是接受自然輻照的金剛石的天然熱釋光。1895年，Wiedemann 和Schmidt 用電子束輻照樣品產生熱釋光。1967年，Chadwick 及其同事首次將熱釋光應用在食品上，他們從經X 光輻照過的西紅柿種子上記錄到熱釋光。Heide 和Bogl 在1984年第一次將熱釋光技術作為輻照食品的檢測方法，他們以輻照的香辛料作為研究對象，把香辛料的加熱溫度作為熱釋光強度函數，再用劑量計記錄[2]。1989年，Sanderson 研究證明輻照香辛料熱釋光信號的來源不是有機物質，而是樣品中的不溶性無機礦物砂土[7]。Pinnioja 研究發現無論網狀硅酸鹽還是層狀硅酸鹽都有很強的熱釋光信號，分離得到的硅酸鹽主要有石英、長石、鉀長石、斜長石、高嶺石、伊利石、蒙脫石、黑云母和白云母。含有微量石英的黏土和方解石組成的碳酸鹽也可以檢測到穩定的熱釋光信號。而文石型碳酸鹽和水合型黏土的熱釋光檢測容易出現假陰性結論[8-10]。Engin 對黑胡椒中分離的無機礦物砂土研究認為礦物砂土中70%以上都是石英，還有大于10%的長石[11]。1997年歐盟的EN-1788：1997 中明確指出能夠分離出硅酸鹽的食物可以檢測是否被輻照，表明含硅酸鹽的礦物砂土熱釋光信號穩定[12]。雖然明確了無機礦物砂土是熱釋光信號的來源，但是由于原料的差異，每次提取的礦物砂土的量和組成都不一致，為了消除這個影響因素使得熱釋光檢測結果更加可信，Autio 和Pinnioja 等對檢測方法做了一定的改進，他們把檢測后的礦物砂土進行了特定劑量的重復輻照。各國科學家曾采用過0．5、0．75、1．0 kGy 和5．0 kGy 等作為重復劑量[13]，EN-1788 制訂后，通常采用1.0 kGy 劑量重復輻照。最初認為如果G1 和G2 兩個發光曲線的形狀相近則說明樣品經過輻照；若差異明顯，則未輻照。但是這樣比較誤差很大。后來隨著研究的深入，發現未輻照樣品的G1/G2 的值都很小，輻照樣品的G1/G2 的值都很大。起先將0.6 作為判定是否輻照的閾值，后經多次實驗研究后發現，將未被輻照樣品G1/G2 的值小于0.1 和被輻照樣品G1/G2 的值大于1.0 作為閾值誤判很少。1997年歐盟EN-1788 標準中規定，在推薦的溫度范圍內積分，G1/G2 的值小于0.1 樣品未被輻照，G1/G2 的值大于0.5 樣品被輻照過，G1/G2 的值在0.1～0.5 之間不可判定[7]。

1997年，歐洲標準化委員會（CEN）制訂了EN-1788：1997 Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated 標準，將熱釋光檢測法作為輻照食品檢測方法之一。隨后，在2001年，對該方法進行了修改，制訂了EN-178：2001標準。該標準中，熱釋光檢測法可用來檢測中草藥、脫水或半干蔬菜、香辛料，土豆、新鮮或半干水果、小蝦、對蝦等可分離出大量硅酸鹽物質的食品。日本在2007年也將熱釋光法作為輻照食品檢測的方法。

我國科學家在熱釋光輻照檢測上也進行了大量的研究，周洪杰等對6 大類，85 個品種的食品進行研究后認為，0.1 可作為判斷食品是否經過輻照的閾值[14]。舒昆峰等對影響熱釋光法檢測香辛料的因素進行研究。篩選出熱釋光檢測香辛料輻照與否的最佳條件為：礦物砂土粒徑3 μ～8 μm、質量0.5 mg～5.0 mg；熱釋光升溫速率5 ℃/s～15 ℃/s，積分區間為150 ℃（升溫）—260 ℃（降溫）[15]。陸地等研究了熱釋光法用于輻照食品檢測的可行性。實驗以黑胡椒、辣椒面、桂皮、干香菇、茶葉、脫水小蔥等為例進行了研究，結果說明，輻照食品的硅酸鹽礦物質分離方法和熱釋光檢測方法具有較高的可靠性[16]。步營等采用熱釋光法對經過鈷源輻照和電子束輻照的貝類進行檢測，結果證明貝類是否經過輻照可以用熱釋光法進行檢測。熱釋光法不僅可以檢測鈷源的輻照，而且還可以檢測電子束的輻照。輻照貝類受本身因素、輻照劑量及檢測條件等而對檢測結果的準確度的影響還有待于進一步研究[17]。

我國農業部在2006年和2007年分別發布了兩個行業標準：NY/T 1207—2006《輻照香辛料、脫水蔬菜熱釋光鑒定方法》和NY/T 1390—2007《輻照新鮮水果、蔬菜熱釋光鑒定方法》，將熱釋光檢測法作為輻照食品檢測的方法。

3 熱釋光樣品適用范圍

熱釋光方法檢測輻照食品成功應用于中草藥、脫水或半干蔬菜、香辛料、土豆、新鮮或半干水果、小蝦、對蝦等多種能分離出硅酸鹽物質的食品的檢測判定。對6 kGy 以上輻照的草藥、香料及其混合物，輻照后9 個月內檢測有效；有些研究認為經1 kGy 以上劑量輻照后的草藥、香料及其混合物，檢測時效可達數年。甲殼類輻照產品在保鮮期內有效檢測劑量為0.5 kGy～2.5 kGy；輻照鮮果、鮮菜和脫水水果、脫水蔬菜的有效測量劑量為1 kGy～8 kGy；輻照土豆為50 Gy，時限為4 個月[6]。

4 影響熱釋光檢測的因素

在熱釋光輻照食品檢測工作中諸多因素影響著檢測的準確性。其中包括原料的差異、礦物砂土組成成分、樣品儲存時間、輻照射線、儲藏溫度、儲藏環境等。這些因素的影響影響熱釋光的發光強度，經過歸一化后可以消除，不影響檢測準確率。另外一種是影響熱釋光法光強度并且影響檢測判定準確率的因素，這類因素包括樣品的種類、樣品的前處理方法、樣品礦物成分，樣品粒徑、樣品接受的輻照劑量、檢測條件、輻照抑制劑量、判定閾值等。消除或減少這些因素的影響可以提高檢測的準確率，減少誤差[2]。此外還有很多其他的未知的影響熱釋光檢測輻照食品的因素，這些因素有還有待需進一步的研究，這也是今后研究的重點，和完善熱釋光檢測方法的重點。

5 優缺點

熱釋光方法檢測具有檢測范圍廣泛、無需參照物、專一性強、靈敏度高等優點。

但是由于熱釋光檢測方法應用于輻照食品檢測時間較短，還存在許多不足和有待完善的地方。例如：食品礦物質提取和制備較為繁瑣、成本較高，對輻照和未輻照混合樣品的敏感性較低，對樣品數量和種類要求較高，以及對影響熱釋光檢測因素的研究還不夠深入。這些局限性影響了熱釋光檢測的使用，有待進一步的研究和完善。

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