拉曼光譜分析技術在食品安全保障中的應用及發展

姚子升

光在散射現象中有著這樣一種特別的效應，類似于X射線的康普頓效應。光的頻率會在散射發生的過程中產生變化。以激光為例，一定頻率的激光在照射到某物體表面時，此物體表面的分子會吸收激光的部分能量，這些分子還會進行多種方式的振動，并且還會散射發出相對頻率較低的光。散射物質的特性決定了散射光的頻率，不同原子團在振動時的方式一致的，這就導致了散射光的特定頻率，這種光譜通常被稱之為“指紋光譜”，利用這一原理能夠對構成物質的基本分子進行鑒別。拉曼光譜產生的原因主要是由于入射光子與分子相碰的時候，分子中的震動能量以及震動能量、光子能量之間會疊加累計，拉曼光譜能夠轉移紅外區之外的分子能譜到可見光區內，再加以觀測，所以拉曼光譜是研究分子結構的有力支持。

拉曼光譜技術原理

利用拉曼光譜效應的發現者是印度的一名物理學家拉曼，他發現了光的拉曼散射效應，并提出了分子振動光譜（基于拉曼散射效應）。單色的光照射在物質上時，入射光的光子能夠與分子之間發生相互作用，并能夠產生非彈性的散射與彈性散射。光子會因為彈性散射而改變其傳播方向，但光子的能量并不因此產生變化，總體的頻率也不會發聲改變，這種彈性散射便是瑞利散射；那么非彈性散射的能量會出現變化，光的波長位移也同時會改變，頻率也不會發生不變化，僅僅會有部分出現便宜，這一散射便是拉曼散射。光的能量降低時，波數的唯一也會變小，會出現斯托克斯線；能量的升高會伴隨著波數位移增大，出現反斯托克斯線。

它們會對稱的分布于瑞利散射線的兩旁，并且分別對應得到或流失一個振動量子的能量。所以拉曼散射又被稱為斯托克斯散射，拉曼散射的譜線和入射光波長之間并無關系，樣品的振動轉動能級與其有關，所以可以通過拉曼光譜的研究得出相關分子的振動轉動信息。

拉曼光譜分析技術現狀

拉曼分析技術已經發展出了很多分支，“傅立葉變換拉曼光譜分析技術”、“顯微拉曼光譜分析技術”、“共振增強拉曼光譜分析技術”以及“表面增強拉曼光譜分析技術”等均是當前主要的拉曼光譜分析技術。這類技術主要都是對光散射時的頻率進行檢測，入射光子與分子相碰的時候，分子中的震動能量以及震動能量、光子能量之間會疊加累計，拉曼光譜能夠轉移紅外區之外的分子能譜到可見光區內，加以觀測便能夠得知被測物質的分子情況。

拉曼光譜分析技術在食品成分檢測中的應用

我們日常食用的食品通常是以水、蛋白質、脂質、碳水化合物以及各種微量元素為主要構成成分的。通常來說，對蛋白質的分析采用X射線衍射法、分光光度法、高效液相色譜法等方式方法進行。這類分析方法都具有操作步驟復雜、繁瑣的特性，并且對樣品的保護不足。利用拉曼光譜技術能夠克服這類問題，還能夠對被測物質化學結構、化學鍵等變化進行定性分析，同時還能夠對食品中的某成分含量定量檢測。后面分別以蛋白質與脂質舉例分析拉曼光譜分析技術的應用。

蛋白質的檢測

大部分的食品中均含有蛋白質這種常見物質，蛋白石是食品的質量、營養重要的衡量標準之一。人體對蛋白質的需求在于能量與氨基酸的需求，不同食品中蛋白質具有多種結構，蛋白質的結構和功能對人們的人體吸收都有著不同作用，對蛋白質的深度檢測能夠促進食品安全、食品品質的升級。

蛋白質的拉曼譜圖其特征峰位置以及譜峰強度、面積都能夠反映出蛋白質分子的振動信息、化學鍵的變化以及化學組成結構等，蛋白質分子的側鏈微環境所顯現的化學信息以及理化條件（pH、溫度等）也能夠通過拉曼譜圖檢測出來。

脂質的檢測

油脂是人體攝入需求的重要物質，傳統的氣相色譜法以及常規化學方法，一般是通過順反異構體和飽和程度對脂肪酸進行量化。隨著科技的發展，出現了很多現代檢測分析油脂類的方式方法，比如X-射線和差示掃描量熱法等能夠得出甘油三酯、甘油二酯的相關信息。利用激光拉曼測定食品中食用油的順式、反式異構體早在1972年就已經能夠做到，順式和反式異構體的波數分別為1656cm-1與1670cm-1。C=C的伸縮鍵對C-H的鍵之間散射強度比，能夠對甘油三脂以及游離植物油的碘值之間的正相關提供證明。

總結與展望

至今為止，拉曼光譜分析技術已經發展了80余年，表面增強拉曼光譜以及激光拉曼光譜技術面世之后，拉曼光譜在分析分子結構這一方面的應用也日趨成熟。這一技術不僅能夠為科研及食品衛生檢測提供更可靠的數據，對結構的分析，食品加工條件的優化也做出了很大貢獻。隨著技術發展、儀器設備的升級，食品中所存在的微量有害于人體的物質均能夠被檢測出來。比如果蔬等農作物中的農藥殘留、肉類產品的質量問題、產品變質情況等進行鑒定，除此以外，這一技術還能夠在食品的加工線中，對食品加工的各環節進行實時動態監控。對拉曼光譜分析技術的進一步研究能夠發揮更大的效能，拉曼光譜技術將會對國民經濟的發展做出更多的貢獻。