指紋圖譜技術在食品品質安全檢測中的應用探索

摘 要：隨著人們對食品品質安全關注度的不斷提高，高效、準確的檢測技術成為保障食品安全的關鍵。指紋圖譜技術憑借其獨特的優勢，能全面、特征性反映食品的化學組成信息，在食品品質安全檢測領域展現出巨大的應用潛力。本文探討指紋圖譜技術的原理、特點及其在食品品質安全檢測中的應用，分析其應用過程中面臨的挑戰，并對未來發展方向進行展望，旨在為提升食品品質安全檢測水平提供理論支持和技術參考。

關鍵詞：指紋圖譜技術；食品品質安全；檢測應用；發展趨勢

Exploration of the Application of Fingerprint Technology in Food Quality and Safety Inspection

ZHANG Qianyao， XU Xin*

（Inspection and Testing Center of Tonglu， Hangzhou 311500， China）

Abstract： With the continuous increase in people’s attention to food quality and safety， efficient and accurate detection technology has become the key to ensuring food safety. Fingerprint technology， with its unique advantages， can comprehensively and uniquely reflect the chemical composition information of food， demonstrating great potential for application in the field of food quality and safety testing. This article explores the principles， characteristics， and applications of fingerprint technology in food quality and safety testing， analyzes the challenges faced in its application process， and looks forward to future development directions， aiming to provide theoretical support and technical references for improving the level of food quality and safety testing.

Keywords： fingerprint technology; food quality and safety; detection application; development trends

食品品質安全直接關系人們的身體健康和生活質量，近年來，食品安全事件頻發，使得食品品質安全檢測成為社會關注的焦點。傳統的食品檢測方法只能針對單一或少數幾種成分進行檢測，難以全面、準確地評估食品的品質和安全性。指紋圖譜技術作為一種新興的分析技術，能獲取食品中多種化學成分的綜合信息，如同人的指紋一樣具有唯一性和特征性，為食品品質安全檢測提供一種全新的思路和方法。

1 指紋圖譜技術概述

1.1 指紋圖譜技術的原理

指紋圖譜技術是一種利用現代分析儀器，如色譜、光譜、質譜等，對食品中的化學成分進行全面分析，從而獲得反映食品整體化學特征的圖譜的技術。不同的食品由于其原料來源、生產工藝、儲存條件等因素的不同，其所含的化學成分及相對含量也存在差異，這些差異會在指紋圖譜中以不同的峰形、峰位、峰面積等形式表現出來。在色譜指紋圖譜中，不同的化學成分在固定相和流動相之間的分配系數不同，從而在色譜柱中實現分離，并在檢測器上產生不同的響應信號，形成具有特征性的色譜峰。對這些色譜峰的分析和比對，就可對食品的品質和安全性進行評估[1]。

1.2 指紋圖譜技術的特點

1.2.1 整體性

指紋圖譜技術能同時反映食品中多種化學成分的信息，包括主要成分、次要成分以及微量成分，全面展示食品的化學組成特征。相較于只能檢測某一種或幾種特定成分的傳統檢測技術，這種整體性使得指紋圖譜能夠更真實地反映食品的內在品質和安全性。

1.2.2 特征性

每一種食品都有其獨特的指紋圖譜，就像人的指紋一樣具有唯一性。指紋圖譜中的峰形、峰位、峰面積等特征信息與食品的原料、產地、加工工藝等密切相關，對這些特征信息進行分析，有助于對食品進行準確的鑒別和分類。例如，不同產地的茶葉，由于土壤、氣候等環境因素的差異，其化學成分會有所不同，從而在指紋圖譜上呈現出明顯的差異[2]。

1.2.3 穩定性

在一定的條件下，食品的指紋圖譜具有較好的穩定性。只要食品的原料、生產工藝等條件保持相對穩定，其指紋圖譜的特征也會相對穩定，使得指紋圖譜技術用于食品質量的長期監控和追溯，確保食品在生產、加工、儲存和銷售等各個環節的品質和安全性。

1.2.4 通用性

指紋圖譜技術可應用于多種類型的食品檢測，包括農產品、畜產品、水產品、加工食品等。同時，也可與其他檢測技術相結合，如與分子生物學技術相結合，可進一步提高對食品中微生物、轉基因成分等的檢測能力[3]。

2 指紋圖譜技術在食品品質安全檢測中的應用

2.1 食品真偽鑒別

在原料真偽鑒別方面，可以利用指紋圖譜技術，對比食品原料的指紋圖譜與標準圖譜，判斷原料的真偽。以橄欖油為例，純正的橄欖油具有特定的脂肪酸組成和揮發性成分，利用氣相色譜-質譜聯用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技術獲得的指紋圖譜，可清晰顯示這些特征。如果橄欖油中摻入其他植物油，如大豆油、玉米油等，其指紋圖譜就會發生明顯變化，與標準圖譜的比對，就可準確鑒別出橄欖油的真偽。在產地溯源方面，不同產地的食品由于地理環境、氣候條件等因素的影響，其化學成分存在差異，指紋圖譜也會有所不同。利用指紋圖譜技術，對食品的產地進行溯源。對于葡萄酒，不同產區的葡萄在生長過程中吸收的養分和受到的環境影響不同，導致葡萄酒中的風味物質、礦物質等成分有所差異。利用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）指紋圖譜技術，分析葡萄酒中的多種化學成分，建立不同產區葡萄酒的指紋圖譜數據庫，從而實現對葡萄酒產地的準確溯源[4]。

2.2 食品品質評價

對于品質分級，指紋圖譜技術可根據食品中化學成分的差異，對食品進行品質分級。在茶葉品質評價中，利用高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）指紋圖譜技術分析茶葉中的茶多酚、咖啡堿、氨基酸等成分的含量和比例。優質茶葉的指紋圖譜具有特定的峰形和峰面積比例，根據這些特征可以將茶葉分為不同的等級，為茶葉的市場定價和質量控制提供科學依據。同時，指紋圖譜技術還可以用于檢測新鮮度。隨著食品儲存時間的延長，其化學成分會發生變化，指紋圖譜也會相應改變。指紋圖譜技術通過監測這些變化，評估食品的新鮮度。例如，對于肉類食品，在儲存過程中，蛋白質會分解產生揮發性胺類物質，脂肪會氧化產生醛、酮等化合物。通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用（Headspace Solid-Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技術獲得的指紋圖譜，可清晰反映這些成分的變化，從而判斷肉類食品的新鮮度[5]。

2.3 食品中有害物質檢測

指紋圖譜技術在食品安全檢測中發揮著重要作用。①指紋圖譜技術可用于檢測食品中的農藥殘留。采用超高效液相色譜-串聯質譜（Ultra Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry，UPLC-MS/MS）指紋圖譜技術，能同時分析蔬菜中多種有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯等農藥的殘留量，與標準圖譜比對，可準確定性和定量分析，確保食品安全。②利用指紋圖譜技術，分析食品中重金屬與特定試劑反應后產生的特征光譜或色譜信號，檢測重金屬的含量。如利用原子吸收光譜（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）指紋圖譜技術，通過測量特定波長下重金屬的特征吸收峰強度，可定量分析鉛、鎘、汞等重金屬含量。③指紋圖譜技術還能檢測食品中的微生物污染。采用紅外光譜（Infrared Spectroscopy，IR）指紋圖譜技術，可快速檢測大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見致病菌。不同微生物在紅外光譜上呈現不同的指紋圖譜特征，與標準圖譜比對，可準確鑒別和檢測微生物污染，保障食品安全。

3 指紋圖譜技術在食品品質安全檢測應用中的挑戰

3.1 技術標準不完善

目前，指紋圖譜技術在食品品質安全檢測領域的應用還缺乏統一的技術標準和規范。不同實驗室采用的分析方法、儀器設備、數據處理方法等可能存在差異，導致指紋圖譜的重復性和可比性較差，給指紋圖譜技術的推廣應用和檢測結果的準確性帶來一定的困難。

3.2 數據處理復雜

指紋圖譜技術產生的數據量龐大，包含大量的信息。如何從這些復雜的數據中提取出有效的特征信息，并進行準確的分析和解讀，是指紋圖譜技術應用中的一個關鍵問題。目前，雖然有多種數據處理方法和軟件可供選擇，但對于一些復雜的食品體系，數據處理的準確性和效率仍有待提高。

3.3 檢測成本較高

指紋圖譜技術通常需要使用先進的分析儀器，如色譜-質譜聯用儀、核磁共振波譜儀等，這些儀器設備價格昂貴，維護成本高。同時，指紋圖譜技術的檢測過程相對復雜，需要專業的技術人員進行操作和分析，也增加了檢測成本。較高的檢測成本限制了指紋圖譜技術在一些小型食品企業和基層檢測機構中的應用。

4 指紋圖譜技術在食品品質安全檢測中的發展方向

4.1 建立統一的技術標準

相關部門和科研機構應加強合作，制定統一的樣品前處理規范，明確針對不同類型食品的最佳提取方法和凈化步驟。同時，統一儀器操作條件，規定各類分析儀器的關鍵參數范圍，確保實驗條件的一致性。此外，建立標準化的數據采集和處理方法也至關重要。要制定統一的數據采集頻率、積分參數等，保證數據的準確性和可重復性。通過建立權威的食品指紋圖譜數據庫，將各類食品的標準指紋圖譜進行整合，為食品品質安全檢測提供可靠的比對依據，使檢測結果更具權威性和可信度。

4.2 發展智能化數據處理技術

隨著指紋圖譜技術的應用，產生的數據量呈爆發式增長。傳統的數據處理方法已難以滿足現實需求，發展智能化數據處理技術迫在眉睫。人工智能和機器學習技術為此提供了新的解決方案。利用深度學習算法，可對大量的食品指紋圖譜數據進行學習和訓練。構建卷積神經網絡等模型，讓計算機自動識別指紋圖譜中的特征信息，如峰的位置、強度和形狀等。經過大量數據的訓練后，模型能準確判斷食品的真偽、進行品質分級以及有害物質的檢測。在食品真偽鑒別中，模型可快速比對未知樣品的指紋圖譜與數據庫中的標準圖譜，給出準確的判斷結果。而且，智能化數據處理技術還能對數據進行深度挖掘，發現潛在的關聯和規律。分析不同食品成分之間的相互關系，以及這些關系與食品品質和安全性的聯系，為食品質量控制和安全監管提供更深入的見解。

4.3 降低檢測成本

高昂的檢測成本是限制指紋圖譜技術廣泛應用的重要因素之一，為降低成本，科研人員應致力于研發更加簡便、高效且低成本的指紋圖譜技術和儀器設備。開發便攜式的指紋圖譜檢測設備，采用微流控芯片等技術，使設備體積小、重量輕，便于攜帶和操作。這種便攜式設備可在基層檢測機構、食品生產現場甚至市場監管一線使用，有效提高檢測的便利性。同時，優化檢測流程，減少不必要的樣品前處理步驟，采用更經濟的試劑和耗材，降低試劑消耗成本。此外，加強培訓和技術推廣，提高檢測人員的操作技能和效率，減少人力成本的浪費。

5 結語

指紋圖譜技術作為一種先進的食品品質安全檢測技術，具有整體性、特征性、穩定性和通用性等優點，在食品真偽鑒別、品質評價、有害物質檢測等方面發揮著重要作用。然而，目前指紋圖譜技術在應用中還面臨著技術標準不完善、數據處理復雜、檢測成本較高等挑戰。未來，隨著技術的不斷發展和創新，通過建立統一的技術標準、發展智能化數據處理技術和降低檢測成本等措施，指紋圖譜技術將在食品品質安全檢測領域得到更廣泛的應用，為保障食品安全提供更加有力的技術支撐。

參考文獻

[1]鄭振佳，朱文卿，梁浩，等.指紋圖譜在食品分析中的應用研究進展[J].食品工業科技，2021，42（12）：413-421.

[2]何曉峰，溫小波，滕博.指紋圖譜技術在蛋白基食品品質鑒定中的應用[J].汕頭大學學報（自然科學版），2021，36（4）：39-52.

[3]劉靜，亓超凡，緒擴，等.指紋圖譜技術在食品質量與安全中的應用研究進展[J].食品安全質量檢測學報，2022，13（10）：3189-3197.

[4]黃潤.指紋圖譜技術在食品質量與安全中應用闡述[J].中外食品工業，2023（11）：63-65.

[5]史慎奎，祁東梅，王春芳，等.谷子DUS測試標準品種指紋圖譜的構建與應用[J].山西農業科學，2024，52（1）：10-18.

作者簡介：張倩瑤（1987—），女，河北贊皇人，碩士，高級工程師。研究方向：食品質量控制。

通信作者：許鑫（1989—），男，安徽阜陽人，碩士，工程師。研究方向：食品質量控制。E-mail： xuxinzju@126.com。