杜華楠 佘鐵軍 張嘉寶 張蕾

齊齊哈爾疾病預(yù)防控制中心 黑龍江齊齊哈爾 161000

食品質(zhì)量安全問題是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的大事，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，物質(zhì)生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)食品安全的要求越來越高。近年來頻繁爆發(fā)的食品安全事件，使食品的質(zhì)量安全問題成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。食品質(zhì)量安全檢測(cè)包括摻假食品檢測(cè)，農(nóng)藥殘留檢測(cè)，添加劑超標(biāo)檢測(cè)，以及食品產(chǎn)地來源檢測(cè)，特殊成分檢測(cè)等。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)主要為色譜法和質(zhì)譜法，包括高效液相色譜法（HPLC）、液相色譜-質(zhì)譜法（LC-MS）、氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）等，這些技術(shù)的樣品前處理過程復(fù)雜，不利于現(xiàn)場(chǎng)的快速檢查。與此同時(shí)，光譜檢測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，其不僅不需要復(fù)雜的樣品前處理過程，而且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)地檢測(cè)，被廣泛應(yīng)用于口岸等特定場(chǎng)合的食品質(zhì)量安全篩查。利用不同光譜的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)的光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)是近年來新興的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)食品進(jìn)行快速的定性定量分析。如拉曼光譜可以檢測(cè)原子的非極性鍵振動(dòng)，如N-N，C-C，S-S 鍵等，紅外光譜可以檢測(cè)具有紅外活性的分子，即一些極性基團(tuán)的譜帶信號(hào)較強(qiáng)，如C-H，N-H 和O-H 鍵等，兩者在分子基團(tuán)定性檢測(cè)中是互補(bǔ)的關(guān)系。目前常用的光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)有拉曼-紅外光譜技術(shù)，近紅外-中紅外光譜技術(shù)和紫外-紅外光譜技術(shù)，由于這些技術(shù)獲得的信息更準(zhǔn)確更全面，成為近年來國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。因此本文介紹了光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)融合常用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法以及在食品檢測(cè)中的應(yīng)用，并對(duì)該技術(shù)的未來發(fā)展進(jìn)行了展望[1]。

1 光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)簡(jiǎn)述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要包括硬件設(shè)備與軟件，硬件部分是傳感器，傳感裝置主要由物鏡、光譜儀和CCD 陣列數(shù)據(jù)單元構(gòu)成；而軟件部分則主要是數(shù)據(jù)采集和處理軟件。通過軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的配合，提高了光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用水平。

1.2 檢測(cè)原理

實(shí)踐應(yīng)用中，通過光譜儀器和設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的識(shí)別與分析。光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用，能夠提升檢測(cè)效率，提升檢測(cè)系統(tǒng)的抗環(huán)境干擾能力。光譜檢測(cè)儀器主要分為經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀，經(jīng)典光譜儀以空間色散原理為主要工作方式，根據(jù)組件分光原實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。光譜儀可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)資源的采集、處理和存儲(chǔ)，目前大部分光譜儀較為先進(jìn)。將光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用在食品安全檢測(cè)中，可有效提升工作效率、節(jié)約檢測(cè)時(shí)間[2]。

2 光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)在食品檢測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 紫外-紅外光譜技術(shù)

紫外光譜根據(jù)分子在紫外光區(qū)的吸收光譜圖獲取物質(zhì)信息，目前已經(jīng)廣泛用于生化、藥物、環(huán)境等領(lǐng)域。這種方法可以對(duì)食品的物質(zhì)構(gòu)成進(jìn)行定性、定量、結(jié)構(gòu)分析等。將紫外光譜技術(shù)和紅外光譜技術(shù)結(jié)合，可以提高單個(gè)光譜的準(zhǔn)確率和靈敏度，在食品質(zhì)量安全檢測(cè)方面已有廣泛應(yīng)用。利用紫外-紅外光譜技術(shù)對(duì)絨柄牛肝菌種類產(chǎn)地進(jìn)行判別，對(duì)紫外光譜和紅外光譜分別進(jìn)行2D+Savitzky-Golay 平滑和2D+SNV+MSC 優(yōu)化處理，通過PLSDA 提取VIP 大于1 的波段進(jìn)行中級(jí)數(shù)據(jù)融合。結(jié)果顯示中級(jí)數(shù)據(jù)融合建立的PLS-DA 和SVM 判別模型對(duì)未知樣品產(chǎn)地的預(yù)測(cè)正確率分別為81.25%、96.88%，鑒別效果優(yōu)于其他技術(shù)，表明中級(jí)融合對(duì)不同產(chǎn)地牛肝菌區(qū)分效果最佳，且SVM 判別模型與PLS-DA模型相比更加穩(wěn)定、可靠。利用紫外-近紅外光譜技術(shù)對(duì)蔬菜細(xì)胞的ATP 含量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。結(jié)果顯示特征層融合的模型能很好的預(yù)測(cè)細(xì)胞原生質(zhì)體ATP 含量（R2=0.8029 和0.901）。采集特級(jí)初榨橄欖油的紫外光譜、近紅外光譜和中紅外光譜，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)層融合，再利用偏最小二乘法建立不等分類模型、類相似的軟獨(dú)立模型，結(jié)果顯示融合光譜建模并沒有對(duì)橄欖油成分預(yù)測(cè)進(jìn)行改善，近紅外光譜技術(shù)是預(yù)測(cè)樣品中油酸和亞油酸含量的最有力的光譜技術(shù)，說明近紅外-中紅外光譜技術(shù)在橄欖油成分鑒定方面的應(yīng)用還有待進(jìn)一步改善[3]。

2.2 乳粉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)

針對(duì)乳制品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的檢測(cè)，需要注重利用先進(jìn)技術(shù)手段，通過對(duì)光譜數(shù)據(jù)結(jié)合技術(shù)的應(yīng)用，促使牛奶制品質(zhì)量獲得顯著提升。實(shí)踐工作中，利用CDD 模型和AOTF 模型，結(jié)合光譜儀器設(shè)備對(duì)牛奶制品進(jìn)行漫反射和透光反射，可實(shí)現(xiàn)對(duì)乳粉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的全面系統(tǒng)檢測(cè)。此外，光譜檢測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不僅可以檢測(cè)牛奶的質(zhì)量與新鮮度，也可對(duì)擠奶過程和奶牛的身體狀況進(jìn)行分析，在源頭上，提升食品的安全控制水平和質(zhì)量檢測(cè)力度。通過構(gòu)建近紅外熱感系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)牛奶質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)與控制，通過控制奶牛的生長(zhǎng)周期，對(duì)牛奶質(zhì)量進(jìn)行管理。而擠奶的時(shí)間可借助紅外光譜進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)乳粉和奶制品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的科學(xué)合理檢測(cè)[4]。

奶粉的質(zhì)量直接關(guān)系嬰幼兒的成長(zhǎng)與發(fā)育，利用光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)具有重要價(jià)值。實(shí)踐工作中，通過對(duì)奶粉中三氯氰胺含量的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其光譜波長(zhǎng)在1400nm 以上，而品質(zhì)較好的奶粉的波長(zhǎng)一般在1100nm 左右，由此可知，利用光譜數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)奶粉質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)具有明顯效果，相關(guān)人員應(yīng)推廣和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，提升乳制品行業(yè)奶粉檢測(cè)水平，保證食品安全。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在食品安全檢測(cè)方面，應(yīng)充分應(yīng)用光譜檢測(cè)技術(shù)，對(duì)食品新鮮程度進(jìn)行檢測(cè)，并且將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用在酒精成分檢測(cè)和乳粉營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分析中，使食品安全性與質(zhì)量符合行業(yè)控制要求。同時(shí)，在食品安全檢測(cè)中，也應(yīng)認(rèn)識(shí)到技術(shù)應(yīng)用不足，措施落實(shí)不到位的問題，并對(duì)其進(jìn)行改正。