食品指紋圖譜.doc

食品指紋圖譜的建立1 前言 “民以食為天，食以安為先”隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，隨之而來的食品安全問題也越來越突出。近年來，“地溝油”“染色饅頭”“毒奶粉”“皮革酸奶”“塑化白酒”等食品安全問題頻發(fā)，一次又一次的嚴(yán)重了觸動著我們民眾本已十分敏感和脆弱的神經(jīng)。隨著媒體對于食品安全問題的關(guān)注持續(xù)升溫，在一個個問題品牌被頻頻曝光的同時，曝光的食品加工中的黑幕對消費(fèi)者來說已不再陌生，消費(fèi)者的安全感正在一步步的被傷害。人們在不斷抱怨政府職能部門監(jiān)管不力的同時，政府各級部門也從未停止過對加強(qiáng)食品檢查力度，各種法規(guī)、條例執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)每年都在相繼出臺，如中華人民共和國食品衛(wèi)生法中華人民共和國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法、保健食品監(jiān)督管理條例等等，可見我國對食品全的整治力度有著強(qiáng)烈的重視和堅定的決心。但令人不解的是，這些年來，在各級監(jiān)管部的努力工作的同時，劣質(zhì)食品依然層出不窮，正如近期上演的含有“工業(yè)明膠”、“松香鴨“毒可樂”事件，嚴(yán)重威脅著人們的生命健康，時時令百姓在餐桌上誠惶誠恐。 群眾的鑒別能力是有限的，老百姓在消費(fèi)食品的時候難以準(zhǔn)確的想象到食品的加工過程到底如何，面對產(chǎn)品包裝上種類繁多、名稱專業(yè)、含量不同的食品種類，多數(shù)的消費(fèi)者都一知半解甚至毫無常識，所以大多數(shù)的人選擇忽略。只有在爆發(fā)問題的時候才誠惶誠恐，后知后覺。 因此一種“貧民”食品指紋圖譜在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，它不僅僅是應(yīng)用于科學(xué)檢測的專業(yè)研究，更重要的是能夠為廣大的消費(fèi)者提供方便、快捷、廉價的食品安全鑒定平臺，讓更多的消費(fèi)者對食品更加放心，讓食品經(jīng)得起大眾的檢驗。2 食品指紋圖譜建立概述 指紋圖譜是指樣品經(jīng)適當(dāng)處理后，采用一定的分析手段如光譜或色譜，得到能夠標(biāo)示該樣品特性的色譜或光譜的譜圖或圖像。這些圖譜或圖像就如人的指紋一樣具有專一性和代表性，因此被形象地稱之為指紋圖譜。對成分較復(fù)雜的樣品的質(zhì)量控制而言，指紋圖譜能全面、綜合地反應(yīng)和控制樣品的質(zhì)量。雖然它不能代替含量測定，但比測定任何單一成分所提供的信息都豐富和有用的多，是一種實(shí)現(xiàn)對樣品多組分，多指標(biāo)分析的理想方法。 它是隨著現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展而誕生的一種從整體上研究復(fù)雜物質(zhì)體系的技術(shù),已經(jīng)在環(huán)境保護(hù)、食品評價、中藥質(zhì)量控制等許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。指紋圖譜技術(shù)在食品中應(yīng)用可以對食品品質(zhì)，特色成分鑒別提供數(shù)據(jù)，然而指紋圖譜在食品中的應(yīng)用還不是很普遍。 而對于食品質(zhì)量指紋技術(shù)是指采用一定的分析手段對樣品進(jìn)行檢測分析，得到能夠表示該樣品特性的色譜、光譜以及其他圖譜數(shù)據(jù)資料,是食品固有的綜合的品質(zhì)特征。質(zhì)量指紋的研究主要建立在現(xiàn)代儀器分析基礎(chǔ)上的。例如:紅外光譜（NR）、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)、高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜(CE-MS)、核磁共振(NMR)、液相色譜-核磁共振(LC-NMR)、X射線衍射(XRD)等。指紋圖譜不僅依賴于先進(jìn)的分析技術(shù)，而且還與數(shù)學(xué)統(tǒng)計手段以及計算機(jī)模擬的方法學(xué)密切相關(guān)。通過大量基礎(chǔ)工作建立的食品質(zhì)量指紋圖譜是辨別食品防偽的有效參考。在當(dāng)下食品安全備受關(guān)注的時代，指紋圖譜這一新的質(zhì)量控制模式已受到廣泛的重視，應(yīng)用該項技術(shù)對食品的質(zhì)量控制及食品的品質(zhì)檢測將會起到重要的作用。 一個理想的指紋圖譜并不應(yīng)該僅僅局限于對物質(zhì)基礎(chǔ)的相對顯示，而應(yīng)該將測定的參數(shù)通過一定的數(shù)據(jù)相關(guān)性比較，并聯(lián)系從原材料到最終制成品整體過程的質(zhì)量特性，對樣品進(jìn)行整體相關(guān)性、有效性的控制。同時能夠根據(jù)樣品特性進(jìn)行差異性分析，結(jié)合統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行曲線擬合等多用途分析。同時指紋圖譜不僅僅是只用于科研、專業(yè)檢測分析，而是能為更多的人所用。 建立的指紋圖譜不僅僅只是適用用于單一的檢測方法，更重要的是能夠?qū)⒉煌瑱z測技術(shù)得到的指紋信息經(jīng)過各種后臺處理關(guān)聯(lián)起來，達(dá)到互動變換整體相關(guān)的效果，從而建立指紋圖譜庫，搭建食品指紋圖譜平臺，以達(dá)到自動識別、匹配、判別的全自動開放性的食品鑒別工作站，服務(wù)于各個階層的需要。 總體來說指紋圖譜應(yīng)該具有以下幾個特點(diǎn)：(1)特征性和專屬性，通過指紋圖譜能有效鑒別樣品的真?zhèn)危?2)可量化性，根據(jù)主要特征峰的面積或比例，能有效控制樣品質(zhì)量，確保樣品質(zhì)量的相對穩(wěn)定；(3)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和再現(xiàn)性，這是由圖譜采集環(huán)境(分析測試手段)決定的，對于同種樣品，只要圖譜采集條件一致，那么所得的圖譜也一致；(4)有效性，這應(yīng)與樣品各組分相聯(lián)系，并且在統(tǒng)計學(xué)上其數(shù)據(jù)有鑒別意義；(5)完整性，由于樣品成分未被全部闡明，因此，僅對某些成分進(jìn)行定性、定量分析，不能有效控制樣品質(zhì)量，所以圖譜中應(yīng)能相對全面、系統(tǒng)地表現(xiàn)樣品已知和未知物質(zhì)成分；(6)模糊性，因為樣品成分間的協(xié)同交互作用復(fù)雜，故可采用模糊數(shù)學(xué)的分析手段來解決實(shí)際問題。3 食品指紋圖譜制訂 食品指紋圖譜的建立和統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制訂，是食品指紋圖譜中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，必須結(jié)合現(xiàn)有的食品標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行實(shí)施，針對不同食品的原材料、加工工藝等進(jìn)行過程規(guī)范，而后由權(quán)威部門進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范提取測定；對于具體食品商品品種所用的指紋圖譜還應(yīng)由廠家協(xié)同進(jìn)行藥材指紋圖譜的測定，測定的內(nèi)容主要是針對食品按成品工藝制備所得部分，作為工藝過程質(zhì)量跟蹤的依據(jù)。現(xiàn)在指紋圖譜初建伊始階段，必須由食品相關(guān)部門、食品生產(chǎn)廠家、科研單位等多方的協(xié)調(diào)討論，統(tǒng)計食品品種、原材料種類，加工工藝等各方面的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，做到能夠區(qū)分來自不同生產(chǎn)廠家的同一品種樣品，因為由于不同生產(chǎn)廠家在食品原料和加工工藝的不同常常導(dǎo)致食品的營養(yǎng)價值和風(fēng)味發(fā)生變化，因此需要通過指紋圖譜的微細(xì)差異將不同來源的同一種類樣品進(jìn)行鑒別。另外我們希望的各個食品在生產(chǎn)批次上能夠得到相對穩(wěn)定的指紋圖譜，有利于指紋圖譜建立的穩(wěn)定性。對協(xié)調(diào)統(tǒng)一的兩個方面來，在制訂指紋圖譜標(biāo)準(zhǔn)的時候，如何統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如何利用指紋圖譜來表征質(zhì)量的穩(wěn)定性和差異性，是值得深入研究的。 目前建立食品指紋圖譜的分析手段越來越多，例如高效液相色譜(HPLC)就是用來構(gòu)建指紋圖譜的常用方法之一，因為HPLC在屮藥和食品定量和定性分析中，具有易操作、穩(wěn)定性高、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，在定量，以及對架構(gòu)相似或者不同的組分的檢測領(lǐng)域己經(jīng)廣泛應(yīng)用。而氣相色譜(GC)和氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)常用來分析食品中的揮發(fā)成分，酒類，醋等樣品。近年來，用紅外指紋圖譜法鑒別食品的研究較多，在食品標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建中也發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，它可以進(jìn)行定量分析，也可以進(jìn)行定性分析。由于其具備強(qiáng)大的化學(xué)計量學(xué)軟件，因此可以對大量樣品的光譜圖進(jìn)行數(shù)學(xué)的處理和分析，從而得到許多意想不到的結(jié)果。該類技術(shù)在新時期引起研究者們的廣泛關(guān)注。 近紅外光譜分析方法是一種間接分析方法，它是光譜測量技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)技術(shù)、基礎(chǔ)測量技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。其主要的分析過程為：首先選擇具有代表性的樣品，采集其近紅外光譜數(shù)據(jù)并利用標(biāo)準(zhǔn)的或者認(rèn)可的參考方法測定樣品的組成和含量，再通過化學(xué)計量學(xué)方法將近紅外光譜數(shù)據(jù)和用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可方法測定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，建立校正模型。最后用已知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的驗證集樣品對校正模型進(jìn)行驗證。高質(zhì)量的校正模型，再用驗證集樣品進(jìn)行分析時，其預(yù)測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果應(yīng)有良好的一致性。近紅外光譜技術(shù)主要用在食用油、牛奶、蜂蜜、飲料等常見液態(tài)食品和肉制品、奶粉、茶葉、小麥粉等固態(tài)食品摻偽檢測中。近紅外光譜技術(shù)能快速、無損獲取樣品的生物化學(xué)指紋，在復(fù)雜的背景分辨出待測物質(zhì)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)食品摻偽的在線檢測。 由于食品本身的復(fù)雜易變，以及各個成分之間的相互作用必然會導(dǎo)致數(shù)據(jù)測定的盲目性；同時測定數(shù)據(jù)的完備性、特征性都要求我們不僅僅局限于一種方法的指紋圖譜的建立，而是應(yīng)該利用不同的方法建立特征指紋圖譜庫，同時利用分析和計算機(jī)技術(shù)將各個指紋圖譜庫關(guān)聯(lián)起來。 在利用指紋圖譜進(jìn)行鑒別時必然遇到指紋圖譜的判別和識別問題，人工比較難免影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。若將其與計算機(jī)圖譜解析和識別技術(shù)結(jié)合起來，其應(yīng)用前景將大為擴(kuò)展。模式識別是根據(jù)食品中所含化學(xué)成分用數(shù)學(xué)手段對其進(jìn)行分類或描述，其中回歸分析、聚類分析、判別分析、相關(guān)分析、主成分分析等多元統(tǒng)計方法及用于非線性體系的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在食品的質(zhì)量控制中得到很好的應(yīng)用。4構(gòu)建食品指紋圖譜應(yīng)注意的問題 首先樣本要有明確的納入標(biāo)準(zhǔn)，明確建立指紋圖譜的最終目的。目前我們所構(gòu)建的指紋圖譜用于甄別某種食品的真?zhèn)?，因此在選擇樣品時應(yīng)考慮不同廠商、生產(chǎn)批次、加工工藝以及存貯條件對食品品質(zhì)的影響。因此，為保證所選的研究對象具有代表性，所選的樣本應(yīng)包括不同批次、不同廠地的該種品種，確保所選樣本能代表該品種的樣本總體。 對于所選取的樣本量，在納入標(biāo)準(zhǔn)明確的前提下，樣本量越大，越接近總體的真實(shí)情況，抽樣誤差和隨機(jī)誤差小，代表性好，結(jié)論更可靠。但樣本量大，花費(fèi)的人力物力也多，有時樣本來源也有困難。樣本量小，則易導(dǎo)致偏差。因此，樣本量要適當(dāng)。5 指紋圖譜的評價方法 一個好的指紋圖譜首先要求其功能性，既應(yīng)該有其特有的差異性也應(yīng)該有統(tǒng)一性。所謂差異性和統(tǒng)一性，即指不僅僅只是針對于單一樣品和單一的檢測手段的有效性，而是應(yīng)該能夠?qū)⒏鱾€不種類的樣品通過尋找其特異性而將他與其他的產(chǎn)品區(qū)分開來，另一方面隨著檢測手段的不斷改進(jìn)越來越的儀器分析方法運(yùn)用到指紋圖譜的建立中，需要通過找到各個方法的共同特點(diǎn)將不同檢測手段關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)建食品指紋圖譜庫。 建立完善的指紋圖譜庫需要擁有大量的樣本數(shù)據(jù)，盡可能的將樣本完善，同時在選擇樣品時，還應(yīng)該注意樣品的代表性和權(quán)威性。同時應(yīng)當(dāng)具備成熟的處理數(shù)據(jù)的能力，通過各種數(shù)據(jù)處理方法能夠?qū)⒃紨?shù)據(jù)形象表達(dá)出來，同時通過分析處理后發(fā)掘各個數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性和特異性。6食品指紋圖譜的意義及其階段性目標(biāo) 隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展，各種檢測分析方法層出不窮，同時每一種方法也都具有自己的優(yōu)劣勢，再加上食品本身的復(fù)雜性，因此每一種方法都不足以徹底解決食品的復(fù)雜性。因此建立食品指紋圖譜的意義就在于選準(zhǔn)了食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代化的突破口，將現(xiàn)代分析科學(xué)的優(yōu)秀成果與食品整體質(zhì)量控制有機(jī)融合，有效地運(yùn)用了全面質(zhì)量管理的理念，是一種充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段所能達(dá)到的最好表現(xiàn)食品復(fù)雜體系特性的方法。 同時將不同檢測手段的指紋圖譜關(guān)聯(lián)起來有利于快速查詢和比對，減少了繁瑣的標(biāo)準(zhǔn)圖譜的繪制，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和計算運(yùn)算能更加形象簡約的將不同檢測圖譜聯(lián)系起來，有利于食品的關(guān)聯(lián)檢測。建立的指紋圖譜不僅能為大眾隨時提供食品質(zhì)量依據(jù)，同時也能夠作為企業(yè)工藝線檢測，以及質(zhì)檢部門的快速檢測提供憑據(jù)，有利于食品行業(yè)的質(zhì)量控制和規(guī)范。 指紋圖譜的建立是具有一定的階段性的。就目前而言，指紋圖譜的研究還尚處于起步階段。我們認(rèn)為中藥指紋圖譜的研究及建立應(yīng)該分為兩個階段，即初級階段和高級階段。 首先在初級階段，通過對大量各種檢測方法的指紋圖譜研究，建立系統(tǒng)的測定方法和全面的指標(biāo)控制參數(shù)，摸索不同食品的測定方法，對方法穩(wěn)定性和適用性對方法穩(wěn)定性和適用性的考查，有效部分基礎(chǔ)研究，圖譜多指標(biāo)控制，數(shù)學(xué)建模，物理指標(biāo)間相關(guān)性研究等多個方面，力求基本闡明不同食品中的化學(xué)基礎(chǔ)和質(zhì)量控制參數(shù)。 指紋圖譜研究的高級階段即指紋特征和食品中特有成分相關(guān)性研究等，以及不同檢測方法指紋圖譜的相關(guān)性和差異性研究，這