程瑜,楊菲,魏亞東,張瑞峰,康芬芬,鄭文杰
(天津出入境檢驗(yàn)檢疫局,天津300201)
食品輻照是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一種食品加工和食品保藏技術(shù)。食品輻照是指利用60Co 或137Cs 放射源產(chǎn)生的γ 射線、電子加速器產(chǎn)生電子束或由其轉(zhuǎn)靶產(chǎn)生的X 射線,照射食品,以達(dá)到滅菌、除蟲、抑制發(fā)芽、延緩成熟、控制寄生蟲感染、提高衛(wèi)生質(zhì)量和延長貨架期的目的。自輻照應(yīng)用于食品的那一天起,對于輻照食品安全性的爭論就持續(xù)不斷。經(jīng)過多年的聯(lián)合研究,世界衛(wèi)生組織(WTO)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)于1980年宣布:用小于10 kGy 劑量輻照過的食品沒有毒理學(xué)危險,在營養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)上也是安全的。2003年,國際食品法典委員會(CAC)進(jìn)一步規(guī)定:在需要的情況下,可以應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)在一定程度上減少了消費(fèi)者對輻照食品安全的擔(dān)心,使輻照技術(shù)在食品包裝材料,糧食、水果等殺蟲、滅菌等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。目前,全世界已有42 個國家批準(zhǔn)輻照農(nóng)副產(chǎn)品和食品240 多種,年市場銷售輻照食品的總量達(dá)30多萬t。我國食品輻照研究和應(yīng)用領(lǐng)域起步較晚,但發(fā)展迅猛。已有200 多個單位分別對200 多種食品進(jìn)行輻射保鮮、殺蟲滅菌、改善品質(zhì)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(yīng)輻照食品衛(wèi)生和安全標(biāo)準(zhǔn)的情況下批準(zhǔn)上市[1]。1997年我國頒布了6 大類輻照食品的國家標(biāo)準(zhǔn)。使我國成為世界上輻照食品種類批準(zhǔn)最早、最多的國家。2006年我國輻照食品總量已達(dá)16 萬t,在輻照食品數(shù)量上位列世界第一[2]。
與輻照在食品消毒、滅菌領(lǐng)域的迅猛發(fā)展不協(xié)調(diào)的是,輻照加工的管理越發(fā)混亂。不合規(guī)范的輻照情況時有發(fā)生。為了規(guī)范輻照食品市場,輻照食品檢測方法的研究成為當(dāng)務(wù)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(zhì)譜(GC/MS)法、氣相色譜檢測法(GC)、高效液相色譜檢測法(HPLC)、內(nèi)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(fā)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(yīng)用最為廣泛的方法,也是最可靠的檢測方法之一。
食品中的硅酸鹽顆粒受到電離輻射,產(chǎn)生電離和激發(fā)。當(dāng)能量足夠大時,產(chǎn)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(huán)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(dāng)逸出的電子返回穩(wěn)定態(tài)時,伴有光發(fā)射,這種現(xiàn)象稱為熱釋光現(xiàn)象。釋放的熱釋光光子數(shù)與電子數(shù)成正比,通過儀器測量可記錄到發(fā)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(fā)光曲線是加熱溫度的函數(shù),且發(fā)光強(qiáng)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(zhì)分離提取,測量其熱釋光發(fā)光曲線即TL 發(fā)光強(qiáng)度G1。由于食物中所含的硅酸鹽種類不同,礦物質(zhì)含量各異,因此在測得分離礦物質(zhì)的發(fā)光后,需要將同樣的樣品經(jīng)固定劑量輻照,再測定其發(fā)光強(qiáng)度G2。以G1/G2 之值和兩次發(fā)光曲線形狀作為判斷是否經(jīng)過輻照的依據(jù)[3-6]。
1663年,Robert Boyle 第一次科學(xué)的記錄了熱釋光,他發(fā)現(xiàn)貼在體表的金剛石發(fā)出微弱的亮光,并持續(xù)了很長時間。這種現(xiàn)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(chǎn)生熱釋光。1967年,Chadwick 及其同事首次將熱釋光應(yīng)用在食品上,他們從經(jīng)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(shù)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(qiáng)度函數(shù),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(jī)物質(zhì),而是樣品中的不溶性無機(jī)礦物砂土[7]。Pinnioja 研究發(fā)現(xiàn)無論網(wǎng)狀硅酸鹽還是層狀硅酸鹽都有很強(qiáng)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(wěn)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(xiàn)假陰性結(jié)論[8-10]。Engin 對黑胡椒中分離的無機(jī)礦物砂土研究認(rèn)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(wěn)定[12]。雖然明確了無機(jī)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(jié)果更加可信,Autio 和Pinnioja 等對檢測方法做了一定的改進(jìn),他們把檢測后的礦物砂土進(jìn)行了特定劑量的重復(fù)輻照。各國科學(xué)家曾采用過0.5、0.75、1.0 kGy 和5.0 kGy 等作為重復(fù)劑量[13],EN-1788 制訂后,通常采用1.0 kGy 劑量重復(fù)輻照。最初認(rèn)為如果G1 和G2 兩個發(fā)光曲線的形狀相近則說明樣品經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(jīng)多次實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn),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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,在推薦的溫度范圍內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)制訂了EN-1788:1997 Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated 標(biāo)準(zhǔn),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(jìn)行了修改,制訂了EN-178:2001標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(xué)家在熱釋光輻照檢測上也進(jìn)行了大量的研究,周洪杰等對6 大類,85 個品種的食品進(jìn)行研究后認(rèn)為,0.1 可作為判斷食品是否經(jīng)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(jìn)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(zhì)量0.5 mg~5.0 mg;熱釋光升溫速率5 ℃/s~15 ℃/s,積分區(qū)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(shí)驗(yàn)以黑胡椒、辣椒面、桂皮、干香菇、茶葉、脫水小蔥等為例進(jìn)行了研究,結(jié)果說明,輻照食品的硅酸鹽礦物質(zhì)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(jīng)過鈷源輻照和電子束輻照的貝類進(jìn)行檢測,結(jié)果證明貝類是否經(jīng)過輻照可以用熱釋光法進(jìn)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(jié)果的準(zhǔn)確度的影響還有待于進(jìn)一步研究[17]。
我國農(nóng)業(yè)部在2006年和2007年分別發(fā)布了兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):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。
熱釋光方法檢測輻照食品成功應(yīng)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(zhì)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(nèi)檢測有效;有些研究認(rèn)為經(jīng)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(dá)數(shù)年。甲殼類輻照產(chǎn)品在保鮮期內(nèi)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]。
在熱釋光輻照食品檢測工作中諸多因素影響著檢測的準(zhǔn)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(huán)境等。這些因素的影響影響熱釋光的發(fā)光強(qiáng)度,經(jīng)過歸一化后可以消除,不影響檢測準(zhǔn)確率。另外一種是影響熱釋光法光強(qiáng)度并且影響檢測判定準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)一步的研究,這也是今后研究的重點(diǎn),和完善熱釋光檢測方法的重點(diǎn)。
熱釋光方法檢測具有檢測范圍廣泛、無需參照物、專一性強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
但是由于熱釋光檢測方法應(yīng)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(zhì)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(shù)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(jìn)一步的研究和完善。
[1] 施陪新.食品輻照加工原理與技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2004:9
[2] 舒昆峰.輻照食品鑒定的熱釋光分析方法研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2007:6-36
[3] 馮敏,劉春泉,朱佳廷.輻照食品鑒定方法研究進(jìn)展及展望[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2007(6):271-274
[4] 哈益明,周洪杰.輻照食品的熱釋光分析鑒定方法研究[J].食品科學(xué),2006,27(6):164-167
[5] 汪海燕,徐曉潔,葉慶富.輻照食品檢測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].核農(nóng)學(xué)報,2004,18(2):137-141
[6] EN1788:2001.Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated[S].Brussels:CEN,2001:2-9
[7] Sanderson D C,Slater C and Cairns K J.Detection of irradiated food[J].Nature,1989,340:23-24
[8] Pinnioja S,Autio T,Niemi E,et al.Import control of irradiated foods by the thermolu-minescence method[J].Z Lebensm Untersuch Forsch,1993,196(2):111-115
[9] Pinnioja S.Suitability of the thermoluminescence method for detection of irradiated foods[J].Radiat Phys Chem,1993,42(1):397-400
[10] Pinnioja S,Pajo L.Thermoluminescence of minerals useful for identification of irradiated seafood[J]. Radiat Phys Chem,1995,46(4):753-756
[11] Engm B.Thermoluminescence parameters and kinetics of irradiated inorganic dust collected from black peppers[J].Food control,2007,18(3):243-250
[12] EN-1788:1997.Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated[S].Brussels:CEN,2001:2-9
[13] Autio T,Pinnioja S.Identification of irradiated foods by the thermoluminescence of mineral contamination[J].Z Lebensm Unters.Forsch,1990,191(3):177-180
[14] 周洪杰,王鋒,舒昆峰,等.輻照食品的熱釋光分析鑒定方法研究[J].食品科學(xué),2006,27(6):164-167
[15] 舒昆峰,哈益明,周洪杰,等.熱釋光檢測輻照香辛料影響因素的研究[J].食品科技,2006(9):256-258
[16] 陸地,杜世振,曲志勇.熱釋光(TL)法檢測輻照食品研究[J].食品科學(xué),2009,30(14):243-247
[17] 步營,于玲,位正鵬.貝類輻照食品熱釋光法檢測研究初探[J].水產(chǎn)科技情報,2010,37(4):208-210