光谱分析技术在农产品品质和安全检测中的应用

　　评论：　更新日期：2018年10月14日

摘要：本文较详细地介绍了光谱分析技术在农产品品质检测和农产品安全检测中的应用状况，提出了快速便携的检测方式。

关键词：光谱仪器农产品品质农产品安全检验方法检验标准快速便携

农业生产从20世纪中期的绿色革命开始，人们一直把从土地产出的谷物直接食用看作是供养人口最好的唯一生产方式，历来一味追求籽粒最大产出量为主要目标，从而培育出高产水稻、小麦、玉米、豆类等农作物，但蛋白质及矿物质和维生素等营养物质却大幅度降低，品质下降。目前我国的普通小麦积压在库，但优质专用小麦的年产量仅占消费量的8.5%，供不应求，靠进口弥补。做饼干、蛋糕等面筋含量低的小麦每年约需进口50亿公斤，南方有的农民竟拿小麦作肥料等等。究其原因是由于农产品品质方面的缺陷和生产上一直沿袭"增产型"，而忽视了"优质高效益型"的结果所致。我们所说的农产品品质的内涵系营养品质、加工品质和商业品质的总称，其中营养品质是农产品的物质基础和核心。

食物是维持人类生存、发育及成长最重要的物质。人通过不断地摄取食物，以满足机体对蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素和水的需要。讲究营养和食物安全是预防疾病，增进人体健康的保证。7月18日，中国粮食与食物安全研究中心在中国农业大学成立的同时，“中国粮食安全、食物安全论坛”开坛，并以分析预测中国和世界粮食供需安全和动态趋势为主要论题。7月21日，国务院总理温家宝总理主持召开国务院常务会议，研究部署加强食品安全工作。会议指出，食品安全关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，关系到经济健康发展和社会稳定，关系到政府和国家的形象。会议要求从源头上防止农产品污染，建立统一规范的农产品质量安全标准体系；切实加强食品安全制度建设，建立健全食品安全标准和检验监测体系，加快食品安全信用体系和信息化建设。

农产品品质检测和农产品安全（食品安全）检测在农业（包括种植业、畜牧业、林业、渔业和产品加工业）领域扮演着非常重要的角色。作为安全标准体系的主要技术支撑，分析测试仪器和分析测试方法已经渗透到现代农业的各领域(见附表1所示)^[1]。

附表1 各种分析测试仪器在农业中的应用

分析仪器

实验室仪器

农业专用仪器

分析测试仪器

农业各方面需分析测试的对象极为广泛，从动植物群体、个体到细胞、基因、分子，从有机到无机，从检测生态环境到模拟甚至创造特定的生态环境，其对象多是生物体，而使用条件多为较工业使用环境恶劣的田间、现场。我国仪器仪表行业在历经波折和努力之后已经取得了长足的发展，尤其是经典、悠久、应用广的光谱仪器。据统计，全国国产仪器占有率约为66％，对农业和食品业抽样统计，按台数计算，省级和地市级国产仪器占有率约占75％以上，县级部门光谱仪器几乎都用国产的^[1]。可见，光谱仪器、特别是国产光谱仪器在整个分析测试领域扮演着非常重要的角色。

光谱仪器在农业常规测试分析中的应用。

通用分析仪器是农业常规测试分析的主体，附表2．从五个方面归纳了各种光谱仪器的应用状况，显示出光谱分析仪器是农业常规分析手段中的主角。

附表2．光谱仪器在农业常规测试分析中的应用

光谱仪器在土壤肥料分析中的应用

仪器名称	测试对象	检测项目
紫外可见光分光光度计荧光分光光度计	土壤、水、化肥、有机肥等	硝态氮、铵态氮、全氮，有效磷、速效磷、有效硼，全量硼、有效硫，全量硫，二氧化硅、活性硅、铝、钛、硒、锰、有效锰、游离氧化铁、全量铁、有效钼，全量钼
原子吸收分光光度计		交换性钾、钠，交换性钙，全量钙、镁，钒，锰，铁，镍，铜、锌，镓、砷、硒、镉、汞、铅等
火焰光度计		速效性、缓效性、交换性和全量钾和钠
等离子体发射光谱仪		钙、镁、铁、钠、钾、磷、硼、锰、银、铝、锌、铜、铅、锡、砷、钡、铍、钴、镉、钼、镍、锶、钒等多种微量元素
原子荧光光谱仪		砷、有效态砷、汞、痕量汞、痕量铋、锑、络合态锑、痕量铅、痕量硒、镉等
近红外光谱仪		机械组成、有机质、灰分、氮、磷、钾、NO₃^- 和NH₄⁺比例、燃油污染程度、腐蚀值

2.2光谱仪器在农产品品质分析中的应用

仪器名称	测试对象	检测项目
紫外-可见光分光光度计	粮食，谷物，蔬菜，瓜果，茶叶、烟叶以及鱼、肉、蛋，牛奶等食品	全氮，蛋白质，赖氨酸，色氨酸、羟脯氨酸，淀粉，直链和支链淀粉、淀粉酶活度，葡萄糖，果糖，蔗糖、乳糖，半纤维素酶、维生素C，姜辣素、辣椒素，单宁、咖啡因，果胶，游离棉酚、苹果酸，水杨酸、磷酸、酶活度，对羟基苯甲酸脂、硝酸盐，亚硝酸盐、草酸盐，抗氧化剂、甲醛、山梨酸、联苯、邻苯基酚、中组胺、环已氨基磺酸盐、铝、磷、锰、钴，镍，铜，锌，砷、硒、钼，镉、锡，汞、锑等
荧光分光光度计		锰、钴、铝、锌、锗、钒，锡、硒、核黄素、苯丙氨酸、维生素A，B₁，C、E中组胺、沙门氏菌、苯亦(2)芘等。
原子吸收分光光度计		各种常量、微量以及有毒有害元素
原子荧光光谱仪		砷、硒、镉、汞、铅、锗、锡、锑、锌等
等离子体发射光谱仪		铝、硼、碘、钙、铜、铁、钾、镁、锰、钠、磷、硫、锶、锌、镉等
近红外光谱仪	小麦、水稻、玉米、大豆、油菜籽、大麦、菜豆烟草茶叶水果蔬菜肉、类、蛋乳制品	蛋白质、含油量、淀粉 (直链淀粉和支链淀粉 )、水分、各种氨基酸、纤维素等以及作物产地、季节鉴别、品质分级；总氮、水分、尼古丁、烟碱、总糖、还原糖、灰分、香料等；总氮、游离氨基酸、水分、茶多酚、咖啡碱等品质分级；酸度、含糖量、维生素、水分、纤维素、可溶性固形物等，品质分级、良种选育；蛋白质、脂肪、含水量、盐分、热量、氨基酸、脂肪酸、纤维素以及新鲜及冷冻程度、产品种类、真伪鉴别；蛋白质、乳糖、脂肪、乳酸、灰分、固型物、水分、酪蛋白；

光谱仪器在植物生化分析和生物技术中的应用

仪器名称	测试对象	检测项目
紫外可见光分光光度计	植物	酶的活力，蛋白质，核酸，核苷酸、无机瞵、叶绿素，全氮，全磷、全钾，钠、钙、硼，锰、铜，铬，钼等
原子吸收分光光度计		锰，铁、铜、锌、镉、铅、汞等元素
原子荧光光谱仪		砷、汞、硒、铅、锗、铋等
等离子体发射光谱仪		钠、钙、钾、镁、铁、磷、锶、钦、锰、锌、硼、铜、锂、钒、镍等常量及痕量元素
近红外光谱仪		香油精、天然染料、气味、香料、生物碱、纤维等，品种分类、良种选育、收获时节确定

光谱仪器在农残分析中的应用

仪器名称	测试对象	检测项目
原子荧光光谱仪		砷、汞、铅、硒等金属元素
等离子体发射光谱仪		各种微量、痕量金属元素
紫外-可见分光光度计		有机磷、氨基甲酸酯，多菌灵、百草枯、稀禾定等

光谱仪器在饲料分析中的应用

仪器名称	测试对象	检测项目
紫外-可见光分光光度计	原料、添加剂、配合饲料等	磷，钾，锰，铁，氟，铜，硒，砷，碘，铝，铅，汞，维生素A、C、E、K、胡萝卜素，烟酸，总氨基酸、棉酚、氰氢酸，磷化氢，对氨基苯砷酸、乙氧酰胺苯甲酸，甲脂、乙酸脂、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺喹恶啉，塞苯咪唑，卡巴氧氨丙林，萘卡巴精、苯甲酸，山梨酸、对羟基苯甲酸、丁基羟基茴香醚，二丁基羟基甲苯
荧光分光光度计		硒，维生素Bl、B2、癸氧喹酯、抗拉沙里菌素养、钠盐等
原子吸收分光光度计		各种常量、微量以及有毒有害元素
原子荧光光谱仪		砷、汞、硒、铅、锗、铋等
等离子体发射光谱仪		钾、钠、钙、镁、磷、铜、锌、铁、锰等营养元素，砷、汞、铅等有害元素
近红外光谱仪		干物质、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、灰分、消化能、代谢能、氨基酸、植酸磷、棉酚、喹乙醇等，品质控制