劉運宏，邵憲章，曹 磊，吉艷琴，郭 文

（中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所，輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室，北京 100088）

提高輻照食品熱釋光檢測方法效率的技術分析

劉運宏，邵憲章，曹 磊，吉艷琴，郭 文

（中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所，輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室，北京 100088）

提出一種提高輻照食品熱釋光檢測效率的改進技術方法，先采用第1發(fā)光曲線篩分樣品，再利用發(fā)光強度比值對篩分后的6種待定樣品進行鑒定。結果表明：改進熱釋光方法具有100%檢測準確率，而需進行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測量的樣品僅為BS EN 1788—2001方法的33.3%，優(yōu)選篩分閾值后，這一比例還能進一步降低。改進后的輻射食品熱釋光檢測方法明顯提高了檢測效率，降低了檢測費用，是一種可行方法。

輻照食品；熱釋光；檢測；改進；效率

食品輻照是一種新型的食品加工和保藏技術，具有節(jié)能、高效、無化學殘留和保持食品良好風味等優(yōu)點，應用日益廣泛。隨著輻照食品商業(yè)化的迅猛發(fā)展，人們對食品是否經(jīng)過輻照處理日益關注，進出口貿易紛爭也日益突出[1-3]。因此，建立健全輻照食品檢測體系，對保障消費者知情權、消除國際貿易技術壁壘和推動輻照食品商業(yè)化有非常重要意義。

目前，輻照食品檢測方法主要有：熱釋光（thermalluminescence，TL）檢測法、光致發(fā)光檢測法、電子自旋共振法、高效液相色譜法、DNA裂解產(chǎn)物檢測法等10種方法[4-6]。其中，熱釋光檢測法適用于可分離出硅酸鹽礦物質的食品，如新鮮蔬菜、水果、香辛料、干果、谷物、水產(chǎn)品等，是檢測樣品種類最多、應用范圍最為廣泛的檢測方法。

熱釋光檢測方法通常需要進行兩次熱釋光測量和一次參比劑量輻照，單樣檢測時間為3～5 d，檢測時間長、效率較低[7]。周洪杰等[8]研究發(fā)現(xiàn)，可以不用參比劑量輻照和第2次熱釋光測量，僅結合第1次熱釋光測量得到的峰值溫度、峰值以及發(fā)光強度等因素，就可直接判定茶葉是否經(jīng)過輻照，但周洪杰等[8]在文獻中沒有提出系統(tǒng)的篩分、確證方法，也未能將之推廣到除茶葉以外的其他輻照食品。大量實驗結果表明[7-24]，不僅茶葉，其他輻照食品的熱釋光曲線也具有兩個明顯特性：1）輻照食品的峰值溫度（曲線最高峰所對應的溫度）一般小于250℃，未輻照食品的通常大于300℃；2）輻照食品的熱釋光發(fā)光強度遠遠大于未輻照食品的。本研究根據(jù)這兩個特性，提出了先采用峰值溫度和發(fā)光強度對待測樣品進行篩分，再利用發(fā)光強度比值對篩分后待定樣品進行判別的改進技術方法，并對其檢測準確率和效率進行了初步驗證。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

土豆、干香菇、蘋果、花椒、辣椒粉和山楂干6種食材，于北京某農貿市場購買。其中干香菇、花椒、辣椒粉在購買后分別采用1.0、3.0、7.0 kGy劑量輻照。輻照后，所有樣品在室溫環(huán)境下避光放置1星期，然后進行熱釋光檢測。

62.5 %多鎢酸鈉溶液（將250 g多鎢酸鈉溶于150 mL水中） 德國Alfa Aesar公司；1mol/L鹽酸、1mol/L氨水、30% H2O2（分析純）、丙酮（分析純） 北京化工廠。

1.2 儀器與設備

TLO/SL-DA-20型全自動熱釋光/光致發(fā)光測量儀丹麥RISΦ國家實驗室；LD4-2型離心機 北京醫(yī)用離心機廠；AS3120B型超聲波清洗器 天津奧特賽恩斯儀器有限公司；DHG-9075A恒溫爐 上海一恒科技有限公司；AB204-S型天平 美國Mettler Toledo公司。

1.3 方法

1.3.1 礦物質收集

取適量待檢樣品置于1 000 mL塑料燒杯中，加入去離子水至沒過樣品表面，用超聲波清洗器處理10 min，然后經(jīng)100目尼龍篩過濾。反復用去離子水強力沖洗濾渣，將濾液收集于1 000 mL塑料燒杯中，濾液靜置5～10 min，除去燒杯中上層的水和有機物。

1.3.2 礦物質的重液分離

將燒杯中的沉淀物轉移到15 mL離心管中，加入5 mL多鎢酸鈉溶液，使用超聲波處理5～10 min，然后在離心機中以3 000 r/min離心2 min，之后用巴斯德移液槍將上清液小心地吸出。如果沉淀物中不僅含有礦物質還有殘留的食品樣品（如花椒細末、絮狀香菇細末），可重復該離心過程。離心結束后，小心將多鎢酸鈉層吸出到廢液缸。

1.3.3 礦物質純化

向離心管中加入1 mL鹽酸除去礦物質中的碳酸鹽成分，超聲波處理3～5 min后，加入氨水中和至pH 7，然后傾倒出上清液。向離心管中加入1 mL氨水和2 mL H2O2，氧化沉淀物中的殘留有機物并去除礦物質上所附著顏色（辣椒粉中的礦物質附著紅色），靜置24 h后移除上清液。加入10 mL去離子水洗滌沉淀物2～3次，移除去離子水，用丙酮除去礦物質表面的水2～3次。在丙酮環(huán)境下用巴斯德移液槍將礦物質轉移至樣品盤，樣品盤在使用前已用丙酮清洗，并稱量空盤質量m0。將待測樣品盤在50 ℃恒溫箱中放置12 h。

1.3.4 熱釋光測量

1.3.4.1 第1發(fā)光曲線的測量

將樣品盤放入熱釋光測量儀中，在通入氮氣（速率為1 L/min）的條件下溫度由70 ℃升高到500 ℃，升溫速率6 ℃/s，測量樣品的熱釋光發(fā)光曲線。記錄發(fā)光曲線峰值溫度Tm。對溫度區(qū)間為150～250 ℃的發(fā)光曲線進行積分，得到相應的發(fā)光量G1。熱釋光測量結束后，稱量樣品盤和礦物質總質量mT1，按式（1）、（2）計算得到礦物質質量m1和單位質量發(fā)光量Gm1。

1.3.4.2 參比劑量輻照

將測量過的樣品放置到定制有機玻璃盒中進行輻照，盒子前表面為5 mm厚的有機玻璃板，可滿足電子平衡條件。輻照裝置采用北京師范大學的60Co γ輻照源，實驗設計輻照劑量為1.0 kGy，為保證輻照的準確度和均勻性，樣品放置在劑量率為1 Gy/min處照射，照射耗時16.67 h。

1.3.4.3 第2發(fā)光曲線的測量

將輻照后的樣品在50 ℃恒溫箱中放置12 h，然后按照第1發(fā)光曲線的測量條件，測量參比劑量輻照后樣品的熱釋光發(fā)光曲線。對溫度區(qū)間為150～250 ℃的發(fā)光曲線進行積分，得到相應的發(fā)光量G2。熱釋光測量結束后，稱量樣品盤和礦物質的總質量mT2，按式（3）、（4）計算出礦物質質量m2以及單位質量發(fā)光量Gm2。

1.3.4.4 熱釋光發(fā)光量比的計算

熱釋光的發(fā)光量比f和單位質量發(fā)光量比fm按式（5）、（6）計算。

1.3.5 輻照食品判定方法

1.3.5.1 BS EN 1788—2001[7]

參照國際通用的輻照食品熱釋光檢測標準BS EN 1788—2001《Foodstuffs - Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated》[7]判定方法為：若f≥0.1，則判定樣品經(jīng)過輻照；若f＜0.1，則判定樣品未經(jīng)過輻照。

1.3.5.2 改進后的熱釋光檢測方法

改進后的熱釋光檢測方法為：若tm≤250 ℃且Gm1≥較高的篩分閾值（higher threshold，HT），樣品可篩分為輻照食品；若tm≥300 ℃且Gm1≤較低的篩分閾值（lower threshold，LT），樣品可篩分為未輻照食品；其他情況篩分為待定樣品。對待定樣品，必須通過參比劑量輻照后測算得到的fm來判定，若fm≥0.1，則判定樣品經(jīng)過輻照；若fm＜0.1，則判定樣品未經(jīng)過輻照。

2 結果與分析

2.1 BS EN 1788—2001判定

6種食品樣品的熱釋光發(fā)光曲線如圖1所示。對上述各圖中溫度區(qū)間為150～250 ℃的發(fā)光曲線進行積分，可以得到相應的發(fā)光量G1和G2，并計算得到發(fā)光量比f，結果如表1所示。由表1可以看出，干香菇、花椒、辣椒粉的發(fā)光比f均大于0.1，根據(jù)BS EN 1788—2001可判別為輻照食品，而土豆、蘋果、山楂干的發(fā)光量比f明顯小于0.1，可判別為未輻照食品，這和實際情況完全一致，檢測準確率為100%。

圖1 6種食品的熱釋光發(fā)光曲線Fig.1 TL glow curves of potato, dehydrated mushroom, apple, pepper, capsicum powder and dehydrated hawthorn

表1 BS EN 1788—2001方法的檢測結果Table 1 Results obtained by BS EN 1788—2001 method for the detection of irradiated food

2.2 利用改進的熱釋光檢測方法判定

輻照樣品的發(fā)光曲線和未輻照樣品的存在著明顯區(qū)別：輻照樣品的峰值溫度一般小于250 ℃，未輻照樣品的峰值溫度則通常大于300 ℃，而且輻照樣品的熱釋光發(fā)光強度遠遠大于未輻照樣品的。根據(jù)這兩個熱釋光特性，提出了如1.3.5.2節(jié)所示的改進熱釋光檢測方法。

因為有的未輻照樣品的峰值溫度低于250 ℃[24]，如果僅靠峰值溫度進行篩分可能會造成誤判，為了保證篩分的準確率，采用峰值溫度和熱釋光發(fā)光強度相結合的方法來進行篩分?？紤]到熱釋光發(fā)光強度和礦物質質量成正比，為了消除不同礦物質質量帶來的影響，采用單位質量發(fā)光量來表征熱釋光發(fā)光強度。參照輻照食品的光致發(fā)光檢測法[25]，對單位質量發(fā)光量設置了兩個篩分閾值，即HT和LT，閾值初步設定為HT=100 000 nC/mg，LT=10 000 nC/mg，兩者相差10倍。改進熱釋光檢測方法的篩分結果見表2。

表2 改進熱釋光方法的檢測結果Table 2 Results obtained by the improved thermoluminescence method for the detection of irradiated food

由表2可知，花椒和辣椒粉第1發(fā)光曲線的峰值溫度均明顯小于250 ℃，單位質量發(fā)光量Gm1大于高閾值100 000 nC/mg，可以篩分為輻照食品；蘋果和山楂干的峰值溫度均大于300 ℃，Gm1小于低閾值10 000 nC/mg，可以篩分為未輻照食品；土豆和干香菇的峰值溫度分別為275、264 ℃，不具備明顯的輻照食品或未輻照食品的峰值溫度特征，被篩分為待定樣品。對待定樣品進行參比劑量輻照，測量其第2發(fā)光曲線并計算相應的fm，見表2。由表2可知，土豆的fm為0.04，小于0.1，被判別為未輻照食品；而干香菇的fm為0.36，大于0.1，因此干香菇是輻照食品。檢測結果和實際情況完全一致，檢測準確率也為100%。

綜上可知，利用第1發(fā)光曲線，從6種樣品中篩分出了4種樣品，篩分結果和實際情況完全一致；2種樣品被篩分為待定樣品，需要進行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測量。和BS EN 1788—2001檢測方法相比，改進熱釋光檢測方法不僅也能達到100%的檢測準確率，其需要進行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測量的樣品僅有2種，是BS EN 1788—2001方法的33.3%，檢測效率明顯提高，檢測費用也相應降低。

2.3 不同閾值對篩分結果的影響

利用第1發(fā)光曲線對食品樣品進行篩分時，所采用的篩分閾值HT和LT對篩分結果有較大影響，如表3所示。表3中的篩分比例指的是已篩分樣品占總樣品的百分比。

表3 不同篩分閾值對篩分結果的影響Table 3 Influence of different screening thresholds on screening results

表3表明，采用不同閾值時，篩分比例可從33.3%變到83.3%，可見閾值對篩分比例的影響很大。對于本實驗的6種食品樣品，當LT取50 000 nC/mg，HT取500 000 nC/mg時，可以達到最大的篩分比例83.3%，此時需要進行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測量的樣品僅占BS EN 1788—2001方法的16.7%。由此可知，優(yōu)選篩分閾值對提高檢測效率是非常重要的，這可以通過更多的實驗來實現(xiàn)。

雖然篩分比例受閾值的影響較大，但篩分結果都能和實際情況完全一致，這說明采用峰值溫度和單位質量發(fā)光量相結合的篩分方法是非常合理的，也表明改進后的熱釋光檢測方法是可行的。

3 結 論

實驗結果表明，先利用第1發(fā)光曲線的峰值溫度和單位質量發(fā)光量對樣品進行篩分，再利用單位質量發(fā)光量比對篩分后待定樣品進行判別，這種改進后的熱釋光檢測方法是合理、可行的。改進后的檢測方法具有100%的檢測準確率，需進行參比劑量輻照及后續(xù)熱釋光測量的樣品僅是原方法的33.3%，優(yōu)選篩分閾值后，這一比例還能進一步降低，明顯提高了檢測效率，并相應降低檢測費用，其優(yōu)點顯而易見。

[1] GROLICHOVA M, DVORAK P, MUSILOVA H. Employing ionizing radiation to enhance food safety: a review[J]. Acta Vet Brno, 2004, 73: 143-149.

[2] World Health Organization. Safety and nutritional adequacy of irradiated food[R]. Geneva: WHO, 1999.

[3] 哈益明. 輻照食品及其安全性[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2006: 109-153.

[4] RAFFI J, KENT M. Method of identification of irradiated foodstuffs[M]//NOLLET L. Handbook of food analysis. New York: Marcel Dekker Incorporated, 1996: 1889-1906.

[5] General Codex Methods for The Detection of Irradiated Foods. CODEX STAN 231, Rev.1[S]. Codex Alimentarius Commission, 2003.

[6] Foodstuffs-Microbiological screening for irradiated food using LAL/ GNB procedures. BS EN 14569[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2004.

[7] Foodstuffs-Thermoluminescence detection of irradiated food from which silicate minerals can be isolated. BS EN 1788[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2010.

[8] 周洪杰, 王鋒, 哈益明, 等. 茶葉輻照的熱釋光分析研究[J]. 食品科學, 2010, 31(20): 386-388.

[9] KHAN H M, BHATTI I A. Identification of irradiation treatment of spices by thermoluminescence of contaminating minerals[J]. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 1999, 242(3): 739-744.

[10] YAZICI A N, BEDIR M, BOZKURT H, et al. Thermoluminescence propertied of irradiated chickpea and corn[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 2008, 266: 613-620.

[11] 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, 2006, 27(6): 164-167.

[12] 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, 2009, 30(14): 243-247.

[13] AHN J J, KIM G R, AKRAM K, et al. Luminescence characteristics of minerals separated from irradiated onions during storage under different light conditions[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2012, 81(8): 1215-1219.

[14] CRUZ-ZARAGOZA E, MARCAZZO J, CHERNOV V. Photo- and thermally stimulated luminescence of polyminerals extracted from herbs and spices[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2012, 81(8): 1227-1231.

[15] D’OCA M C, BARTOLOTTA A, CAMMILLERI M C, et al. Qualitative and quantitative thermoluminescence analysis on irradiated oregano[J]. Food Control, 2007, 18: 996-1001.

[16] D’OCA M C, BARTOLOTTA A. The identification of irradiated crustaceans and evaluation of the dose by thermoluminescence: Intercomparison between two methods for extracting minerals[J]. Food Research International, 2010, 43: 1255-1259.

[17] D’OCA M C, BARTOLOTTA A, CAMMILLERI M C, et al. A practical and transferable methodology for dose estimation in irradiated spices, based on thermoluminescence dosimetry[J]. Applied Radiation and Isotopes, 2010, 68: 639-642.

[18] KHAN H M, BHATTI I A. Thermoluminescence method for detection of irradiated black pepper[J]. Journal of the Chemical Society of Pakistan, 2008, 30(4): 512-516.

[19] 步營, 于玲, 位正鵬, 等. 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.

[20] 關于輻照食品檢測方法的通知. 食安發(fā)第0529004號[S]. 日本厚生勞動省, 2008: 5.

[21] KHAN H M, BHATTI I A. Identification of radiation treatment of wheat (Triticum aestivum. L) and rice (Oryza sativa. L) samples using thermoluminescence of contaminating minerals[J]. Nuclear Science and Techniques, 2007, 18(1): 26-29.

[22] BHATTI I A, LEE J, JANG Y D. Analysis of shellfish by thermoluminescence and X-ray diffraction methods: knowledge of gamma-ray treatment and mineral characterization[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2008, 77: 663-668.

[23] SOIKA C, DELINCéE H. Thermoluminescence analysis for detection of irradiated food - luminescence characteristics of minerals for different types of radiation and radiation doses[J]. LWT-Food Science and Technology, 2000, 33(6): 431-439.

[24] BIROL E. Thermoluminescence parameters and kinetics of irradiated inorganic dust collected from black peppers[J]. Food Control, 2007, 18: 243-250.

[25] Foodstuffs - Detection of irradiated food using photostimulated luminescence. BS EN 13751[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.

Improved Thermoluminescence Method for the Detection of Irradiated Food

LIU Yun-hong, SHAO Xian-zhang, CAO Lei, JI Yan-qin, GUO Wen
(Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Contro l and Prevention, Beijing 100088, China)

An improved thermoluminescence method to detect irradiated food was proposed. Food samples were screened using the first glow curve, and six screened samples were further identified using thermoluminescence glow ratio. Results showed that the improved thermoluminescence method could achieve 100% detection accuracy, and the samples to be irradiated with reference dose and measured subsequently accounted for only 33.3% of those to be screened with BS EN 1788 method. Furthermore, this proportion can be further reduced if the high and low thresholds (HT and LT) of screening were optimized. The improved thermalluminescence method can significantly enhance the efficiency of detection and reduce the cost and thus is reasonable and feasible.

irradiated food; thermoluminescence; detection; improvement; efficiency

TS205；R155.5

A

1002-6630（2014）04-0186-04

10.7506/spkx1002-6630-201404038

2013-04-10

中國疾控中心輻射安全所青年科學研究所長基金項目

劉運宏（1982—），男，助理研究員，博士，主要從事輻射劑量學研究。E-mail：yhliu82@126.com