伍琳琳，蔣萍萍，楊洋，貝君，孫利

（中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京100176）

0 引言

乳制品需要經(jīng)歷多個(gè)加工步驟才能被消費(fèi)，使其容易受到摻假和污染，加上乳制品本身成分復(fù)雜，給檢測(cè)帶來(lái)很大難度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中大多采用化學(xué)方法，其精度最高。但隨著乳制品消費(fèi)量急劇增長(zhǎng)，面對(duì)大通量的檢測(cè)要求，化學(xué)方法成本高耗時(shí)長(zhǎng)的缺陷日益突出。為了尋求快速準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做出了很多努力。從19世紀(jì)60年代起，實(shí)用光譜學(xué)逐漸邁向食品領(lǐng)域，并逐步得到人們認(rèn)可。Kawamura最早用光柵光譜儀等構(gòu)建了牛奶品質(zhì)的在線檢測(cè)系統(tǒng)，Okazaki使用便攜式拉曼光譜儀檢測(cè)牛奶中三聚氰胺；國(guó)內(nèi)韓東海、楊仁杰、陳達(dá)、劉歡等[1-4]使用近紅外光譜、二維相關(guān)紅外光譜、拉曼光譜及熒光光譜等不同手段進(jìn)行了相關(guān)專(zhuān)項(xiàng)研究。但大多數(shù)成果限于一種牛乳成分或單一檢測(cè)手段，鮮見(jiàn)多成分多手段的全面論述，故本文作者在參考國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合自身實(shí)驗(yàn)感悟總結(jié)出檢測(cè)乳制品特定成分的最佳手段，是對(duì)現(xiàn)有手段的良好補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了“因料施法”的目的。

1 檢測(cè)手段

振動(dòng)光譜可以從簡(jiǎn)單的識(shí)別到深入的定性和定量分析，它依據(jù)的基礎(chǔ)信息是分子等微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特征，分析過(guò)程承載的分析信號(hào)是待測(cè)樣品的光譜。依據(jù)樣品的光譜特征，通過(guò)對(duì)光譜參數(shù)與待測(cè)量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系即數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)分析。分子振動(dòng)可能引起固有偶極矩的變化，也可能引起極化率的變化，這兩種變化可以分別產(chǎn)生紅外光譜和拉曼光譜。其中，紅外吸收位于近紅外和中紅外區(qū)。近紅外光譜主要反映含氫基團(tuán)的倍頻及合頻吸收，中紅外和拉曼均反映分子振動(dòng)的基頻信息。在歐美等國(guó)，分子光譜技術(shù)已成為乳制品成分分析的重要手段，并為乳品權(quán)威分析機(jī)構(gòu)，如國(guó)際乳品聯(lián)合會(huì)（IDF）及美國(guó)分析化學(xué)家學(xué)會(huì)（AOAC）等權(quán)威機(jī)構(gòu)所認(rèn)可。另外電子光譜中的熒光光譜以其高靈敏（靈敏度?？蛇_(dá)10-12～10-9）的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，在牛乳成分檢測(cè)中異軍突起。這4種技術(shù)在乳制品檢測(cè)中都有各自的亮點(diǎn)與不足。目前較為成熟、應(yīng)用比較廣泛的牛乳成分分析儀是基于中紅外光譜技術(shù)設(shè)計(jì)研制，利用該原理制造的儀器中，以丹麥FOSS公司的MilkoScan系列儀器為典型代表，這種儀器已在國(guó)內(nèi)的大型乳制品企業(yè)使用，效果較為理想。但是該儀器價(jià)格比較昂貴，在中小型企業(yè)中的普及率不高，另外通常需要樣品前處理，不利于在線檢測(cè)。近紅外光譜和中紅外光譜原則上非常相似，但近紅外較中紅外光程短，在常規(guī)光纖中具有良好的傳輸特性，故前處理相對(duì)簡(jiǎn)單且儀器價(jià)格相對(duì)較低。乳品中的常規(guī)成分蛋白、脂肪、總固形物等在近紅外區(qū)都有特定的吸收，雖然信號(hào)強(qiáng)度比中紅外反映的基頻信息信號(hào)弱，但采用合適的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法能較好地解決這一問(wèn)題。加上近紅外光譜在測(cè)樣方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)檢測(cè)多種乳品成分，使近紅外光譜在乳品成分在線檢測(cè)領(lǐng)域比中紅外光譜更具優(yōu)勢(shì)，故本文將不再論述中紅外光譜技術(shù)在乳品工業(yè)中的應(yīng)用，將重點(diǎn)論述其他3種光譜技術(shù)在乳品檢測(cè)方面的獨(dú)特潛力及技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1.1 近紅外光譜

在鮮牛奶收購(gòu)過(guò)程中，近紅外光譜可以快速測(cè)定鮮牛奶中的蛋白、脂肪、乳糖、體細(xì)胞和尿素氮等含量，這不僅可以為牛奶后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量提供保障，也為奶牛群體改良（Dairy Herd Improvement，DHI）又稱(chēng)“奶牛生產(chǎn)性能測(cè)定體系”統(tǒng)領(lǐng)奶業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。如Kawanura等[5-7]最早利用光柵光譜儀等構(gòu)建牛奶品質(zhì)的在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)非均勻狀態(tài)下的牛奶中各成分指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)；李曉云[8]采用便攜式短波近紅外儀大光斑漫反射附件采集牛奶樣品光譜，建立了牛奶中脂肪、干物質(zhì)的定量分析模型，模型穩(wěn)定且具有良好預(yù)測(cè)精度(脂肪r=0.98，RPD=5.02；干物質(zhì)r=0.98，RPD=3.20)。同樣采用漫反射方式及偏最小二乘建模方法，張中衛(wèi)等[9]建立了奶粉中蛋白質(zhì)、脂肪的定量模型（蛋白質(zhì)R2=0.987，RMSC=0.385；脂肪R2=0.986，RMSC=0.419），模型達(dá)到實(shí)用化要求。高云天[10]采用近紅外光譜儀和乳成分分析儀對(duì)比分析了牛奶中的蛋白和脂肪，結(jié)果表明兩者無(wú)顯著差異，而近紅外光譜儀方便、快速、高效，更具優(yōu)勢(shì)，可代替乳成分分析儀來(lái)檢測(cè)牛奶中的蛋白、脂肪。Elainy等[11]的工作也證實(shí)了近紅外光譜是一種能定量檢測(cè)乳蛋白及乳脂肪的快速、有效手段。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，近紅外光譜在測(cè)量乳和乳制品成分方面優(yōu)于其他分析測(cè)定方法。

在乳制品加工過(guò)程中，近紅外光譜可以實(shí)時(shí)監(jiān)控酸奶發(fā)酵過(guò)程中的酸度，防止牛奶過(guò)度發(fā)酵，控制產(chǎn)品的質(zhì)量。Navrati等[12]利用近紅外光譜(NIR)測(cè)定技術(shù)和電子鼻技術(shù)(EN)對(duì)工廠條件下生產(chǎn)的酸乳酪和酸奶的發(fā)酵進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)NIR和EN信號(hào)進(jìn)行主成分分析，其第一主成分用來(lái)解釋實(shí)際發(fā)酵進(jìn)程，之后對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行偏最小二乘建立PH和可滴定酸含量預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，兩種技術(shù)聯(lián)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)定酸奶發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)品品質(zhì)；固體脂肪含量（SFC）是奶油、黃油等乳制品生產(chǎn)過(guò)程中的常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)，它對(duì)奶油及黃油成品的口感、香味及涂抹性有很大影響。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，核磁共振（NMR）作為一種可靠的手段來(lái)測(cè)定固體脂肪含量。但直接NMR方法需要三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品（0%SFC，30%低SFC，70%高SFC）作對(duì)照，且樣品預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，限制了分析速度。于是Meagher等[13]嘗試?yán)肍OSS 6500近紅外光譜儀對(duì)奶油生產(chǎn)過(guò)程中乳脂固體脂(SFC)含量進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)镾FC對(duì)溫度及其敏感，故配備標(biāo)準(zhǔn)控溫附件采集樣品，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品溫度保持在60℃，得到模型SEP值在0.385%～0.762%之間，且能在幾秒之內(nèi)完成測(cè)量，指出近紅外有望代替核磁共振成為檢測(cè)SFC含量的手段；奶酪制作過(guò)程中牛奶凝結(jié)的失敗會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)不佳、產(chǎn)量下降，故監(jiān)測(cè)牛奶凝結(jié)過(guò)程在奶酪制造中十分關(guān)鍵。Grassi S等[14]提出了一種基于FT-NIR光譜的過(guò)程分析技術(shù)方法，采用多元曲線分辨-交替最小二乘（MCR-ALS）用于數(shù)據(jù)分析，建立的模型很好地描述了凝結(jié)過(guò)程（解釋方差≥99.93%；擬合度＜0.63%；殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差＜0.0067），并證實(shí)了光譜技術(shù)對(duì)凝結(jié)現(xiàn)象的敏感性更高。實(shí)驗(yàn)表明，將FT-NIR光譜與MCR-ALS數(shù)據(jù)精細(xì)化結(jié)合可以用于奶酪制造過(guò)程中對(duì)牛奶凝結(jié)的在線監(jiān)測(cè)。

在乳制品摻假鑒定方面，近紅外光譜也發(fā)揮一定作用。上世紀(jì)90年代，Sumio Kawano等[15]人使用近紅外光譜發(fā)現(xiàn)1164 nm，1660 nm，2144 nm，2176 nm處的吸光度值與植物油摻加比例有很強(qiáng)的相關(guān)性，并得出黃油中摻加人造奶油的最小檢出摻加量為3%；除了植物油，植物性蛋白也被摻加到乳制品中。Maraboli等[16]應(yīng)用傅里葉近紅外光譜儀InfraAlyzer 500對(duì)乳粉中分別出摻入小麥、大豆、豌豆等植物性蛋白進(jìn)行了定量預(yù)測(cè)，對(duì)添加植物蛋白濃度0～5%范圍內(nèi)的所有樣品進(jìn)行校準(zhǔn)，未包含在校準(zhǔn)集中的樣本形成單獨(dú)的預(yù)測(cè)集和驗(yàn)證集。通過(guò)對(duì)五個(gè)波長(zhǎng)的吸光度值的一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行多元線性回歸（MLR），獲得最佳結(jié)果。校準(zhǔn)曲線的回歸系數(shù)R2為0.993，SEC為0.20，SEP為0.23，SEV為0.21，證明了近紅外光譜是鑒別奶粉中摻加植物蛋白的非常有效的工具。除此之外，水、乳清、奶粉等常規(guī)摻假物也能被近紅外光譜檢出[17-18]。

相比于中紅外來(lái)說(shuō)，牛乳對(duì)近紅外譜區(qū)吸收較弱，近紅外更容易進(jìn)入牛乳內(nèi)部獲取多種成分信息，更適于做乳品成分的旁線檢測(cè)及在線監(jiān)測(cè)，控制基本實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。但由于有機(jī)物在近紅外譜區(qū)各級(jí)倍頻和合頻的吸收強(qiáng)度大體上依次比基頻或者上一個(gè)倍頻低一個(gè)數(shù)量級(jí)，信息強(qiáng)度降低，譜峰強(qiáng)度減弱，使近紅外測(cè)量的檢出限比中紅外的檢出限低一至幾個(gè)數(shù)量級(jí)，它對(duì)天然產(chǎn)物的最低檢出限為0.1%。牛乳中三聚氰胺、抗生素等濃度都較低，有些接近近紅外的最低檢測(cè)限，增加了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的難度。此時(shí)，拉曼技術(shù)就能派上用場(chǎng)。

1.2 拉曼光譜

拉曼光譜是一種產(chǎn)生于分子或者晶格振動(dòng)能級(jí)的光子的非彈性散射光譜，拉曼光譜特征峰位置、強(qiáng)度和線寬可提供分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面的信息，據(jù)此可以反映分子中不同的化學(xué)鍵和官能團(tuán)。它以其強(qiáng)大的分子結(jié)構(gòu)指認(rèn)功能，成為測(cè)量牛乳中共軛亞油酸（Conjugated linoleic acid，CLA）含量的最佳方法：共軛亞油酸是人體不可缺少的脂肪酸之一，牛乳是人們獲取CLA的主要途徑。Meurens[19]使用拉曼光譜指認(rèn)出牛乳CLA分別在1652 cm-1、1438 cm-1、3006 cm-1有特征拉曼信號(hào)，并得出此三個(gè)特殊信號(hào)能準(zhǔn)確可靠得檢測(cè)出牛乳脂肪中的CLA含量。

相對(duì)于紅外光譜，拉曼光譜的測(cè)量范圍寬，通常為4 000～40 cm-1，無(wú)機(jī)化合物的拉曼光譜信息量要比紅外光譜多，且譜峰比較尖銳，故識(shí)別無(wú)機(jī)混合物要比紅外光譜更容易。但拉曼信號(hào)通常是非常弱的，每106～108光子中只有一個(gè)會(huì)發(fā)生非彈性散射，此時(shí)需要用到表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)，它將分子吸附到某些粗糙金屬如金、銀或銅的表面，兩者發(fā)生相互作用，可使拉曼信號(hào)強(qiáng)度增加104-106倍。天然牛乳中的硫氰酸鈉（NaSCN）是一種無(wú)機(jī)化合物，它是牛奶中過(guò)氧化物酶抗菌體系（LPS）的主要成分之一，能夠抑制和殺滅各種微生物，達(dá)到非冷卻條件下牛乳保鮮的目的，但它影響人體碘代謝易造成甲狀腺腫大，對(duì)孕婦、兒童及缺碘人士尤其有害。由于冷鏈儲(chǔ)運(yùn)的發(fā)展，2008年衛(wèi)生部規(guī)定在乳制品中不允許添加硫氰酸鈉作為防腐劑。張正勇等[20]將多層瓊脂糖鍍膜的微芯片結(jié)合納米銀粒子制成SERS活性基底用于便攜式拉曼光譜儀檢測(cè)牛奶中的硫氰酸鈉，一般情況下納米銀溶膠的聚集程度難以控制，拉曼信號(hào)的重現(xiàn)性差。利用瓊脂糖鍍膜微芯片使硫氰酸鈉分子均勻分散在其中，提高了基底穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)拉曼光譜相比，其檢測(cè)更靈敏，結(jié)果更準(zhǔn)確，檢出限為5×10-7g/mL，分析過(guò)程綠色環(huán)保且能同時(shí)檢測(cè)16個(gè)樣品，非常適用于牛奶中硫氰酸鈉現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

2008年，“三鹿事件”發(fā)生之后，三聚氰胺的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)被提上日程，其中高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法成為原料乳及乳制品中三聚氰胺檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但面對(duì)高通量、大范圍的檢測(cè)需求，其成本高耗時(shí)長(zhǎng)的缺陷日益突出。拉曼光譜能夠做到三聚氰胺無(wú)損快速檢測(cè)，是國(guó)標(biāo)方法的極好補(bǔ)充。其中Okazaki[21]最早使用小型便攜式拉曼光譜儀檢測(cè)系統(tǒng)牛奶中三聚氰胺，指出676 cm-1是鑒別三聚氰胺的特征拉曼位移，并在不富集的情況下，測(cè)得其檢出線為1%；Lou等[22]進(jìn)一步采用4-巰基吡啶（MPY）修飾的金納米基底對(duì)奶粉中三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)研究，將一定量的三聚氰胺摻入至奶粉中，納米金與三聚氰胺迅速結(jié)合使MPY結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這種變化在SERS光譜上有規(guī)律地反映出來(lái)，從而達(dá)到拉曼信號(hào)增強(qiáng)的目的。實(shí)驗(yàn)證明該法可快速檢測(cè)到奶粉提取液中0.5 ppb的三聚氰胺。目前，在中國(guó)三聚氰胺激光拉曼光譜檢驗(yàn)儀已應(yīng)用在各大乳制品企業(yè)的奶站和基層工商所、質(zhì)檢所，其單次檢驗(yàn)成本僅10元，快速可靠的檢測(cè)使三聚氰胺無(wú)可逃遁。截至2015年，1054個(gè)參測(cè)牛場(chǎng)中生鮮乳三聚氰胺檢測(cè)合格率已連續(xù)7年保持100%[23]；

青霉素是中國(guó)畜牧業(yè)使用最多的抗生素。由于細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)，奶農(nóng)超量添加青霉素并同時(shí)加入β-內(nèi)酰胺酶使其轉(zhuǎn)化為青霉酸（penicilloic acid，PA）來(lái)掩蓋此不法行為。PA作為青霉素的降解產(chǎn)物，仍會(huì)殘留在牛奶中從而引起過(guò)敏反應(yīng)。因此，非常有必要檢測(cè)乳制品中的痕量PA。當(dāng)前對(duì)牛奶中PA的測(cè)量主要依靠酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）。但它們需要樣品預(yù)處理、費(fèi)時(shí)且成本高。Meihui QI等[24]成功地開(kāi)發(fā)了一種無(wú)標(biāo)記SERS方法來(lái)識(shí)別和檢測(cè)乳制品中的PA。研究表明，具有26 nm金核和9 nm銀殼層的Au@Ag納米顆粒具有寬而強(qiáng)的等離子體共振吸收，其拉曼增強(qiáng)效應(yīng)主要來(lái)自于相鄰納米顆粒的熱點(diǎn)，在這些熱點(diǎn)中，目標(biāo)分子（PA）本身作為分子連接劑直接誘導(dǎo)Au@Ag納米顆粒的聚集，而不需要外加電場(chǎng)特定聚合劑的輔助作用。同時(shí)，采用智能Au@Ag-NPs作為SERS傳感器，在LOD分別為3.00、3.00和4.00 ppm的情況下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液態(tài)奶、酸奶和奶粉中PA的直接檢測(cè)，加標(biāo)樣品的回收率在96.0%～103%之間。與以前的方法相比，SERS技術(shù)非常簡(jiǎn)單（沒(méi)有任何樣品預(yù)處理，例如離心、提取和分離過(guò)程），每項(xiàng)試驗(yàn)只需要10μL的樣品，在3 min內(nèi)完成。因此無(wú)標(biāo)記SERS方法更適合于乳制品中PA的快速現(xiàn)場(chǎng)篩選。

在拉曼光譜測(cè)試中，熒光是其最大干擾，是影響定量和定性分析的主要因素之一。由于牛乳中含有熒光物質(zhì)如維生素、美拉德產(chǎn)物等，當(dāng)用激光光束照射時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)熒光背景會(huì)將拉曼信號(hào)湮沒(méi)，加上其含量微小，在測(cè)定這些物質(zhì)時(shí)，使用熒光光譜分析更為恰當(dāng)。

1.3 熒光光譜

熒光光譜分為分子熒光光譜和原子熒光光譜。分子熒光指物質(zhì)分子吸收光子能量而被激發(fā)，然后從激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)返回基態(tài)時(shí)所發(fā)射出的光。在傳統(tǒng)熒光光譜中，為了消除入射光與散射光的影響，一般使激發(fā)光與發(fā)射光呈90°。但對(duì)于牛乳這種吸光度大于0.1的樣品，發(fā)射光透出會(huì)遇到很大阻礙，若繼續(xù)沿用傳統(tǒng)方法需要對(duì)牛奶進(jìn)行酸化、離心、稀釋、過(guò)濾等處理，無(wú)法滿(mǎn)足在線檢測(cè)的要求。1968年P(guān)arker嘗試將角度改為56°，即為后來(lái)沿用至今的前表 面 熒 光 法（front-face fluorescence spectroscopy，F(xiàn)FFS），該方法增大了樣品光照面，減小了散射作用，省去了不透明物質(zhì)的前處理步驟，十分適合乳制品快速檢測(cè)[25-26]。

本身能夠發(fā)射熒光且能形成熒光測(cè)量體系的物質(zhì)相對(duì)較少，有機(jī)物中以芳香性結(jié)構(gòu)的大分子雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)為主：維生素A是脂溶性維生素，在奶酪成熟過(guò)程中，甘油三酯黏度變化、結(jié)晶形成等使維生素A周?chē)h(huán)境發(fā)生變化，這種變化在熒光光譜中顯示為308 nm、322 nm處的譜峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。R.Karoui[27]利用這種變化，結(jié)合主成分分析（(Principal Component Analysis，PCA）和因子判別分析(factorial discriminant analysis，F(xiàn)DA)監(jiān)控半硬質(zhì)奶酪的成熟過(guò)程，取得了良好效果；Becker[28]利用標(biāo)準(zhǔn)AOAC熒光分析法檢測(cè)原味酸奶中的核黃素。散射光干擾是提高其靈敏度的主要限制因素，為得到準(zhǔn)確結(jié)果，進(jìn)行多次空白測(cè)定，對(duì)散射光的影響進(jìn)行校正，進(jìn)而得出熒光光譜與核黃素含量之間的相關(guān)系數(shù)為0.99，建立偏最小二乘回歸模型得到的相關(guān)系數(shù)為0.97。又因?yàn)楹它S素在奶制品光氧化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，可作為奶制品早期氧化的標(biāo)志物，進(jìn)而能夠監(jiān)控牛乳腐敗；當(dāng)人們加熱生奶，企圖殺滅其中的致病菌、繼而希望徹底殺滅所有細(xì)菌時(shí)，殊不知高溫會(huì)導(dǎo)致牛奶中乳蛋白和乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)（Maillard reaction）而產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。早在上世紀(jì)末，研究者們就發(fā)現(xiàn)熒光光譜能夠檢測(cè)牛乳加熱時(shí)的品質(zhì)變化：1996年Morales[29]在試管中加熱牛奶并用熒光光譜測(cè)出牛奶的動(dòng)能值；1997年Dufour[30]利用FFFS區(qū)分均質(zhì)、加熱后的牛奶；1998年Birlouez[31]又引進(jìn)“高級(jí)美拉德產(chǎn)物與可溶性色氨酸的熒光特性”（Fluorescence of Advanced Maillardproducts and Soluble Tryptophan，F(xiàn)AST）監(jiān)控牛奶加熱進(jìn)程。因FFFS對(duì)牛乳加熱過(guò)程的敏感性及不需任何前處理的優(yōu)勢(shì)，成為在線監(jiān)控牛乳加熱品質(zhì)的最佳手段，并已作為過(guò)程分析技術(shù)（process analytical technology，PAT）應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中[32]。

原子熒光是指基態(tài)原子(一般為蒸汽狀態(tài))吸收合適的特定頻率的輻射而被激發(fā)至高能態(tài)，而后以光輻射的形式發(fā)射出特征波長(zhǎng)的熒光。據(jù)此原理，氫化物發(fā)生技術(shù)(HG)與原子熒光光譜(AFS)相結(jié)合形成HG-AFS分析技術(shù)：砷、鍺、硒、汞等元素的氫化物具有揮發(fā)性，借助載氣流導(dǎo)入原子化器或激光光源中，從而進(jìn)行原子光譜的定量測(cè)量。由于這些元素的主要熒光譜線恰是日盲光電倍增管靈敏度的最好階段，且能與基體分離，大大降低了基體干擾，使HG-AFS在該方面有其他技術(shù)難以達(dá)到的靈敏性與準(zhǔn)確性[33]，加上其儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)需分光設(shè)備，價(jià)格低廉，對(duì)利潤(rùn)較低的食品業(yè)有很大優(yōu)勢(shì)。GB 5009.93-2010食品中硒的測(cè)定、GB/T 5009.11-2003食品中砷的測(cè)定和GB 5009.12-2010食品中鉛的測(cè)定均使用該法；吳平[34]探索原子熒光光譜法對(duì)牛奶中鉛含量的測(cè)定，前處理采用免消解的酸蛋白沉淀法，并在體系中加入硼酸形成緩沖試劑，從而滿(mǎn)足了HG-AFS測(cè)鉛時(shí)對(duì)環(huán)境酸度的苛刻要求，提供了快速可靠無(wú)污染的檢測(cè)方法，完成能夠適應(yīng)企業(yè)需要；Patricia[35]還建立了懸浮體進(jìn)樣法同時(shí)檢測(cè)乳中砷、硒、銻、碲、鉍的氫化物發(fā)生原子熒光法，As、Sb、Se、Te、Bi的檢出限分別為2.5 ng/L，1.6 ng/L，3 ng/L，6 ng/L，7 ng/L，使HG-AFS技術(shù)在該領(lǐng)域大放異彩。

2 光譜檢測(cè)所面臨的挑戰(zhàn)

（1）近紅外光譜技術(shù)的重大挑戰(zhàn)是建立穩(wěn)健的模型。建立的模型必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，否則所建立的模型極易受樣品基體的影響，如牛乳樣品的乳脂肪球粒度、密度等都對(duì)其結(jié)果產(chǎn)生影響，而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作通常需要大量的時(shí)間、精力和資金；儀器設(shè)計(jì)缺少一致性是近紅外光譜技術(shù)另一個(gè)重要問(wèn)題。由于儀器零件不精密，儀器之間存在臺(tái)間差，將極大限制近紅外技術(shù)的推廣和應(yīng)用；

（2）表面增強(qiáng)拉曼光譜雖然能檢出牛乳中微量痕量物質(zhì)，但用于定量分析還有很長(zhǎng)的路要走，因?yàn)槟壳皼](méi)有其他技術(shù)保證SERS定量分析的可靠性。SERS的定量分析首要解決的是增強(qiáng)基底的均一性和可靠性。納米材料不同位點(diǎn)的增強(qiáng)效應(yīng)不同，粒子靠近，耦合和增強(qiáng)效應(yīng)就強(qiáng)，反之就弱；另外一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是檢測(cè)方法的選擇性。像牛奶這樣的復(fù)雜體系，SERS將獲得大量待測(cè)分子和干擾分子的信息，如果沒(méi)有優(yōu)異的選擇性，則無(wú)法篩選出待測(cè)分子的信號(hào)；另外，增強(qiáng)劑的保質(zhì)也很重要，放置一段時(shí)間后，一旦增強(qiáng)劑變質(zhì)，再高再均一的增強(qiáng)襯底都沒(méi)有意義；

（3）原子熒光光譜儀是國(guó)產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)科學(xué)儀器中的佼佼者，但其一直以來(lái)的用戶(hù)幾乎都是大陸上的中國(guó)企業(yè)，無(wú)法走向國(guó)際市場(chǎng)。原因是原子熒光檢測(cè)具有一定的局限性，如備受關(guān)注的鉛，雖然能夠測(cè)定，但對(duì)反應(yīng)體系酸度、載氣流量、屏蔽氣流量等要求非?？量?；另外，原子熒光光譜理論體系遠(yuǎn)不如原子吸收光譜成熟?，F(xiàn)階段，美國(guó)和歐盟只承認(rèn)原子熒光測(cè)汞的方法，其他元素在理論體系的構(gòu)建及推廣方面還有待提高。

3 結(jié)果與展望

近紅外光譜技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)乳制品在線檢測(cè)，在牛乳成分檢測(cè)及常規(guī)摻假中發(fā)揮重要作用，制約其大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要瓶頸在于模型數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)，需要組建行業(yè)的建模中心，圍繞儀器選型、實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化與規(guī)范化、建模算法與攻略、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行等方面做扎實(shí)的基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)等工作。隨著我國(guó)乳品行業(yè)的發(fā)展，近紅外光譜分析技術(shù)必將逐步取代目前在國(guó)內(nèi)占主流的傳統(tǒng)化學(xué)分析方法，在乳制品行業(yè)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。另外，隨著有關(guān)近紅外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[36]的逐步引入，未來(lái)近紅外技術(shù)在乳品行業(yè)也必將像飼料、糧油和紡織等其他行業(yè)有章可依、有據(jù)可鑒；拉曼技術(shù)偏向于分子結(jié)構(gòu)解析及微量痕量有害物質(zhì)檢測(cè)，小型化是拉曼儀器未來(lái)發(fā)展方向之一，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定量檢測(cè)是站在該技術(shù)制高點(diǎn)的關(guān)鍵；熒光光譜在檢測(cè)熒光物質(zhì)時(shí)有著極高的靈敏度且不可替代的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析和在線檢測(cè)的便攜式HG-AFS分析儀器是當(dāng)前的重要研究課題，也是未來(lái)原子熒光發(fā)展的重點(diǎn)。

這三種光譜在乳制品品質(zhì)檢測(cè)中具有極大優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間，幾種光譜聯(lián)用，再結(jié)合現(xiàn)有的理化方法，能夠基本滿(mǎn)足目前國(guó)內(nèi)對(duì)大通量乳制品的檢測(cè)需求，從而保證產(chǎn)品品質(zhì)。