手持式4100 ExoScan紅外光譜快速高效地檢測食用燕窩

前言燕窩作為中國傳統(tǒng)美食，其流行可以追溯到 1000 年以前。這道菜的中文名為“燕窩”，就是燕子的巢穴。事實(shí)上，可食用燕窩由金絲燕（Collocaliafuciphaga）制造，它與普通的燕子屬同一科類，但是更小一些。雖然存在 90 多種東南亞金絲燕，但僅有四種雨燕的巢穴，是可供人類食用的。在繁殖的季節(jié)，雄燕吐出一種粘稠的唾液分泌物以構(gòu)筑巢穴。由于含有豐富的氨基酸，碳水化合物和礦物鹽，燕窩也在數(shù)百年來被傳統(tǒng)中醫(yī)作為一個(gè)重要的保健品來使用。例如用它來治療營養(yǎng)不良，改善免疫系統(tǒng)和促進(jìn)身體的新陳代謝。最近燕窩也被用在化妝品制造業(yè)中。

對于食用燕窩的大量需求，特別是來自中國大陸，香港和中國臺灣市場的需求，以及其有限的供應(yīng)導(dǎo)致圍繞此產(chǎn)品形成了一個(gè)利潤豐厚的市場。隨之而來的是出現(xiàn)燕窩產(chǎn)品偽劣的高潮。不道德的供應(yīng)商在燕窩中摻雜添加劑以增加其重量和市場售價(jià)。通常用于仿制燕窩的材料包括可食用植物，魚皮，蘑菇和海藻。還可通過在價(jià)格較低的白燕燕窩中添加天然著色劑如刺梧桐膠，紅海藻或木耳菌類或?qū)⑵溆孟跛徕c處理，而偽造出更加名貴的“血燕”燕窩。用于鑒別純正的，不摻假的燕窩的方法同時(shí)也用于生產(chǎn)和制造燕窩的食品安全檢測中。一般食用燕窩要經(jīng)過雙氧水漂白的過程，還有很多程序涉及到防腐劑的添加，如硼酸，亞硫酸鉀或二氧化硫（這是依照國家規(guī)定添加的）。同時(shí)添加糖，鹽，味精（MSG）以改善口感。以及使用面筋，銀耳，果凍和動(dòng)物皮或合成橡膠來改善燕窩的形狀和外觀。

此應(yīng)用報(bào)告提供了一種簡單的方法，使用手持式傅里葉變換紅外光譜（FTIR）儀來鑒別可食用燕窩，識別偽劣產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)食品安全檢測。IR 光譜通過測量化合物中的共價(jià)鍵，而創(chuàng)建其化合物分子特征“指紋”。這個(gè)指紋能夠被用來識別和量化樣品中存在的化合物。FTIR 光譜技術(shù)通常用于食品制造業(yè)的產(chǎn)品鑒別和污染鑒定。使用傳統(tǒng) FTIR 進(jìn)行可食用燕窩分析的示例如圖 1 所示。在這個(gè)例子中，可以看到蛋白質(zhì)的主要吸收波數(shù)為 1640 和 1550 cm-1，碳水化合物則接近 1030 cm-1，脂類在接近 2930 cm-1 處。純凈和摻假的樣品之間可看出明顯的差異。最近的技術(shù)進(jìn)步減小了 FTIR 分光光度計(jì)的尺寸和重量，產(chǎn)生了易于使用的手持式系統(tǒng)。這項(xiàng)新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了非破壞性的分析，這對于昂貴食品諸如可食用燕窩來說是非常有用的。

儀器安捷倫 4100 ExoScan FTIR（如圖 2 所示）用于此項(xiàng)研究。它是一個(gè)多功能，耐用的手持式中紅外系統(tǒng)，能夠匹配范圍廣泛的互換采樣接口。在本研究中，采用了漫反射接口。4100 ExoScan FTIR 由可充電并可更換的鋰離子電池驅(qū)動(dòng)，可以持續(xù)操作 4 個(gè)小時(shí)之久。它也可以安裝在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)像臺式 FTIR 那樣操作，具有和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室用 FTIR 分光光度計(jì)同樣的性能。由于采用漫反射采樣接口，4100 ExoScan FTIR 實(shí)現(xiàn)了非破壞性的測試。這與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室臺式FTIR使用衰減性全反射（ATR）采樣方法而造成的燕窩樣品物理結(jié)構(gòu)的破壞形成了鮮明的對比。此外，漫反射采樣接口可測量更大的樣品容量，從而提供較之 ATR 更加敏感精準(zhǔn)的測量。在實(shí)現(xiàn)非破壞性檢測的同時(shí)，4100 ExoScan 緊湊的設(shè)計(jì)意味著樣品分析可以在方便的地方進(jìn)行，無論是在實(shí)驗(yàn)室，移動(dòng)設(shè)施上還是在現(xiàn)場。

食用燕窩的漫反射中紅外光譜分析純凈樣品的漫反射紅外光譜較之經(jīng)典的吸收光譜具有不同的譜形，如圖 3 所示。從二者的疊加光譜圖中可以看出，漫反射光譜的譜線方向往往與 ATR 吸收光譜相反，這是由于材料的折光率變化與其吸收波段變化相一致。鑒于二者波段變化的頻率相同，所以都可用于材料定性。盡管光譜形狀不同，但使用漫反射和 ATR 采樣接口得到的化合物信息是一樣的。如上所述，燕窩可能被種類繁多的常見添加劑污染或者偽造，這些常用添加劑包括碳酸鹽，糖，鹽，味精和羽毛。使用 4100 ExoScan FTIR 測量摻假燕窩，用這些摻假的樣品測得的光譜圖列于圖 4 到 7 中，證實(shí)了檢測的簡便性。進(jìn)一步，我們開發(fā)了一個(gè)可以判定燕窩樣品通過或未通過檢驗(yàn)的方法并用該方法對摻假樣品進(jìn)行了測試。

圖 4 顯示了純凈的食用燕窩樣品與被碳酸鈣污染的樣品得到的紅外光譜圖的比較，這種污染很可能是因?yàn)樵撗喔C樣品采集于石灰?guī)r或溶洞。純燕窩可以由蛋白質(zhì)（酰胺 I，II 和III）光譜與纖維素光譜進(jìn)行表征。而被碳酸鈣污染的燕窩除了含有這些特征譜帶外，由于碳酸鹽官能團(tuán)的存在，其在波數(shù) 1410 cm-1 和 873 cm-1 處還會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)額外的譜帶。如在圖 4 所看到的，4100 ExoScan FTIR 能夠輕松地區(qū)別純燕窩樣品和那些被碳酸鈣污染了的樣品。鹽（氯化鈉）通常被添加到燕窩中以提升口感并增加其重量和價(jià)值。氯化鈉是一種無機(jī)化合物，因此它不能被紅外光譜檢測到。然而，摻雜了氯化鈉的燕窩仍舊可以被 4100ExoScan FTIR 檢測到。鹽有效地稀釋了樣品，導(dǎo)致本應(yīng)該呈現(xiàn)負(fù)向譜帶的位置出現(xiàn)了正向譜帶。這在圖 5 中可以看到。

如同鹽分，糖（蔗糖）同樣可以添加到燕窩中增加重量和改善口感。使用 FTIR，蔗糖能夠輕松地從食用燕窩中鑒別出來，如圖 6a 所示。摻雜了蔗糖樣品的光譜圖在波數(shù)1050 cm-1，980 cm-1 和 905 cm-1 處顯示出蔗糖的強(qiáng)吸收譜帶。商業(yè)實(shí)驗(yàn)室的 ATR 蔗糖光譜庫的參考數(shù)據(jù)證實(shí)了這點(diǎn)（如圖 6b）。單谷氨酸鈉（MSG）是另外一種食品添加劑，它被添加到燕窩中用以增強(qiáng)口感。如圖 7 所示，摻雜了 MSG 的食用燕窩可通過與谷氨酸的蛋白質(zhì)酰胺 I 波段重疊的雙峰來鑒定，這是一個(gè)羧酸鹽的雙峰。

通過檢測/未通過檢測的判定方法結(jié)果顯示很多類型的常用摻雜物能夠通過食用燕窩的紅外光譜檢測發(fā)現(xiàn)。為了向質(zhì)檢人員提供可靠的答案，文中開發(fā)了一個(gè)方法，它能夠給出通過檢測或未通過檢測的判定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了常規(guī)污染物的鑒定。該方法采用安捷倫 MicroLab Mobile FTIR 軟件實(shí)現(xiàn)，可通過 MicroLabMobile 操作 4100 ExoScan FTIR，前者專門設(shè)計(jì)用于提供易于理解的定量或定性結(jié)果。在這種情況下為每種摻雜物都定義了一個(gè)含量的最高閾值。如果測量的某摻雜物成分高于設(shè)定的閾值，則該摻雜物顯示為紅色。這就使用戶很容易發(fā)現(xiàn)樣品有摻假的跡象，并且鑒定為摻假樣品。圖 8 展示了一個(gè)摻雜了碳酸鹽和食鹽的食用燕窩樣品的例子。另外該檢測中還包括微量羽毛殘留的測量結(jié)果，這些羽毛殘留會(huì)降低燕窩的價(jià)值。這種方法優(yōu)于常規(guī)的譜庫檢索或相關(guān)方法因?yàn)樗軌驒z測到微量的摻雜物質(zhì)，而這些物質(zhì)使用多數(shù)的譜庫檢索方法是檢測不到的。

結(jié)論FTIR 光譜儀具有非破壞性，快速直接檢測，無需樣品制備，優(yōu)異的靈敏度和專用性等特性，因此是食用燕窩鑒別，質(zhì)量保證和認(rèn)證的極有價(jià)值的技術(shù)手段。這些特點(diǎn)對于防止摻假燕窩的欺詐性貿(mào)易是非常重要的，同時(shí)確保了食品安全和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。圍繞供應(yīng)，加工和銷售血燕燕窩的產(chǎn)業(yè)正由于中國的日益富裕而快速增長，中國成為最大的燕窩消費(fèi)市場，并且到處充斥著消費(fèi)燕窩對保健和健康有益的宣傳。具有集成漫反射采樣接口的安捷倫 4100 ExoScan FTIR 分析儀為此類應(yīng)用提供了理想的分析能力：• 選擇-對準(zhǔn)-按壓操作模式對于不熟練的操作人員是一個(gè)理想的選擇• 使用輕便的手持式分析儀可以現(xiàn)場分析樣品并確?？焖俚玫浇Y(jié)果和快速的樣品周轉(zhuǎn)，這就使得摻假的樣品能夠從根源上得到控制• 可以對樣品的很多區(qū)域進(jìn)行非破壞性分析，因此可以對燕窩進(jìn)行逐個(gè)檢測• 由 MicroLab Mobile 軟件提供的定量方法使分析結(jié)果易于理解• 通過與傳統(tǒng)技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明檢測的結(jié)果非常可靠