指纹图谱技术在食品品质安全检测中的应用探索

摘 要：随着人们对食品品质安全关注度的不断提高，高效、准确的检测技术成为保障食品安全的关键。指纹图谱技术凭借其独特的优势，能全面、特征性反映食品的化学组成信息，在食品品质安全检测领域展现出巨大的应用潜力。本文探讨指纹图谱技术的原理、特点及其在食品品质安全检测中的应用，分析其应用过程中面临的挑战，并对未来发展方向进行展望，旨在为提升食品品质安全检测水平提供理论支持和技术参考。

关键词：指纹图谱技术；食品品质安全；检测应用；发展趋势

Exploration of the Application of Fingerprint Technology in Food Quality and Safety Inspection

ZHANG Qianyao， XU Xin*

（Inspection and Testing Center of Tonglu， Hangzhou 311500， China）

Abstract： With the continuous increase in people’s attention to food quality and safety， efficient and accurate detection technology has become the key to ensuring food safety. Fingerprint technology， with its unique advantages， can comprehensively and uniquely reflect the chemical composition information of food， demonstrating great potential for application in the field of food quality and safety testing. This article explores the principles， characteristics， and applications of fingerprint technology in food quality and safety testing， analyzes the challenges faced in its application process， and looks forward to future development directions， aiming to provide theoretical support and technical references for improving the level of food quality and safety testing.

Keywords： fingerprint technology; food quality and safety; detection application; development trends

食品品质安全直接关系人们的身体健康和生活质量，近年来，食品安全事件频发，使得食品品质安全检测成为社会关注的焦点。传统的食品检测方法只能针对单一或少数几种成分进行检测，难以全面、准确地评估食品的品质和安全性。指纹图谱技术作为一种新兴的分析技术，能获取食品中多种化学成分的综合信息，如同人的指纹一样具有唯一性和特征性，为食品品质安全检测提供一种全新的思路和方法。

1 指纹图谱技术概述

1.1 指纹图谱技术的原理

指纹图谱技术是一种利用现代分析仪器，如色谱、光谱、质谱等，对食品中的化学成分进行全面分析，从而获得反映食品整体化学特征的图谱的技术。不同的食品由于其原料来源、生产工艺、储存条件等因素的不同，其所含的化学成分及相对含量也存在差异，这些差异会在指纹图谱中以不同的峰形、峰位、峰面积等形式表现出来。在色谱指纹图谱中，不同的化学成分在固定相和流动相之间的分配系数不同，从而在色谱柱中实现分离，并在检测器上产生不同的响应信号，形成具有特征性的色谱峰。对这些色谱峰的分析和比对，就可对食品的品质和安全性进行评估[1]。

1.2 指纹图谱技术的特点

1.2.1 整体性

指纹图谱技术能同时反映食品中多种化学成分的信息，包括主要成分、次要成分以及微量成分，全面展示食品的化学组成特征。相较于只能检测某一种或几种特定成分的传统检测技术，这种整体性使得指纹图谱能够更真实地反映食品的内在品质和安全性。

1.2.2 特征性

每一种食品都有其独特的指纹图谱，就像人的指纹一样具有唯一性。指纹图谱中的峰形、峰位、峰面积等特征信息与食品的原料、产地、加工工艺等密切相关，对这些特征信息进行分析，有助于对食品进行准确的鉴别和分类。例如，不同产地的茶叶，由于土壤、气候等环境因素的差异，其化学成分会有所不同，从而在指纹图谱上呈现出明显的差异[2]。

1.2.3 稳定性

在一定的条件下，食品的指纹图谱具有较好的稳定性。只要食品的原料、生产工艺等条件保持相对稳定，其指纹图谱的特征也会相对稳定，使得指纹图谱技术用于食品质量的长期监控和追溯，确保食品在生产、加工、储存和销售等各个环节的品质和安全性。

1.2.4 通用性

指纹图谱技术可应用于多种类型的食品检测，包括农产品、畜产品、水产品、加工食品等。同时，也可与其他检测技术相结合，如与分子生物学技术相结合，可进一步提高对食品中微生物、转基因成分等的检测能力[3]。

2 指纹图谱技术在食品品质安全检测中的应用

2.1 食品真伪鉴别

在原料真伪鉴别方面，可以利用指纹图谱技术，对比食品原料的指纹图谱与标准图谱，判断原料的真伪。以橄榄油为例，纯正的橄榄油具有特定的脂肪酸组成和挥发性成分，利用气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技术获得的指纹图谱，可清晰显示这些特征。如果橄榄油中掺入其他植物油，如大豆油、玉米油等，其指纹图谱就会发生明显变化，与标准图谱的比对，就可准确鉴别出橄榄油的真伪。在产地溯源方面，不同产地的食品由于地理环境、气候条件等因素的影响，其化学成分存在差异，指纹图谱也会有所不同。利用指纹图谱技术，对食品的产地进行溯源。对于葡萄酒，不同产区的葡萄在生长过程中吸收的养分和受到的环境影响不同，导致葡萄酒中的风味物质、矿物质等成分有所差异。利用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）指纹图谱技术，分析葡萄酒中的多种化学成分，建立不同产区葡萄酒的指纹图谱数据库，从而实现对葡萄酒产地的准确溯源[4]。

2.2 食品品质评价

对于品质分级，指纹图谱技术可根据食品中化学成分的差异，对食品进行品质分级。在茶叶品质评价中，利用高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）指纹图谱技术分析茶叶中的茶多酚、咖啡碱、氨基酸等成分的含量和比例。优质茶叶的指纹图谱具有特定的峰形和峰面积比例，根据这些特征可以将茶叶分为不同的等级，为茶叶的市场定价和质量控制提供科学依据。同时，指纹图谱技术还可以用于检测新鲜度。随着食品储存时间的延长，其化学成分会发生变化，指纹图谱也会相应改变。指纹图谱技术通过监测这些变化，评估食品的新鲜度。例如，对于肉类食品，在储存过程中，蛋白质会分解产生挥发性胺类物质，脂肪会氧化产生醛、酮等化合物。通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（Headspace Solid-Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME-GC-MS）技术获得的指纹图谱，可清晰反映这些成分的变化，从而判断肉类食品的新鲜度[5]。

2.3 食品中有害物质检测

指纹图谱技术在食品安全检测中发挥着重要作用。①指纹图谱技术可用于检测食品中的农药残留。采用超高效液相色谱-串联质谱（Ultra Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry，UPLC-MS/MS）指纹图谱技术，能同时分析蔬菜中多种有机磷、有机氯、拟除虫菊酯等农药的残留量，与标准图谱比对，可准确定性和定量分析，确保食品安全。②利用指纹图谱技术，分析食品中重金属与特定试剂反应后产生的特征光谱或色谱信号，检测重金属的含量。如利用原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）指纹图谱技术，通过测量特定波长下重金属的特征吸收峰强度，可定量分析铅、镉、汞等重金属含量。③指纹图谱技术还能检测食品中的微生物污染。采用红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）指纹图谱技术，可快速检测大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见致病菌。不同微生物在红外光谱上呈现不同的指纹图谱特征，与标准图谱比对，可准确鉴别和检测微生物污染，保障食品安全。

3 指纹图谱技术在食品品质安全检测应用中的挑战

3.1 技术标准不完善

目前，指纹图谱技术在食品品质安全检测领域的应用还缺乏统一的技术标准和规范。不同实验室采用的分析方法、仪器设备、数据处理方法等可能存在差异，导致指纹图谱的重复性和可比性较差，给指纹图谱技术的推广应用和检测结果的准确性带来一定的困难。

3.2 数据处理复杂

指纹图谱技术产生的数据量庞大，包含大量的信息。如何从这些复杂的数据中提取出有效的特征信息，并进行准确的分析和解读，是指纹图谱技术应用中的一个关键问题。目前，虽然有多种数据处理方法和软件可供选择，但对于一些复杂的食品体系，数据处理的准确性和效率仍有待提高。

3.3 检测成本较高

指纹图谱技术通常需要使用先进的分析仪器，如色谱-质谱联用仪、核磁共振波谱仪等，这些仪器设备价格昂贵，维护成本高。同时，指纹图谱技术的检测过程相对复杂，需要专业的技术人员进行操作和分析，也增加了检测成本。较高的检测成本限制了指纹图谱技术在一些小型食品企业和基层检测机构中的应用。

4 指纹图谱技术在食品品质安全检测中的发展方向

4.1 建立统一的技术标准

相关部门和科研机构应加强合作，制定统一的样品前处理规范，明确针对不同类型食品的最佳提取方法和净化步骤。同时，统一仪器操作条件，规定各类分析仪器的关键参数范围，确保实验条件的一致性。此外，建立标准化的数据采集和处理方法也至关重要。要制定统一的数据采集频率、积分参数等，保证数据的准确性和可重复性。通过建立权威的食品指纹图谱数据库，将各类食品的标准指纹图谱进行整合，为食品品质安全检测提供可靠的比对依据，使检测结果更具权威性和可信度。

4.2 发展智能化数据处理技术

随着指纹图谱技术的应用，产生的数据量呈爆发式增长。传统的数据处理方法已难以满足现实需求，发展智能化数据处理技术迫在眉睫。人工智能和机器学习技术为此提供了新的解决方案。利用深度学习算法，可对大量的食品指纹图谱数据进行学习和训练。构建卷积神经网络等模型，让计算机自动识别指纹图谱中的特征信息，如峰的位置、强度和形状等。经过大量数据的训练后，模型能准确判断食品的真伪、进行品质分级以及有害物质的检测。在食品真伪鉴别中，模型可快速比对未知样品的指纹图谱与数据库中的标准图谱，给出准确的判断结果。而且，智能化数据处理技术还能对数据进行深度挖掘，发现潜在的关联和规律。分析不同食品成分之间的相互关系，以及这些关系与食品品质和安全性的联系，为食品质量控制和安全监管提供更深入的见解。

4.3 降低检测成本

高昂的检测成本是限制指纹图谱技术广泛应用的重要因素之一，为降低成本，科研人员应致力于研发更加简便、高效且低成本的指纹图谱技术和仪器设备。开发便携式的指纹图谱检测设备，采用微流控芯片等技术，使设备体积小、重量轻，便于携带和操作。这种便携式设备可在基层检测机构、食品生产现场甚至市场监管一线使用，有效提高检测的便利性。同时，优化检测流程，减少不必要的样品前处理步骤，采用更经济的试剂和耗材，降低试剂消耗成本。此外，加强培训和技术推广，提高检测人员的操作技能和效率，减少人力成本的浪费。

5 结语

指纹图谱技术作为一种先进的食品品质安全检测技术，具有整体性、特征性、稳定性和通用性等优点，在食品真伪鉴别、品质评价、有害物质检测等方面发挥着重要作用。然而，目前指纹图谱技术在应用中还面临着技术标准不完善、数据处理复杂、检测成本较高等挑战。未来，随着技术的不断发展和创新，通过建立统一的技术标准、发展智能化数据处理技术和降低检测成本等措施，指纹图谱技术将在食品品质安全检测领域得到更广泛的应用，为保障食品安全提供更加有力的技术支撑。

参考文献

[1]郑振佳，朱文卿，梁浩，等.指纹图谱在食品分析中的应用研究进展[J].食品工业科技，2021，42（12）：413-421.

[2]何晓峰，温小波，滕博.指纹图谱技术在蛋白基食品品质鉴定中的应用[J].汕头大学学报（自然科学版），2021，36（4）：39-52.

[3]刘静，亓超凡，绪扩，等.指纹图谱技术在食品质量与安全中的应用研究进展[J].食品安全质量检测学报，2022，13（10）：3189-3197.

[4]黄润.指纹图谱技术在食品质量与安全中应用阐述[J].中外食品工业，2023（11）：63-65.

[5]史慎奎，祁东梅，王春芳，等.谷子DUS测试标准品种指纹图谱的构建与应用[J].山西农业科学，2024，52（1）：10-18.

作者简介：张倩瑶（1987—），女，河北赞皇人，硕士，高级工程师。研究方向：食品质量控制。

通信作者：许鑫（1989—），男，安徽阜阳人，硕士，工程师。研究方向：食品质量控制。E-mail： xuxinzju@126.com。