先進光譜與微流體技術 食品安全檢測邁向快速精準

【記者陳思妤／綜合外電】現代農業與食品供應鏈對農產品品質與安全檢測，日益要求更快速、非破壞性且精準的解決方案。近期多項研究顯示，光譜學與結合核酸適體的微流體裝置等先進技術，正為食品產業帶來革新，推動檢測系統邁向智慧化與即時化。

光譜學：非破壞性品質評估利器

光譜學（spectroscopy）是一種非破壞性技術，透過分析光線與物質交互作用，來檢測農產品的成分與品質。這項技術能評估農產品的品質、營養價值及真偽，並免去傳統濕化學分析耗時的樣品製備與化學廢物產生。相關光學檢測工具能深入探測電磁輻射與生物物質的交互作用，從而提供快速且非接觸式的品質評估。

多種光譜技術已被廣泛應用。例如，結合空間視覺與連續光譜的「高光譜成像」能同時捕捉影像與物質的光譜特徵，其研究顯示，在梨子品質評估中達到0.99的相關係數，並能以96.5%的準確度分類富士蘋果的成熟度。此外，「近紅外光譜」（Near-infrared spectroscopy）可快速測量甜度、水分、蛋白質含量，而「中紅外光譜」（Mid-infrared spectroscopy）則能透過獨特的指紋光譜，揭示高價值油品、蜂蜜及乳製品中的攙偽情況。

在微量物質檢測方面，「拉曼光譜」（Raman spectroscopy）及其增強技術「表面增強拉曼光譜」（Surface-enhanced Raman spectroscopy），能利用貴金屬奈米結構將振動訊號放大至單分子靈敏度，已成功檢測出水果皮上的微量有機磷農藥及真菌毒素。其他技術如「X射線電腦斷層掃描」（X-ray computed tomography）可分析穀物內部結構及食品凍結過程的冰晶，而「螢光成像」則能以超過90%的準確度辨識柑橘類水果的早期腐敗與表面損傷。

這些光譜技術結合人工智慧（AI）與機器學習演算法，在芒果、草莓、馬鈴薯等農產品的成熟度與新鮮度檢測上，展現了高達92%至98%的準確性。然而，光譜學在實際應用上仍面臨挑戰，包括巨大的計算需求、光學元件成本高昂，以及易受環境光線與水果表面曲率影響。

核酸適體微流體裝置：快速精準的污染檢測

傳統食品安全監測方法，如微生物培養、高效液相色譜法（high-performance liquid chromatography）、氣相色譜法（gas chromatography）及聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction），往往耗時且成本高昂。為解決這些問題，微流體裝置（microfluidic devices）整合核酸適體（nucleic acid aptamers）的技術日益受到關注。微流體裝置是一種將化學實驗室的功能微型化到微米級晶片上的技術，能以最少樣本和試劑進行快速、便攜式的生物分析。

核酸適體是由短鏈脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）組成，能像抗體一樣特異性地結合目標分子。相較於傳統抗體，核酸適體具備高熱穩定性、批次間變異小、生產成本較低等優勢，使其在惡劣現場環境下仍能可靠部署。這種技術已成功應用於檢測多種食源性病原菌，例如在一個小時內檢測到每毫升9.27個仙人掌桿菌（Bacillus cereus）營養細胞和孢子，以及檢測大腸桿菌O157:H7型（Escherichia coli O157:H7）與Salmonella Typhimurium的核酸雜交，檢測極限分別達到每毫升10³和10²個菌落形成單位。

除了病原菌，核酸適體微流體裝置在食物過敏原和毒素檢測方面也表現出色。研究顯示，該技術能在五分鐘內檢測海鮮毒素及溶菌酶（lysozyme），並在十分鐘內識別花生過敏原 Ara h 1。對於有害毒素，例如黃麴毒素B1和Ochratoxin A，微流體適體感測器能以低至620 aM的檢測極限進行超靈敏檢測。此外，該技術還能監測化學殘留物與獸藥殘留，例如在三分鐘內檢測牛奶中的黃麴毒素M1、雌二醇（17beta-estradiol）和卡納黴素（kanamycin），或量化雙酚A（bisphenol A）。

儘管核酸適體微流體裝置在食品污染檢測上展現巨大潛力，但仍面臨技術瓶頸，包括同時檢測多種分析物的困難，以及目前裝置多為一次性使用的特性。未來發展需要探索新的適體序列、開發多功能吸附劑，並整合更先進的奈米材料與三維列印技術，以提升其商業應用可行性。

這些創新的光譜與微流體技術，正引導食品產業走向更智慧、更即時的品質控制與安全監測，有望從農場到餐桌全面提升食品安全水準。

參考來源

• Spectroscopic Technology Advances Agricultural Product Quali…（Bioengineer.org）

• Aptamer Microfluidic Devices Advance Portable and Rapid Food…（Bioengineer.org）