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激光共聚焦扫描显微镜技术在食品领域中的应用

发布日期:2017-05-23 作者: 点击:

激光共聚焦扫描显微镜技术在食品领域中的应用:

随着激光共聚焦扫描显微镜技术的迅猛发展,其应用已深入到工业、农业、通讯、军事、科学研究等各个领域,在食品领域也开始将其用于新产品的开发以及对已有产品的分析中。特别是近年来这种技术越来越受到食品科学家的重视,在食品研究中显示出其独特的优势。

激光共聚焦扫描显微镜是20世纪80年代中期发展起来并得到广泛应用的新技术,它是激光、电子摄像和计算机图像处理等现代高科技手段渗透,并与传统的光学显微镜结合产生的先进的细胞分子生物学分析仪器,在生物及医学领域的应用越来越广泛,已经成为生物医学实验研究的必备工具。

一、激光共聚焦扫描显微镜的原理

在传统光学显微镜基础上,激光共聚焦扫描显微镜用激光作为光源,采用共扼聚焦原理和装置,并利用计算机对所观察的对象进行数字图像处理观察、分析和输出。其特点是可以对样品进行断层扫描和成像,进行无损伤观察和分析样品的三维空间结构。

在普通宽视野光学显微镜中,整个标本全部都被水银弧光灯或氙灯的光线照明,图像可以用肉眼直接观察。同时,来自焦点以外的其他区域的荧光对结构的干扰较大,尤其是标本的厚度在2um以上时,其影响更为明显。

激光共聚焦显微镜脱离了传统光学显微镜的场光源和局部平面成像模式,采用激光束作光源,激光束经照明针孔,经由分光镜反射至物镜,并聚焦于样品上,对标本焦平面上每一点进行扫描。组织样品中如果有可被激发的荧光物质,受到激发后发出的荧光经原来入射光路直接反向回到分光镜,通过探测针孔时先聚焦,聚焦后的光被光电倍增管(PMT)探测收集,并将信号输送到计算机,处理后在计算机显示器上显示图像。在这个光路中,只有在焦平面的光才能穿过探测针孔,焦平面以外区域射来的光线在探测小孔平面是离焦的,不能通过小孔。因此,非观察点的背景呈黑色,反差增加,成像清晰。由于照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的,焦平面上的点同时聚焦于照明针孔与探测针孔,焦平面以外的点不会在探测针孔处成像,即共聚焦。

二、激光共聚焦扫描显微镜在食品中的应用

食品科学家在产品开发,质量控制和基础研究方面面临众多困难,LCSM使许多重要现象的研究成为可能,如组分的可混性,物理聚集和絮凝,相分离以及添加剂和加工条件等对结构的影响等。该技术目前在国外的食品领域研究中已有大量文献报道,但在国内研究中较少。

三、研究食品的乳化性能及稳定性

食品的乳化性能决定了许多食品的结构、口感和稳定性,因此了解食品体系中不同乳化剂的作用十分重要。LCSM打破了传统的观察界面上的两相分布的方法,由于LSCM可以同时观察多个荧光通道,利用不同的染色剂分别对几种乳化剂染色,通过改变酯类的浓度就可动态地观察乳化剂的取代过程,采用三维重建还能观察到乳状液的空间分布。

 

四、研究食品原料或成分的微观结构

利用激光共聚焦扫描显微镜进行食品原料或成分的结构研究,对食品结构进行二维和三维的分层扫描,从而获得食品微观结构的形态及二维和三维量化指标等。通过LCSM扫描观察小麦、马铃薯、玉米等各种谷物淀粉颗粒,可以得到不同产地或不同加工工艺的谷物淀粉的微观结构,从而研究各种淀粉的结构与其性质的关系;利用LCSM研究果蔬的细胞结构,通过构造三维图片观察果蔬细胞的层次结构,进而研究果蔬贮藏过程中的性质及变化。

五、研究食品加工过程的结构变化

激光共聚焦扫描显微镜技术可用于动态地观察食品在加工过程中的结构状态的变化及流变学特性等。利用LCSM可以检测到面筋蛋白结构的变化过程,并能观察面团醒发过程中特定添加剂在面团中的位置。此外,LCSM还被用于研究流态食品冻结过程中蛋白质的结构变化。

 

六、研究食品的凝胶结构

利用LCSM研究食品蛋白凝胶体系中的蛋白聚集物凝胶的形成,分析其凝胶网络三维结构的差异,得出凝胶的微观结构特性,进一步分析食品的口感及功能特性差异。LCSM在研究各种凝胶的微观结构方面有独特的优势,尤其在各种动物蛋白凝胶体系中,LCSM能够获得具有高清晰微观结构的图片,因此在国外被广泛应用于肉制品蛋白或蛋白混合凝胶的结构及形成机理研究中。

激光共聚焦扫描显微镜作为新兴的仪器分析技术,不但在生物医学领域发挥了巨大的作用,在食品领域也有着越来越广泛的应用。LCSM不仅为食品科学家研究传统的食品组织结构提供了方便,而且使食品研究进入到微观体系结构研究的新领域。食品科学家们利用LCSM的无损伤光学切片、三维重建、动态追踪等特点能观察到食品化学微观的不均一性,食品微生物的活性,组织的生物构造及酶的活性。随着LCSM技术的不断完善,它在食品领域中的作用也会越来越突出。


本文网址:http://www.asgiai.com/news/234.html

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