隨著激光共聚焦掃描顯微鏡技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、通訊、軍事、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域，在食品領(lǐng)域也開(kāi)始將其用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)以及對(duì)已有產(chǎn)品的分析中。特別是近年來(lái)這種技術(shù)越來(lái)越受到食品科學(xué)家的重視，在食品研究中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
激光共聚焦掃描顯微鏡是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)并得到廣泛應(yīng)用的新技術(shù)，它是激光、電子攝像和計(jì)算機(jī)圖像處理等現(xiàn)代高科技手段滲透，并與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡結(jié)合產(chǎn)生的先進(jìn)的細(xì)胞分子生物學(xué)分析儀器，在生物及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的必備工具。
一、激光共聚焦掃描顯微鏡的原理
在傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡基礎(chǔ)上，激光共聚焦掃描顯微鏡用激光作為光源，采用共扼聚焦原理和裝置，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)所觀察的對(duì)象進(jìn)行數(shù)字圖像處理觀察、分析和輸出。其特點(diǎn)是可以對(duì)樣品進(jìn)行斷層掃描和成像，進(jìn)行無(wú)損傷觀察和分析樣品的三維空間結(jié)構(gòu)。
在普通寬視野光學(xué)顯微鏡中，整個(gè)標(biāo)本全部都被水銀弧光燈或氙燈的光線照明，圖像可以用肉眼直接觀察。同時(shí)，來(lái)自焦點(diǎn)以外的其他區(qū)域的熒光對(duì)結(jié)構(gòu)的干擾較大，尤其是標(biāo)本的厚度在2um以上時(shí)，其影響更為明顯。
激光共聚焦顯微鏡脫離了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的場(chǎng)光源和局部平面成像模式，采用激光束作光源，激光束經(jīng)照明針孔，經(jīng)由分光鏡反射至物鏡，并聚焦于樣品上，對(duì)標(biāo)本焦平面上每一點(diǎn)進(jìn)行掃描。組織樣品中如果有可被激發(fā)的熒光物質(zhì)，受到激發(fā)后發(fā)出的熒光經(jīng)原來(lái)入射光路直接反向回到分光鏡，通過(guò)探測(cè)針孔時(shí)先聚焦，聚焦后的光被光電倍增管(PMT)探測(cè)收集，并將信號(hào)輸送到計(jì)算機(jī)，處理后在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示圖像。在這個(gè)光路中，只有在焦平面的光才能穿過(guò)探測(cè)針孔，焦平面以外區(qū)域射來(lái)的光線在探測(cè)小孔平面是離焦的，不能通過(guò)小孔。因此，非觀察點(diǎn)的背景呈黑色，反差增加，成像清晰。由于照明針孔與探測(cè)針孔相對(duì)于物鏡焦平面是共軛的，焦平面上的點(diǎn)同時(shí)聚焦于照明針孔與探測(cè)針孔，焦平面以外的點(diǎn)不會(huì)在探測(cè)針孔處成像，即共聚焦。以激光作光源并對(duì)樣品進(jìn)行掃描，在此過(guò)程中兩次聚焦，故稱為激光共聚焦掃描顯微鏡(圖1)。
二、激光共聚焦掃描顯微鏡在食品中的應(yīng)用
食品科學(xué)家在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，質(zhì)量控制和基礎(chǔ)研究方面面臨眾多困難，LCSM使許多重要現(xiàn)象的研究成為可能，如組分的可混性，物理聚集和絮凝，相分離以及添加劑和加工條件等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響等。該技術(shù)目前在國(guó)外的食品領(lǐng)域研究中已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，但在國(guó)內(nèi)研究中較少。
三、研究食品的乳化性能及穩(wěn)定性
食品的乳化性能決定了許多食品的結(jié)構(gòu)、口感和穩(wěn)定性，因此了解食品體系中不同乳化劑的作用十分重要。LCSM打破了傳統(tǒng)的觀察界面上的兩相分布的方法，由于LSCM可以同時(shí)觀察多個(gè)熒光通道，利用不同的染色劑分別對(duì)幾種乳化劑染色，通過(guò)改變酯類的濃度就可動(dòng)態(tài)地觀察乳化劑的取代過(guò)程，采用三維重建還能觀察到乳狀液的空間分布。
四、研究食品原料或成分的微觀結(jié)構(gòu)
利用激光共聚焦掃描顯微鏡進(jìn)行食品原料或成分的結(jié)構(gòu)研究，對(duì)食品結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維和三維的分層掃描，從而獲得食品微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)及二維和三維量化指標(biāo)等。通過(guò)LCSM掃描觀察小麥、馬鈴薯、玉米等各種谷物淀粉顆粒，可以得到不同產(chǎn)地或不同加工工藝的谷物淀粉的微觀結(jié)構(gòu)，從而研究各種淀粉的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)的關(guān)系；利用LCSM研究果蔬的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，通過(guò)構(gòu)造三維圖片觀察果蔬細(xì)胞的層次結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究果蔬貯藏過(guò)程中的性質(zhì)及變化。
五、研究食品加工過(guò)程的結(jié)構(gòu)變化
激光共聚焦掃描顯微鏡技術(shù)可用于動(dòng)態(tài)地觀察食品在加工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化及流變學(xué)特性等。利用LCSM可以檢測(cè)到面筋蛋白結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程，并能觀察面團(tuán)醒發(fā)過(guò)程中特定添加劑在面團(tuán)中的位置。此外，LCSM還被用于研究流態(tài)食品凍結(jié)過(guò)程中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化。
六、研究食品的凝膠結(jié)構(gòu)
利用LCSM研究食品蛋白凝膠體系中的蛋白聚集物凝膠的形成，分析其凝膠網(wǎng)絡(luò)三維結(jié)構(gòu)的差異，得出凝膠的微觀結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)一步分析食品的口感及功能特性差異。LCSM在研究各種凝膠的微觀結(jié)構(gòu)方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其在各種動(dòng)物蛋白凝膠體系中，LCSM能夠獲得具有高清晰微觀結(jié)構(gòu)的圖片，因此在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于肉制品蛋白或蛋白混合凝膠的結(jié)構(gòu)及形成機(jī)理研究中。
七
激光共聚焦掃描顯微鏡作為新興的儀器分析技術(shù)，不但在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，在食品領(lǐng)域也有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。LCSM不僅為食品科學(xué)家研究傳統(tǒng)的食品組織結(jié)構(gòu)提供了方便，而且使食品研究進(jìn)入到微觀體系結(jié)構(gòu)研究的新領(lǐng)域。食品科學(xué)家們利用LCSM的無(wú)損傷光學(xué)切片、三維重建、動(dòng)態(tài)追蹤等特點(diǎn)能觀察到食品化學(xué)微觀的不均一性，食品微生物的活性，組織的生物構(gòu)造及酶的活性。隨著LCSM技術(shù)的不斷完善，它在食品領(lǐng)域中的作用也會(huì)越來(lái)越突出。
