王海波

(廣西-東盟食品藥品安全檢驗檢測中心,廣西南寧 530021)

隨著社會科技的進步,食品安全檢測技術逐漸從傳統(tǒng)的實驗室檢測向現(xiàn)場檢測方向摸索發(fā)展。在檢測工作中以實驗室檢測為本,現(xiàn)場檢測輔助共同發(fā)展,加快了食品安全項目的檢測速度,大大降低了檢測成本。由于人工合成的食品添加劑和食品中化學殘留物對人體健康存在危害,故政府和監(jiān)管部門亟需找到一種快速、靈敏和可靠的檢測手段保障食品安全。目前檢測方法主要有高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)、氣相色譜法(gas chromatography,GC)、液相色譜-質譜聯(lián)用儀(liquid chromatograph mass spectrometer,LC-MS/MS)、氣相色譜-質聯(lián)用儀法(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS/MS)等方法,這些檢測方法雖具靈敏度高、準確性好等特點,但耗時耗力、成本昂貴、對樣品的凈化要求苛刻,難以實現(xiàn)快速定性篩選。表面增強拉曼光譜(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)是一種新型化學分析和檢測手段,越來越受到人們的關注。

拉曼光譜(Raman spectroscopy)是一種能夠表征分子振動能級的光譜,具有極高的分子特異性,但其散射強度較弱。拉曼光譜散射截面是每個分子10-30cm2,而熒光有效色散射截面為10-17～10-16cm2[1],因此易受到熒光干擾。Fleischmann等[2]在粗糙銀電極表面獲得吡啶的增強拉曼散射信號,Van Duyne等[3]在Fleischmann基礎上提出面增強拉曼光譜(SERS)效應,即表面增強效應與金屬粗糙表面相關,這是拉曼光譜發(fā)展的重要里程碑。SERS技術快速、靈敏、無損,具備分子指紋專一性和單分子靈敏性等特點,能在分子水平上提供物質結構的豐富信息,已逐漸成為化學、生物、環(huán)境、食品等領域一種強有力的檢測手段[4-6]。當目標分子被吸附到某些粗糙的金屬表面上時,它們的拉曼散射強度會比常規(guī)拉曼增強104～1014倍[7-8]。

運用便攜式拉曼光譜儀及相應的納米增強基底,實現(xiàn)了食品中多種物質的快速檢測,并可進行半定量分析。目前主要用于檢測項目包括食品添加劑,如防腐劑、色素、甜蜜素等;食品中的化學危害物,如非法添加物、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等,均獲得了較好的檢測效果,筆者綜述國內(nèi)外SERS在食品安全檢測中應用情況,為今后SERS技術在食品檢測領域的廣泛應用提供依據(jù)。

1 SERS技術檢測食品中藥物殘留

拉曼光譜是根據(jù)分子極化率變化產(chǎn)生的光譜,在檢測低頻振動方面具有優(yōu)越性,甚至可檢測到分子的晶格振動,從而反映化合物分子結構中基團的振動信息。食品在種植養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中使用農(nóng)藥獸藥導致藥物殘留。農(nóng)藥殘留是指使用農(nóng)藥后一定時期內(nèi)未被分解而殘留在生物體、水體、土壤等環(huán)境中的微量元素、有毒代謝物、降解物和雜質的總稱。常見有機農(nóng)藥根據(jù)化學結構不同主要分為3種類型:有機磷類、擬除蟲菊酯類和有機氯類。獸藥殘留則是水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)為了防病治病、增加產(chǎn)量,非法添加氯霉素等抗生素、瘦肉精、己烯雌酚等藥物,導致動物性食品在不同程度藥物累積,長時間攝入此類動物性食品,會損害神經(jīng)系統(tǒng)或引起器官病變,對人類健康造成極大的危害。這些藥物殘留的藥物分子具有不同的分子結構、排列規(guī)律、分子構型構象等,由此具有不同的分子內(nèi)或分子間作用力,這些差異反映在拉曼光譜中的峰數(shù)量或縫裂分、峰位置以及峰強度或峰形拓撲等方面,故拉曼光譜即可用于單一組分的化合物的定性鑒別,也可用于基質復雜食品樣品中單種或多種成分的定性或定量研究。利用金膠作為增強基底檢測臍橙表皮中的有機磷混合農(nóng)藥亞胺硫磷和毒死蜱,由于2種農(nóng)藥在分析結構上的差異,毒死蜱的特征峰有342、675 cm-1,亞胺硫磷的特征峰有608、973、1189、1773 cm-1,可對2種農(nóng)藥進行定性分析,然后利用不同的預處理方法,應用偏最小二乘和主成分回歸對光譜數(shù)據(jù)進行分析,建立的回歸模型R值0.909,表明可對2種藥物進行定量分析[9]。郭紅青等[10]以納米金膠和NaCl作為SERS增強基底,確定鴨肉中呋喃他酮特征峰位移在 801 cm-1處,在0.5～12 mg/L范圍內(nèi)呈線性關系,相關系數(shù)R2為0.9961,最低檢測限在0.5 mg/L。李春穎等[11]運用SERS技術對魚類中氯霉素、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶進行檢測,最低檢測限分別為50 μg/L和0.16、0.59 ppm[12],可以實現(xiàn)魚肉中一定濃度抗生素的檢測,為實驗室抗生素的檢測提供技術基礎。Qin等[13]使用SERS技術研究蛋殼和蛋液中菲普羅尼的殘留。Xie等[14]報道了結合SERS和Au納米粒子快速檢測呋喃妥因、呋喃他酮及其混合物,檢測限可達到5 mg/L。表明SERS技術結合納米基底在檢測基質復雜的食品中藥物殘留方面具有應用潛力,但是藥物殘留標準檢測方法要求的取樣部位包括全部可食部位,故對水果中藥物殘留檢測的前處理過程需要進一步深入研究。

2 SERS技術檢測食品中的防腐劑

在食物制作過程中,為了防止食品腐敗變質,以便延長食品儲存期,有些食品中添加防腐劑,比如苯甲酸鹽、丙酸鹽、亞硝酸鹽、二氧化硫、硫氰酸鈉等。防腐劑具有殺死微生物或者抑制其繁殖的化學作用,濫用或超量使用會產(chǎn)生毒副作用。

2.1 二氧化硫

二氧化硫具有漂白、防腐和抗氧化作用,常用于食品行業(yè)中。《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》(GB 2760-2014)規(guī)定二氧化硫用于鮮水果、堅果、蔬菜罐頭、果蔬飲料等時,最大使用量為0.05 g/kg;用于腌制蔬菜、果干、粉條、餅干、可可制品、食糖時,最大使用量為0.1 g/kg;用于葡萄酒、果酒時,最大使用量為0.25 g/L[15]。Deng等[16]應用SERS技術檢測葡萄酒中二氧化硫的含量,經(jīng)過試驗條件優(yōu)化后,結果表明在600 cm-1拉曼峰下,二氧化硫SERS信號在濃度1～200 μg/mL內(nèi)呈良好的線性關系,檢出限為0.1 μg/mL。張琳等[17]基于SERS技術檢測食品中二氧化硫的含量,經(jīng)過試驗條件優(yōu)化后,本文以630 cm-1亞硫酸根的特征峰為定性和定量依據(jù),結果表明本檢測流程實現(xiàn)了不同食品基質中二氧化硫的高靈敏檢測,最低檢出濃度為1 mg/kg。同時,摒棄了傳統(tǒng)蒸餾法使用的揮發(fā)性強酸和引入二次污染的含鉛吸收液,改為環(huán)境友好的綠色試劑且不影響目標物的檢出。

2.2 亞硝酸鹽

亞硝酸鹽是一種工業(yè)鹽,是肉制品加工中常用的添加劑,可以起到護色、防腐的作用。食物在烹調(diào)和消化過程中,亞硝酸鈉會和胺反應,產(chǎn)生亞硝胺類化合物,亞硝胺類化合物會導致多種癌癥[18],嚴重危害人類的健康?！妒称钒踩珖覙藴适称诽砑觿┦褂脴藴省分幸?guī)定腌臘肉制品、醬鹵肉制品、發(fā)酵肉制品等食品中亞硝酸鹽最大使用量為0.15 g/kg。Zhang等[19]將亞硝酸鹽衍生化后得到偶氮染料,以Au/SiO2殼層隔絕納米粒子為基底增強拉曼光譜檢測,間接計算出亞硝酸鹽的含量。結果顯示樣品在1137、1395和1432 cm-1處檢出限分別為0.07、0.08和0.10 mg/L(S/N=3),亞硝酸鹽在0.5～0.6 mg/L呈良好的線性關系,該方法的衍生化效果好、快速簡便,靈敏度和選擇性高,為間接檢測復雜樣品中SERS響應較弱的物質,如碘離子、亞硝酸鹽、芳香胺和酚類化合物提供了重要的依據(jù)。Ma等[20]以檸檬酸鹽包裹的Ag納米粒子為表面增強活性基底,采用SERS檢測亞硝酸鹽的衍生化產(chǎn)物偶氮染料,得到亞硝酸鹽檢出限為0.01 mg/L,線性范圍為0.1～10.0 mg/L,回收率為86.9%～103.4%。

2.3 硫氰酸鈉

硫氰酸鈉是一種有毒化工原料。原國家衛(wèi)生部2008年發(fā)布的《食品中可能違法添加的非食用物質和易濫用的食品添加劑品種名單(第一批)》,明確規(guī)定硫氰酸鈉屬于非法添加的物質。仍有不法商販將其添加于乳及乳制品中保鮮。

Lin等[21]以銀溶膠為表面增強基底,建立SERS檢測牛奶中硫氰酸鈉含量的方法,以2100 cm-1處的特征峰為定量峰,檢出限為10-2μg/mL,線性范圍為0.1～10 μg/mL。銀溶膠不僅增強SERS信號,同時還可沉淀牛奶中蛋白質,使前處理方法簡單化。

綜上所述,SERS技術在亞硝酸鹽、二氧化硫、硫氰酸鈉等防腐劑的檢測應用中,其檢出限可以達到相應國家標準的檢出限要求,表明SERS技術在防腐劑檢測中具有較強的優(yōu)勢。

3 SERS技術檢測食品中色素

目前食用色素主要有兩大類:天然食用色素和合成食用色素。天然食用色素包括紅曲、葉綠素、姜黃素、胡蘿卜素、莧菜和糖色等從動植物組織中提取的色素,對人體一般無害;合成食用色素,如合成莧菜紅、胭脂紅及檸檬黃等,多屬偶氮色素,是以從煤焦油中分離的苯胺染料為原料,通過重氮化、偶合、鹽析、精制而得。由于屬煤焦油系染料化合物,部分染料化合物在人體內(nèi)可形成致癌物質,如β-萘胺之類等,存在安全性問題,故世界各國都對其使用進行了嚴格的限制。

3.1 飲料中4-甲基咪唑和2-甲基咪唑的測定

4-甲基咪唑是一種重要的有機中間體?？蓸分械?-甲基咪唑是在以亞硫酸銨為原料生產(chǎn)焦糖色素時產(chǎn)生的。2-甲基咪唑又稱二甲基咪唑,常溫下為白色針狀結晶或結晶性粉末。陳小曼[22]等采用便攜式拉曼光譜儀測定飲料中4-甲基咪唑和2-甲基咪唑,以金納米粒子為活性基底進行檢測,并對檢測條件進行優(yōu)化。結果顯示在最優(yōu)條件下,以Na2SO4溶液為團聚劑,金納米粒子用量分別為250和200 μL,4-甲基咪唑和 2-甲基咪唑檢出限分別為1.70 μg/L和0.21 mg/L;線性范圍分別是0.05～5.00和1.0～20.0 mg/L?；厥章史謩e為80.2%～82.7%和78.1%～93.5%,RSD均小于7.1%。此方法快速、操作簡單、準確,為快速檢測含焦糖色素飲料中4-甲基咪唑和2-甲基咪唑提供新的方法。

3.2 赤蘚紅

赤蘚紅是一種紅色或紅褐色的顆粒或粉末人工合成色素,常用于食品加工制品和飲料中,《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》規(guī)定飲料中最大使用量為0.05%。陳蓓蓓等[23]在拉曼峰(1273±3) cm-1處,檢測果汁飲料中赤蘚紅含量,以OTR103和OTR202表面增強劑,在2～20 mg/kg范圍內(nèi)線性良好,飲料中赤蘚紅檢出限為0.5 mg/kg。李言等[24]以金納米粒子作為SERS基底,優(yōu)化檢測條件,其檢出限達1 mg/L,低于規(guī)定用于食品添加時的最大使用量。謝云飛等[25]利用金納米粒子在整體柱介孔材料的有效負載,以多孔整體柱材料作為SERS基底,檢測赤蘚紅的檢測限達0.1 μg。

3.3 酸性橙Ⅱ

酸性橙Ⅱ是一種非食用色素,是橙色偶氮類染料,具有強致癌作用,食品中禁止加入,但因其著色效果好,價格低廉,被非法添加到食品中,如涼拌菜、辣椒面等[26]。張宗棉等[26]運用SERS法測酸性橙Ⅱ的檢出限為0.17 mg/L,瓜子表面酸性橙Ⅱ濃度為0.01 mg/g。

3.4 莧菜紅

莧菜紅為水溶性偶氮類著色劑,有致癌性,在美國被禁用[27]。逯美紅等[28]對不同濃度的莧菜紅溶液以金納米粒子溶膠為表面增強基底進行了拉曼光譜檢測,檢測到其最低的濃度為10-17mol/L,此方法的靈敏度較高。楊昌彪等[29]以OTR202和OTR103為增強劑,采用SERS測定紅酒中莧菜紅含量,結果在1 min內(nèi)即可檢測出紅酒中非法添加的莧菜紅,得到其檢出限為50 mg/kg。

3.5 羅丹明B

羅丹明B是一種具有鮮桃紅色的人工合成染料,具有強烈的熒光特性,主要用于有色玻璃、皮革、特色煙花爆竹、紡織、造紙和制漆等行業(yè),同時在礦業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥行業(yè)中作為一種常用的實驗室分析試劑,羅丹明B的著色效果佳,但對人體健康有潛在的致癌性、毒性和致突變性。我國在2008年已將羅丹明B列入《食品中可能違法添加的非食用物質和易濫用的食品添加劑品種名單(第一批)》中,禁止該物質在任何食物中使用。但因其著色效果好,成本低等被非法添加到辣椒制品等食品中。韋娜等[30]以銀溶膠為SERS活性基底,檢測辣椒面、辣椒油中羅丹明B含量,其檢出限分別為10、5 μg/g。陳蓓蓓等[23]運用SERS技術檢測辣椒粉中的羅丹明B,以(619±3) cm-1作為定量拉曼峰。羅丹明B標準品在0.5～10 mg/kg范圍內(nèi),相關系數(shù)R2=0.9954,呈良好的線性關系。辣椒粉中羅丹明B在1～10 mg/kg 范圍內(nèi)呈線性,相關系數(shù)R2=0.9918,儀器檢出限為0.05 mg/kg,辣椒粉中羅丹明B方法檢出限為0.2 mg/kg。

3.6 蘇丹紅

蘇丹紅是一種人工合成的化學染色劑,該物質具有偶氮結構,具有致癌性,主要用于石油、機油等工業(yè)溶劑,由于其著色效果好,被非法添加到鴨蛋黃、番茄醬、辣椒醬、熟肉等食品中。含蘇丹紅I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的樣品經(jīng)電解法或光催化制備等技術處理后,可采用拉曼光譜技術進行檢測。Lopez等[31-32]運用SERS技術以電解法檢測蘇丹紅I號,結果在1598 cm-1處進行定量檢測,檢出限為10-7mol/L。Hu等[33]以光催化制備的ZnO/Ag納米陣列為活性基底,建立SERS法檢測蘇丹紅Ⅱ號和蘇丹紅Ⅳ號,檢出限均為10-12mol/L。Jahn等[34]對食物樣品中的蘇丹紅Ⅲ號進行SERS檢測的研究,以酶促生長的銀納米粒子與親脂傳感層的SERS增強基底,其儀器檢出限為3.2 μmol/L,樣品中的檢出限為9 μmol/L。

3.7 檸檬黃

檸檬黃是一種橙黃色粉末狀的水溶性偶氮型酸性合成色素?！妒称钒踩珖覙藴适称诽砑觿┦褂脴藴省芬?guī)定蜜餞涼果、裝飾性果蔬、腌制蔬菜、加工堅果、蝦味片、糕點上彩裝、飲料類、膨化食品等最大使用量0.1 g/kg;用于風味發(fā)酵乳、調(diào)制煉乳、冷凍飲品、果凍,最大用量0.05 g/kg。對于食品中檸檬黃的拉曼光譜技術檢測,其樣品處理需以銀膠體作為基底或者以聚合電解質修飾后最為基底。Pieca等[35]以銀膠體作為SERS活性基底,檸檬黃的檢出限為10-10mol/L。Zhu等[36]首次對復雜樣品中的檸檬黃色素進行檢測,以簡單的銀鏡反應制備的聚合電解質,聚(烯丙胺鹽酸鹽)和聚(4-苯乙烯磺酸鈉)修飾的銀納米粒子濾紙作為SERS基底,此方法具有快速分離、預富集和檢測的特點,其檢出限均為10-5mol/L,在實際樣品的分離與檢測方面具有良好的發(fā)展前景。

3.8 胭脂紅

胭脂紅作為食品色素可用于果汁飲料、配制酒、碳酸飲料、糖果、糕點、冰淇淋、酸奶等食品的著色,而不能用于肉干、肉脯制品、水產(chǎn)品等食品中,市場上非法使用色素將不良的原料肉,如變質肉進行外觀掩蓋。已有研究顯示胭脂紅具有一定的致癌和致突變作用[37-38]。張曉紅等[39]研究表明胭脂紅可不同程度引起泥鰍微核細胞率和核異常率等遺傳指標的上升,表明胭脂紅對泥鰍紅細胞具有一定的致突變作用,具有一定的遺傳毒性。Xie等[40]以金納米粒子為活性基底,采用SERS對胭脂紅進行檢測,檢出限達5 μg/mL,可作為一種快速、超靈敏的檢測方法用于檢測食品中的胭脂紅含量。

3.9 其他色素

食品中成分很復雜,添加色素大都是混合的體系,所以對SERS的活性基底的要求和檢測條件及樣品前處理方法要求更高。Xie等[41]以石墨烯/銀納米復合材料為SERS基底,檢測多種食品著色劑,檢出限分別為檸檬黃10-5mol/L,日落黃10-5mol/L,莧菜紅10-5mol/L,赤蘚紅10-7mol/L,且利用此基底可根據(jù)特征峰分別檢測出各色素濃度為10-4mol/L的紅色素體系(包括誘惑紅、胭脂紅、莧菜紅和赤蘚紅)和黃色素體系(包括檸檬黃、日落黃、酸橙黃Ⅱ和柯衣定)中的各種色素,是一種簡單、快速靈敏實時的食品著色劑檢測方法,可利用不同色素的特征峰達到檢測混合體系中的各種色素。張錦等[42]以聚偏氟乙烯銀化為孔濾膜為SERS活性基底,檢測胭脂紅、莧菜紅、赤蘚紅、柯衣定的檢出限為1 μg/mL。同時,草莓紅、山楂紅、橘紅這三種混合色中的兩種單色色素,能達到初步定性篩查的目的。Xie等[43]制備SiO2@Au納米殼層,并以此為SERS基底檢測日落黃和柯衣定,檢出限為1和0.5 mg/L。

雖然SERS技術在食品中的部分著色劑已有不少研究報道,但對于其他非法著色劑,如美術綠、玉金黃、堿性嫩黃,以及一些天然色素方面的研究還待深入研究。

4 SERS技術檢測食品甜味劑

常用的甜味劑包括阿斯巴甜、糖精鈉和甜蜜素。由于這三種甜味劑均含有N、S等雜原子,特別是具有芳環(huán)或雜環(huán)結構的糖精鈉和阿斯巴甜,會有較好的SERS信號,可直接進行SERS檢測。

4.1 糖精鈉

糖精鈉是食品工業(yè)常用的合成甜味劑,糖精鈉使用歷史悠久但一直存在爭議,主要源于其致癌性?！妒称钒踩珖覙藴适称诽砑觿┦褂脴藴省穼ζ溆凶畲笫褂昧康囊?如:配制酒的最大使用量為0.15 g/kg,但市場上過量添加糖精鈉且不標注成分的現(xiàn)象時有發(fā)生。康懷志等[44]采用SERS對配制酒、白酒、紅酒、米酒等酒類食品中的糖精鈉含量進行測定,檢出限為1 mg/L,此研究提供了一種快速、簡便、成本低的分析方法。陳思等[45]采用SERS快速分析白酒中非法添加物糖精鈉的含量,其最低檢出濃度可達到1 mg/L,單個樣本檢測時間在10 min內(nèi)完成。Fu等[46]用鍍金載玻片作為增強基底,快速分析了白酒和葡萄酒中的糖精鈉含量,確定了糖精鈉的特征譜峰。

4.2 阿斯巴甜

阿斯巴甜是一種甜味高、熱量低的合成甜味劑,由于阿斯巴甜約是一般的糖甜的200倍,又比一般蔗糖含更少的熱量,因此也被廣泛地作為蔗糖的代替品。Buyukgoz等[47]檢測礦泉水中阿斯巴甜的含量,以銀納米粒子作為SERS增強基底,樣本在1002 cm-1呈線性。礦泉水樣本中阿斯巴甜的檢出限為0.17 mg/mL,定量限為56 mg/mL,濃度范圍在0～0.6 mg/mL時該方法的回收率為81%～95%。此方法所需的樣品量少,無需進行前處理,是一種簡便、快捷的分析方法。

4.3 甜蜜素

甜蜜素是一種常用的化學合成甜味劑,是目前我國食品行業(yè)中甜蜜素應用最多的一種添加劑。對甜蜜素的安全性問題目前存在較大的爭議,因此美國、日本等40多個國仍禁用甜蜜素。《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》中規(guī)定其在食品中的最大使用量。Chen等[48]制備3種具有良好的均勻性、穩(wěn)定性的SERS基底,金納米粒子、短金納米線、長金納米線纏繞成的薄膜,用于檢測甜蜜素含量,結果方法檢出限為1.6×10-9mol/L。

綜上所述,SERS技術在糖精鈉、阿斯巴甜等甜味劑的分析中,以相應的基底作為增強劑,在分析時間以及檢出限要求上均能達到檢測分析要求,且所需樣品少,前處理簡單,具有快捷、方便的優(yōu)勢。

5 SERS技術在食品中其他方面的應用

5.1 SERS技術結合其他學科

拉曼光譜可結合多種化學計量學、量子力學理論、光學等領域知識,對某些物質實現(xiàn)較好的定量和定性研究。楊丹婷[49]基于密度泛函理論對水溶液中氨基甲酸乙酯分子的SERS光譜峰進行解析,發(fā)現(xiàn)特征峰為396、512、672、854、996、1076、1127、1150、1273、1346、1440、1457、1622、1688、2934、2965、2991和3414 cm-1,主要是羰基、C-C鍵、C-H鍵和N-H鍵振動,其拉曼峰強與濃度成線性關系,相關系數(shù)0.9253,檢測限達17.8 μg/L。謝云飛[50]利用密度泛函理論結合超分子技術研究蒽、芘、菲、屈、苯并菲、暈苯等6種多環(huán)芳烴分子結構和拉曼光譜信息,建立了多環(huán)芳烴分子定性的理論基礎。滕帥[51]采用密度泛函理論結合SERS研究磺胺醋酰、磺胺嘧啶、磺胺苯酰等磺胺類藥物,由于3種磺胺類藥物含有的活性N原子以及分子結構上的差異,會呈現(xiàn)出不同的拉曼光譜及經(jīng)Ag原子配位后,其光譜會有相應的增強或者減弱,導致拉曼光譜的差異,見表1,為磺胺類生物藥品的痕量檢測提供理論基礎。

表1 三種磺胺類藥物的SERS Table 1 The SERS of three kinds of sulfonamides

5.2 SERS技術研究生物大分子

拉曼光譜也用于研究生物大分子構象、側鏈殘基構型等。蛋白質是由一條或多條具有特定氨基酸序列的多肽鏈構成的大分子,由于空間折疊和卷曲等構象又可將蛋白質的結構層次分為一級、二級、三級和四級結構。一級結構是指多肽鏈氨基酸序列,二級結構是多肽鏈局部肽段骨架的螺旋結構和折疊結構;三級結構是二級結構進一步緊密結構的空間排列。四級結構是寡聚蛋白質中各亞基之間在空間上的相互關系和結合方式?？臻g結構上的差異,其拉曼光譜會有差別。大豆分離蛋白拉曼特征峰主要是酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅲ帶的特征峰,酰胺Ⅰ帶是C=O與C-N鍵的伸張,酰胺Ⅲ帶是C-N鍵的伸張和N-H在平面上的轉折,當大豆蛋白經(jīng)低壓均質處理后,在壓力在1～8 MPa時,基本保持原有二級結構特征,僅β-折疊構象含量發(fā)生了部分降低及無規(guī)則卷曲結構含量的增加。隨著壓力的增大(10～30 MPa)其二級結構中α-螺旋和無規(guī)則卷曲結構明顯增多,β-折疊結構含量顯著下降,760 cm-1的峰是色氨酸側鏈峰,830、850 cm-1是酪氨酸振動峰,1450 cm-1是CH2、CH3的振動峰,色氨酸峰強度顯著降低,酪氨酸峰強度增加,C-H譜帶強度先增加后降低,表明蛋白質分子結構展開,疏水基團暴露在極性環(huán)境中,壓力(30～40 MPa)進一步增加,其β-折疊構象含量顯著增大,其他三種構象含量的減少,這可能與此狀態(tài)下大豆蛋白亞基聚集行為有關,進一步表明大豆分離蛋白形成了可溶性聚集,這與圓二色譜的分析結果一致[52]。隋會敏[53]選用對巰基苯胺分子,在酸性和亞硝酸鈉的作用下被還原成重氮鹽離子,并作為親電試劑快速與目標分子組氨酸和酪氨酸在堿性條件下發(fā)生反應生成具有N=N雙鍵結構的偶氮分子,由于2種氨基酸結構不同,所產(chǎn)生的偶氮產(chǎn)物的結構也不同,其拉曼光譜信息也不同,然后以Ag納米粒子作為增強基底,利用偶氮分子特征峰與氨基酸濃度對數(shù)關系對相應氨基酸進行定量分析,實驗過程1 min可完成,實現(xiàn)對混合物中2種氨基酸的同時鑒別。

此外,由表2可知,拉曼光譜還可以應用于食品其他領域。如Wu等[54]通過電子束斜角沉積的方法制備出銀納米棒基底,通過拉曼顯微鏡,獲得了不同濃度黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2的SERS光譜圖。SERS技術可用于食品中非法添加物的快速鑒別和測定、真菌毒素、食品摻偽、有害成分、食物腐敗的檢測、微生物以及食品品質等方面的研究,取得一定效果,但還沒有普遍使用,是一個新興的思路和探究方向。

表2 拉曼光譜的應用Table 2 Application of raman spectroscopy

6 結語

SERS技術在食品領域已經(jīng)得到廣泛應用。但在實際應用中,也存在一些尚未解決的問題,如拉曼光譜相對較弱,容易受到熒光干擾等的問題。食品基質復雜,熒光效應會影響分析物與基底之間的吸附,從而大大降低甚至無法得到SERS信號,直接影響拉曼光譜的檢測結果。如何去除或減少熒光效應是拉曼領域的關鍵技術之一。此外,SERS不具備分離功能,對于一些沒有拉曼相應的物質,需經(jīng)修飾后才會有拉曼響應,樣品前處理操作會降低SERS的便捷性。目前前處理方法復雜,多為溶劑萃取-固相萃取法,耗時且成本高,不能達到快速的目的。如何將SERS技術與其他分離技術整合,將是未來的重點方向之一。再者,拉曼技術在儀器分辨率、穩(wěn)定性、靈敏度等方面還存在巨大的提高空間。

SERS技術越來越多用于食品中添加劑、痕量危害化學物質以及食物成分的檢測,而食品加工過程中,某些物質的轉化產(chǎn)物、代謝物、反應產(chǎn)物、雜質等副產(chǎn)物等等的應用與分析較少,這將是SERS分析的熱點之一。