拉曼分析方法在食品安全领域的应用

前言

近几年来，接二连三的食品安全问题被曝光在公众的视野内。从“孔雀石绿”事件，苏丹红鸭蛋，三聚氰胺毒奶、地沟油、瘦肉精、塑化剂、镉大米、毒豆芽等涉及到吃喝的各个方面都被爆出各种安全问题。解决问题的方法之一是开展快速的检测方法。因为实验室检测周期较长，有些样品如蔬菜，豆浆等鲜类食品还没有等到检测报告出来就已经销售完了。快速检测的优势在于可以及时发现问题，迅速采取控制措施，对于监测到的问题食品可立即送往实验室检测。快速检测的方法可以与实验室检测方法互补，形成全方位的食品安全检测系统。

目前常用的快速检测方法有：酶联免疫法、分光光度法、目视比色法、胶体金法等，但是这些方法普遍存在准确度不高，灵敏度差，容易出现假阳性和假阴性等问题。拉曼光谱应用于食品安全快速检测领域，能弥补传统的快检方法存在的不足。拉曼光谱是一种分子指纹光谱，能根据每种化合物的特征峰位置对物质进行定性鉴别，并且检测的时间短，采集一张光谱仅需要几秒或者十几秒的时间。拉曼光谱结合表面增强拉曼光谱技术（SERS）能降低方法的检出限，提高方法的灵敏度。本文以几种一些不法分子常用的几种违禁食品添加剂为例，介绍拉曼光谱在食品安全领域的应用。

实验仪器

   i-Ramanplus便携式拉曼光谱仪，激发波长785nm，光谱范围175-3200cm-1。分辨率4.5cm-1。i-RamanPlus是一款便携式的TE致冷的便携式拉曼系统，制冷温度-2℃，具备同类仪器中较宽的光谱范围和Zgao的光谱分辨率。激光发射端口为FC/PC端口，SMA905拉曼散射接收端口。激光功率可通过软件1%可调，且无需等待稳定。可通过USB1.1/2.0/3.0接口连接到PC端上。

实验样品

市售大豆油，香肠，腊肠，辣椒。

实验过程

   分别将大豆油，香肠，腊肠和辣椒进行前处理，对检测物进行提取，得到提取液。取一定量的提取液与增强试剂进行混合之后，用拉曼仪器进行检测。每个样品前处理时间加上拉曼检测的时间小于15min。

结果讨论

       苯并芘是多环芳烃的一种，具有较强的致癌作用。食用油压榨工艺中的热榨方式由于高温的过程中能产生一系列化学反应，有可能直接导致食用油产生致癌物苯并芘。苯并芘在食物中也有，在高温、长时间烹调的食物中会产生苯并芘。图1中蓝色的光谱图为不含有苯并芘的大豆油的表面增强（SERS）拉曼谱图，绿色的光谱图为含有浓度为20ppb苯并芘的大豆油的SERS谱图，两张光谱图进行比较以及对苯并芘标准品溶液的SERS谱图分析（红色），334,612,634,1382,1580cm-1为苯并芘的拉曼特征峰。

   亚硝酸钠具有增色、YJ防腐作用，多用于熟肉食品的发色添加剂。过量食品会产生亚硝酸钠中毒。图2中红色光谱为不含有亚硝酸钠的香肠的SERS谱图，蓝色光谱图是含有5ppm亚硝酸钠香肠的SERS谱图，绿色光谱图是1ppm亚硝酸钠标准品的SERS谱图。经过分析可知1118,11431,1194,1329,1422cm-1为亚硝酸钠的特征峰。

       苏丹红在我国和大多数国家禁止用作食用色素，但“苏丹红事件”再次引起公众对食品安全问题的普遍关注。因此对市售食品进行苏丹红快速筛查显得十分迫切。图4中红色光谱为不含有苏丹红2的辣椒的SERS谱图，绿色光谱为含有10ppm苏丹红2的辣椒的SERS谱图，蓝色光谱为0.1ppm苏丹红2标准品的SERS谱图。经过谱图比较和分析可知，712,1232,1340cm-1为苏丹红2的拉曼特征峰。

BWID软件

      BWID软件是必达泰克公司的一款专门的定性分析软件，可以与必达泰克公司所有的便携式拉曼进行连用。BWID软件可添加必达泰克公司提供的光谱库和权威的第三方库，也可允许用户自定义添加光谱库。软件集成了强大的定性分析功能，可对未知物进行定性分析，也可对已知物进行鉴别确认。用户可根据样品光谱本身不同的特点，选择不同的光谱预处理方式，如平滑，一阶导等，也可以选择不同的算法如数量积（ScalarProduct）和相关系数（CorrelationCoefficient）对未知物进行定性鉴别。

结论

        表面增强拉曼技术（SERS）结合便携光谱仪器，可以对市售的食品进行快速筛查，既可以与实验室方法进行互补，又可以弥补其它食品快速检测方法的不足。由于每种检测物质的拉曼指纹图谱都各不相同，首先可以用BWID定性分析软件创建食品安全库，现场检测时可以根据检测物的特征峰位置与谱图库中光谱图的峰位进行比较，软件通过一定的算法进行计算比对，能准确迅速得出“阳性”或者“阴性”的结果，能完全满足食品现场快速检测的需要。

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