表面增强拉曼光谱技术检测食品及农产品中非法添加剂的探究

马妍

摘 要：本文将对表面增强拉曼光谱技术（SERS）进行介绍，分别从不同角度出发，对此项技术的应用效果进行阐述和分析，以期为食品检测部门提供可靠参考。

关键词：表面增强拉曼光谱技术;检测食品;检测农产品;非法添加剂;三聚氰胺

Abstract：This paper introduces the surface enhanced Raman spectroscopy （SERS）， and expounds and analyzes the application effect of this technology from different angles， in order to provide reliable reference for food inspection department.

Key words：Surface-enhanced raman spectroscopy; Detection of food; Detection of agricultural products; Illegal additives; Melamine

中图分类号：TS207.3;O657.37

所谓非法食品添加物，即在食品加工阶段添加的非食用性化学物。此类添加物不具有可食用性，因具有较大毒性或者未知危害性而禁止使用。SERS操作简单、检测快速且没有污染，其应用领域越来越广，在快速分析、分析无机物、分子结构、有机物以及痕量分析中拥有较为良好的发展前景。

1 SERS简介

在1977年，有关研究人员发现了表面增强拉曼散射效应，即被测物分子被粗糙金属吸附到表面时，拉曼光谱信号会增强。此项技术得以發展的重点便是高增强因子基底的合理制备。目前，相应基底不再局限于初始的Ag以及Au等金属，还会应用到石墨烯、Ru与Pt等过渡金属以及半导体等。此项技术属于振动光谱类检测技术，借助表面增强效应，在分子水平上对物质结构信息展开研究，其应用前景较为广阔[1]。

2 表面增强拉曼光谱技术对食品及农产品中非法添加剂的检测

2.1 乳制品——三聚氰胺

三聚氰胺又被称作蛋白精，其对于人体有较大危害，属于非法添加剂。在食品领域，蛋白质含量的检测依然存在缺陷，许多不法商人会应用三聚氰胺提高蛋白质的指标含量，食用含有三聚氰胺的食物，会对人体健康造成严重损伤[2]。因为三聚氰胺内部包含三嗪类含氮杂环式结构，此类结构有着较强的SERS信号，因此可以直接运用SERS技术进行检测[3]。有关研究人员[4]分别借助国标法以及表面增强拉曼光谱技术对牛奶中的三聚氰胺进行检测，最终结果反映，阳性样品结论一致，而表面增强拉曼光谱技术的精密度以及平均回收率分别在13%以及117%左右，而三聚氰胺的特征峰位于约709 nm处，实践证明此方法不仅便于操作，更迅速、简便，而且适合用于市场监督以及原奶收购等的检测。另外，一部分研究人员选择的表面增强拉曼光谱增强基底为银纳米粒子胶体，用其对溶液当中的三聚氰胺进行检测，相应聚沉剂为浓度较高的NaCl，并且借助NaOH调整溶液的pH值，使之成为碱性，在此实验过程中，线性检测范围为0.01～4.8 mg·L-1，相关系数为0.998，回收率约为94%～103%，说明此技术能够快速测定奶粉以及牛奶当中的三聚氰胺[5]。

2.2 肝脏、猪肉与牛羊肉——β-受体激动剂

2.2.1 莱克多巴胺

此物质属于人工合成的一类全新β-受体激动剂，其和苯乙醇胺A以及盐酸克仑特罗拥有相似的作用，属于一类瘦肉精。采用的表面增强拉曼光谱活性基底为55 nm AuNPs溶胶，用其对猪毛提取液内部莱克多巴胺进行检测，如果检测条件为碱性，则沙丁胺醇的检测限为50 ng·mL-1。同时，一部分研究人员选用AuNPs作为基底，对猪尿样莱克多巴胺进行检测，最终能够获得0.1 mg·mL-1的最低标准液检测浓度，而总体分析检测时间不超过30 min，实现了对莱克多巴胺的灵敏、迅速检测[6]。另外，一些研究人员将AuNPs当作基底，结合莱克多巴胺以及盐酸克伦特罗相应抗体，能够将游离态莱克多巴胺与盐酸克伦特罗检测出来，在此实验当中，莱克多巴胺与盐酸克伦特罗会和纳米探针展开竞争性结合，能够检测多重抗体，其拥有1 pg·mL-1的检测限，拥有较好的检测添加剂的潜力[7]。

2.2.2 盐酸克伦特罗

如果将盐酸克仑特罗即人们常说的瘦肉精添加到家畜的饮用水或者饲料当中，能够使其瘦肉率得到显著升高，但是一旦人食用了含有瘦肉精的肉，便会有中毒的风险。选用AgNPs溶胶为表面增强拉曼光谱基底，对给药、停药阶段猪组织、尿液与毛发当中盐酸克伦特罗等添加剂的浓度进行检测，而盐酸克伦特罗在标准溶液当中的检出限为0.05 μg·L-1，在血液和尿液当中拥有1 μg·mL-1的检出限，在肌肉、毛发等组织以及粪便当中拥有1 μg·kg-1的检出限，实验证明此技术灵敏度高、操作简便。此外，还有一部分研究人员[8]选用的探针为Au-MBA@Ag-Ab，在进行预处理的时候，ICA条带上涂布的盐酸克仑特罗与溶液中的游离状盐酸克仑特罗会和抗原展开竞争性结合，继而对表面增强拉曼光谱的强度加以检测，实现对盐酸克仑特罗含量的检测。经由实验可知对盐酸克伦特罗进行检测的检测限与IC50为0.24 pg·mL-1以及0.02 ng·mL-1，所需时间通常不超过15 min，检测灵敏、快速。

2.2.3 苯乙醇胺A此类物质也属于瘦肉精的一种，我国禁止在动物饮用水以及饲料当中添加此类物质。采用探针Au-MBA@Ag-Ab，借助SERS能够将苯乙醇胺A检测出来。此方法相应检测限以及IC50为0.32 pg·mL-1以及0.06 ng·mL-1，检测速度较快。

2.3 镇定剂

通常情况下，镇定剂能够改善人的睡眠质量以及抑郁症，同时具备镇定以及抗焦虑等功能，镇定剂中包含吩噻嗪类药物，我国动物食品当中严禁检测出此类药物，然而一些人由于此类药物可以使运输阶段动物死亡率下降，因而一些人会非法应用。有关研究人员借助分辨率较高的液相色谱-串联质谱对牛肉中的24类镇定剂残留量进行检测，其定量限处于0.5～5 μg·kg-1范围内，而检测限范围为0.2～2.5 μg·kg-1[9]。同时，部分研究人员借助超高效的液相色谱-串联质谱技术对猪肾以及猪肉内10类镇定剂残留量进行检测，拥有0.5 μg·kg-1的检测限[10]。除此之外，一些研究人员借助液相色谱-质谱联用的方法对猪组织内4类镇定剂残留量进行检测，得到检出限为0.5～10 μg·kg-1[11]。另外，一些研究人员借助超高效的液相色谱-电噴雾电离质谱技术检测动物食品内异丙嗪以及氯丙嗪等，得出检测范围为0.3～1.5 μg·kg-1[12]。还有一部分研究人员借助超高效的液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱技术对饲料中11类镇定剂残留量进行检测，其基质拥有0.1 mg·kg-1的检测限[13]。虽然对肉类产品内镇定剂残留量的检测技术较多，然而上述方法均不具备较高的灵敏度，很难使检测结果与肉类食品添加剂使用要求相符合。而表面增强拉曼光谱方法快速检测、有较高灵敏度的特点，使相关检测精准性以及灵敏度大幅提高。如今在检测肉类产品中镇定剂时，表面增强拉曼光谱方法的发展潜力较大，值得深入研究。

2.4 孔雀石绿

水产品当中残留的孔雀石绿属于一种人工合成化学物，其能够有效杀灭病原体、细菌以及真菌，因此常被应用到水产养殖领域。然而如果长时间过量应用孔雀石绿，极易致癌，我国严禁添加孔雀石绿。一些研究人员选用的表面增强拉曼光谱基底为55 nm金溶胶，以此检测包含花鲢、罗非鱼、鲫鱼与草鱼等在内的7类鱼肉当中的孔雀石绿，拥有2～10 ng·g-1的灵敏度，与以往色谱法相比，步骤较少，检测速度较快[14]。一部分研究人员借助孔雀石绿的不同拉曼光谱强度以及特征峰，实现了孔雀石绿的定性定量快速测定，得到5.0 μg·L-1的检测限，与传统技术相比，拥有更好的抗干扰能力以及更强的特异性[15]。

2.5 硝酸呋喃类药物

一般硝基呋喃类药物能够有效杀灭大部分病原体、细菌以及真菌等。然而此类药物却会致畸形胎、致癌，所以从2010年起，我国把呋喃西林、呋喃他酮、呋喃唑酮以及呋喃妥因列为非法食品添加剂行列。有关研究人员选用50 nm AuNPs当作表面增强拉曼光谱技术的相应基底，定性分析呋喃他酮以及呋喃丹宁;通过观察可知，1 456 cm-1以及1 420 cm-1处的特征峰能够将混合物当中上述两类物质区分出来，最佳条件下的检测限为5 mg·kg-1[16]。在通常情况下，很难直接将呋喃他酮监测出来，然而表面增强拉曼光谱技术可以有效检测出呋喃他酮的代谢产物AMOZ（5-甲基吗啉-3-氨基-2-恶唑烷基酮），有关人员通过针对AMOZ以及MBA（4-巯基苯甲酸）制作胶体mAb（单克隆抗体）作为免疫探针，便可以快速将AMOZ测定出来，其检测限以及IC50分别是0.28 pg·mL-1以及0.04 ng·mL-1，此探针不会和其余的硝基呋喃类药物产生交叉反应[17]。借助此项技术检测动物性水产品、猪肉与禽肉里的硝基呋喃类药物，能够确保检测精准、快速，同时具备较强的特异性以及较高的灵敏度，如今已被逐步应用到食品中非法添加剂的检测工作当中。

3 结论

总之，尽管表面增强拉曼光谱技术逐渐被应用于食品检测领域，然而技术自身限制性也较大，尚未被应用于大规模样品的快速检测当中。先进的便携式拉曼光谱仪便于操作和携带，能够被有效应用于检测非接触有毒物。此外，此项技术在科技水平持续提升的过程中拥有越来越好的重现性以及更高的灵敏度，这为其更有效地应用于食品检测领域夯实了基础。

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作者简介：马 妍（1982—），女，硕士，副高级工程师;研究方向为食品检验。