表面增強拉曼光譜技術檢測食品及農產品中非法添加劑的探究

馬妍

摘 要：本文將對表面增強拉曼光譜技術（SERS）進行介紹，分別從不同角度出發，對此項技術的應用效果進行闡述和分析，以期為食品檢測部門提供可靠參考。

關鍵詞：表面增強拉曼光譜技術;檢測食品;檢測農產品;非法添加劑;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

中圖分類號：TS207.3;O657.37

所謂非法食品添加物，即在食品加工階段添加的非食用性化學物。此類添加物不具有可食用性，因具有較大毒性或者未知危害性而禁止使用。SERS操作簡單、檢測快速且沒有污染，其應用領域越來越廣，在快速分析、分析無機物、分子結構、有機物以及痕量分析中擁有較為良好的發展前景。

1 SERS簡介

在1977年，有關研究人員發現了表面增強拉曼散射效應，即被測物分子被粗糙金屬吸附到表面時，拉曼光譜信號會增強。此項技術得以發展的重點便是高增強因子基底的合理制備。目前，相應基底不再局限于初始的Ag以及Au等金屬，還會應用到石墨烯、Ru與Pt等過渡金屬以及半導體等。此項技術屬于振動光譜類檢測技術，借助表面增強效應，在分子水平上對物質結構信息展開研究，其應用前景較為廣闊[1]。

2 表面增強拉曼光譜技術對食品及農產品中非法添加劑的檢測

2.1 乳制品——三聚氰胺

三聚氰胺又被稱作蛋白精，其對于人體有較大危害，屬于非法添加劑。在食品領域，蛋白質含量的檢測依然存在缺陷，許多不法商人會應用三聚氰胺提高蛋白質的指標含量，食用含有三聚氰胺的食物，會對人體健康造成嚴重損傷[2]。因為三聚氰胺內部包含三嗪類含氮雜環式結構，此類結構有著較強的SERS信號，因此可以直接運用SERS技術進行檢測[3]。有關研究人員[4]分別借助國標法以及表面增強拉曼光譜技術對牛奶中的三聚氰胺進行檢測，最終結果反映，陽性樣品結論一致，而表面增強拉曼光譜技術的精密度以及平均回收率分別在13%以及117%左右，而三聚氰胺的特征峰位于約709 nm處，實踐證明此方法不僅便于操作，更迅速、簡便，而且適合用于市場監督以及原奶收購等的檢測。另外，一部分研究人員選擇的表面增強拉曼光譜增強基底為銀納米粒子膠體，用其對溶液當中的三聚氰胺進行檢測，相應聚沉劑為濃度較高的NaCl，并且借助NaOH調整溶液的pH值，使之成為堿性，在此實驗過程中，線性檢測范圍為0.01～4.8 mg·L-1，相關系數為0.998，回收率約為94%～103%，說明此技術能夠快速測定奶粉以及牛奶當中的三聚氰胺[5]。

2.2 肝臟、豬肉與牛羊肉——β-受體激動劑

2.2.1 萊克多巴胺

此物質屬于人工合成的一類全新β-受體激動劑，其和苯乙醇胺A以及鹽酸克侖特羅擁有相似的作用，屬于一類瘦肉精。采用的表面增強拉曼光譜活性基底為55 nm AuNPs溶膠，用其對豬毛提取液內部萊克多巴胺進行檢測，如果檢測條件為堿性，則沙丁胺醇的檢測限為50 ng·mL-1。同時，一部分研究人員選用AuNPs作為基底，對豬尿樣萊克多巴胺進行檢測，最終能夠獲得0.1 mg·mL-1的最低標準液檢測濃度，而總體分析檢測時間不超過30 min，實現了對萊克多巴胺的靈敏、迅速檢測[6]。另外，一些研究人員將AuNPs當作基底，結合萊克多巴胺以及鹽酸克倫特羅相應抗體，能夠將游離態萊克多巴胺與鹽酸克倫特羅檢測出來，在此實驗當中，萊克多巴胺與鹽酸克倫特羅會和納米探針展開競爭性結合，能夠檢測多重抗體，其擁有1 pg·mL-1的檢測限，擁有較好的檢測添加劑的潛力[7]。

2.2.2 鹽酸克倫特羅

如果將鹽酸克侖特羅即人們常說的瘦肉精添加到家畜的飲用水或者飼料當中，能夠使其瘦肉率得到顯著升高，但是一旦人食用了含有瘦肉精的肉，便會有中毒的風險。選用AgNPs溶膠為表面增強拉曼光譜基底，對給藥、停藥階段豬組織、尿液與毛發當中鹽酸克倫特羅等添加劑的濃度進行檢測，而鹽酸克倫特羅在標準溶液當中的檢出限為0.05 μg·L-1，在血液和尿液當中擁有1 μg·mL-1的檢出限，在肌肉、毛發等組織以及糞便當中擁有1 μg·kg-1的檢出限，實驗證明此技術靈敏度高、操作簡便。此外，還有一部分研究人員[8]選用的探針為Au-MBA@Ag-Ab，在進行預處理的時候，ICA條帶上涂布的鹽酸克侖特羅與溶液中的游離狀鹽酸克侖特羅會和抗原展開競爭性結合，繼而對表面增強拉曼光譜的強度加以檢測，實現對鹽酸克侖特羅含量的檢測。經由實驗可知對鹽酸克倫特羅進行檢測的檢測限與IC50為0.24 pg·mL-1以及0.02 ng·mL-1，所需時間通常不超過15 min，檢測靈敏、快速。

2.2.3 苯乙醇胺A此類物質也屬于瘦肉精的一種，我國禁止在動物飲用水以及飼料當中添加此類物質。采用探針Au-MBA@Ag-Ab，借助SERS能夠將苯乙醇胺A檢測出來。此方法相應檢測限以及IC50為0.32 pg·mL-1以及0.06 ng·mL-1，檢測速度較快。

2.3 鎮定劑

通常情況下，鎮定劑能夠改善人的睡眠質量以及抑郁癥，同時具備鎮定以及抗焦慮等功能，鎮定劑中包含吩噻嗪類藥物，我國動物食品當中嚴禁檢測出此類藥物，然而一些人由于此類藥物可以使運輸階段動物死亡率下降，因而一些人會非法應用。有關研究人員借助分辨率較高的液相色譜-串聯質譜對牛肉中的24類鎮定劑殘留量進行檢測，其定量限處于0.5～5 μg·kg-1范圍內，而檢測限范圍為0.2～2.5 μg·kg-1[9]。同時，部分研究人員借助超高效的液相色譜-串聯質譜技術對豬腎以及豬肉內10類鎮定劑殘留量進行檢測，擁有0.5 μg·kg-1的檢測限[10]。除此之外，一些研究人員借助液相色譜-質譜聯用的方法對豬組織內4類鎮定劑殘留量進行檢測，得到檢出限為0.5～10 μg·kg-1[11]。另外，一些研究人員借助超高效的液相色譜-電噴霧電離質譜技術檢測動物食品內異丙嗪以及氯丙嗪等，得出檢測范圍為0.3～1.5 μg·kg-1[12]。還有一部分研究人員借助超高效的液相色譜-串聯四極桿飛行時間質譜技術對飼料中11類鎮定劑殘留量進行檢測，其基質擁有0.1 mg·kg-1的檢測限[13]。雖然對肉類產品內鎮定劑殘留量的檢測技術較多，然而上述方法均不具備較高的靈敏度，很難使檢測結果與肉類食品添加劑使用要求相符合。而表面增強拉曼光譜方法快速檢測、有較高靈敏度的特點，使相關檢測精準性以及靈敏度大幅提高。如今在檢測肉類產品中鎮定劑時，表面增強拉曼光譜方法的發展潛力較大，值得深入研究。

2.4 孔雀石綠

水產品當中殘留的孔雀石綠屬于一種人工合成化學物，其能夠有效殺滅病原體、細菌以及真菌，因此常被應用到水產養殖領域。然而如果長時間過量應用孔雀石綠，極易致癌，我國嚴禁添加孔雀石綠。一些研究人員選用的表面增強拉曼光譜基底為55 nm金溶膠，以此檢測包含花鰱、羅非魚、鯽魚與草魚等在內的7類魚肉當中的孔雀石綠，擁有2～10 ng·g-1的靈敏度，與以往色譜法相比，步驟較少，檢測速度較快[14]。一部分研究人員借助孔雀石綠的不同拉曼光譜強度以及特征峰，實現了孔雀石綠的定性定量快速測定，得到5.0 μg·L-1的檢測限，與傳統技術相比，擁有更好的抗干擾能力以及更強的特異性[15]。

2.5 硝酸呋喃類藥物

一般硝基呋喃類藥物能夠有效殺滅大部分病原體、細菌以及真菌等。然而此類藥物卻會致畸形胎、致癌，所以從2010年起，我國把呋喃西林、呋喃他酮、呋喃唑酮以及呋喃妥因列為非法食品添加劑行列。有關研究人員選用50 nm AuNPs當作表面增強拉曼光譜技術的相應基底，定性分析呋喃他酮以及呋喃丹寧;通過觀察可知，1 456 cm-1以及1 420 cm-1處的特征峰能夠將混合物當中上述兩類物質區分出來，最佳條件下的檢測限為5 mg·kg-1[16]。在通常情況下，很難直接將呋喃他酮監測出來，然而表面增強拉曼光譜技術可以有效檢測出呋喃他酮的代謝產物AMOZ（5-甲基嗎啉-3-氨基-2-惡唑烷基酮），有關人員通過針對AMOZ以及MBA（4-巰基苯甲酸）制作膠體mAb（單克隆抗體）作為免疫探針，便可以快速將AMOZ測定出來，其檢測限以及IC50分別是0.28 pg·mL-1以及0.04 ng·mL-1，此探針不會和其余的硝基呋喃類藥物產生交叉反應[17]。借助此項技術檢測動物性水產品、豬肉與禽肉里的硝基呋喃類藥物，能夠確保檢測精準、快速，同時具備較強的特異性以及較高的靈敏度，如今已被逐步應用到食品中非法添加劑的檢測工作當中。

3 結論

總之，盡管表面增強拉曼光譜技術逐漸被應用于食品檢測領域，然而技術自身限制性也較大，尚未被應用于大規模樣品的快速檢測當中。先進的便攜式拉曼光譜儀便于操作和攜帶，能夠被有效應用于檢測非接觸有毒物。此外，此項技術在科技水平持續提升的過程中擁有越來越好的重現性以及更高的靈敏度，這為其更有效地應用于食品檢測領域夯實了基礎。

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作者簡介：馬 妍（1982—），女，碩士，副高級工程師;研究方向為食品檢驗。