拉曼光谱无损检测技术助力农产品真菌毒素早期识别
分类:科研在线 发布时间:2020-10-09 11:38:26
拉曼光谱仪技术是基于化学键的极化率,较其他技术对分子非极性基团中共价键的对称振动更为敏感,其操作简单、无损、快速、便携、重复性、灵敏度高、不受水分子等干扰、很少有重叠带,可以为定性和定量检测真菌及其毒素的化学官能团及其衍生物提供更多有价值的信息。

4f7848662b53676e4971666a6c49656a6442796635513d3d.jpg

农产品在收获前和储运过程中极易受真菌污染,导致作物减产和品质下降,且在适宜的条件下会产生真菌毒素,严重影响农产品质量安全。农产品中常见的真菌毒素包括曲霉菌(Aspergillus spp.)产生的黄曲霉毒素 (aflatoxins,AFT)、青霉菌(Penicillium spp.)和曲霉菌产生的赭曲霉毒素(ochratoxins,OT)以及镰刀菌(Fusarium spp.)产生的伏马毒素(fumonisins,FB)、脱氧雪腐镰刀菌醇(deoxynivalenol,DON)、单端孢霉烯族毒素和玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)。由于真菌毒素性质稳定,不易加工降解或去除,因此,尽早发现真菌侵染,并采取有效的防控技术是延长储存期、保证产品质量和食品安全的重要措施。

  目前,农产品中产毒真菌的常规鉴定方法主要依赖于特定的微生物和生化鉴定,主要有平板计数法、选择性和鉴别培养基法、荧光分析法、微生物活性测定法、分子生物学方法等。拉曼光谱仪技术是基于化学键的极化率,较其他技术对分子非极性基团中共价键的对称振动更为敏感,其操作简单、无损、快速、便携、重复性、灵敏度高、不受水分子等干扰、很少有重叠带,可以为定性和定量检测真菌及其毒素的化学官能团及其衍生物提供更多有价值的信息。虽然红外光谱和拉曼光谱都是振动光谱,但与红外吸收不同,拉曼光谱是基于光子与分子的能量交换。当分子从基态跃迁至激发态,然后回到激发振动态时,就会产生拉曼散射。增强拉曼效应的技术包括受激拉曼散射、相干反-Stokes拉曼散射、共振拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(surface enhanced raman spectroscopy,SERS)。其中SERS技术应用较为广泛,它结合了拉曼光谱和纳米技术,通过使用金属纳米材料来提高传统拉曼光谱的灵敏度和容量。

  运用拉曼光谱预测玉米中的AFT含量,PLSR和多元线性回归模型的预测R2均在0.94以上。建立了基于SERS快速检测谷物中DON的方法,并将建立的方法应用于玉米、芸豆和燕麦中DON的检测,结果表明利用便携式拉曼系统和银纳米粒子在短时间内能成功地检测到玉米中浓度为100 nmol/L的DON。同时芸豆和燕麦中DON的检测限分别为10-6m o l / L和10-4mol/L。Mignani等利用拉曼光谱,以DON含量是否高于400 μg/kg对小麦麸皮样品进行分类,结果表明KNN分类准确率为82%。拉曼光谱可以以其无损、快捷、无污染、低干扰、快速准确的特点应用到实际生活的各类检测中,利用其进行真菌及毒素无损检测是一个新兴的思路和探究方向,具有一定的研究价值和前景。但拉曼光谱受信号强度的限制,因为与近红外和中红外吸收光谱相比,拉曼散射受样品荧光的影响很大,因此需要对拉曼光谱荧光干扰进行校正,需要高稳定性的激光光源和灵敏的放大设备来检测易受生物荧光干扰的微弱信号,这也使得拉曼仪器的成本更高;

  因此今后的工作重点应放在开发低成本的激光光源和放大仪器上。应用拉曼光谱的另一个限制是当其用于固体或非均质样品分析时,许多因素,如颜色、吸光度和粒度,都会影响固体样品的拉曼光谱测定。而且拉曼光谱主要应用于体积较小的样品且灵敏度较低,限制了该技术的工业应用。

496630346267554b2f72624b595a74374a4c415731513d3d.png