表面增強(qiáng)拉曼光譜法在動(dòng)物源性食品安全檢測中的應(yīng)用

李春穎，王紅義，陳高樂，張?zhí)礓?，王云舒，樊玉?

（1.赤峰學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古赤峰 024000；2.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院食品科學(xué)與工程系，上海 200240）

動(dòng)物源性食品是指全部可食用的動(dòng)物組織以及蛋和奶，包括肉類及其制品（含動(dòng)物臟器）、水生動(dòng)物產(chǎn)品等[1]。隨著動(dòng)物源性食品多樣化的發(fā)展，動(dòng)物源性食品安全事故也時(shí)有發(fā)生。近年來，“瘦肉精”事件、三聚氰胺奶粉事件、鴨舌產(chǎn)品含有甜蜜素、海鮮產(chǎn)品中的孔雀石綠、福壽螺事件等食品安全問題的出現(xiàn)讓人們對(duì)動(dòng)物源性食品的安全更加重視和關(guān)注，因此對(duì)動(dòng)物源性食品的安全檢測提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。動(dòng)物源性食品安全檢查常用的方法包括高效液相色譜法[2]、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[3]、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[4]、酶聯(lián)免疫吸附法[5]、毛細(xì)管電泳法[6]、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[7]等，這些方法具有高靈敏度和準(zhǔn)確度的優(yōu)勢，但也存在著樣品前處理復(fù)雜、消耗時(shí)間長、設(shè)備昂貴等問題，不能滿足實(shí)際監(jiān)管檢測需求。因此，迫切需要快速、靈敏、準(zhǔn)確的動(dòng)物源性食品安全檢測新方法。

隨著材料科學(xué)、光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，表面增強(qiáng)拉曼光譜（ surface-enhance Raman spectroscopy，SERS）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品監(jiān)督[8]、生物醫(yī)學(xué)和藥品檢驗(yàn)[9-10]等領(lǐng)域。SERS 技術(shù)克服了傳統(tǒng)拉曼技術(shù)的局限，在食品安全檢測方面的應(yīng)用成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，研究內(nèi)容涵蓋了理論探討、SERS 方法建立及優(yōu)化、實(shí)際檢測等，推動(dòng)了SERS 技術(shù)在食品安全方面應(yīng)用的發(fā)展。本文綜述了SERS 在動(dòng)物源性食品安全檢測中應(yīng)用的最新研究進(jìn)展，詳細(xì)介紹了SERS 對(duì)三聚氰胺、食源性致病菌、農(nóng)獸藥殘留和食品添加劑的檢測的應(yīng)用及發(fā)展，并對(duì)SERS 技術(shù)在食品中有害物質(zhì)快速殘留檢測方面的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和展望，旨在為SERS 技術(shù)在食品安全檢測領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

1 表面增強(qiáng)拉曼光譜

拉曼光譜是通過拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光進(jìn)行分析以獲得分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息的一種散射光譜[11]。當(dāng)物質(zhì)發(fā)生拉曼散射時(shí)就會(huì)產(chǎn)生拉曼光譜，拉曼光譜與紅外光譜都屬于分子振動(dòng)光譜，通過物質(zhì)分子中的官能團(tuán)振動(dòng)即可產(chǎn)生圖譜，而不同分子所具有的官能團(tuán)各不相同，所以每種分子都具有唯一且確定的拉曼光譜[12]。因此，拉曼光譜可以作為分子的指紋光譜，提供分子結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)而達(dá)到對(duì)物質(zhì)快速檢測的目的[13]。

當(dāng)待測物吸附在經(jīng)過特殊處理、且具有納米結(jié)構(gòu)的粗糙金屬（如金、銀等）表面時(shí)，待測物分子的拉曼信號(hào)得到極大的增強(qiáng)，能夠被提高106～1014倍[14]，這就是表面增強(qiáng)拉曼散射現(xiàn)象，簡稱SERS。目前公認(rèn)的SERS 增強(qiáng)機(jī)制主要有物理增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)兩種。在物理增強(qiáng)機(jī)理中，被人們廣泛接受的是表面等離子體共振引起的局域電磁場增強(qiáng)原理[15-16]；化學(xué)增強(qiáng)認(rèn)為，吸附分子與金屬表面的原子或原子團(tuán)簇之間發(fā)生某種化學(xué)作用，在分子吸附到金屬基底時(shí)，產(chǎn)生新的激發(fā)態(tài)，形成新的吸收峰，當(dāng)合適波長的入射光照射到金屬基底時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生共振，從而使體系的有效極化率得到增加，SERS 信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)[17-19]。SERS 增強(qiáng)過程十分復(fù)雜，僅通過物理增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制不足以解釋所有SERS 現(xiàn)象，通常情況下，化學(xué)增強(qiáng)的數(shù)量級(jí)在10～103之間，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為物理增強(qiáng)在SERS增強(qiáng)中占主導(dǎo)地位。

高性能SERS 基底的制備是SERS 研究中的核心技術(shù)，高性能的SERS 基底應(yīng)滿足：靈敏性強(qiáng)，重現(xiàn)性、均勻性和穩(wěn)定性好等。另外，SERS 作為一種前景廣闊的痕量甚至微痕量快速檢測分析技術(shù)，其活性基底應(yīng)同時(shí)具有靈敏性、穩(wěn)定性、特異性及經(jīng)濟(jì)可行性等特點(diǎn)。目前，在動(dòng)物源性食品安全檢測領(lǐng)域常見的SERS 基底，依據(jù)基底狀態(tài)，可以分為：金屬溶膠活性基底、固體活性基底、柔性活性基底等。金屬溶膠基底具有成本低、易合成、使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但其受環(huán)境影響較大，膠體粒子易聚集，易受“咖啡環(huán)”效應(yīng)的影響，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性略差；固體基底結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較好的均勻性、重復(fù)性，但成本相對(duì)較高、制備較復(fù)雜，難以在不規(guī)則樣品表面上進(jìn)行測試；柔性基底的柔韌性強(qiáng)，適用于復(fù)雜樣品平面的檢測，有利于實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)或無損檢測，也使批量生產(chǎn)SERS 基底成為可能，但其制備過程復(fù)雜，對(duì)襯底材料要求很高，樣品采集的效率較低。SERS 在動(dòng)物源性食品安全檢測中應(yīng)用的部分代表性研究如表1 所示。研究對(duì)象涉及到乳制品、肉類食品、海鮮等，以化學(xué)殘留及食源性微生物為目標(biāo)，結(jié)合了不同類型的增強(qiáng)材料開展了多樣化的研究。從表1 可以看出金屬溶膠活性基底應(yīng)用范圍較廣，靈敏度較高，較適合于以檢測限（LOD）為評(píng)價(jià)指標(biāo)的痕量定性分析。固體基底和柔性基底適用范圍相對(duì)較窄，制備復(fù)雜，但其均一性和重復(fù)性較好，更適用于關(guān)注重復(fù)性的定量分析。

表1 SERS 技術(shù)在動(dòng)物源性食品安全檢測中的部分應(yīng)用Table 1 Partial application of SERS technology in animal derived foods safety

2 SERS 在動(dòng)物源性食品常見污染物檢測中的應(yīng)用

2.1 SERS 在三聚氰胺檢測中的應(yīng)用

乳與乳制品是膳食中蛋白質(zhì)、鈣、磷、維生素A、維生素D 和維生素B2的重要來源之一，在日常膳食中占重要的地位。三聚氰胺奶粉事件讓人們對(duì)三聚氰胺有了更深刻的認(rèn)識(shí)和了解。除了人為地添加，三聚氰胺還會(huì)從加工過程中、所處環(huán)境中以及包裝材料等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)入到食品里，影響人的身體健康。目前已報(bào)道的研究主要圍繞SERS 增強(qiáng)基底及相關(guān)食品基質(zhì)對(duì)表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的影響，來探究SERS 對(duì)食品中三聚氰胺的快速檢驗(yàn)方法[34-36]，從而使牛奶中三聚氰胺的檢出限降至最低。

通常，牛奶中的三聚氰胺拉曼信號(hào)較低，單金屬納米顆粒作為SERS 基底很難滿足檢測要求，因此，近年新研發(fā)的雙金屬納米顆?；钚曰缀凸腆w基底得到了快速發(fā)展，以乳制品為對(duì)象的三聚氰胺的SERS 研究進(jìn)展如表2 所示。聶彬彬[20]以不同Ag/Au比例的碗孔狀微/納結(jié)構(gòu)陣列作為SERS 基底，檢測水溶液和奶粉中的三聚氰胺，當(dāng)Ag/Au 比例接近1:1 時(shí)，對(duì)于10-5mol/L 三聚氰胺水溶液的SERS 信號(hào)約是Ag或Au 樣品的5 倍，并且其檢測下限為10-9mol/L。除了金屬納米顆?；钚曰淄?，為了滿足三聚氰胺等有害物質(zhì)高通量、低成本、快速檢測的需求，新型固相SERS 平臺(tái)成為科研工作者的研究熱點(diǎn)。He 等[37]制備了一種將Ag 納米粒子沉積在PPy@PEDOT:PSS薄膜表面的SERS 基底，用來檢測三聚氰胺分子，當(dāng)濃度為6.4 ng/mL 時(shí)，仍然可以清晰地識(shí)別出來。Xiao等[38]以銀膜覆蓋納米球（AgFON）作為SERS 基底對(duì)嬰兒配方奶粉中的三聚氰胺進(jìn)行檢測，當(dāng)線性范圍為2～25 mg/L 時(shí)，相關(guān)系數(shù)為0.9926，所制備的活性基底不僅具有較高的增強(qiáng)能力，而且重現(xiàn)性和穩(wěn)定性也很好。Xu 等[39]以納米線組裝的高表面粗糙度的銀納米片為SERS 活性基底，用于檢測牛奶中的三聚氰胺，最低檢測濃度為10-9mol/L，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中國和美國對(duì)三聚氰胺的安全限值要求。不同的納米活性基底是SERS 檢測的關(guān)鍵，基于其它技術(shù)的SERS方法也是提高SERS 檢測效率、擴(kuò)大SERS 應(yīng)用范圍的剛需。Viehrig等[40]用SERS 結(jié)合電化學(xué)輔助的方法檢測牛奶中的三聚氰胺，如圖1 所示，利用傳感器的可重復(fù)性降低測量值之間的差異、原材料消耗和分析時(shí)間，最終對(duì)牛奶中三聚氰胺的最低檢測濃度為0.3 mg/L。研究人員采用不同策略構(gòu)建了三聚氰胺快速檢測方法，發(fā)現(xiàn)對(duì)基質(zhì)成分較為一致的乳品樣品，不同增強(qiáng)基底性能是導(dǎo)致檢測性能差異的主要因素。

圖1 定制的電化學(xué)-SERS 檢測系統(tǒng)的工作原理（A）、電化學(xué)-SERS 平臺(tái)（B）和金納米柱結(jié)構(gòu)的SEM 圖像（C）[40]Fig.1 Working principle of the custom-made electrochemical-SERS (A), electrochemical-SERS platform (B) and SEM image of Aucapped nanopillar structures for SERS detection (C)[40]

表2 SERS 技術(shù)在乳制品中三聚氰胺檢測中的應(yīng)用Table 2 Application of SERS technology in the detection of melamine in dairy products

2.2 SERS 在食源性致病菌檢測中的應(yīng)用

食源性致病菌顧名思義是以食物為媒介進(jìn)入體內(nèi)從而影響人的身體健康，一般發(fā)生在畜肉類、禽類、蛋類以及奶類中。在非人為故意的原因下，生、熟案板未分開，手沒有清洗干凈等都會(huì)產(chǎn)生致病菌。當(dāng)前，對(duì)于食源性致病菌的檢測技術(shù)普遍操作復(fù)雜，消耗時(shí)間長。因此，操作簡便、快捷、高效的SERS技術(shù)在食源性致病菌檢測中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

通常SERS 用于食源性致病菌的檢測可以分為直接檢測、間接檢測及與其它技術(shù)相結(jié)合檢測。對(duì)實(shí)際樣品中的食源性致病菌進(jìn)行直接檢測的研究相對(duì)較少，主要依賴于間接檢測方法進(jìn)行定性定量檢測，檢測限可低至幾CFU/mL。目前，結(jié)合其他技術(shù)方法，發(fā)揮SERS 檢測手段快速靈敏的優(yōu)勢，開展食源性致病菌檢測研究已成為一個(gè)新的重要趨勢。應(yīng)用SERS 技術(shù)對(duì)常見食源性致病菌（大腸桿菌、沙門氏菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、金黃色葡萄球菌）檢測的最新研究進(jìn)行了總結(jié)討論，對(duì)食源性致病菌的SERS 檢測研究最新進(jìn)展如表3 所示。

表3 SERS 技術(shù)在動(dòng)物源性食品中食源性致病菌檢測中的應(yīng)用Table 3 Application of SERS technology in detection of foodborne pathogens in animal derived foods

2.2.1 SERS 在大腸桿菌檢測中的應(yīng)用 大腸桿菌是常見致病菌的一種，有較強(qiáng)的致病性，食用被大腸桿菌感染的食品后能引起出血性腸炎、溶血性尿毒綜合癥和血栓形成性血小板減少性紫癜等多種腸道疾病，嚴(yán)重時(shí)能造成病人死亡[41]。Bozkurt 等[42]采用表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)，利用堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）對(duì)5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸（5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate，BCIP）的酶活性，建立了一種夾心免疫檢測大腸桿菌的方法，并同時(shí)合成了球形磁性包金核殼納米顆粒（MNPs-Au）和棒狀金納米顆粒（AuNRs）兩種SERS 活性基底，該方法的檢出限為10 CFU/mL。使用開發(fā)的夾心免疫分析法檢測大腸桿菌用時(shí)不到3 h，包括MNPs-Au/抗體與大腸桿菌結(jié)合（40 min）、夾心形成試驗(yàn)（40 min）、ALP-BCIP 相互作用（60 min）和最終的SERS 檢測（2～5 min）。Zhu 等[25]以Fe3O4@Au 復(fù)合材料為載體，利用表面增強(qiáng)拉曼光譜和磁分離技術(shù)，開發(fā)了一種基于金箔紙的腸致病性大腸桿菌的吸附傳感器，在緩沖溶液和甘草提取物中，檢出限約為2.86 CFU/mL，檢測時(shí)間僅為2.5 h，結(jié)果表明，金箔紙為大腸桿菌檢測提供了一種可靠、快速、靈敏的生物傳感平臺(tái)。Yan 等[43]采用表面增強(qiáng)拉曼散射橫向流動(dòng)試驗(yàn)（SERS-LFA）條帶快速、靈敏地定量分析了大腸桿菌O157:H7，基于5,5'-二硫代二苯甲酸拉曼信號(hào)強(qiáng)度的極值梯度增強(qiáng)回歸（extreme gradient boosting regression，XGBR）對(duì)大腸桿菌O157:H7 的檢出限為6.94×101CFU/mL；此外，大腸桿菌O157:H7被添加到牛奶和牛肉等食物基質(zhì)中，在10 CFU/mL的超低劑量下，SERS-LFA 與XGBR 結(jié)合僅孵育2 h就能成功地從混合物中檢出大腸桿菌O157:H7，回收率在86.41%～128.25%之間。Weng 等[44]研制了一種用于大腸桿菌磁性富集和SERS 檢測的一體化納米傳感器，這種一體化的納米傳感器是通過將四種成分化學(xué)集成到一個(gè)納米顆粒中來構(gòu)建的，其中包括作為磁芯的錳鐵氧體納米顆粒、作為SERS 活性基底的銀殼、4-巰基苯甲酸（4-mercaptobenzoic acid，MBA）分子自組裝層作為SERS 內(nèi)標(biāo)、以MBA 偶聯(lián)層的適配體序列作為大腸桿菌的捕獲探針。預(yù)濃縮和比率測定使納米傳感器檢測大腸桿菌的檢出限降至10 CFU/mL。該一體化納米傳感器已成功應(yīng)用于包括牛奶在內(nèi)的多種液體食品中的大腸桿菌檢測，回收率為89%～110%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.7%。相較于以往大多數(shù)SERS 傳感器采用的三明治策略相比，該納米傳感器使用起來更簡單、成本更低，具有較高的靈敏度和可重復(fù)性，在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的潛力。

2.2.2 SERS 在沙門氏菌檢測中的應(yīng)用 在禽肉類產(chǎn)品以及蛋制品中沙門氏菌是一種常見的食源性致病菌，一旦食用了含有沙門氏菌的食物就容易引發(fā)細(xì)菌性腸胃炎、敗血癥和心肌炎等多種疾病[45]。Chattopadhyay 等[46]利用合成的功能化聚合磁性納米顆粒（FPMNPs）作為有效的捕獲探針和免疫磁選分離劑，研制了一種用于檢測沙門氏菌的SERS 免疫傳感器；比較了4-巰基苯甲酸和5,5′-二硫基（琥珀酰亞基-2-硝基苯甲酸酯）作為拉曼報(bào)告分子的信號(hào)屬性，在最佳條件下，分別用MBA 和DSNB 在1588 和1336 cm-1處的SERS 強(qiáng)度測量101～107cells/mL 范圍內(nèi)的病原體濃度，檢測限分別為100 cells/mL 和10 cells/mL；此外，對(duì)于不同的添加食品，檢測方法的回收率為82%～114%。Li 等[47]基于金納米棒與寡核苷酸適配體和拉曼報(bào)告子組成的新型SERS 標(biāo)簽，開發(fā)了一種可同時(shí)靈敏檢測不同食物致病菌的生物傳感器。他們將新型SERS 標(biāo)簽與抗體修飾的磁性納米顆粒相結(jié)合，創(chuàng)建了一個(gè)能夠同時(shí)檢測大腸桿菌O157:H7 和沙門氏菌的生物傳感器，在101～106CFU/mL 具有良好的線性關(guān)系，較高的檢測靈敏度（＜8 CFU/mL）和回收率（95.26%～107.88%），該方法達(dá)到了靈敏、同時(shí)定量檢測病原體的目的。Yang等[48]開發(fā)了一種基于三維DNA 漫步器的SERS 方法，可對(duì)鼠傷寒沙門氏菌進(jìn)行定量分析，其檢測策略如圖2 所示。結(jié)果表明，SERS 強(qiáng)度與沙門氏菌的濃度（10～104CFU/mL）和濃度（104～106CFU/mL）均呈良好的線性關(guān)系。由于“DNA 漫步者”的信號(hào)放大效應(yīng)，檢測限低至4 CFU/mL，該方法的選擇性是由適體序列的選擇性決定的。這種將SERS 技術(shù)與生物基質(zhì)分離的策略，使SERS 光譜具有較高的靈敏性和良好的重復(fù)性，為食源性致病菌的SERS 檢測提供了一種新的方法，可受益于多種應(yīng)用場景。

圖2 SERS 檢測細(xì)菌策略示意圖[48]Fig.2 Schematic illustration of the SERS strategy for bacterial detection[48]

2.2.3 SERS 在單核細(xì)胞增生李斯特菌檢測中的應(yīng)用 單核細(xì)胞增生李斯特菌對(duì)免疫力低的人群極易感染，感染病癥可表現(xiàn)為腦膜炎、敗血癥等[49]。Wu[26]利用SERS 與免疫層析法相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單核增生李斯特菌和沙門氏菌的同時(shí)檢測，兩種致病菌都在102～107CFU/mL 范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，且檢出限均為75 CFU/mL。Teixeira 等[50]利用環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（loop-mediated isothermal amplification, LAMP）技術(shù)與SERS 技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于LAMP 擴(kuò)增DNA 過程中產(chǎn)生焦磷酸鹽的多功能金納米顆粒的間接SERS 檢測方法檢測李斯特菌，不僅在緩沖液中檢測到，而且在超高溫消毒的牛奶中能夠檢測到李斯特菌的濃度為3.6×102CFU/mL。Huang 等[51]探索了一種基于黑磷-金（BP-Au）濾紙的3D-SERS 基底來對(duì)常見的食源性細(xì)菌包括金黃色葡萄球菌、單核增生李斯特菌和大腸桿菌進(jìn)行檢測，無需復(fù)雜的樣品處理，整個(gè)檢測過程只需要幾分鐘。研究表明，基于BP-Au 濾紙的3D-SERS 襯底比2D-SERS 襯底具有更大的表面積和更多的樣品檢測熱點(diǎn)，在濃度為107CFU/mL 時(shí)，可以對(duì)三種目標(biāo)細(xì)菌進(jìn)行特異性識(shí)別和辨別。隨后，利用主成分分析和線性判別分析對(duì)三種細(xì)菌的SERS 光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了成功的區(qū)分，該方法實(shí)現(xiàn)了在食品安全領(lǐng)域應(yīng)用統(tǒng)計(jì)判別分析PCA-LDA 對(duì)食源性細(xì)菌進(jìn)行快速無標(biāo)簽檢測和鑒定。

2.2.4 SERS 在金黃色葡萄球菌檢測中的應(yīng)用 鼠傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌是目前報(bào)道最多的食源性致病菌，可引起食物中毒、腸道傳染病等健康問題，傳統(tǒng)的金黃色葡萄球菌檢測方法通常是經(jīng)典的培養(yǎng)方法，但此方法耗時(shí)，且不能實(shí)時(shí)應(yīng)用，開發(fā)出反應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性好的新技術(shù)，特別是能同時(shí)檢測不同食源性致病菌的技術(shù)具有重要意義。Wang 等[52]介紹了一種基于SERS 的免疫捕獲納米探針用于檢測致病菌，該探針使用硼酸功能化多巴胺包被的Au@Ag 納米顆粒作為先進(jìn)的SERS 納米標(biāo)簽，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金黃色葡萄球菌及其他多種細(xì)菌的鑒別及檢測，當(dāng)SERS 標(biāo)簽與細(xì)菌表面結(jié)合時(shí)，SERS 信號(hào)可被放大108倍，最低檢出限為10 CFU/mL，并且檢測過程只需要30 min。Zhang 等[53]研制了一種基于SERS 的生物傳感器，可同時(shí)檢測沙門氏菌和金黃色葡萄球菌，用鼠傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的適配體固定的Fe3O4磁性金納米顆粒（MGNPs）作為捕獲探針，然后信號(hào)探針也通過適體的作用與細(xì)菌連接，形成三明治狀的目標(biāo)結(jié)構(gòu)，在最優(yōu)的檢測條件下，在102～107CFU/mL 范圍內(nèi)，檢測金黃色葡萄球菌，具有良好的線性關(guān)系（y=135.2381+211.4286x,R2=0.9946），其檢出限為35 CFU/mL。Zhang 等[54]通過在聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯（POEGMA）中加入多層銀納米顆粒（AgNPs），該納米復(fù)合薄膜被用作SERS 基底，用于拉曼報(bào)告分子（即4-氨基噻吩）的檢測，增強(qiáng)因子可達(dá)1.29×107，且具有較好的均勻性和重現(xiàn)性，應(yīng)用此法檢測金黃色葡萄球菌，檢出限低至8 CFU/mL。

基于SERS 對(duì)食源性致病菌的檢測主要通過SERS 結(jié)合不同技術(shù)或納米材料，實(shí)現(xiàn)致病菌的定性識(shí)別，展現(xiàn)了SERS 技術(shù)快速分析的優(yōu)點(diǎn)，但針對(duì)實(shí)際食品樣品中微生物污染的檢測分析還是非常有限，后續(xù)研究應(yīng)充分挖掘SERS 在該方向?qū)嶋H檢測當(dāng)中的應(yīng)用潛力。

2.3 SERS 在獸藥殘留檢測中的應(yīng)用

近年來獸藥殘留問題引起了人們的廣泛關(guān)注，在動(dòng)物的生長過程中，總會(huì)使用一些獸藥來預(yù)防疾病或者消滅蟲害等，由此就會(huì)引起獸藥的藥物殘留問題。SERS 具有極高的分子特異性，操作靈敏，重復(fù)性強(qiáng)，穩(wěn)定性佳，因此SERS 在獸藥殘留檢測中具有重要的意義。

2.3.1 SERS 在蛋類藥物殘留檢測中的應(yīng)用 應(yīng)用SERS 技術(shù)對(duì)農(nóng)獸藥殘留檢測的研究重點(diǎn)主要是獲取高質(zhì)量SERS 信號(hào)和提高數(shù)據(jù)分析能力。Muhammad等[27]以SiO2包裹銀納米粒子（SiO2@Au NPs）為基底，對(duì)雞蛋內(nèi)膜中的氟蟲腈的最低檢測限為10-7mol/L，并利用密度反函數(shù)法進(jìn)行定量分析（如圖3 所示）。Tu 等[55]報(bào)道了一種簡單、快速檢測雞蛋殼和雞蛋液中氟蟲腈的方法，在1～500 mg/L 范圍內(nèi)基于2256 cm-1處的特征峰定量分析氟蟲腈的標(biāo)準(zhǔn)溶液，R2≥0.997；在蛋殼和蛋液中添加氟蟲腈的標(biāo)準(zhǔn)溶液，使實(shí)際樣品中氟蟲腈的最終濃度都分別為5、60 和100 mg/kg 時(shí)，回收率為59.91%～81.72%和85.97%～152.46%，該方法適用于雞蛋殼和雞蛋液中氟蟲腈的快速檢測，檢測時(shí)長約為30 min。

2.3.2 SERS 在水產(chǎn)品獸藥殘留檢測中的應(yīng)用 魚、蝦、貝類等水產(chǎn)品中是獸藥殘留的主要對(duì)象，殘留的獸藥如：孔雀石綠、結(jié)晶紫、氯霉素等?；赟ERS方法檢測水產(chǎn)品中禁用和限用獸藥的報(bào)道已有很多，趙靜晨等[28]在表面活性劑十二烷基甲基溴化哌啶溶液中以抗壞血酸為還原劑還原氯金酸，快速合成具有樹枝狀結(jié)構(gòu)的金納米粒子，以此作為SERS 活性基底檢測孔雀石綠，檢出限為1×10-8mol/L，對(duì)鯽魚肉中孔雀石綠進(jìn)行快速檢測，樣品加標(biāo)回收率為81.6%～102.1%。張梓涵等[56]通過化學(xué)還原反應(yīng)，分兩步制得形狀規(guī)則、外徑為60～70 nm 的銀包銅納米線（Cu-Ag NWs）并以其為基底，對(duì)羅非魚肉中孔雀石綠殘留進(jìn)行快速檢測，結(jié)果表明，孔雀石綠在400～1800 cm-1范圍內(nèi)的特征峰清晰，當(dāng)孔雀石綠濃度為0～20 μg/kg時(shí)，特征峰強(qiáng)度與孔雀石綠濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，對(duì)孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液的最低檢測濃度為0.5 μg/kg，對(duì)羅非魚肉中孔雀石綠殘留最低檢測濃度為1.0 μg/kg。Chen 等[57]開發(fā)了一種高靈敏性、高性價(jià)比的Ag/納米纖維素SERS 基底，可用于食品安全原位檢測，對(duì)于魚肉中孔雀石綠和恩諾沙星的檢出限分別為0.0014 和0.069 mg/kg。Alyami 等[58]用具有透光性的Ag NPs-PDMS 基底來檢測魚皮上的結(jié)晶紫，其檢出限為10-7mol/L。Pan 等[59]基于SERS 與免疫層析法相結(jié)合檢測3 種氯霉素類抗生素，最終所得氯霉素、甲砜霉素和氟苯尼考的檢出限分別為0.36、0.20 和0.78 ng/mL。

2.3.3 SERS 在奶類抗生素殘留檢測中的應(yīng)用 除了水產(chǎn)品、蛋類，奶類也是獸藥殘留較為嚴(yán)重的食品。Zhai 等[29]制備出以ZnO 為模板，可再生的3D角狀ZnO/Ag@Au，用于檢測牛奶中的抗生素，3DZnO/Ag@Au 結(jié)構(gòu)很明顯地增加了納米顆粒的表面積，SERS 增強(qiáng)因子可以達(dá)到1.48×109，對(duì)牛奶中磺胺吡啶的檢測限低至1×10-9mol/L。除此之外，Xie等[60]提出了檢測牛奶中氯霉素殘留的MIP-SERS傳感器，在牛奶實(shí)際樣品中檢測氯霉素的含量，檢出限為0.1 μg/mL。Wang 等[61]利用Ag@IP6@AuNPs作為活性基底檢測牛奶中痕量青霉素G 的殘留，當(dāng)線性范圍為10-5～10-11mol/L 時(shí)，檢出限為10-12mol/L，檢測回收率在92.18%～101.4%之間，該方法實(shí)現(xiàn)了牛奶中青霉素G 的現(xiàn)場殘留檢測。

2.3.4 SERS 在畜禽肉藥物殘留檢測中的應(yīng)用 畜禽肉類是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊活愂称罚肧ERS 技術(shù)監(jiān)測肉類食品的品質(zhì)至關(guān)重要。江南大學(xué)的謝云飛團(tuán)隊(duì)建立了一種豬肉中左旋咪唑殘留的表面增強(qiáng)拉曼光譜快速檢測方法，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，建立了左旋咪唑鹽酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液特征峰SERS 信號(hào)與濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性方程R2值均在0.9 以上；對(duì)不同加標(biāo)濃度的實(shí)際樣品進(jìn)行檢測，得到平均回收率為80.39%～95.94%，RSD 值為3.08%～6.20%[31]。李耀等[62]以NaCl 溶液為膠體的活化劑，用金納米溶膠作為活性基底檢測鴨肉提取液中的氧氟沙星殘留，檢出限為0.05 mg/L。孫琳等[63]研發(fā)了一種基于氨基改性多孔材料SBA-15 的SERS 基底，用于雞肉和雞飼料提取液中恩諾沙星的SERS 檢測，結(jié)果表明在0.1～1 mg/kg 濃度范圍內(nèi)，特征峰的強(qiáng)度與恩諾沙星濃度具有良好線性關(guān)系，R2=0.98 和R2=0.99，檢測限均達(dá)到0.1 mg/kg。徐寧等[64]以金溶膠為SERS 基底，實(shí)現(xiàn)了快速鑒別雞肉中殘留的磺胺二甲基嘧啶和磺胺吡啶兩種抗生素，該方法具有良好的鑒別效果，可用于對(duì)雞肉中兩種抗生素殘留的快速檢測和鑒別。

動(dòng)物源性食品獸藥殘留的SERS 檢測研究中，針對(duì)不同化學(xué)目標(biāo)分析物，一方面?zhèn)戎豐ERS 增強(qiáng)基底的制備以達(dá)到痕量最低檢出濃度；另一方面嘗試結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法構(gòu)建定性定量分析模型。但多數(shù)研究以單一物質(zhì)為分析目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)同時(shí)檢測依然面臨極大的困難和挑戰(zhàn)。

2.4 SERS 在食品添加劑檢測中的應(yīng)用

動(dòng)物源性食品中常用的食品添加劑有著色劑、防腐劑和抗氧化劑，這些添加劑可以使肉制品等保持良好的色澤，看起來更新鮮、保質(zhì)期更久。然而，食品添加劑的非法、不規(guī)范使用也會(huì)引起潛在的食品安全問題，已有研究報(bào)道了SERS 在食品添加劑檢測方面的應(yīng)用研究。

Ai 等[65]在聚乙烯吡咯烷酮表面活性劑存在下，用抗壞血酸還原硝酸銀，合成花狀銀納米粒子，檢測4 種不同的食品著色劑，檢出限分別為食品藍(lán)79.285 μg/L、檸檬黃5.3436 μg/L、日落黃45.238 μg/L、酸性紅50.244 μg/L。Wang 等[32]以ZnO@Ag 空心納米球?yàn)槟Ｐ停芯砍隽丝梢杂脕頇z測食品中亞硝酸鹽的SERS 傳感器，亞硝酸鹽檢測的線性范圍為1×10-8～1×10-3mol/L，檢出限為0.3×10-8mol/L。此外，郭紅燕等[66]采用金納米棒和Fe3O4/TiO2/Au NRs 磁性復(fù)合物在超疏水材料表面進(jìn)行自組裝，形成具有優(yōu)異SERS 性能的磁性試紙。該磁性試紙?jiān)谒嵝詶l件下表面吸附的4-氨基苯硫酚與待測的亞硝酸根進(jìn)行偶合，利用偶合產(chǎn)物的SERS 信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)亞硝酸根的定性及定量檢測。陳泳等[33]建立了衍生化-富集-表面增強(qiáng)拉曼光譜法快速檢測奶粉中亞硝酸鹽的分析方法，對(duì)7 類不同奶粉進(jìn)行檢測，單個(gè)樣品檢測全過程只需3～15 min，定性檢測限為0.4 mg/kg，遠(yuǎn)低于國家安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)亞硝酸鹽的限量要求（2 mg/kg）。

基于SERS 的化學(xué)殘留分析面臨著類似的問題，高性能、普適性基底的開發(fā)是SERS 方法構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。多數(shù)研究以標(biāo)準(zhǔn)樣品體系為主，針對(duì)復(fù)雜食品體系仍然面臨基質(zhì)嚴(yán)重干擾的問題，簡化前處理方法提升檢測性能是實(shí)現(xiàn)SERS 快速檢測的前提；從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，性能優(yōu)越、價(jià)格昂貴的拉曼設(shè)備并不適用于食品安全實(shí)時(shí)檢測，便攜式光譜設(shè)備開發(fā)及完善是突破和完善硬件限制的方向；從不同角度切入的研究工作將為實(shí)現(xiàn)SERS 技術(shù)在食品安全分析領(lǐng)域應(yīng)用提供基礎(chǔ)和保障。

3 展望

SERS 技術(shù)在動(dòng)物源性食品安全檢測中的應(yīng)用研究表明其具有巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景，相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)，顯示出檢測迅速、精度較高、操作方便、靈敏度高等應(yīng)用優(yōu)勢。但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些問題：首先，目前SERS 技術(shù)在食品檢測行業(yè)的應(yīng)用仍處于起步階段，尚未形成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，研究內(nèi)容主要集中在不同食品基質(zhì)及不同活性增強(qiáng)基底對(duì) SERS 光譜的影響。而且表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)除了優(yōu)點(diǎn)之外也存在著一些不足。例如：雖然對(duì)SERS 的機(jī)理在一些物理模型上進(jìn)行了一定的闡述但仍然不能完全闡明SERS 機(jī)理；其次，便攜式、低成本SERS 設(shè)備的開發(fā)需要完善，雖然有手持式的表面增強(qiáng)拉曼光譜儀，但是價(jià)格昂貴，功能單一，因此研制價(jià)格低、功能完備的SERS 檢測設(shè)備也是一個(gè)待解決的難題；再次，SERS 基底普適性有待提升。SERS 活性基底的開發(fā)是SERS 技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，在已有的研究中，金、銀金屬材料以不同形態(tài)作為增強(qiáng)基底較為常見，不同基底表現(xiàn)出不同的增強(qiáng)性能，不同目標(biāo)需要適配不同的納米活性基底，一定程度上限制了其應(yīng)用，未來對(duì)SERS 基底的研究需在保證SERS 活性的基礎(chǔ)上提升納米活性基底的普適性。最后，對(duì)復(fù)雜食品的前處理，應(yīng)用傳統(tǒng)的前處理方法結(jié)果精確、回收率高，但消耗的時(shí)間長、過程比較麻煩、成本高，僅局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部檢測。SERS 技術(shù)雖然可以有效識(shí)別復(fù)雜的食品基質(zhì)成分及分子結(jié)構(gòu)，但結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到一定的干擾。因此，針對(duì)不同的食品類別，尋求快速、回收率高的SERS 前處理技術(shù)非常重要?；赟ERS 研究中所面臨的共性問題，以期后續(xù)在以下三個(gè)方面開展研究并突破瓶頸：第一，SERS 基底的靈敏性與均一性和重復(fù)性的完美統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)SERS 檢測定性分析和定量分析的完美結(jié)合；第二，多目標(biāo)組分的同時(shí)檢測，SERS 檢測以單一目標(biāo)組分為主，如何能夠?qū)崿F(xiàn)一種活性基底同時(shí)檢測多種目標(biāo)組分或者多種活性基底適合于同一目標(biāo)物質(zhì)的檢測，從而建立適用于大多數(shù)動(dòng)物源性食品和獸藥、食品添加劑、食源性致病菌的最優(yōu)的SERS 檢測方法，推進(jìn)SERS 檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用；第三，更加深入對(duì)各種實(shí)際樣品的研究，包括從樣品前處理方法到目標(biāo)分析物的SERS 檢測的全過程。隨著對(duì)SERS 技術(shù)的深入研究，結(jié)合材料科學(xué)及信息技術(shù)的發(fā)展，SERS 技術(shù)將會(huì)在食品安全檢測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為食品安全檢測監(jiān)管提供重要的技術(shù)支撐。