表面增强拉曼光谱技术在食品检测中的应用研究进展

表面增强拉曼光谱技术在食品检测中的
应用研究进展
摘要：表面增强拉曼光谱是一种强有力的食品检验技术，该检测技术具有灵敏度高、响应迅速等特点，在快速检测食品污染物等方面具有巨大的应用前景。

本文就对表面能抢拉曼光谱技术在食品检测中的应用进行研究，从而保障食品检测工作顺利开展。

关键词：拉曼光谱技术；食品检测；应用
Progress in the application of surface-enhanced Raman spectroscopy in food detection
Cao Haiyan
Jiangsu Huattest standard testing certification Technology Co., LTD
Nanjing, Jiangsu 210000
Abstract: Surface-enhanced Raman spectroscopy is a powerful food inspection technology, which has the characteristics of high
sensitivity and rapid response, and has a great application prospect
in the rapid detection of food contaminants. In this paper, the application of surface energy-grabbing Raman spectral technology in food detection is studied, so as to ensure the smooth development of food detection work.
Key words: Raman spectroscopy technology; food detection; application
食品安全与质量是人们关注的焦点之一，传统的食品检测方法通常需要耗时、耗能且操作复杂。

表面增强拉曼光谱技术以其高灵敏度、非破坏性和快速分析的
特点逐渐得到了广泛应用。

通过使用金属纳米颗粒等表面增强剂，SERS技术能够
实现对微量分子的检测和鉴定，并在食品检测中展现出巨大的潜力。

一、表面增强拉曼光谱技术概述
表面增强拉曼光谱技术（SERS）是一种用于增强拉曼散射信号的表面分析技术。

它结合了拉曼光谱和纳米材料的特点，可以提高拉曼信号的灵敏度，以检测
微弱的分子振动光谱。

SERS的关键在于使用表面增强效应增强光场和拉曼散射的
相互作用。

该效应通过将待测样品吸附在具有特殊表面特性的纳米颗粒或纳米结
构上来实现。

这些表面具有高度可控的表面增强效应，可以将光场集中在非常小
的区域内，从而大大增强了拉曼散射信号。

SERS技术的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：1. 制备表面增强剂：
通常使用纳米颗粒（如金或银纳米颗粒）进行表面增强。

这些纳米颗粒表面有规
则的结构，提供了高度增强拉曼散射信号的场。

2. 吸附样品：将待测样品溶液
与表面增强剂接触，使样品分子吸附到纳米颗粒的表面。

这样，在拉曼激发光的
照射下，样品分子振动产生拉曼散射。

3. 激光照射：使用激光束照射样品，激
发样品分子的振动模式。

光散射中的一小部分会以拉曼散射的形式返回，包含了
样品分子的振动信息。

4. 信号增强和检测：通过表面增强效应，纳米颗粒表面
的增强电场会进一步增强样品分子的拉曼散射信号。

这些增强的信号可以通过光
谱仪等设备进行收集和分析，以确定样品分子的特征振动频率，从而实现成分分
析和结构表征。

SERS技术具有高灵敏度、高选择性和非破坏性等优点，可以用于
分子生物学、化学、材料科学等领域的研究和应用。

它在药物检测、食品安全、
环境监测和生物传感等方面有着广泛的应用前景[1]。

二、表面增强拉曼光谱技术在食品检测中的应用
（一）在致病菌检测中的应用
食源性致病菌是指一类可以在食品中生存并引起食物中毒或通过食品传播疾
病的细菌。

这些细菌种类多达几十种，包括沙门氏菌、大肠杆菌、志贺氏菌等。

这些细菌可以在多种环境中存活，并通过食品的摄入途径对人体造成危害，其严
重影响人类的健康和食品生产的安全。

全球范围内食源性疾病的发病率难以确定，但致病菌已被确认为国际公认的主要食品微生物污染原因。

为了保证食品的安全
和防范食源性疾病，检测食品中的致病菌非常重要。

目前，使用表面增强拉曼光
谱（SERS）技术检测食品中的致病菌已被广泛研究和应用。

然而，当前使用的细
菌标记分子的局限性限制了广泛应用、高性能的生物传感器的发展。

因此，迫切
需要开发新型的、具有高亲和性和普适性的细菌SERS标记方法来进行致病菌识
别和检测。

这为食品及其生产过程的安全提供了强有力的保障。

SERS技术利用金属纳米颗粒表面的局域化表面等离子共振效应，极大地增强
了拉曼散射信号，从而使得微量物质的检测变得可能。

在致病菌检测中，SERS技
术可以通过标记了特定分子的金属纳米颗粒与致病菌或其代谢产物相互作用，实
现对致病菌的快速检测和鉴定。

SERS在致病菌检测中的应用可分为以下几个方面：1. 样品预处理：SERS技术可以用于样品的富集、浓缩和纯化，从而提高检测的
灵敏度和准确性。

2. 菌种鉴定：SERS技术结合化学特征指纹库可以对不同的致
病菌进行鉴定和分类，如大肠杆菌、沙门氏菌等。

通过比对拉曼光谱特征，可以
快速确定致病菌的身份。

3. 检测代谢产物：致病菌的代谢产物在食品中会存在
痕量，SERS技术可以通过与特定分子结合的金属纳米颗粒检测这些代谢产物，从
而实现对致病菌的快速定性和定量检测。

4. 检测水质：生食或加工食品中的水
污染可能导致致病菌的存在，SERS技术可以对水样中的致病菌进行快速检测[2]。

（二）在生物毒素检测中的应用
生物毒素是指自然界中存在的一种化学物质，在植物、微生物（包括细菌、
真菌、病毒和原生动物）以及动物等来源中均可发现。

生物毒素在一定条件下可
以对人体造成直接中毒危害，甚至可以造成农业、畜牧业、水产业的损失以及环
境危害。

由于生物毒素的多样性和复杂性，许多新的生物毒素目前还没有被发现
或被认知，因此对于生物毒素中毒的救治和公害防治仍然是世界性的难题。

许多
生物毒素的严重危害已经公认，例如病菌毒素、真菌毒素和动植物毒素等，这些
毒素可以侵害人体内的细胞和细胞器，并导致各种器官的功能障碍和组织坏死。

除了对人类的危害外，生物毒素还可以直接或间接地对农业、畜牧业和水产业产
生负面影响，导致经济损失，此外，生物毒素还可以对环境造成危害，例如破坏
水体生态平衡、影响生物多样性等。

为了确保人类的健康和环境的安全，需要进
一步加强生物毒素的监测和研究，探索新的检测技术和毒素解毒方法，构建全面
的防治机制[3]。

SERS技术在食品安全生物毒素检测中利用纳米材料与食品样品结合，在检测
过程中增强目标生物毒素的特征振动信号，从而实现对食品中生物毒素的快速、
准确检测，为食品安全提供了重要保障，SERS技术在食品安全生物毒素检测中的
工作原理与之前提到的致病菌检测类似，纳米材料（如银纳米颗粒或金纳米颗粒）被制备成高表面增强效应的结构，并且，将食品样品与纳米材料结合，使纳米材
料与生物毒素相互作用并吸附在其表面。

在检测过程中，食品样品与纳米材料结
合后，利用拉曼散射光谱仪测量其光谱。

纳米材料的作用使得被检测生物毒素的
拉曼信号被增强，使其更容易被检测到。

通过分析和比对样品的拉曼光谱，可以
确定样品中是否存在特定的生物毒素，并计算出其浓度。

通过应用SERS技术在食品安全生物毒素检测中，可以快速、准确地识别和
检测食品中的生物毒素，如黄曲霉毒素、肉毒杆菌毒素和霉菌毒素等。

这对于确
保食品的质量和安全性至关重要，为消费者提供健康、安全的食品提供了有效的
手段。

此外，SERS技术还可以在食品生产和加工过程中用于监测和控制生物毒素
的污染，助力食品行业的可持续发展[4]。

（三）在重金属检测中的应用
重金属离子在生态循环中通过食物链的传递，逐渐富集在动植物以及人类体内，对生物体造成严重的危害。

近几十年来，人们对含有重金属的食品的关注度
不断增加，因为这种食品对人类的健康构成了巨大的威胁。

重金属离子在生物体
内积累，并与蛋白质结合，导致蛋白质的严重失活，从而严重影响了生物体的生
命安全。

因此，快速、经济、准确地检测重金属离子对人类健康的监测以及环境
保护变得至关重要。

在重金属检测方面，SERS技术可以通过在纳米颗粒表面引入相应的特异性识
别分子，实现高灵敏度和高选择性的检测。

例如，研究者使用银纳米棒作为SERS
基底，并使用重金属离子特异性识别分子7-巯基-4-甲基香豆素（7-Mercaptopropionic Acid，7MPA）进行检测。

实验结果表明，SERS技术具有高灵
敏度和高选择性，可以应用于食品中的重金属检测，具有广阔的应用前景[5]。

（四）在农药检测中的应用
农药的广泛使用快速提高了农业生产效率，使得耕作更加科学化和效率化。

但随着农药的使用量不断增加，导致了农药残留的问题也随之愈加严重。

农药残
留既给人们的健康带来威胁，也对生态系统造成不可避免的伤害，成为亟待解决
的难题。

因此，研究人员通过不断努力，开发出了快速监测食品中农药残留的方法。

SERS技术作为一种非破坏性数据采集、灵敏度高、检测速度快等优点的新兴
技术，得到了广泛的应用。

SERS技术通过将样品与金属纳米颗粒共同作用形成表
面增强拉曼散射效应，从而实现对农药的快速检测。

相比传统的化学方法，SERS
技术具有体积小、操作简便、准确度高等优点，极大地提高了农药残留监测的效
率和准确性。

表面增强拉曼光谱技术是一种基于光电效应的分析技术，通过将样品与纳米
材料结合，可用于检测食品中的农药残留物。

SERS技术的检测原理基于拉曼散射
光谱学，它对材料的组成与分子间的相互作用十分敏感，当激光在样品的表面与
纳米材料相互作用后，会产生一个受激发的电子密集区，从而使分子产生强烈的
例子偶极振动，导致拉曼散射的强度显著增强，同时，这种技术也有很高的选择
性和灵敏度，可以检测出极低浓度的农药残留物。

SERS技术可以帮助食品生产企业，在生产加工和出口贸易过程中，及时发现农药残留问题，提高食品安全质量，保证食品工业的发展和人民群众的身体健康[6]。

结论：
综上，SERS技术在检测重金属污染、农兽药残留、食源性致病微生物等方面
的应用，都使食品安全得到了有效保障，开发便携式和适用于现场检测的 SERS
技术是未来发展。

参考文献：
[1]芦然,陈瑞鹏,任舒悦等.表面增强拉曼光谱技术在食品安全检测中的最新研究进展[J].食品安全质量检测学报,2023,14(06):1-9.
[2]章洁,吴鑫,占忠旭等.表面增强拉曼光谱技术在食品安全检测中的应用[J].现代食品,2021(17):133-138.
[3]邓素梅,刘厦,康凯等.表面增强拉曼光谱技术在食品检测中的应用研究进展[J].分析试验室,2022,41(02):232-239.
[4]陈瑞鹏,孙云凤,霍冰洋等.表面增强拉曼光谱技术在食品安全检测的应用[J].解放军预防医学杂志,2020,38(09):146-149.
[5]宋移欢,孙晓红,谢锋.表面增强拉曼光谱技术在食品快速检测中的应用[J].食品工业,2020,41(07):245-250.
[6]马妍.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[J].现代食品,2020(13):88-91.。