基于拉曼光譜的肉類品質(zhì)評價

一、研究背景

拉曼效應(yīng)是一種光子的非彈性散射現(xiàn)象，即光子和分子振動之間發(fā)生能量交換后被散射出來，頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。拉曼光譜分析過程中操作快捷簡便，特異性高，同時無須對樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，尤其是在食品質(zhì)量領(lǐng)域。脂質(zhì)氧化有助于形成碳?xì)浠衔?、醛類和酮類等物質(zhì)，而這些氧化產(chǎn)物對異味、酸敗、顏色劣變和蛋白質(zhì)氧化有貢獻(xiàn)作用，最終導(dǎo)致肉品品質(zhì)的劣變。

蛋白質(zhì)是天然存在的復(fù)雜大分子，由氨基酸殘基組成，具有重要的營養(yǎng)價值并直接參與生命活動中重要的化學(xué)過程。肉品的蛋白質(zhì)氧化會導(dǎo)致肉的保水性降低、營養(yǎng)價值（必需氨基酸喪失）下降、生物利用度下降、以及色澤和風(fēng)味的劣變。拉曼光譜是監(jiān)測蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的有效工具，可提供有關(guān)肽骨架結(jié)構(gòu)、某些側(cè)鏈氨基酸（如酪氨酸、色氨酸和疏水基團(tuán)）的微環(huán)境、二硫鍵和蛋氨酸殘基的局部構(gòu)象等信息。

二、材料與設(shè)備

豬肉、牛肉、羊肉、河蝦購自十八鋪，使用Portman1064進(jìn)行拉曼分析。

圖1 實驗樣品圖

圖2 拉曼光譜采集

三、拉曼光譜分析

圖3 樣品拉曼光譜

由圖3可知，肉的種類不同，拉曼光譜的特征峰峰位及個數(shù)也有差異。目前消費(fèi)者對肉品質(zhì)的評價主要取決于觀察肉的顏色和大理石花紋及感官評價，但卻難以評價肉的嫩度、咀嚼性和多汁性。Beattie研究發(fā)現(xiàn)，1460~1483 cm^-1（-CH2和-CH3彎曲振動）區(qū)域譜帶能夠反映肉品質(zhì)的多汁性，表明脂肪族氨基酸殘基間的疏水相互作用是影響肉品質(zhì)評價中的多汁性指標(biāo)的重要因素。根據(jù)拉曼光譜的指紋性特征，也可實現(xiàn)快速鑒別肉的種類的目的。市場上肉制品摻假事件時有發(fā)生，需要科學(xué)的方法鑒別。Boyaci利用拉曼光譜技術(shù)結(jié)合PCA分析方法，能夠快速辨別132種脫脂肉樣及其香腸制品的肉類品種，并且檢測時間短，檢測準(zhǔn)確度高。拉曼光譜技術(shù)憑借其快速、無損、精確度高等特點在肉品質(zhì)評價領(lǐng)域快速發(fā)展。

拉曼光譜可以監(jiān)測蛋白/脂質(zhì)氧化過程中分子振動信息的變化。樣品的完整拉曼譜圖如圖3所示。光譜主要是由蛋白質(zhì)和脂肪的拉曼峰組成。通常，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的二級結(jié)構(gòu)改變時，酰胺I區(qū)包括α-螺旋（1655 cm^–1附近）、β-折疊（1670 cm^–1附近）、β-轉(zhuǎn)角（1685 cm^–1附近）和無規(guī)則卷曲（1665 cm^–1附近）非常敏感。此外，940 cm^–1處拉曼譜帶的強(qiáng)度變化也被認(rèn)為是能夠反映α-螺旋結(jié)構(gòu)含量的變化，該拉曼譜帶是由α-螺旋蛋白主鏈 ν（C–C）和α-螺旋蛋白側(cè)鏈耦合所貢獻(xiàn)。脂肪的典型分子振動主要包括有1080 cm^–1（脂肪族伸縮振動ν（C–C）），1302 cm^–1（面內(nèi)亞甲基彎曲振動 β（CH₂）），1442 cm^–1（亞甲基剪式振動 δ（CH₂）），1655 cm^–1（碳碳雙鍵伸縮振動 ν（C=C）），1745 cm^–1（酯鍵伸縮振動 ν（C=O））。I₁₆₅₅/I₁₄₄₂ 的拉曼強(qiáng)度比值變化是脂質(zhì)不飽和程度的主要監(jiān)測指標(biāo)。陳清敏研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)不飽和度與拉曼峰強(qiáng)度比值顯著相關(guān)。

四、Portman1064便攜式拉曼光譜儀

PR1064是一款便攜式高靈敏度高信噪比制冷的拉曼光譜儀，其內(nèi)部采用InGaAs陣列探測器，并采用色散型的光學(xué)設(shè)計，提高了探測器的靈敏度，讓儀器具備了捕捉微弱拉曼信號的能力。

相比于785nm、532nm拉曼光譜儀，1064nm對于組織等生物樣品的破壞性更小，避開了玻璃、生物組織等很多物質(zhì)的熒光發(fā)射區(qū)域，對于很多被測物質(zhì)具備低熒光背景優(yōu)勢。1064nm相對于可見段的532nm、785nm具備更好的穿透性，可以穿透棕色玻璃瓶、白色塑料包裝以及紙等包裝材料。

產(chǎn)品特點

Ø  高靈敏度和信噪比，1S對于很多物質(zhì)內(nèi)可以獲得信噪比300:1以上的優(yōu)質(zhì)信號；

Ø  寬積分時間：積分時間可以從1mS?60S設(shè)定；

Ø  高穩(wěn)定性：峰值波動RMS<1% @2hrs；

Ø  良好的穿透性：可以穿透棕色玻璃、白色塑料、包裝紙；

Ø  高分辨：相對于同類產(chǎn)品， 優(yōu)化的光路設(shè)計和512pixels 可以提供15-18cm^-1 的分辨率；

Ø  內(nèi)置操作系統(tǒng)、光譜采集軟件和分析軟件

規(guī)格參數(shù)

組配件清單

注：以上規(guī)格為標(biāo)準(zhǔn)配置，可根據(jù)客戶具體需求，提供定制產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

陳清敏. 反復(fù)凍融牛肉品質(zhì)變化評價技術(shù)的適用性研究[D].江南大學(xué),2020.

蔣伊帆. 復(fù)雜食品基質(zhì)中脂肪酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的拉曼光譜研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2021.

Beattie J R, Bell S E J, Borggaard C, et al. Preliminary investigations on the effects of  ageing and cooking on the Raman spectra of porcine longissimus dorsi[J]. Meat Sci, 2008, 80(4): 1205-1211.

Boyaci Ì H, Uysal R S, Temiz T, et al. A rapid method for determination of the origin of meat and meat products based on the extracted fat spectra by using of Raman spectroscopy and chemometric method[J]. European Food Resh Technol, 2014, 238(5): 845-852.

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