基于拉曼光譜的肉類品質評價

一、研究背景

拉曼效應是一種光子的非彈性散射現象，即光子和分子振動之間發生能量交換后被散射出來，頻率發生變化的現象。拉曼光譜分析過程中操作快捷簡便，特異性高，同時無須對樣品進行復雜的前處理，尤其是在食品質量領域。脂質氧化有助于形成碳氫化合物、醛類和酮類等物質，而這些氧化產物對異味、酸敗、顏色劣變和蛋白質氧化有貢獻作用，最終導致肉品品質的劣變。

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

二、材料與設備

豬肉、牛肉、羊肉、河蝦購自十八鋪，使用Portman1064進行拉曼分析。

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也有差異。目前消費者對肉品質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研究發現，1460~1483 cm^-1（-CH2和-CH3彎曲振動）區域譜帶能夠反映肉品質的多汁性，表明脂肪族氨基酸殘基間的疏水相互作用是影響肉品質評價中的多汁性指標的重要因素。根據拉曼光譜的指紋性特征，也可實現快速鑒別肉的種類的目的。市場上肉制品摻假事件時有發生，需要科學的方法鑒別。Boyaci利用拉曼光譜技術結合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，檢測準確度高。拉曼光譜技術憑借其快速、無損、精確度高等特點在肉品質評價領域快速發展。

拉曼光譜可以監測蛋白/脂質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和脂肪的拉曼峰組成。通常，當蛋白質的二級結構改變時，酰胺I區包括α-螺旋（1655 cm^–1附近）、β-折疊（1670 cm^–1附近）、β-轉角（1685 cm^–1附近）和無規則卷曲（1665 cm^–1附近）非常敏感。此外，940 cm^–1處拉曼譜帶的強度變化也被認為是能夠反映α-螺旋結構含量的變化，該拉曼譜帶是由α-螺旋蛋白主鏈 ν（C–C）和α-螺旋蛋白側鏈耦合所貢獻。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 的拉曼強度比值變化是脂質不飽和程度的主要監測指標。陳清敏研究發現，脂質不飽和度與拉曼峰強度比值顯著相關。

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，其內部采用InGaAs陣列探測器，并采用色散型的光學設計，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的熒光發射區域，對于很多被測物質具備低熒光背景優勢。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。

產品特點

Ø  高靈敏度和信噪比，1S對于很多物質內可以獲得信噪比300:1以上的優質信號；

Ø  寬積分時間：積分時間可以從1mS?60S設定；

Ø  高穩定性：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：相對于同類產品， 優化的光路設計和512pixels 可以提供15-18cm^-1 的分辨率；

Ø  內置操作系統、光譜采集軟件和分析軟件

規格參數

組配件清單

注：以上規格為標準配置，可根據客戶具體需求，提供定制產品。

參考文獻

陳清敏. 反復凍融牛肉品質變化評價技術的適用性研究[D].江南大學,2020.

蔣伊帆. 復雜食品基質中脂肪酸和蛋白質結構變化的拉曼光譜研究[D].合肥工業大學,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.

• 1064nm便攜式拉曼光譜儀如海光電

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