杏彩体育:《食品科学》：江苏大学郭志明教授、荣雅文博士等：食

　　真菌毒素是曲霉属（Aspergillus）、青霉菌属（Penicillium）、镰刀菌属（Fusarium）和链格孢属（Alternaria）等真菌自然产生的小分子次级代谢产物。真菌毒素作为天然污染物广泛存在于花生、玉米、小麦、坚果、油籽、水果和蔬菜等食品中，尤其是在食品加工、储存和运输过程中，真菌毒素很容易在适宜的温度和湿度环境下产生 。食用受真菌毒素污染的食品会对生物体造成严重的毒理学影响，包括中毒性肝炎、出血、水肿、免疫抑制、肝癌、食管癌和肾衰竭等。然而，大多数真菌毒素具有耐物理化学处理的特性，使其在食品加工过程中很难被清除。

　　拉曼散射是一种光的非弹性散射现象，入射光子与物质分子发生碰撞，使得散射光携带了物质的结构信息，即能够提供物质分子的特异性“指纹图谱”。 表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种新型的快速检测分析技术，既承载了丰富的分子“指纹图谱”信息，又具有灵敏度高（增强因子可达10 6 ～10 10 ）、检测速度快、操作简单、不受水分子干扰等优点。盐城工学院电气工程学院的朱家骥、江苏大学食品与生物工程学院的荣雅文*、郭志明*等人介绍了SERS信号的增强机理、检测模式，重点综述了SERS在食品常见真菌毒素检测中的应用研究进展，并对目前存在的问题和今后的研究趋势进行了总结和展望。

　　虽然SERS技术已在多个领域获得了成功应用，但其复杂的增强机理至今尚未完全清楚。目前，科学界的主流观点认为SERS信号增强主要有两种机理——物理增强机理和化学增强机理。

　　物理增强也被称为电磁场增强，通常发生在金属纳米结构表面，由金属纳米结构表面等离子体共振（SPR）所介导（图1），物理增强产生的增强因子可达10 8 甚至更高。物理增强效应与具有SERS效应的金属纳米材料的种类、结构、尺寸、间隙等多种因素密切相关。

　　化学增强是由于被吸附的分子与金属纳米结构表面之间复杂的相互作用增大了体系的极化率，化学增强产生的增强因子约为10 2 。图2为化学增强机理示意图，当一定波长的激光照射在金属纳米结构表面时，电子从金属的费米能级附近跃迁到吸附分子上或者从吸附分子上共振跃迁到金属上，使得体系的极化率增大，从而产生SERS增强效应。

　　SERS直接检测技术也被称为SERS非标记检测技术，其原理是将SERS增强基底与目标分析物紧密结合，待目标分析物接近或吸附于SERS增强基底表面时，可获得其SERS信号，根据SERS信号所提供丰富的分子“指纹图谱”信息实现对目标分析物的检测与分析（图3A）。在SERS直接检测技术中，常用的SERS增强基底包括银纳米管（Ag NRs）、银纳米球（Ag NSs）、金纳米颗粒（Au NPs）和金银核壳纳米颗粒（）等。SERS直接检测技术的优点在于SERS增强基底制备简单、成本低、可直接获得目标分析物的SERS信号。但是，SERS直接检测技术的缺陷也比较明显，包括SERS信号偏弱、复现性较差、易受到食品中复杂基质的干扰等。因此，研究者在实际应用中通过引入SERS增强基底表面改性技术、简单的样本前处理技术和化学计量学方法很大程度上提高了SERS直接检测技术的性能。

　　SERS间接检测技术又被称为SERS标记检测技术，其原理是利用特殊的SERS探针来示踪，通过对探针上标记物的检测和分析，实现对目标分析物的定性或定量分析（图3B）。通常，SERS探针由SERS增强基底、拉曼信号分子、保护层和识别元件组成。将具有散射截面大、金属亲和力强的拉曼信号分子修饰到SERS增强基底表面，能够产生灵敏度高、稳定性强的SERS信号。目前，一些有机小分子物质如4-巯基苯甲酸（4-MBA）、4-硝基硫酚（4-NTP）、5,5’-二硫代双-2-硝基苯甲酸（DTNB）、4-氨基苯硫酚（4-ATP）和孔雀石绿异硫氰酸酯（MGITC）等已被成功用作拉曼信号分子。在检测过程中，SERS增强基底容易受到各种因素的干扰，使得SERS信号不稳定，所以常在SERS增强基底表面包裹保护层以提高其稳定性，常用的保护层主要有硅层和多聚物等物质。此外，抗体和适配体作为识别元件赋予了SERS探针特异性识别的性能。与适配体相比，抗体更昂贵且不稳定，容易产生假阳性结果，但由于其制备技术成熟，仍是SERS标记检测中具有竞争力的识别元件。另一方面，适配体因其成本低、易于合成、对目标分子具有良好的特异性和稳定性，已逐渐成为抗体的替代选择。SERS标记检测机制可分为竞争性机制和非竞争性机制，前者适用于检测只有一个结合位点的目标分子，而后者适用于分析具有两个或多个位点的大分子。在竞争性免疫分析中，目标分子和SERS探针相互竞争与抗体结合，因此，SERS信号强度与目标分子的浓度呈负相关。

　　无论是SERS直接检测技术还是间接检测技术都有其固有的优点和局限性，了解这些优点和局限性有助于更好地利用它们。因此，表1对比了两种SERS检测技术的优点与缺陷。

　　AFs是由多种曲霉属真菌产生的一系列剧毒、稳定的次级代谢产物，其中黄曲霉毒素B 1 （AFB 1 ）毒性最强，对人和动物具有严重、慢性的毒性。目前，国际癌症研究机构已将AFs认定为1级致癌物质，长期接触AFs可诱发突变、畸形、胆管增生和肝癌等疾病。因此，各个国家和国际机构都发布了严格的监管指导方针，中国和欧盟规定的AFs的最大限量范围分别为0.5～20.0 μg/kg和0.1～15.0 μg/kg，美国食品药品管理局规定AFs限量小于20 μg/kg。近年来，大量的研究报道了利用SERS直接检测技术检测食品中AFs的方法（表2）。

　　除SERS直接检测技术外，采用SERS间接检测技术检测食品中AFs的方法也有广泛报道（表3）。在SERS间接检测中，由于抗体制造技术已较为成熟，因此其成为应用最广泛的识别元件。例如，Ko等构建了基于SERS的免疫检测平台，以二氧化硅包裹中空金纳米颗粒（SEHGNs）作为SERS增强基底，并在其表面修饰拉曼信号分子MGITC与AFB1的抗体Anti-AFB1构成组装体SEHGNs-MGITC-Anti-AFB1作为SERS探针，同时将表面修饰抗体Anti-ATB1的磁性纳米颗粒（MNPs）用作负载免疫复合物的支撑基底，借助磁分离与竞争性免疫分析手段实现了对水中AFB1的定量分析（图4A），检测限为0.1 ng/mL（0.1 μg/kg），该方法检测速度快（短于30 min）、灵敏度高、重现性好，有望成为多种真菌毒素痕量检测的一种新方法。

　　Fang Congwei等合成了金包裹镍纳米颗粒（）作为SERS增强基底，并在其表面修饰AFB 1 抗原，同时合成Au NPs，并在其表面修饰拉曼信号分子4-MBA与AFB 1 抗体构成组装体Au NPs-4-MBA-抗体作为SERS探针。当不存在自由AFB 1 分子时，在抗原-抗体相互作用下，修饰抗原的SERS增强基底与SERS探针结合成一个复合物，此时4-MBA的拉曼信号非常强。当存在自由AFB 1 分子时，修饰抗原的SERS增强基底将优先与AFB 1 结合，从而脱离SERS探针，通过磁分离之后4-MBA的拉曼信号显著衰减（图4B），该方法对AFB 1 的检测限为0.05 fg/mL（0.5×10 -7 μg/kg），将该方法用于玉米中AFB 1 的加标检测，加标回收率为87.4%～111.7%，与标准检测方法液相色谱-质谱联用法相比，该方法具有灵敏度高的明显优势。

　　除抗体之外，适配体因其成本低、易于合成、对目标分子具有良好的特异性和稳定性，逐渐成为抗体的替代选择，在SERS间接检测中获得广泛应用。例如，Li Aike等合成金纳米星（Au NS）作为SERS增强基底，并在其表面修饰AFB 1 适配体（DNA1），同时合成Ag NPs，并在其表面修饰拉曼信号分子4-ATP与适配体互补链（DNA2）构成组装体Ag NPs-4-ATP-DNA2作为SERS探针。当不存在自由AFB 1 分子时，在DNA1与互补链DNA2的相互作用下，修饰DNA1的SERS增强基底与SERS探针形成一个复合物，此时4-ATP的拉曼信号非常强。当存在自由AFB 1 分子时，修饰DNA1的SERS增强基底将优先与AFB 1 结合，将DNA2释放出来，通过清洗分离后4-ATP的拉曼信号显著衰减（图4C。