江苏大学邹小波教授团队在花椒麻味成分SERS检测方法与抗干扰策略方面取得进展

展源 2023-02-20

●近期，江苏大学食品与生物工程学院邹小波教授、张迪副教授在中科院一区期刊Industrial Crops and Products和Food Chemistry 发表题为“A novel strategy based on dynamic surface-enhanced Raman scattering spectroscopy (D-SERS) for the discrimination and quantification of hydroxyl-sanshools in the pericarps of genus Zanthoxylum”和“SERS determination of hydroxy-a-sanshool in spicy hotpot seasoning: The strategy to restrain the interference of capsaicin and its Mechanism”的系列研究论文。论文的主要完成人还有江苏大学博士研究生孙晓霞和硕士研究生范羽珊、中国标准化研究院农业食品标准化研究所史波林副研究员。

成果介绍

研究背景

花椒原产中国，是中式菜肴及中式复合调味品中广泛使用的辛香料。花椒含有丰富的羟基山椒素，它们是引发花椒麻感的关键成分。上述研究论文旨在探索运用表面增强拉曼光谱（SERS）技术实现花椒原料、麻辣火锅底料等不同体系中的羟基山椒素定性定量检测。

研究内容及结果

研究内容1 花椒原料中羟基山椒素的SERS检测

该研究采用种子介导法合成不同尺寸的AuNRs材料，借助紫外-可见光吸收光谱、透射电镜（TEM）、Zeta电位等手段表征合成的AuNRs材料，并通过测定羟基-α-山椒素（α-SOH）的动态表面增强拉曼光谱（D-SERS）优化具有拉曼增强效果的D-SERS基底，其中基底材料在干湿临界状态下（180-270 s）具有最佳信号“热点”（图1）。

利用便携式拉曼光谱仪及制备的AuNRs基底采集α-SOH标准品的D-SERS光谱，并根据主要特征峰强度和α-SOH浓度建立α-SOH标准曲线，凭借线性关系、检测限、相对标准偏差等方面的考察，表明该方法具有良好的重现性和稳定性（图2）。

进一步分别使用D-SERS和HPLC方法采集全国26个产地花椒中羟基山椒素的SERS谱图和液相色谱图，定量分析花椒样品中的总羟基山椒素含量，通过对比上述两种方法的检测结果，表明D-SERS方法可用于花椒样品中总羟基山椒素的快速定量分析。

图1 不同尺寸的AuNRs的紫外-可见光吸收光谱、TEM、D-SERS光谱优化图

图2 羟基-α-山椒素的D-SERS图及建立的标准曲线以及26种花椒样品的D-SERS图及HPLC色谱图

研究内容2 麻辣火锅底料中羟基山椒素的SERS检测及抗干扰策略

火锅底料成分复杂，其中辣味物质对羟基山椒素的SERS信号产生严重干扰，制约了SERS技术在该食品体系下的应用。该研究首先运用模拟计算揭示了火锅底料中辣椒素（CAP）对α-SOH拉曼信号的干扰机理，依此提出了两种解决CAP干扰的前处理方案，即漆酶催化转化和金属-有机骨架（MOF）处理（图3），进一步比较两种方案对α-SOH SERS信号抗干扰的效果。结果表明Fe-BTC MOF表现出显著的抗CAP干扰作用。

研究人员进一步阐述了Fe-BTC材料抗CAP信号干扰的机制（图4）。实验和模拟计算结果表明：CAP芳香环的运动受到Fe-BTC空间位阻和静电相互作用的约束，CAP芳香环与α-SOH共轭三烯基之间的相互作用被极大削弱，从而提高了α-SOH的SERS信号灵敏度。

此外，研究人员将SERS结合Fe-BTC前处理的方案应用于真实火锅底料中α-SOH的检测（图5），验证了该方法定量分析火锅底料中α-SOH的能力。

图3 （a）α-SOH、CAP和火锅调味料提取物的主要重叠SERS谱带；（b）抗CAP干扰策略；（c）测量对象；（d）火锅底料主成分分析

图4（a）配体（CAP和α-SOH）与Fe-BTC分子对接的最佳结合构象; （b）配体与Fe-BTC之间相互作用的示意图;（c）Fe-BTC空穴消除α-SOH和CAP相互作用

图5 （a）50次SERS信号采集；（b）α-SOH的浓度与拉曼强度关系；（c）基于1630 cm-1的拉曼强度的标准曲线；（d）火锅底料样品制备和SERS测试过程示意图；（e）火锅底料提取物SERS光谱和（f）在1630cm-1处的SERS强度

参考文献

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.114940；https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135644

内容来源：食品加智食科技

责任编辑：展源

审　　核：何发

江苏大学邹小波教授团队在花椒麻味成分SERS检测方法与抗干扰策略方面取得进展

评论

热点文章