显微拉曼光谱仪中对猪肉组织信号的研究

一、研究背景

猪肉含有丰富的营养成分，在储藏过程中受到微生物的污染而产生质量变化，以致腐坏。猪肉冷藏或冷冻后仍会缓慢变质，营养价值和品质降低。肉类品质是影响人们生活和健康的重要因素。肉类品质的好坏单凭感官检测易受主观因素的影响，感官评价的可靠性、可比性差，存在一定缺陷，因此国内外专家一直致力于建立一套快速科学、客观的对肉类食品品质进行仪器测定的方法，并使之与感官评价相结合，以确保评价结果的准确性。

研究采用如海三通道显微拉曼光谱仪对猪肉进行检测分析，选择与猪肉肉品指标相关的主要拉曼波峰进行研究。组织的特征拉曼光谱数据，探讨肉品变化与拉曼波峰的内在联系，得到简单有效的检测方法，为猪肉储存过程中肉品变化提供检测依据。本次研究旨在利用显微拉曼光谱仪对猪肉进行测试，为检测猪肉信号提供一种新的技术手段，推动绿色的实验开发利用的可持续发展。

二、测试样品及实验仪器设备

1. 测试样品

样品从左到右分别为：石英载片猪肉样品、玻璃载片猪肉样品和钢板载片猪肉样品。

图1猪肉样品图

2. 设备搭建

使用三通道显微拉曼光谱仪和Portman785激发波长拉曼光谱仪搭建一套三通道显微拉曼光谱-猪肉信号测量系统（如下图）。测试时可直接将样品载片放置在升降台口处采集样品的拉曼光谱。

图2 三通道显微拉曼光谱仪设备搭建及样品测试过程

三、测试结果

图3猪肉样品总光谱图

图3展示了三种不同载片的猪肉光谱图覆盖了低波数区域（或称指纹区），这个区域大约在0-500cm^-¹，包含了分子振动的详细信息，常常用于物质的鉴定。中波数区域大约500-1500cm^-¹，通常包含了更多的分子振动的信息。高波数区域在1500-4000cm^-¹，通常涉及好的振动模式和某些特定的官能团。从总光谱图中可以看出，每种样品的猪肉透射率随波长的变化呈现出独特的光谱特征，这些特征峰的位置和强度是猪肉组织识别和分类的重要依据。为了更详细地了解这些猪肉的性质，对猪肉的单个光谱图进行了详细的分析。

3.1钢板载片猪肉样品

图4钢板-10倍物镜猪肉拉曼图谱

钢铁载片的拉曼光谱分析中，在这钢板载片上用10倍镜测的拉曼光谱图，纯钢板光谱与猪肉在钢板上测得的拉曼光谱对比发现，在900cm^-1、1000cm^-1、1100cm^-1、1400cm^-1、1650cm^-1、2800cm^-1和2900cm^-1处为猪肉的拉曼特征峰。1000cm^-1处对应于顺式双键的异相面外弯曲振动，1100cm^-1处对应脂肪族面外伸缩振动υ（C–C），1400cm^-1处为亚甲基（CH2）剪式振动峰；1650cm^-1处归属为不饱和双键（C=C）的伸缩振动，2800cm^-1左右的谱带主要归属为对称的次甲基（-CH2）伸缩。

图5钢板不同倍物镜猪肉对比拉曼图谱

由图5可以看出，分别是物镜倍数为10倍、20倍和50倍。发现10倍与20倍的拉曼光谱的特征趋势是一致的，样品表面脂肪的拉曼特征位移集中在1200～1800cm^-1和2800~3000cm^-1附近，其中1120cm^-1为C-C键伸缩振动，1300cm^-1为-CH2-弯曲振动，1440cm^-1为-CH₂-剪切振动，1650cm^-1左右为C＝C伸缩振动，2800cm^-1为-CH₃的对称振动不饱和脂肪酸的特征峰，可以表征脂肪的饱和程度，在一定程度上反映脂肪的氧化程度。

3.2玻璃载片猪肉样品

图6玻璃-猪肉拉曼光谱

435cm-1是Si-O-Si弯曲振动模式，491cm-1和603cm-1是Si-O键的四元环和三元环，没有出现非常显著的拉曼特征信号，但具有较强的荧光背景。从图6可以看出玻璃载片上的猪肉拉曼光谱，脂肪在C-H弯曲振动在1400-1450 cm-1范围内产生峰。水分子的O-H伸缩振动在3200-3600 cm-1范围内可能产生一个宽峰。

3.3石英载片猪肉样品

图7石英-猪肉拉曼光谱

在490-510 cm^-1范围内的峰通常归因于石英的Si-O的对称伸缩振动模式，这个是石英的一个特征峰。在拉曼光谱1605cm^-1处有微弱吸收峰，1400cm^-1脂肪在C-H弯曲振动产生峰。蛋白质中肽键（C=O伸缩振动）在1650-1690 cm^-1范围内有一个强峰。2800-3000cm^-1主要涉及脂肪族氨基酸、肽链和蛋白质中的C-H伸缩振动。

四、实验结论

使用显微拉曼光谱-猪肉拉曼光谱测量系统，测得的光谱曲线能快速、简便，得出组织脂肪族氨基酸、肽链和蛋白质拉曼信号。根据猪肉的拉曼光谱间的差异和特征吸收可初步推断组织的特征组成，进而将其判断。

五、仪器推荐