拉曼光谱无损检测细菌

5.3.2　拉曼光谱无损检测细菌

食品质量安全检测中最重要的一个问题是细菌的检测。传统的检测方法需要很好的分子技术经验，同时费时、费力，成本高。目前拉曼光谱技术被很多研究者证实是一种非常好的细菌无损检测技术。

以色列科学家Schmilovitch等人研究出了一套拉曼光谱无损检测细菌的技术方法。整个检测系统包括一个785nm半导体激光器、光纤探头（光谱范围790～1 100nm，相当于拉曼位移范围从200～2 400cm－1）、拉曼光谱仪（型号为R－2001，美国海洋光学公司）、A/D转换器以及操作软件，其主要部件如图5－16所示。工作时，激光通过激发光纤、探头传输到样品，经样品的散射后收集到光纤探头，再传输到拉曼光谱仪探测器。设计一个样品箱，保证在黑暗环境下将探针插入到一个放样品的瓶中。测量在一个温度可控且不变的实验室中进行。

图5－16　无损检测细菌的拉曼光谱系统

1—拉曼光谱仪；2—双向光纤探头；3—样本瓶；4—样品箱

采用两种植物病原体作为细菌检测对象：软腐欧氏杆菌（ECC）和马铃薯环密执安棒形杆菌（CBM），分别代表革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。

在100mL的细菌培养物中加入含有20mL的生理盐水（氯化钠为0.85g/L）。对于ECC和CMB细菌悬液分别稀释到0.600±0.015和0.680±0.015浓度，即细菌悬浮液含有ECC和CMB细胞分别为109个/mL和1 010个/mL，pH值为6.8。将待检测样本分别设计成单一病原体、两个病原体混合物等，同时设计为不同的浓度含量。采用图5－16所示装置采集拉曼光谱。

一份生理盐水光谱、两份不同浓度的细菌稀释悬液的典型光谱如图5－17所示。由图可知，光谱没有显示任何重要的拉曼峰，存在波峰间隔狭窄、重叠严重而复杂。需要采用化学计量学方法来进行处理分析。

图5－17　典型的拉曼光谱（积分时间40s，光谱分辨率为30cm－1）

采用PLS来进行细菌浓度识别。表5－3给出了采用PLS进行细菌浓度识别的结果，包括SEP、PLS回归因子。表中还列举了采用对原始拉曼光谱位移进行一阶导数、对数log（1/R）处理的结果。

表5－3　偏最小二乘法（PLS）来进行细菌浓度识别结果

当利用原始数据并采用细菌液浓度范围0～1.0作为校准模型用时，SEP在0.053～0.092之间，预测精度比较高。

为了减少预测误差，再用较低浓度的数据范围（0～0.1）建立PLS回归模型，SEP在0.020～0.025之间，模型明显得到优化。可见，对ECC浓度预测的最佳模式为SEP＝0.020；对于CBM最好的模型为SEP＝0.022。