食物科学 | 用表面增强拉曼成像技术测定红辣椒(Capsicumannuum L.)中致畸风险的痕量甲基托布津及其代谢产物多菌灵

           

杀 菌 剂 广泛用于农业耕作,以提高水果和蔬菜的产量和质量。甲基托布津(TM)是苯并咪唑类杀真菌剂,广泛应用于收获前后阶段,主要用于控制蔬菜中子囊菌真菌病原体引起的疾病。然而,TM在植物中并不稳定,并且在一定程度上可以转化为多菌灵(甲基苯并咪唑-2-基氨基甲酸酯),可破坏内分泌,胚胎毒性和致畸作用。

因此,TM杀菌剂及其代谢产物农产品中的多菌灵残留物有重大的健康风险,世界卫生组织(WHO)推荐的农药危害分级标准将其归类为农业化学品毒性等级U。食品法典委员会(CAC)根据食品类别不同,设定最大残留限量TM杀真菌剂的(MRL)及其代谢产物多菌灵范围每公斤0.05到5 毫克。

红辣椒是辣椒中拥有丰富辣椒红的茄科家族成员,在产量和商业价值方面,红辣椒被认为是最重要的蔬菜之一,TM、红霉素及其代谢产物多菌灵的允许MRL为每公斤2毫克。大多数所用的杀菌剂都会在环境中“残留”,包括土壤的保留/释放,水资源的污染以及最终的陆地和水生食物链,从而给人类带来不断增加的、潜在的、长期的风险。

该样品中的大多数杀真菌剂残留分析方法主要包括两个关键的制备步骤:从基质中提取目标分析物,在不混溶的溶剂中分离残留物或从基质共提取物中分离分析物。制备步骤之后,检测分析方法,如气相色谱(GC),气相色谱 - 质谱(GC-MS)和气相色谱 - 离子阱质谱(GC-ITMS),由于MS的高分离能力,选择性和鉴定能力,最近在检测杀菌剂方面取得了很大进展。此外,GC与各种敏感探测器相结合,如电子捕获探测器(ECD),氮磷探测器(NPD),火焰离子化检测器(FID),脉冲火焰光度检测器(GC-PFPD)和火焰光度检测器(FPD),改进了检测杀菌剂残留物的定量程序,适用于不同样品基质的应用。

另一方面,还有其他常见的量化方法,如高效液相色谱(HPLC)(,液相色谱 - 质谱(LC-MS)和低压气相色谱 - 质谱(LP-GC / MS)用于测定杀菌剂。然而,这些目前使用的方法需要用于分离,提取,纯化,检测和样品净化的复杂预处理,使得整个过程繁琐且耗时。因此,有必要开发灵敏可靠的方法来监测蔬菜中的杀菌剂残留,以保证食品安全和质量。

快速和非破坏性光谱或成像技术,如近红外光谱,计算机视觉或高光谱成像已经开发并广泛用于食品质量和安全监测和评估,其中,表面增强拉曼散射(SERS)技术通过提供痕量水平甚至单分子水平的分析物上富含分子指纹,成为近年来成为一种广受好评的光谱工具。

SERS技术具有灵敏度高,选择性多,样品制备少,无破坏性等优点,在复杂生物结构检测,细胞内细菌和病毒研究等各个领域得到广泛应用。不仅可以分析材料性能,还可监测食品中的霉菌毒素,添加剂,农药和兽药残留。SERS增强通常是通过纳米结构金属表面上的电磁场的改善,使得SERS测量的灵敏度增加,并且在设计良好的SERS基板中实现高于 106 的高增强因子。但是,扩大SERS传感实际应用的最大障碍是缺乏具有均匀和高密度热点的高效基板。

在最近的研究中,已经进行了大量努力来构建从零维簇(Au或Ag 纳米球和纳米立方体)到3D分层纳米支架(纳米阵列,分支纳米管和纳米翼状翼)的不同SERS基板,并且已经显示出结构:例如尺寸纳米粒子的形状或粒子间和分子金属距离对SERS性能有重要影响。然而,在报告中的大量SERS应用中,SERS只能在这些应用中提供没有空间分布的光谱信息。

另一方面,数字成像仅用于显示单色或彩色图像,因此不能确定光谱信息和化学成分。鉴于上述限制,表面增强拉曼散射成像技术(SERS成像)是SERS测量的另一个重要发展要点是,它将SERS和数字成像结合到一种新的强大分析技术中,以便在SERS的基础上获得额外的空间信息,以此来识别存在并可视化有趣的痕迹目标的分布。这种方法的主要优点是可以提供浓度为每升微克水平的成分的识别和分布。

然而,很少有人报道SERS成像在复杂系统或混合物中的应用,尤其是农业和食品,如红辣椒基质,其中富含维生素C,维生素A,维生素B6,叶酸和钾元素,对单变量研究有很大的干扰,因此SERS研究主要集中在如何实现纳米粒子在介质中分布的充分均匀性。 

因此,在目前的研究中,应用SERS成像技术与多元数据分析相结合,探讨预测痕量TM杀菌剂及其代谢产物多菌灵残留的致畸性的可行性。这项研究不仅是对目前使用SERS技术检测TM杀真菌剂残留的改进,而且是SERS用于痕量TM杀真菌剂及其代谢物多菌灵残留物的精确定量分析的应用。

该结果可被视为进一步开发高灵敏度和快速SERS成像的基础,用于非破坏性地测定其他食品中的某些农药,除草剂或杀真菌剂。

英文原文作者:Jiang-LinLi, Da-Wen Sun, Hongbin Pu, Digvir S.Jayas 

本文摘自Elsevier旗下期刊 Food Chemistry

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