摘要拉曼光譜技術(shù)具有快速、原位、無損傷檢測等優(yōu)點。近年來，該技術(shù)在肉類工業(yè)中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。該文總結(jié)了拉曼光譜在肉品研究中常用的拉曼位移、信號來源及其與肉品品質(zhì)、安全的關(guān)系;總結(jié)分析了拉曼光譜在研究肉的pH值、嫩度、顏色、保水性、營養(yǎng)成分、貨架期與致病菌、摻假判斷等食品品質(zhì)和食品安全指標的應(yīng)用，以及拉曼光譜數(shù)據(jù)的處理與分析方法，以期為促進拉曼光譜技術(shù)在肉的品質(zhì)和安全控制中的應(yīng)用提供研究思路和理論指導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞拉曼光譜;肉;品質(zhì)預(yù)測;貨架期預(yù)測;摻假判定

　　肉的食用品質(zhì)通常包括嫩度、風(fēng)味、多汁性、肉色和保水性等，安全性包括微生物、獸藥殘留控制等[1]。隨著消費者對食品品質(zhì)和安全性要求的提高，食品品質(zhì)和安全檢測變的日益重要[2]。傳統(tǒng)的肉品食用品質(zhì)分析多采用感官分析和儀器分析，微生物檢測多采用平板菌落計數(shù)[1]。

　　上述傳統(tǒng)分析方法通常費時、費力，因此開發(fā)快速的品質(zhì)、安全檢測方法至關(guān)重要。拉曼散射效應(yīng)是印度物理學(xué)家C.V.Raman于1928年首次發(fā)現(xiàn)的。在克服了散射信號弱、熒光干擾強、檢測效率低、數(shù)據(jù)處理慢等問題后[2]，拉曼光譜(Ramanspectroscopy)技術(shù)由于具有快速、原位、無損傷檢測等特點，在食品領(lǐng)域的應(yīng)用研究受到廣泛關(guān)注。

　　在肉的品質(zhì)和安全分析中，色散型拉曼光譜[3,4](dispersiveRaman，DISRaman)和傅立葉變換拉曼光譜[5,6](fouriertransformRaman，F(xiàn)TRaman)技術(shù)均有應(yīng)用;為了提高在食品致病菌、獸藥殘留等分析中的檢測效率，還有研究使用了表面增強拉曼光譜[7,8](surfaceenhancedRamanspectroscopy，SERS)、空間偏移拉曼光譜[9](spatiallyoffsetRamanspectroscopy，SORS)等技術(shù)。拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用研究日新月異，及時總結(jié)、分析最新研究成果，對拉曼光譜技術(shù)的發(fā)展及其在我國肉類產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用具有重要意義。

　　因此，本文總結(jié)了拉曼光譜在肉與肉制品研究中常用的拉曼位移、信號來源及其與肉品品質(zhì)、安全的關(guān)系，并從拉曼光譜技術(shù)預(yù)測、分析肉的食用品質(zhì)、營養(yǎng)成分、食品安全控制和肉的摻假等方面詳細論述了拉曼光譜在肉的品質(zhì)、安全控制中的應(yīng)用，以及拉曼光譜在肉品研究中常用的光譜處理和數(shù)據(jù)分析方法，同時分析了影響拉曼光譜預(yù)測準確性的因素和解決措施，以期為拉曼光譜在肉的品質(zhì)控制中的研究提供新思路，并推進拉曼光譜技術(shù)在肉類產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。

　　1拉曼光譜的技術(shù)原理及其在肉品研究中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

　　處于基態(tài)的樣品分子受到外來光子的激發(fā)后，其能量狀態(tài)變成不穩(wěn)定的中間狀態(tài)，樣品分子在離開中間能量狀態(tài)時隨機輻射光子。激發(fā)光的光子與物質(zhì)分子相碰撞，可產(chǎn)生彈性碰撞和非彈性碰撞。在彈性碰撞過程中，二者沒有發(fā)生能量交換，光子頻率保持恒定，這種散射現(xiàn)象稱為瑞利散射(Rayleighscattering)[10]。

　　在非彈性碰撞過程中，光子與分子有能量交換，光子轉(zhuǎn)移一部分能量給散射分子，或者從散射分子中吸收一部分能量，從而使其頻率改變，由于不同的化學(xué)鍵或基團有不同的能量改變，并產(chǎn)生相應(yīng)的光子頻率變化，因此根據(jù)光子頻率變化就可以判斷出分子中所含有的化學(xué)鍵或基團。這種分子對光子的非彈性散射效應(yīng)即是拉曼光譜技術(shù)的原理[11]。

　　散射光頻率與入射光頻率差值稱為拉曼位移。肉與肉制品的物質(zhì)組成、含量及其在加工過程中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化能通過拉曼位移反映出來，這成為拉曼光譜在肉與肉制品加工和品質(zhì)、安全控制中應(yīng)用的基礎(chǔ)。其中的酰胺帶(1645～1685cm)、酰胺III帶(1200～1235cm)與肉的品質(zhì)相關(guān)性最大。酰胺帶主要包括α螺旋(1650～1658cm)，β折疊(1665～1680cm–)、β轉(zhuǎn)角(1680cm)和無規(guī)則卷曲(1660～1665cm)結(jié)構(gòu)[12]。

　　肉品研究中常用的拉曼位移主要處于500～1800cm之間，涉及到的信號來源有色氨酸等多種氨基酸;CN等基團的拉伸、彎曲、剪振以及α螺旋、β折疊β轉(zhuǎn)角等，主要用于肉的品質(zhì)(嫩度、pH值、保水性、肉色)預(yù)測、異質(zhì)肉(SE(Pale,Soft,Exudative)肉、FD(Dark,Firm,Dry)肉)判定、貨架期預(yù)測和摻假肉的鑒別。

　　2拉曼光譜技術(shù)在肉與肉制品品質(zhì)控制中的應(yīng)用

　　2.1拉曼光譜在肉制品品質(zhì)預(yù)測與分析中的應(yīng)用

　　2.1.1值pH值是肉的關(guān)鍵品質(zhì)指標，pH值過高或過低的肉，品質(zhì)較差，均為異質(zhì)肉[1]。肉的極限pH值大于.1時，為FD肉，該類肉表面干燥、貨架期短且有輕微的肥皂味;極限pH值低于.4時，為SE肉，該類肉汁液滲出嚴重、貨架期短[1]。因此，實現(xiàn)pH值的快速預(yù)測和異質(zhì)肉的快速判定，對于保證肉品質(zhì)的一致性有重要意義。

　　拉曼光譜能夠快速預(yù)測宰后初期豬肉、羊肉的值。Scheier等較早得將拉曼光譜應(yīng)用于宰后早期預(yù)測豬肉品質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)磷酸基團(80cm和080cm)拉曼信號可以用于預(yù)測宰后早期的pH值(0.71)[38]，后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)宰后初期磷酸化代謝物質(zhì)與無機磷酸拉曼信號的變化與pH值的降低有關(guān);可以利用磷酸肌酸、三磷酸腺苷(AdenosineTriphosphate,ATP)、二磷酸腺苷(AdenosineDiphosphate,ADP)和α螺旋區(qū)分正常和異質(zhì)肉[18]。之后該研究小組首次將便攜式拉曼光譜應(yīng)用于生豬屠宰線，實現(xiàn)利用糖原、乳酸、肌酸、磷酸肌酸、TP、DP的拉曼信號快速預(yù)測宰后5min和4h肉的pH值[25,35]。

　　但是相比實驗室條件下的預(yù)測準確性，在生產(chǎn)條件下pH值預(yù)測模型的值僅為.58，預(yù)測能力顯著下降。隨后Nache等人[36,37]利用偏最小二乘回歸等多種數(shù)據(jù)處理方法進一步提高了豬肉pH值在線預(yù)測的準確性。Fowler等人[19]將拉曼光譜應(yīng)用于完整的半膜肌pH值的在線預(yù)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)測模型的為.35，這一數(shù)值與豬肉pH值的預(yù)測準確性相比略低。其原因可能與羊肉中含有較少的IB型肌纖維有關(guān)，也可能與其未合理處理拉曼光譜數(shù)據(jù)有關(guān)。

　　2.1.2嫩度

　　嫩度是肉的重要食用品質(zhì)指標，分析肉的嫩度通常采用感官評定或測定剪切力的方法[1]，但測定肉的剪切力費時、費力。因此，開發(fā)快速無損預(yù)測肉嫩度的方法對于控制肉的品質(zhì)具有重要意義。從表可以看出，在使用拉曼光譜預(yù)測牛米龍[14]、牛背最長肌、半腱肌、臀中肌[39]、羊背最長肌[40]的剪切力時具有較高的準確性，且可以實現(xiàn)對肉感官品質(zhì)的預(yù)測[14,41]。

　　然而，在Fower的研究中，預(yù)測羊半膜肌[27]、羊背最長肌[40]、牛背最長肌[42]剪切力時的準確性較差，且在預(yù)測模型中增加肌原纖維斷裂、粒子直徑、肌節(jié)長度和pH值均不能提高預(yù)測準確性[27,40]。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)owler傾向于不處理或少處理光譜數(shù)據(jù)，這可能是其預(yù)測準確性低的原因，也突出了數(shù)據(jù)分析方法在拉曼光譜技術(shù)中的重要性。

　　此外，不同物種、不同部位間肌肉的類型不同，以及肌肉內(nèi)糖原含量、線寬度等不同，會導(dǎo)致拉曼光譜的預(yù)測準確性不同[19]。顏色較深的肉會增加光吸收導(dǎo)致拉曼信號降低[19]，而較韌的肉拉曼信號強于嫩的肉，其原因可能是韌度高的肉蛋白質(zhì)密度高，增加了散射分子并最終增強了拉曼信號[17]。因此，肌肉僵直期間拉曼光譜信號強，而肌肉成熟后肌纖維結(jié)構(gòu)的降解則降低了拉曼信號[27]，導(dǎo)致牛肉宰后天拉曼光譜的預(yù)測準確性高于其宰后天拉曼光譜的預(yù)測準確性[40]。拉曼光譜還可用于分析肉嫩度差異的原因。

　　Fowler等[23]研究發(fā)現(xiàn)嫩度高和嫩度低的牛肉之間α螺旋(930cm)和酪氨酸雙帶(826cm和53cm)的拉曼光譜顯著不同。在嫩度差的肉中，α螺旋的量降低，β折疊或無規(guī)則卷曲含量高[27]，而嫩度高的肉酪氨酸雙帶強，嫩度差的肉酪氨酸雙帶弱[27,28]。酪氨酸存在于多種蛋白質(zhì)中，酪氨酸的拉曼位移強度直接反映了肉在成熟過程中蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的自由酪氨酸的量[44]。拉曼位移830cm信號強度的降低代表酪氨酸酚羥基與氧結(jié)合，降低了肌原纖維的降解能力，使肉的嫩度變差[44]。

　　2.1.3肉色和保水能力

　　拉曼光譜可以通過1296、1356、1358、1370、1377等與肌紅蛋白相關(guān)的拉曼位移，以及1367、1600～1700等與保水性相關(guān)的拉曼位移預(yù)測肉的顏色和保水性。拉曼光譜可以用于預(yù)測肉的顏色、汁液損失和烹制損失。肉色是肉的重要商品屬性，肉色影響消費者的購買意愿[1]，Scheier等[35]發(fā)現(xiàn)拉曼光譜與豬肉的L*和b*值具有較高的相關(guān)性，而Folower等[19]發(fā)現(xiàn)拉曼光譜與羊肉的L*值相關(guān)性較差。由于利用色差計能夠?qū)崿F(xiàn)對肉色的快速測量，拉曼光譜用于預(yù)測肉色的實用性較小，因此拉曼光譜在肉色判定領(lǐng)域的研究相對較少。

　　肉的保水性與產(chǎn)品出品率相關(guān)，且肉的保水性測定較為費時，因此研究利用拉曼光譜快速預(yù)測肉的保水性具有重要意義。已有的研究發(fā)現(xiàn)拉曼光譜能夠較好的實現(xiàn)雞肉、豬肉和牛肉的保水性的快速預(yù)測，拉曼光譜與保水性的擬合效果較好。但是在雞肉和牛肉的模型中，仍存在樣本量較少的問題，因此增加樣本量進一步提高擬合效果，是拉曼光譜用于實際生產(chǎn)中進行保水性預(yù)測的關(guān)鍵。

　　2.2拉曼光譜在肉制品營養(yǎng)品質(zhì)分析中的應(yīng)用

　　拉曼光譜技術(shù)在分析肉中水分含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量以及脂肪酸組成上得到應(yīng)用并取得較好的結(jié)果，較早期的研究首先將拉曼光譜應(yīng)用于脂肪組織[1341,42]中碘值和脂肪酸含量的測定，且均得到較理想的擬合效果。近年來，學(xué)者們進一步將拉曼光譜應(yīng)用于肌肉組織中肌內(nèi)脂肪含量和脂肪酸含量的測定，發(fā)現(xiàn)拉曼光譜對多不飽和脂肪酸的預(yù)測效果較好，達.93[18]，但是對于肌內(nèi)脂肪含量的預(yù)測效果，不同的研究團隊所得的研究結(jié)果有所差異。

　　Olsen等[41]在不同時間、使用不同設(shè)備檢測拉曼光譜技術(shù)預(yù)測脂肪含量的有效性和準確性證明了拉曼光譜建立的模型在經(jīng)過多元散射校正后具有良好的預(yù)測能力。脂肪含量和脂肪酸組成是影響肉質(zhì)量的重要因素[1]，建立快速檢測原料肉和肉制品中脂肪含量、脂肪酸譜的方法不但對產(chǎn)品質(zhì)量控制具有重要意義，還能為產(chǎn)品的快速分級奠定基礎(chǔ)。但是，目前利用拉曼光譜對脂肪含量和脂肪酸含量進行預(yù)測的研究較少，尤其是對肌肉中脂肪酸組成的預(yù)測更是少之又少。

　　2.3拉曼光譜在肉制品安全控制中的應(yīng)用

　　微生物腐敗和致病菌污染是影響食品安全的重要因素。由于傳統(tǒng)的微生物分析方法費時費力，肉類工業(yè)亟需能夠快速、無損的肉品腐敗和致病菌檢測技術(shù)。拉曼光譜可以實現(xiàn)對生鮮肉和肉糜貨架期的預(yù)測，并實現(xiàn)一些重要食源性致病菌的快速檢測。使用拉曼光譜可以準確預(yù)測不同包裝下肉的細菌總數(shù)、乳酸菌、腸桿科菌、假單胞菌、熱殺索絲菌及酵母菌和霉菌[3,47]，且其預(yù)測準確度較高，或者對不同腐敗狀態(tài)的肉進行分類判斷[15,48]，可以實現(xiàn)肉品貨架期的預(yù)測或快速判定。

　　在致病菌方面，研究發(fā)現(xiàn)拉曼光譜可以對單增李斯特菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和小腸結(jié)腸炎耶爾森氏茵在屬、種和株三個層次上進行鑒定，樣品處理加拉曼光譜分析總時間少于，屬于快速分析方法[49]。此外，研究發(fā)現(xiàn)拉曼光譜中拉曼位移1520、1330、1030和875cm僅存在于生物膜中，可以作為沙門氏菌生物膜的特征光譜[50]。

　　獸藥殘留也是消費者關(guān)注的重要食品安全問題。翟晨等[7]和班晶晶等[8]使用表面增強拉曼光譜分析了肉中的獸藥殘留，結(jié)果表明拉曼光譜在獸藥殘留分析中具有較高的準確性。由此可見拉曼光譜不但可以對不同微生物進行快速、準確的判定，還能分析微生物的成膜特性進而為開發(fā)合理的抑菌殺菌措施奠定基礎(chǔ)。需要注意的是，獸藥的殘留量數(shù)量級較小，因此通常采用表面增強拉曼光譜技術(shù)進行分析。

　　2.4拉曼光譜在肉與肉制品摻假分析中的應(yīng)用

　　摻假肉的快速、準確鑒別和食品原料的來源分析是商品打假的技術(shù)基礎(chǔ)。如表所示，Zając等[5]使用傅立葉變換拉曼光譜分析牛肉中摻入馬肉，結(jié)果表明其預(yù)測準確性較高(R=0.94)，而色散型拉曼光譜也可以結(jié)合主成分分析準確判定摻入馬肉的牛肉[21,51];拉曼光譜不但能確定牛、綿羊、豬、魚、禽、山羊和水牛肉鮮肉的物種來源，還能準確區(qū)分上述不同來物種的肉加工的色拉米[51]。

　　拉曼光譜技術(shù)為肉的摻假判斷提供了新的技術(shù)支持，但是該技術(shù)在肉摻假領(lǐng)域中的研究還比較有限。拉曼光譜技術(shù)在肉品中的應(yīng)用涵蓋了pH值、嫩度、顏色、保水性、營養(yǎng)成分、貨架期與致病菌、摻假判斷等多個研究領(lǐng)域。除了上述應(yīng)用外，拉曼光譜技術(shù)在肉品中還有抗氧化效果鑒定[53]、反復(fù)凍融牛肉鑒定[20,34,54,55]、判斷不同分割部位[9]等方面的研究。

　　3總結(jié)與展望

　　拉曼光譜是一種基于拉曼散射效應(yīng)的光譜分析技術(shù)。該技術(shù)具有快速、原位、無損檢測、無需樣品處理等特點，可以在分子水平上提供材料組成和結(jié)構(gòu)變化的信息。目前，拉曼光譜廣泛應(yīng)用于鮮肉和肉制品的研究。研究對象涵蓋了豬牛羊禽魚等多個物種的分割肉或肉制品，研究內(nèi)容則涵蓋測定或預(yù)測肉的pH、嫩度、顏色、保水性等食用品質(zhì)，以及肉的營養(yǎng)成分、貨架期、微生物及獸藥殘留等，且大部分研究得到較準確的分析、預(yù)測結(jié)果。

　　研究結(jié)果明確了拉曼位移與肉品質(zhì)的關(guān)系，確立了某些肉的品質(zhì)的特征拉曼光譜，這些拉曼位移可以作為一種肉質(zhì)性狀的標記，也可以解釋肉質(zhì)性狀發(fā)展的內(nèi)在機制。在本文綜述的研究中，應(yīng)用的激發(fā)波長有種，應(yīng)用最多的激發(fā)波長是671nm和785nm。光譜的預(yù)處理應(yīng)用最多的是基線校正、平滑、均值中心化和標準化。在數(shù)據(jù)處理上，主成分分析、偏最小二乘回歸、偏最小二乘判別分析和留一法交叉驗證應(yīng)用較多，且得到良好的分類和預(yù)測結(jié)果。

　　拉曼光譜在預(yù)測肉類pH值、嫩度、顏色、保水性等食用品質(zhì)時具有較高的預(yù)測準確度。但拉曼光譜預(yù)測肉類嫩度時，不同的研究之間存在很大的差異。該技術(shù)還可以預(yù)測肉的營養(yǎng)價值，如肌內(nèi)脂肪含量、碘值、飽和不飽和脂肪酸，但仍需要更多的研究來對預(yù)測模型進行改進和優(yōu)化。

　　此外，拉曼光譜在肉類安全領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如預(yù)測肉和肉制品的貨架期，或通過拉曼光譜檢測肉類中的沙門氏菌屬。最后，拉曼光譜還可檢測肉類摻假，區(qū)分肉類來源的種類。總而言之，拉曼光譜是預(yù)測肉類品質(zhì)性狀、營養(yǎng)、肉類腐敗和病原體污染以及鑒別摻假的有力工具。

　　本文總結(jié)了大量研究的樣品數(shù)量、激發(fā)波長、光譜及數(shù)據(jù)處理方法及結(jié)果準確性等，為拉曼光譜技術(shù)在肉類研究中的應(yīng)用提供了技術(shù)參數(shù)指導(dǎo)和研究思路，并為研究肉制品品質(zhì)形成的機理提供了拉曼光譜這一新方法。然而拉曼光譜在肉品中的應(yīng)用還存在以下問題：

　　第一，每個物種的分割肉塊或產(chǎn)品具有獨特的拉曼光譜，還需要大量掃描光譜數(shù)據(jù)并建立其與各品質(zhì)、安全指標間的關(guān)系以待應(yīng)用。第二，目前拉曼光譜在肉品中的應(yīng)用研究還處于少量樣品的科研階段，如何保證拉曼光譜在原料和環(huán)境復(fù)雜多變的生產(chǎn)中保持預(yù)測準確性，還需要科研人員努力解決。第三，不同研究在預(yù)測生鮮肉嫩度時準確性的差別較大，尚需要大量研究并結(jié)合日益發(fā)展的數(shù)理統(tǒng)計方法以提高拉曼光譜預(yù)測生鮮肉嫩度的準確性。雖然拉曼光譜在肉與肉制品中的應(yīng)用還存在諸多問題，但是拉曼光譜快速、無損的檢測能力為工業(yè)化在線應(yīng)用提供了可能，必將成為一個具有廣大應(yīng)用前景的朝陽技術(shù)。

　　參考文獻

　　[1]HOPKINSDL.Chapter12TheEatingQualityofMeat:II—Tenderness[M]//TOLDRA´F.Lawrie´sMeatScience.WoodheadPublishing.2017:357381.

　　[2]QINJ,CHAOK,KIMMS.IntroductiontoRamanChemicalImagingTechnology[M]//ComputerVisionTechnologyforFoodQualityEvaluation.ElsevierInc.,2016.

　　[3]YANGH,HOPKINSD,ZHANGY,etal.PreliminaryinvestigationoftheuseofRamanspectroscopytopredictbeefspoilageindifferenttypesofpackaging[J].MeatScience,2020,165:108136.

　　[4]FOWLERSM,SCHMIDTH,VANDEVENR,etal.PreliminaryinvestigationoftheuseofRamanspectroscopytopredictmeatandeatingqualitytraitsofbeefloins[J].MeatScience,2018,138:5358.

　　[5]ZAJĄCA,HANUZAJ,DYMIŃSKAL.Ramanspectroscopyindeterminationofhorsemeatcontentinthemixturewithothermeats[J].FoodChemistry,2014,156(3):333338.

　　[6]HERREROAM,CAMBEROM,ORDóñEZJ,etal.Plasmapowderascoldsetbindingagentformeatsystem:RheologicalandRamanspectroscopystudy[J].FoodChemistry,2009,113(2):493499.

　　[7]翟晨，李永玉，彭彥昆，等.表面增強拉曼光譜快速檢測生鮮肉中的瘦肉精[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33()：7528.ZHAICHEN,LIYONGYU,PENGYANKUN,etal.RapiddetectionofsalbutamolinfreshmuscletissuesbasedonsurfaceenhancedRamanspectroscopy[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2017,33(7):275280.

　　[8]班晶晶，劉貴珊，何建國，etal.基于表面增強拉曼光譜與二維相關(guān)光譜法檢測雞肉中恩諾沙星殘留[J].食品與機械，2020，36()：5558.

　　作者：王新怡，董鵬程，羅欣，毛衍偉，張一敏