《食品科学》：江南大学马小媛副教授等：基于银纳米颗粒表面增强拉曼效应对食品中组胺的快速检测

组胺是一种杂环族的生物胺，属于低分子质量的含氮有机碱，具有显著的生物活性。组胺广泛存在于多种食品中，尤其是水产品、肉制品和发酵食品等。组胺作为一种毒性极强的生物胺，与人类的健康密切相关。摄入过量时，可能会引发一系列过敏性中毒症状，包括头痛、恶心、呼吸困难、心悸、红疹、高血压、呕吐等，严重情况下还可能导致休克甚至危及生命。研发快速、高效地检测组胺的方法具有重要的现实意义。

近年来，表面增强拉曼散射（SERS）技术凭借其超高灵敏度、分子指纹特异性和非破坏性检测能力，在痕量检测领域展现出巨大应用潜力。目前应用于组胺检测的功能化SERS活性基底已经得到了一定程度的开发。

江南大学食品学院的的高薛莹、陆季雨、马小媛*等运用表面增强拉曼光谱技术，以银纳米颗粒（AgNPs）作为SERS增强基底，建立AgNPs的浓缩倍数、NaCl溶液添加量和SERS检测形式的优化方案，实现对组胺样品拉曼信号的稳定增强以用于组胺含量的检测，旨在为鱼、虾制品及葡萄酒中组胺含量的快速检测提供技术理论支持。

01

AgNPs的表征

通过UV-Vis、TEM和XRD对所制备的AgNPs进行表征。如图2A、B所示，合成的AgNPs呈均匀球状且具有良好的分散性，AgNPs的平均粒径为10.03 nm。如图2C所示，所制备的AgNPs在400 nm波长处具有最大吸光度。这一吸收峰的半峰宽较窄且相对对称，表明所制备的AgNPs具有良好的光学特性，这与其表面等离子体共振效应、周围介质影响以及颗粒尺寸和形貌密切相关。由图2D可知，AgNPs在2θ约为38.2°、44.4°、64.5°和77.6°处出现了4 个明显的衍射峰，分别对应AgNPs的（111）、（200）、（220）和（311）晶面。这些峰位与标准银晶体（标准卡片号JCPDS 04-0783）的衍射数据一致，进一步证实了AgNPs的晶体结构。以上结果共同表明了AgNPs成功制备，可用于进一步研究。

以4-MBA作为拉曼信号分子、AgNPs作为SERS增强基底的检测结果如图3所示。经AgNPs增强后的拉曼特征峰强度显著提高，拉曼增强因子约为10.39×106，表明所制备的AgNPs具有出色的拉曼增强作用，能够有效提高检测信号的灵敏度。此外，在同一样品上对9 个位点进行了重复测定，结果显示所获得的拉曼峰具有良好的重复性和稳定性，相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）约为6.8%，进一步证实了AgNPs作为SERS增强基底的可靠性和一致性。以上结果共同说明了本方法所制备的AgNPs不仅操作简单，且在SERS实验中表现出优异的增强性能，可作为理想的SERS增强基底进行后续实验。

02

组胺的拉曼光谱

如图4A所示，组胺分子主要由咪唑环、C—N、C＝N、C＝C、C—C、C—H和N—H等特征官能团构成,通过分析各官能团的特征振动模式，可确认组胺的拉曼特征峰。如图4B所示，组胺粉末在1 094、1 246、1 282、1 351、1 426、1 474 cm-1处的拉曼峰分别对应组胺分子中的C—N伸缩振动、咪唑环伸缩振动和N—H面内弯曲振动。经AgNPs增强后，组胺在640、936、997、1 029、1 097、1 134、1 257、1 313、1 425、1 563 cm-1处表现出显著的增强效果，这些增强的拉曼峰分别对应组胺结构中的环面外弯曲振动、环面内弯曲振动、N—H面外弯曲振动、C—H面内弯曲振动、C—N伸缩振动、N—C—N不对称伸缩振动、N—H面内弯曲振动、咪唑环对称呼吸振动、咪唑环伸缩振动和C＝C伸缩振动，具体的振动模式归属见表2。以上结果表明，所制备的AgNPs能够有效与组胺分子产生相互作用，从而显著增强其拉曼信号强度，这些特征峰不仅具有明确的振动归属，而且增强效果显著，可作为组胺的拉曼特征峰用于后续的定量检测。

03

AgNPs浓缩倍数优化

从图5A可以看出，不同浓缩倍数AgNPs对组胺溶液均表现出显著的拉曼增强效果，特别是在640、997、1 257、1 565 cm-1处的特征峰均有明显增强。如图5B所示，当AgNPs的浓缩倍数为7.5～20 倍时，SERS光谱在上述波数处的峰强度随着浓缩倍数的增加呈现出先上升后下降的趋势，这一现象可能与AgNPs的聚集状态有关。在较低的浓缩倍数下，柠檬酸钠修饰的AgNPs保持良好的分散性，适度的浓缩能够促进纳米银的可控聚集，形成更多的等离子体耦合“热点”，从而增强拉曼信号。然而，当浓缩倍数超过AgNPs的临界浓度时，AgNPs开始团聚，形成较大尺寸的聚集体。此时，聚集体内部颗粒之间的距离增大，导致与分析物的结合能力减弱，进而显著降低“热点”的密度，使得SERS信号减弱。综上所述，选取15 倍作为AgNPs的最佳浓缩倍数，以实现最佳的拉曼增强效果。

04

NaCl溶液添加量优化

研究表明，适量NaCl的引入能够显著促进组胺分子与AgNPs之间的相互作用。如图6所示，随着NaCl溶液添加量的增加，组胺的拉曼特征峰强度呈现出先增强后减弱的非线性变化趋势。这种现象可归因于离子浓度对纳米颗粒表面性质的调控。当NaCl溶液添加量达到1.5 μL时，体系表现出最佳的信号增强效果；当NaCl溶液添加量超过该阈值时，过高的离子强度会导致AgNPs表面形成致密的双电层，这种空间位阻效应会阻碍组胺分子与AgNPs表面的有效接触，进而引起SERS信号的显著衰减。基于上述结果，选择1.5 μL作为NaCl溶液的最优添加量。

05

检测形式优化

如图7A所示，两种物理状态下的光谱在特征峰位置（如640、997、1 257、1 565 cm-1）和峰强度（液相为9 923、固相为9 998）方面表现出良好的一致性。然而，进一步统计分析表明，固相检测的RSD（14.7%）高于液相检测（5.5%），这揭示了固相SERS信号存在明显的空间异质性（图7B）。这一现象的产生机制可能归因于溶剂蒸发过程中纳米粒子的自组装行为差异。具体而言，在液滴的干燥过程中，由于接触线钉扎效应和边缘增强蒸发作用，AgNPs会优先向三相接触线迁移并沉积，形成典型的“咖啡环”现象。这种非均匀分布导致在SERS检测时，边缘区域因局部表面增强因子较高，产生更强的拉曼信号，而中心区域则因纳米离子密度不足而信号较弱，从而降低了整体信号的均一性。相比之下，液相体系中纳米粒子的布朗运动确保了其在检测体系中的均匀分布，从而获得了更好的信号重复性，因此最终选择采用液相检测模式进行检测以保证结果的可靠性。

06

组胺标准样品测定

为评估所建立方法对组胺的检测性能，在体系中加入不同含量的组胺（10、50、100、400、600、800、1 000 mg/kg）进行验证。如图8A所示，随着组胺含量的增加，体系的拉曼信号呈现出明显的浓度依赖性增强。这可以归因于随着组胺含量的增加，促使更多的组胺分子通过咪唑环氮原子与AgNPs表面形成配位键，提高组胺分子的覆盖密度；同时，高浓度的组胺作为分子桥梁诱导AgNPs发生可控聚集，形成更多纳米间隙结构，使体系的电磁场增强效应显著提升，检测灵敏度提高。通过分析1 257 cm-1处拉曼特征峰的强度变化，发现拉曼信号强度（

Y

X

Y

X

R

07

实际样品检测

为了进一步评估本方法的实际应用能力，选取了3 种典型食品基质（鱼类、甲壳类和发酵饮品）进行加标回收实验。如图9所示，在100、200 mg/kg和300 mg/kg加标水平下，鱼肉、虾肉和葡萄酒样品均显示出清晰的组胺特征峰。如表3所示，3 种基质的回收率在95.95%～106.26%，RSD为1.6%～5.9%。其中鱼肉和虾肉样品的检测结果与高效液相色谱法的测定结果接近，而葡萄酒样品的回收率显著高于高效液相色谱法，这可能归因于葡萄酒体系的pH值变化导致组胺分子离子化，从而影响其在色谱中的保留时间变化，进而影响回收率；同时，葡萄酒中的高乙醇含量可能导致某些极性化合物的溶解度降低，从而影响组胺的回收。相较于传统高效液相色谱方法，本技术展现出显著优势：单次检测成本低、单个样品分析时间从15 min缩短至10 s、无需复杂样品前处理。表明本方法能满足不同食品基质中组胺的快速检测需求，可为食品安全现场检测提供新方案。

结 论

采用表面增强拉曼光谱技术，基于AgNPs优异的SERS效应，实现了对组胺的快速检测，确定了SERS检测的最优条件为AgNPs溶液浓缩15 倍、NaCl溶液（1 mol/L）15 μL、液相检测模式时检测效果最佳。在上述优化条件下，组胺拉曼信号强度在10～1 000 mg/kg范围内与组胺含量建立线性方程并呈现出良好的线性关系（Y＝10.87X+2 596.06（R2＝0.974 2）），LOD达1.21 mg/kg，远低于GB 2733—2015规定限量。通过对鱼肉、虾肉及葡萄酒样品进行加标回收，得到的回收率为95.95%～106.26%，RSD为1.6%～5.9%，与高效液相色谱法比较，本方法具有高灵敏度、快速响应（单次检测时间约10 s）以及能够有效识别样品中组胺特征峰的指纹识别能力等优势，能够满足现场检测需求。优化后的基底制备工艺提升了信号重复性（RSD＝5.5%），能够满足初步的实际应用需求。然而，在面对实际样品（如腐败鱼类、发酵食品等）中的复杂基质时，其中脂肪、盐分等可能会通过影响组胺特征峰强度或竞争性吸附基底活性位点而干扰SERS的检测结果。针对这些局限，将进一步对本方法进行优化，如开发核壳结构或聚合物包覆的复合基底以增强稳定性、结合机器学习算法提升复杂基质的分析能力、优化前处理方法以有效去除或减轻基质干扰等，以实现在实际应用中更佳的检测效果。

引文格式：

高薛莹, 陆季雨, 牛婉怡, 等. 基于银纳米颗粒表面增强拉曼效应对食品中组胺的快速检测[J]. 食品科学, 2025, 46(22):50-58. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250514-082.

GAO Xueying, LU Jiyu, NIU Wanyi, et al. Rapid detection of histamine in foods using surface-enhanced Raman spectroscopy based on silver nanoparticles[J]. Food Science, 2025, 46(22): 50-58. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250514-082.

实习编辑：杨倩；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网