基于SERS技术的食源性致病菌芽孢拉曼光谱特征结构分析及快速识别

为了探究食源性致病菌芽孢的拉曼特征指纹图谱,实现快速识别,该研究以产气荚膜梭菌（C. perfringens）、艰难梭菌（C. difficile）和蜡样芽孢杆菌（B. cereus）的芽孢为研究对象,以柠檬酸钠还原法制备的AgNPs溶胶为基底材料,用SERS技术对芽孢进行拉曼光谱检测,解析食源性致病菌芽孢的分子结构、不同芽孢之间的异同之处。将3种食源性致病菌芽孢的SERS光谱与主成分分析（PCA）和系统聚类分析（HCA）相结合并进行对比分析,实现不同种属食源性致病菌芽孢的定性识别。结果表明,不同食源性致病菌芽孢的SERS光谱的特异性和重现性良好。芽孢光谱中Ca2+-DPA的拉曼振动峰数量和峰强度占主要地位,其拉曼振动峰位置在657～663,818～820,1 017,1 389～1 393,1 441～1 449和1 572～1 576 cm-1波段。C. difficile spores SERS光谱中Ca2+-DPA的六个特征峰峰强度均高于C. perfringens spores和B. cereus spores,C. perfringens spores次之。Ca2+-DPA在1 017 cm-1（Ca2+-DPA）处拉曼峰强度在3种芽孢的SERS光谱中均最高且差异明显,是Ca2+-DPA的主要特征峰,也是3种芽孢的主要特征峰。此外,C. perfringens spores在936 cm-1（磷脂N—C拉伸）、1 294 cm-1（脂质中的CH₂变形振动）、1 609 cm-1（蛋白质中的酪氨酸）和1 649 cm-1（蛋白质中的酰胺I）显示特有拉曼振动峰;C. difficile spores在890 cm-1（═COC═拉伸）显示特有拉曼振动峰。PCA分析结果显示PC1和PC2方差贡献率分别为51.1%和39.7%,累积贡献率达90.8%,可以将所有样本有效区分。HCA分析可以看出3种芽孢的SERS光谱被分为三个聚类,3种芽孢各自聚类无交叉干扰。结合多元统计分析不仅有效实现了3种芽孢之间的区分,也实现了梭菌属芽孢和杆菌属芽孢的区分,为食品安全控制提供有效手段。