基于纸基表面增强拉曼光谱技术的豌豆硫氨基酸残留快速定量检测方法研究

针对豌豆蛋白中硫氨基酸(SAA)含量低且传统检测方法成本高、耗时长的问题，研究人员开发了一种基于银纳米颗粒纸基表面增强拉曼光谱(Ag P-SERS)的快速定量检测技术。该方法通过识别667 cm-1处ν(C-S)特征峰，实现了1-9 ppm半胱氨酸(Cys)和0-42,000 ppm牛血清蛋白(BSA)的动态检测范围，并能区分10个豌豆品种的硫氨基酸差异。这项研究为植物蛋白营养改良和食品安全监测提供了创新工具。

　　

豌豆作为可持续植物基肉类替代品的重要原料，其蛋白质含量高达17-30%，但硫氨基酸(Sulfur Amino Acids, SAA)尤其是半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)的天然含量较低。这两种氨基酸对人体蛋白质合成、疾病恢复和伤口愈合至关重要，世界卫生组织(WHO)建议每日摄入量分别为4.1 mg/kg和10.4 mg/kg。然而，传统检测方法如高效液相色谱(HPLC)需要复杂的氧化水解预处理，而Ellman's法易受还原剂干扰，均难以满足育种和食品工业对快速、低成本检测的需求。

针对这一技术瓶颈，加拿大国家研究委员会水生与作物资源开发中心的研究团队创新性地将表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)技术应用于豌豆蛋白分析。他们采用银纳米颗粒打印的纸基SERS(Ag P-SERS)基底，通过45分钟浸泡使样品中的硫醇基团(-SH)与银纳米颗粒形成Ag-S键，利用785 nm激光激发获取特征光谱。关键技术包括：1) 碱性提取结合还原剂TCEP处理释放蛋白中的Cys；2) 建立基于667 cm^-1ν(C-S)特征峰的定量模型；3) 对比10个豌豆品种的SERS谱图差异；4) 通过过氧化氢氧化实验验证方法特异性。

在"3.1 蛋白质测定与参考方法"部分，研究显示10个豌豆品种的蛋白质含量为19.6-25.9%，Cys和Met含量分别为0.291-0.383 g/100g和0.218-0.283 g/100g。Ellman's法测得游离硫醇含量为0.20-0.39 g Cys/100g，与HPLC结果具有可比性。

"3.2 表面增强拉曼光谱"章节揭示了关键发现：Ag P-SERS基底对Cys的检测限低至1 ppm，动态范围为2-9 ppm。667 cm^-1特征峰强度与Cys浓度呈线性相关(R²>0.99)，而氧化后的Cys衍生物无此信号。BSA的检测上限达42,000 ppm，通过TCEP还原暴露的硫醇基团后，其SERS谱图与纯Cys标准品相似。对10个品种的分析表明，CDC Limerick和Redbat 8的667 cm^-1峰强度显著高于Blazer品种，相当于17,000-18,000 ppm BSA产生的信号。

这项研究的创新性体现在三个方面：首先，首次将低成本纸基SERS技术应用于豌豆蛋白碱性提取液的直接检测；其次，通过Ag-S特异性结合实现了对生物可利用Cys的选择性识别，避免了传统方法对氧化产物的干扰；最后，建立的定量模型为育种筛选提供了高效工具。与现有技术相比，该方法将检测成本降低至15美元/次，时间缩短至45分钟，且无需危险化学品处理。

论文结论部分指出，该方法能有效区分不同遗传背景豌豆品种的SAA差异，特别是通过667 cm^-1特征峰实现了对未氧化Cys的特异性检测。未来研究可进一步优化基底稳定性，并扩展至其他含硫氨基酸如谷胱甘肽的检测。这项发表于《Measurement: Food》的成果，为开发营养均衡的植物蛋白产品提供了重要的分析技术支撑。