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浅谈纳米酶在食品检测中的具体应用

作者:王迪 孔娜来源:《中国食品》日期:2024-02-27人气:106

食品安全兹事体大,为了保障食品安全,必须做好食品检测工作。随着时代的发展,食品的种类及生产技术类型、原料类型变得非常丰富,但也导致食品检测难度、复杂程度增大,这就更需要采取科学的检测方法。纳米酶是一种比较常见的食品检测方法,该方法在食品检测工作中具有多种优势表现,具有良好的应用价值。为了进一步推广纳米酶检测方法,有必要展开相关研究。

一、食品检测中纳米酶的概述

1.纳米酶介绍。纳米酶于2007年被我国科学家阎锡蕴发现,这种物质同时具备纳米材料特性与酶催化作用,这一特征使得其很早就得到了广泛应用,早早被引入了生命科学领域,并成功将其用于研究生物大分子(如蛋白质、 DNA)和纳米材料(如生物活性碳、纳米材料等)的相互作用中。由于独特的性能,纳米酶在生命科学领域中展现出巨大的应用潜力。

食品中有害物质种类繁多,主要有农药、抗生素、合成色素等,随着人们对食品安全问题日益重视,对食品中有害物质检测也越来越重视。传统的检测方法往往需要复杂的仪器设备、较高的成本以及较长的反应时间,不能满足快速检测的需求,而纳米酶具有节约成本、缩短反应时间和提高检测灵敏度的优势,能够快速、有效、准确地对食品进行检测。如纳米酶活性中心具有易于修饰和分离等优点,利用纳米酶构建的纳米酶传感器能够在几分钟内完成对食品中有毒有害物质的检测。

2.纳米酶的应用表现。近年来,食品安全问题日益突出,人们对食品安全的关注度越来越高,迫切需要开发更多的快速检测技术。纳米酶是一种天然的酶,在食品检测方面具有较高的应用价值。纳米酶对食品中的有机污染物、有毒有害物质、重金属离子等有很好的降解作用,且容易从环境中分离,因此纳米酶技术在食品安全检测领域具有广阔的应用前景。

目前,纳米酶在食品污染物检测方面已有很多研究。有学者利用氧化石墨烯(GO)纳米粒子催化葡萄糖生成葡萄糖酸,再通过葡萄糖氧化酶催化葡萄糖转化为葡萄糖酸,与比色法、分光光度法、紫外可见吸收光谱法等常规检测方法相比,发现该方法具有操作简单、快速灵敏等优点。在食品中重金属离子检测方面,纳米酶技术可以将重金属离子固定在纳米颗粒上,实现快速检测,如通过电化学和荧光分析方法将Cu(Ⅱ)固定在纳米酶上可用于检测铜离子(Cu2+),而将Cd2+和Mn2+分别固定在纳米酶表面可用于检测镉离子(Cd2+)和铅离子(Pb)。

此外,利用纳米酶技术可以对食品中的农药残留进行快速检测。例如,在测定食品中的有机磷农药时,研究人员以氧化石墨烯为载体,利用其对有机磷农药的光催化活性将其固定到金纳米粒子上构建纳米酶体系。通过测定紫外可见吸收光谱法、荧光光谱法等常规检测方法来判断目标物质是否存在时,发现该方法具有灵敏、快速、简单等优点。

二、食品检测中纳米酶的具体应用

1.污染物检测。近年来,由于食品加工、运输等环节产生的污染导致食品安全问题频发,严重威胁人们的身体健康和生命安全,因此研究人员迫切需要开发一种快速、灵敏、方便的污染物检测方法来保障食品安全。纳米酶技术作为一种新兴的污染物检测方法,具有操作简单、快速、灵敏等优点,已经被广泛应用于食品有机污染物和有毒有害物质的检测。

在食品中检测有机污染物时,首先要将有机污染物转化为小分子物质,再通过纳米酶技术进行分析检测。如让氧化石墨烯和羧基化聚苯乙烯(CPS)纳米粒子形成复合物,构建一种具有较高催化活性的纳米酶(GO-CPS),然后通过该纳米酶体系在H2O2存在下产生过氧化氢来检测食品中的有机污染物。此外,研究人员还利用纳米酶技术测定食品中的农药残留和抗生素残留。在测定农药残留时,研究人员利用GO-CPS可将Cu(Ⅱ)固定在纳米酶表面,实现对农药残留的快速检测。

2.食品添加剂检测。近年来,我国食品添加剂的使用量越来越大,但部分食品添加剂的滥用也导致了严重的食品安全问题。基于纳米酶技术对食品添加剂的检测具有操作简单、成本低廉、灵敏度高等优点,有望实现对食品添加剂的快速筛查和检测。研究人员利用磁性纳米粒子、生物分子等构建纳米酶系统,以检测食品中的邻苯二甲醛和苯甲酸。邻苯二甲醛可被磁性纳米粒子吸附在磁性纳米粒子上,再通过荧光光谱法检测邻苯二甲醛,该方法对邻苯二甲醛和苯甲酸的检测灵敏度可达0.1μg/mL,且具有操作简单、成本低廉等优点。

3.农兽药残留检测。随着农业生产规模的不断扩大,食品安全问题日益突出,因此对农兽药残留检测技术的研究具有重要意义。纳米酶具有特殊的催化活性,能够有效降解农药残留等有毒物质,在农药残留检测方面具有良好的应用前景。有学者将纳米酶固定到磁性纳米颗粒上,制备了基于纳米酶的农兽药检测试剂盒,并成功应用于蔬菜中农药残留的检测。研究人员将聚乙二醇作为载体固定纳米酶,制备了聚乙二醇-石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PEG-g-PMMA)/Fe3O4复合材料作为农兽药检测试剂盒的吸附剂。实验结果表明,该方法在5 min内即可完成检测,检测限为0.04μg/L。该试剂盒对蔬菜中的有机磷农药具有较好的选择性。

4.非法添加物检测。在食品生产加工过程中,非法添加物可能导致食品安全问题。因此,开发快速、灵敏的检测技术可用于检测食品中非法添加物。纳米酶具有易于修饰和可控释放的特点,可以固定在纳米颗粒表面或吸附在固体基质上,实现对非法添加物的快速检测。

例如可通过电化学方法将抗氧化剂4-羟基香豆素固定在金纳米粒子表面,再通过荧光传感器用于检测食品中的4-羟基香豆素。检测中,当4-羟基香豆素与抗氧化剂结合后,4-羟基香豆素的荧光强度增强10倍。由此可以看出,在4-羟基香豆素检测中纳米酶检测方法具有灵敏、快速、简单的表现。此外,还可以采用荧光法将纳米酶固定在金纳米粒子表面,随之可用于快速检测食品中4-羟基香豆素检测,该方法具有良好的选择性、灵敏性和稳定性,且具有良好的实际应用价值。

5.生物毒素检测。近年来,食品中生物毒素的残留引起了广泛关注。研究表明,食品中生物毒素残留会对人类健康造成危害。因此,开发快速、准确、灵敏的生物毒素检测方法对食品安全和人类健康至关重要。有学者利用纳米酶对食品中的真菌毒素进行了检测,发现纳米酶可以高效降解真菌毒素,且具有较好的选择性和稳定性。该方法的最低检测限为0.66μg/L,与其他传统检测方法相比有较大优势。

纳米酶可以催化多种底物生成相应的产物。纳米酶可以通过多种途径进行催化反应,例如催化氧化还原反应、氧化还原可逆反应、催化加氢反应、催化加羟基自由基反应、催化加镁离子等反应。这些都可作为纳米酶的活性中心,用于生物毒素检测。例如,在测定食品中黄曲霉毒素B1时,研究人员采用水热法合成了多孔金纳米簇,然后将其固定在金纳米粒子表面作为纳米酶用于黄曲霉毒素B1的检测。

6.食品中的微生物和毒素检测。微生物和毒素是食品污染的主要成分,其对人体健康具有很大威胁。因此,对食品中的微生物和毒素进行检测具有重要意义。目前,基于纳米酶的微生物和毒素检测方法有很多,其中主要包括免疫分析法、免疫传感器法、纳米酶直接法等。免疫分析法是利用抗原或抗体特异性结合作用进行检测,常用的纳米酶主要包括纳米金颗粒、石墨烯、碳纳米管、纳米卟啉等。利用纳米酶直接检测食品中的微生物和毒素,具有操作简单、快速灵敏等优点。在实际检测中,常将纳米酶固定到生物芯片上,使其与待测物直接反应,实现对微生物和毒素的快速检测。例如,将免疫分析方法和纳米酶技术相结合,研究人员建立了一种用于检测牛奶中大肠杆菌的直接酶联免疫分析方法。该方法以大肠杆菌作为被检物,利用固定在纳米酶上的酶诱导抗体产生信号,实现对大肠杆菌的快速检测。此外,利用固定在石墨烯上的酶可以催化蛋白质变性以制备抗原,建立了一种间接酶联免疫分析方法。该方法可以快速检测牛奶中的大肠杆菌数量。该方法对大肠杆菌的检测限为0.57 CFU/mL,与其他直接酶联免疫分析方法相比具有操作简单、灵敏度高等优点。

纳米酶具有独特的催化性质,将其应用于食品检测可以提高检测灵敏度和准确度。例如,利用纳米酶可直接对食品中的黄曲霉毒素B1进行快速检测。当黄曲霉毒素B1与特异性抗体结合时,其信号会发生明显改变。基于此原理建立了一种基于免疫分析的荧光酶联免疫分析方法来测定黄曲霉毒素B1。该方法对黄曲霉毒素B1的检出限为2.27×10-6 mg/mL,线性范围为0.04~20.0μg/mL。

7.食品包装材料的污染检测。纳米酶是一种天然的、具有特殊结构的酶,它具有对多种生物分子的高催化活性和对环境友好等特点,因此,纳米酶在食品包装材料的污染检测方面有广泛的应用。在测定食品包装材料中的污染物时,研究人员主要利用纳米酶的光催化活性将目标污染物固定在纳米酶上,再利用分光光度法、荧光光谱法、电化学和比色分析方法等检测手段实现对目标污染物的快速检测。例如,研究人员以聚乙二醇(PEG)为原料,采用水热法制备了金纳米粒子和氧化石墨烯负载的纳米酶复合物(Au@GO),通过与过氧化氢反应产生荧光,再利用分光光度法测定过氧化氢含量。此外,研究人员还将酶催化活性强、稳定性好、可重复利用、成本低、粒径小等特点的金属离子铜离子固定在金纳米粒子上构建纳米酶体系,可用于检测食品中铜离子的含量。

8.食品中药物成分的快速筛查。药物对人体健康有很大的影响,因此必须对其进行严格监管。但在日常生活中,许多非法添加物的存在,导致大量药物成分被非法添加到食品中。因此,在食品检测中对药物成分进行快速筛查是一项重要的任务。纳米酶技术作为一种绿色、环保、无毒副作用的检测技术,被广泛应用于食品中药物成分的快速筛查。

目前,纳米酶已经被应用于食品中药物成分的检测。研究人员利用氧化石墨烯纳米材料作为载体,以葡萄糖氧化酶为生物催化剂,通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测葡萄糖氧化酶活性,实现了对食品中葡萄糖、苯甲酸、对羟基苯甲酸、对羟基苯乙酮等药物成分的快速筛查。此外,还将纳米酶技术应用于动物食品和蔬菜中药物成分的快速筛查。如研究人员以金纳米粒子和氧化石墨烯为基础载体,通过金纳米粒子催化葡萄糖生成葡萄糖酸再通过葡萄糖氧化酶催化葡萄糖转化为葡萄糖酸进行检测,可实现对动物食品中药物成分的快速筛查。

三、结语

随着纳米技术的快速发展以及人们对食品安全问题越来越重视,相信纳米酶将在未来成为检测食品污染物的主要手段之一。因此,研究者们应不断优化基于纳米酶技术的食品检测方法,使其应用于实际样品检测中,为保障人类健康提供有力保障。


本文来源:《中国食品》https://www.zzqklm.com/w/qt/29400.html

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