摘要:

纳米模拟酶因具有高稳定性、低成本和易于表面改性等优点,在某种程度上已成为天然酶的新兴替代品.本文简要总结了近年来新型纳米模拟酶的特点和新型纳米模拟酶材料的种类,重点介绍了金属模拟酶、金属氧化物模拟酶、碳材料模拟酶及纳米酶复合体、金属有机框架和生物质复合型纳米酶等新型纳米模拟酶在食品安全分析领域的最新研究进展,并对新型纳米模拟酶的未来挑战和前景进行展望.

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基于聚谷氨酸(poly-(γ-glutamic acid),PGA)金磁微粒(Fe3O4-PGA@Au)电沉积修饰玻碳电极,构建具有高灵敏度和选择性的无酶型葡萄糖电化学生物传感器.采用绿色还原吸附法制备Fe3O4-PGA@Au,并利用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和透射电子显微镜表征Fe3O4-PGA@Au的理化性质.优化葡萄糖传感检测体系的反应温度、pH值、扫描速率和反应时间等检测参数.采用循环伏安法考察无酶传感器检测葡萄糖时的电化学行为.结果表明,Fe3O4-PGA@Au具有良好的电催化性能;在葡萄糖浓度分别为0.1～5.0μmol/L和10～250μmol/L范围内时,所构建的生物传感器峰电流密度与其葡萄糖浓度具有良好的线性关系,检出限为0.74μmol/L(RSN=3);此无酶型生物传感器具有好的重复性和抗干扰性能.

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采用废弃黑葵花籽壳提取物作为还原剂和保护剂,低成本快速绿色制备金纳米粒子.利用紫外-可见光谱、透射扫描电镜、X射线衍射光谱和傅里叶红外光谱表征所制备的金纳米粒子.结果 表明,采用体积分数80％提取物制备的金纳米粒子在波长526 nm处具有特征吸收峰,平均粒径为(7.25±2.24) nm.傅里叶红外光谱和X射线衍射光谱结果表明,提取物中的成分可以在金纳米粒子表面形成保护层.而这层保护剂不仅使得金纳米粒子在不同贮藏时间、温度、pH值和盐浓度的条件下具有较高的稳定性,而且在其清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基过程中展现出了较强的抗氧化活性.此外,在催化还原4-硝基苯酚转变为4-氨基苯酚的反应中,表现出良好的催化活性.鉴于此,此类型金纳米粒子在食品催化、生物医药和工业生产等领域将具有广泛的应用价值.

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研究了壳聚糖-聚谷氨酸聚电解质复合物对苹果汁饮料澄清体系的影响.针对壳聚糖-聚谷氨酸聚电解质复合物进行表征, 分别采用单因素和正交试验设计分析对果汁澄清工艺进行优化, 通过透光率的大小, 评估壳聚糖-聚谷氨酸复合物对苹果汁澄清的影响程度.研究结果表明, 苹果汁的最佳澄清工艺为反应温度50℃, 聚合物添加量2. 0 mL, 絮凝时间30 min.

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采用脂质体技术制备乙酰胆碱酯酶的微反应器,并以微反应器、壳聚糖和二氧化硅为基质,构建以多层纳米酶膜修饰电极为核心的有机磷农药残留快速检测酶电化学生物传感器.结果表明,酶脂质体微反应器平均粒径为(7.26±0.75)μm;修饰电极多层酶膜的最佳层数为6 个双层;以敌敌畏作为有机磷农药模型,分别在其浓度为0.25～1.75 μmol/L和2.00～10.00 μmol/L线性范围内,传感器的峰电流值与乙酰胆碱酯酶抑制率呈现出良好的线性关系,回归方程分别为I=28.58C+5.35和I=2.38C+51.25;最低检出限为(0.72±0.065)μg/L(信噪比为3);此新型酶纳米生物传感器具有良好的灵敏度、重复性和选择性.

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通过自组装方法构建金磁微粒(Fe3O4@Au)复合纳米粒子,并表征其理化性能.基于复合纳米粒子的过氧化物模拟酶活性,构建出具有高灵敏度和选择性检测抗坏血酸的无酶增强型电化学传感器.采用循环伏安法对抗坏血酸进行测定,并优化电化学检测体系.结果表明,在最适检测体系下,所构建的无酶电化学传感器对抗坏血酸检测具有较高的灵敏度,抗坏血酸浓度在1～100 mmol/L范围内,电流响应与其具有良好线性关系,工作曲线方程为y=867.81x+3.860 8(R2=0.991 9),检出限为0.011 7 mg/L.此外,所构建的无酶电化学传感器已成功地应用于实际样品检测.鉴于此,所提出的新型无酶电化学分析方法在食品质量控制和安全检测等领域有着巨大的应用前景.

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采用水热法制备Fe3O4纳米粒子,并通过对其表面氨基化与金纳米粒子自组装方法构建金磁微粒(Fe3O4@Au),并表征其性能.在其具有模拟过氧化物酶活性的基础上结合葡萄糖在葡萄糖氧化酶作用下产生H2O2,并与过氧化物酶底物二胺盐产生显色反应的原理,建立可视化检测葡萄糖含量的简便方法,并优化葡萄糖检测体系,并对其选择性和回收率进行分析.结果表明,氨基化的Fe3O4纳米粒子可以有效固载金纳米粒子,Fe3O4@Au饱和磁化强度为43 emu/g.检测体系最优工艺组合为:Fe3O4@Au混悬液质量浓度0.15 g/mL、温度70℃、时间50 min.在优化条件下,葡萄糖在1～20 mmol/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数R2为0.9925,检出限为2.45μmol/L,加标回收率在96％～104％之间,并具有良好的选择性和稳定性.本研究将拓宽纳米材料模拟酶在食品检测的应用并为葡萄糖检测方法的改进提供一种新的思路.

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以有机污染物甲基蓝为研究对象,通过单因素试验和正交试验设计,优化两种大孔树脂对其吸附的性能,研究结果表明,AB-8型大孔树脂最佳吸附条件为,树脂添加量0.2 g,吸附温度30℃,吸附时间3 min,平均吸附量为0.05574 mg/g;X-5型大孔树脂最佳吸附条件为:大孔树脂添加量0.2 g,吸附温度60℃,吸附时间5 min,平均吸附量为0.05904 mg/g.建议选用X-5型大孔树脂吸附去除饮用水中的甲基蓝.

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采用分光光度法构建面粉中过氧化苯甲酰的快速检测体系.采用单因素实验设计优化过氧化苯甲酰的检测体系,建立工作曲线,并构建出面粉中的过氧化苯甲酰检测模型.研究结果表明,最佳检测体系为在检测波长510nm条件下,pH为4.4,检测温度为50℃,反应时间为2min;在0.001～0.01 mg/mL范围内,BPO浓度与吸光度呈良好线性关系,两种面粉的工作曲线分别为y=-3.2289x+0.5574和y=-8.3283x+0.5877,R2分别为0.9832和0.9824,方法的最低检出限为0.65 mg/kg和0.58 mg/kg,相对标准偏差RSD均小于5％.该法用于两份市售面粉中过氧化苯甲酞的测定,平均回收率分别为100.82％和99.11％,所建立的方法方便、快捷且灵敏度较高.

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合成一种表面官能团为碳修饰的磁性材料模拟酶Fe3O4/C并进行表征和催化性能研究.Fe3O4/C对H2O2氧化后与四甲基联苯胺表现出良好的催化活性.Fe3O4/C与天然过氧化物酶相似,其催化特性受温度、浓度和时间的影响.试验结果表明,在温度为30℃、H2O2的浓度为0.01 mol/L和反应时间为20 min时可获得最大的催化效果.该类型纳米模拟酶相比于天然活性酶将会被广泛应用于催化和分析等领域.