新型比色传感方法在食品安全检测中的应用研究

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近年来,随着我国环境污染以及生产加工安全问题的日益加重,食品安全问题时有发生,给国人健康和日常生活造成极大的影响,也引起了我国政府和公众的高度重视,2013年国务院已将食品安全提升到国家战略层面,在国家中长期科技发展规划中确定为重点领域和优先主题之一。食品中有害物质的快速检测是防止食品安全问题扩大和预防食品安全事件发生最有效的方法之一。葡萄酒中超标的亚硫酸盐不仅会破坏食品本身的营养物质,而且会引起哮喘和过敏反应等危害;过量饮用含有磷酸盐的饮料容易引起骨质疏松的发生;饮用水中的有机磷农药草甘膦对神经系统和生殖系统都有影响;海产品中的河豚毒素会引起呼吸系统衰弱、心脏不规律跳动和痉挛,继而导致死亡;水发食品中的过氧化氢进入人体后会直接刺激黏膜组织并大范围地损害人体细胞,可通过化学反应引起体内细胞发生癌变,可诱发心血管疾病和加速人体衰老等危害。所以开展食品中上述有害物质的快速检测方法的研究具有重要意义。本论文以葡萄酒中的亚硫酸盐、饮料中的磷酸盐、饮用水中的草甘膦、海产品中的河豚毒素和水发食品中的过氧化氢为研究对象,利用新型的过渡金属二硫属化合物(二硫化钼,MoS2)纳米片所具有的辣根过氧化物模拟酶催化活性和金纳米材料的表面等离子共振效应,建立了食品中上述化合物的可视化快速比色检测方法,为上述食品的消费安全提供技术支撑。主要研究工作包括:(1)葡萄酒中亚硫酸盐的快速比色检测方法的研究。基于MoS2纳米片催化过氧化氢(H2O2)氧化底物TMB的显色反应建立了亚硫酸盐的快速比色检测方法。所建立的方法具有灵敏度高、稳定性好、检测时间短(30min)和裸眼检测的优点。所建立的方法线性范围为5.0-120.0μM,检测限(LOD)为0.5 μM,定量限(LOQ)为1.5μM,该方法的定量限低于葡萄酒中亚硫酸盐的国家限量标准。该方法肉眼可分辨亚硫酸盐的浓度为60 μM。利用所建立的方法我们成功地测定了白葡萄酒中的亚硫酸盐浓度,样品加标回收率为96.6%-106.5%。本研究的成功为葡萄酒中亚硫酸盐的现场快速检测提供了一种新方法。(2)碳酸饮料中磷酸盐的快速比色检测方法的研究。利用磷酸盐抑制MoS2纳米片的催化活性发展了磷酸盐的快速比色检测方法。所建立的方法的线性范围为2.0-40.0 μM,检测限(LOD)为0.8 μM,定量限(LOQ)为2.0μM,该方法可满足国家标准对饮料中磷酸盐的限量检测要求。该方法肉眼可明显判断的磷酸盐浓度为40μM。利用所建立的方法我们对可口可乐饮料中的磷酸盐进行分析测定,检测结果与传统的钼蓝比色法相比,相对误差小于±5%。本方法的建立可为碳酸饮料中磷酸盐的现场快速检测提供了一种新的手段。(3)饮用水中有机磷农药草甘膦的快速比色检测方法的研究。基于有机磷农药草甘膦抑制MoS2-H2O2-TMB体系的显色作用建立了草甘膦农药残留的快速比色检测方法。该方法检测草甘膦的线性范围为0.4-2.0 μg·mL-1,检测限(LOD)为0.09μg·mL-1,定量检测限(LOQ)为0.3 μg·mL-1,该检测限能够满足美国环境保护署和世界卫生组织规定的草甘膦最大残留量限量的检测要求。所建立的方法不受水中其他离子和其他有机磷农药的干扰,具有良好的特异性。利用所建立的方法我们成功检测了饮用水源样品中的草甘膦含量,样品加标回收率为99%-108%。本方法的建立可为饮用水中草甘膦的现场快速检测提供了新技术。(4)海产品中河豚毒素的快速可视化检测方法的研究。以金标抗TTX抗体为探针,将TTX-BSA(检测线)和羊抗鼠IgG(质控线)分别包被在硝酸纤维膜上,研制了间接竞争胶体金免疫层析快速可视化检测TTX的试纸条。对TTX胶体金免疫层析试纸条的组装材料和条件进行了优化,制备了 TTX胶体免疫层析试纸。该试纸条的检测限可达20 ng·mL-1,对海产中常见的贝类毒素没有交叉反应,而且试纸条在4℃冷藏条件下保存1个月以上其灵敏度和显色效果基本不变,说明我们所制备的TTX快速检测试纸条具有良好的特异性和稳定性。将该试纸条用于常见贝类中的TTX毒素检测,在5-10 min内可显示结果。本试纸条的研制可为海产品中的河豚毒素的可视化现场快速检测提供了一种新方法。(5)水发食品中过氧化氢(H2O2)的快速比色检测方法的研究。H2O2能够氧化Au@Ag核壳结构纳米棒表面的银壳层,引起金纳米棒表面等离子共振吸收峰发生位移,产生多种颜色的变化。所建立的方法具有多种颜色的变化,分辨率高。该方法的检测范围在0-100μM,检测限(LOD)为3.2μM,定量检测限(LOQ)为9.9μM。采用该方法对鸡爪模拟样品中的过氧化氢进行检测,与KMnO4法相比,误差小于-10%,回收率90%。在此基础上我们还设计了过氧化氢可视化快速检测的便携式凝胶测试管,该凝胶测试管在4℃和室温下稳定性良好。该方法可为水发食品中的过氧化氢现场快速检测提供一种多颜色、高分辨率的可视化检测手段。
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