磁性纳米酶显色技术在食品安全检测中的应用

当前中国经济正在飞速发展，我国食品工业化的程度也越来越高，食品安全问题受到了越来越多的重视。随着食品安全监管工作的进一步落实，与食品安全相关的社会公共事件发生频次呈现降低趋势。随着社会公共群体生活质量与水平的提升，市场内售卖的食品种类越来越多，一定程度上促进了相关行业的发展，但随之而来的食品安全问题也越发显著[1-2]。传统的食品安全检测方法已难以适应当前的社会发展状况，为给人们提供一个安全、卫生的食品购买环境，应加大对现代化检测技术、高科技检测仪器的投入与研发[3-6]。本文将结合产业链发展需要，综合现有的研究成果，引进磁性纳米酶显色技术，设计一种全新的食品安全检测方法。磁性纳米酶具有耐酸碱、易置备、活性可控、稳定性强等优势。该技术利用磁性纳米酶所具备的类过氧化物酶性质，在显色底物的存在下，对目标物进行灵敏快速的检测，其结果直观。本文对检测样本进行前期处理，再利用磁性纳米显色技术，对检测样本中的重金属汞的残留和食品性致病菌进行检测并分析。通过此种方式，提高检测效率，保障消费者购买食品的安全性与可靠性。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

牛奶，当地商场购买；硫酸亚铁、氯化铁、氢氧化钠、无水乙醇、甲醇、氰化钠、氯化钾、硝酸钠、硫酸钾、葡萄糖、硫酸钙、尿酸、过氧化氢和浓硫酸，均由国药集团化学试剂有限公司提供，属于分析纯类物质。

HH.CP-T1.0型号恒温培养箱、BS-210S电子天平、REVCO低温冰箱、JB-3型号恒温磁力搅拌器、UV-2510PC紫外分光光度计、取液器等。

1.2 检测样本前期处理

取2.0 mL牛奶放入离心管中，并按照规定依次加入1.0 mL的乙腈、1.0 mL的三氯乙酸溶液（浓度为10%）以及7.0 mL的蒸馏水，混合均匀后放入超声仪器中，进行持续15 min的振荡处理[7]。再将振荡后的试剂放入离心机中，在2 500 r·min-1的条件下离心10 min。将离心后的上清液作为本次安全监测的样本。按照上述操作，完成两组检测样本的制备，其中1号上清液检测样本用于对其中汞残留的检测；2号上清液检测样本用于对其中食品性致病菌物质的检测。

1.3 磁性纳米酶显色技术检测过程

1.3.1 食品中汞残留检测

工业排放物中有较多的重金属离子，不仅会污染生态环境，还易富集于动植物体中，最后再通过食物链进入人体，给人体健康造成严重的危害。由于汞在自然界中广泛存在，故本文以重金属中的汞为例，对食品样本进行检测。针对食品当中重金属汞的检测，选用Fe3O4NPs-H2O2-OPD比色传感器进行检测[8]。在不同的pH条件下，Fe3O4NPs会表现出不同的类天然酶性质。当pH＜5时，Fe3O4NPs会表现出类过氧化物酶的性质，若溶液中含有过氧化氢，则Fe3O4NPs可以催化过氧化氢，使其产生羟基自由基，生成的羟基自由基会对原底物产生氧化反应，进而使其变色。利用原底物的颜色变化，可以通过肉眼直接观察，由此实现磁性纳米显色技术的检测。若检测样本中不含重金属汞，则在Fe3O4NPs催化活性的作用下，表达修饰的适配体会受到抑制，进而使显色反应受到抑制，样本本身的颜色不会发生改变[9]；若检测样本中含有重金属汞，则样本中的适配体会与重金属汞发生特异性反应，并逐渐脱离Fe3O4NPs纳米表面，使纳米酶的活性逐渐恢复，进而使显色反应继续进行。在传感器检测的过程中，整个检测时间持续30～40 min，通过肉眼可直观地观测到样本溶液颜色上的变化。以此实现对样本中重金属汞浓度的检测。

1.3.2 食品性致病菌检测

食品性致病菌主要是指在食品的生产、加工和流通等过程中，引入食物中的致病菌。常见的食品性致病菌有致病性大肠杆菌、沙门氏菌属、霍乱弧菌和金黄色葡萄球菌等。随着国际贸易规模的扩大，食品作为载体，可能会传播各种食品性致病菌，由此会增加某些食源性疾病暴发的可能性及危险性。基于食品性致病菌在结构和性质上的约束条件，引入磁性纳米酶显色技术对上述制备的样本中含有的食品性致病菌进行检测。在选择传感器时，选用Fe3O4NPs-适配体-H2O2-TMB类型的比色传感器，实现对检测样本中金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等食品性致病菌进行检测。在完成检测后，记录磁性纳米酶显色技术对不同食品性致病菌检测的检出限。在实验过程中，不仅需要研究磁性纳米酶显色技术对检测样本中食品性致病菌检测可行性的检验，还需要对不同浓度体外诊断试剂（Tetramethylbenzidine，TMB），对磁性纳米酶粒子催化活性的影响程度进行检测。在检测的过程中，记录TMB浓度对磁性纳米酶粒子催化活性的影响。在检测过程中，设置TMB浓度变化范围在2.0～12.0 mmol·L-1。在这一过程中，针对磁性纳米酶粒子催化活性进行测定，分析磁性纳米酶粒子催化活性在TMB浓度变化下受到的影响。

2 结果与分析

2.1 汞残留检测结果分析

对检测样本进行磁性纳米酶显色检测，先对检测样本中的汞残留量进行检测，利用灰度值判断其显色反应的程度。灰度值越高，显色变化越明显，颜色越深；反之，灰度值越低，显色变化越不明显，颜色越浅。由图1知，随着灰度值的增加，Hg浓度也随之增加，且基本呈现出线性关系，说明检测样本中含有重金属汞，能够随着纳米酶活性的逐渐恢复，使显色反应继续进行。由此可知，检测样本中的汞残留浓度与灰度值成正比，运用本文方法实现了对于样本中重金属汞浓度的检测。

图1 检测样本中汞浓度含量检测结果图

2.2 食品性致病菌检测结果

引入磁性纳米酶技术检测样本中的食品性致病菌，并记录其检出限。由表1知，利用磁性纳米酶显色技术可以实现对食品中不同食品性致病菌的检测。在此基础上，研究不同TMB浓度对磁性纳米酶粒子催化活性的影响，结果见表2。随着TMB浓度的增大，磁性纳米酶粒子的催化活性呈现出先增大后减小的趋势，且最终的催化活性远低于初始时的催化活性。当TMB浓度为6.0 mmol·L-1时，磁性纳米酶粒子催化活性达到最大，为95.25%，此结果表明，在实际对食品当中食品性致病菌进行检测时，应尽可能确保TMB的浓度为6.0 mmol·L-1，以此使磁性纳米酶粒子催化活性达到最大，得到更加准确的检测结果。

表1 不同食品性致病菌检测检出限记录表

表2 TMB浓度变化对磁性纳米酶粒子催化活性的影响表

3 结论

磁性纳米显色技术在食品安全检测过程中的应用越来越广泛，能够在保证检测结果准确的前提下，大大缩短检测时间，并提高检测灵敏度。为提高食品安全检测的有效性，本文使用磁性纳米酶显色技术对食品安全检测方法展开研究。对检测样本中的重金属汞残留进行检测，发现检测样本中含有重金属汞，在纳米酶恢复活性的过程中，使磁性纳米酶显色技术的显色反应继续发生。利用磁性纳米酶显色技术对食品中不同食品性致病菌进行检测，发现TMB浓度越高，则对磁性纳米酶粒子催化活性越强，但在浓度达到6.0 mmol·L-1时活性最强，此后加速减小，因此应尽可能控制TMB浓度为6.0 mmol·L-1。目前，磁性纳米酶显色技术虽然在食品安全检测中取得了一定的成果，但仍局限于常见危害物，未能扩展其应用范围。未来磁性纳米酶显色技术还将向着灵敏化、标准化和便携化的方向发展，为食品安全检测提供更有力的技术条件。