分子印迹固相萃取技术在食品及饲料安全检测中的应用

分子印迹技术(molecular imprinting technology, MIT)是制作能够与某一特定分子(模板分子)具有特异性结合的一项技术。制备得到的不带有模板分子的聚合物称为分子印迹聚合物(MIPs)。分子印迹技术起源于20世纪40年代,由美国化学家L.Pauling提出了现代分子印迹的初期构想-“抗体形成”。1972年首次由德国科学家采用共价法合成了MIPs,限于当时的条件,合成出的MIPs具有不少的缺陷。此后几十年分子印迹技术都在缓慢的发展中。近几年分子印迹得到了快速发展,主要因为分子印迹具有高度选择性、可反复使用、耐苛刻条件、简化处理、制作简单等优点。对于食品及饲料这样的具有复杂基体的物质在前处理上更能够体现分子印迹的优势,在样品前处理过程中对指定的几种物质予以保留,处理效果比传统固相萃取好。

分子印迹固相萃取(MISPE)指MIPs作为SPE的吸附剂,它可以弥补普通吸附剂选择性差的不足而且要比免疫吸附剂的稳定性好,还可以重复使用,使痕量被分析物在复杂样品得到中分离富集。胡静 对食品中三唑类杀菌剂残留分析技术研究过程中将分子印迹固相萃取柱、硅胶柱、阳离子交换树脂柱进行了性能比对,结果发现分子印迹固相萃取处理的结果要大大优于另外两种柱子。分子印迹在食品及饲料中应用主要是作为一种前处理手段,以分离出目标添加物。食品及饲料中可能存在的被检物质有毒素、工业色素、化学杀菌剂、其他违法添加物等。


一、 MISPE应用于真菌毒素分离

真菌毒素是真菌在食品或饲料中生长所产生的代谢产物,对人类和动物都有害。这种产毒真菌主要是霉菌,如曲霉、青霉、镰刀霉、链格孢霉、棒孢霉等。食品及饲料一旦被这些毒素污染,食用的人或动物就会中毒,其中一些毒素能够诱导基因突变和致癌,而有些则会攻击某些器官。所以相关毒素的检测显得尤为重要。一些学者以真菌毒素为模板合成分子印迹聚合物做了相关方面的研究。

于学雷以棒曲霉素结构类似物2-羟基烟酸为虚拟模板分子,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸、4-乙烯基吡啶、三氟甲基丙烯酸为作用单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,乙腈为致孔剂,制作得到了分子印迹聚合物。在进行固相萃取时优化了实验条件,并验证了分子印迹固相萃取柱优于传统柱,其加标回收率可达93.73%-97.62%。

Serheeeve等以黄曲霉毒素为模板,丙烯胺、二乙胺基乙基丙烯酸甲酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为功能单体,用得到的分子印迹聚合物处理样品得到了很好的效果。

从众多学者的研究发现分子印迹技术在对目标毒素的分离富集方面有着优越的性能,能够将目标毒素特异性吸附,为进一步的检测奠定了基础。


二、MISPE应用于食品及饲料中工业色素的分离

食用色素是色素的一种,即能被人适量食用的,又可使食物在一定程度上改变原有颜色的食品添加剂。食用色素分为天然和人工合成两种。我们国家对人工合成的色素进行了严格的限制。工业色素是用于纺织品、皮革制品及木制品的染色物质,因价格便宜、着色力强、稳定性好,被不法商贩用于食品的染色。我国在过去几年相继发生了红心鸭蛋、染色馒头等食品安全事件。现在学者们对于工业色素应用于食品及饲料中的检测主要集中于新的合成方式 。

Baggiani等以氯-苏丹为模板物质采用悬浮聚合法合成印迹聚合物,利用此印迹聚合物对苏丹红1号进行分离富集。

赫春香等以日落黄为模板分子,邻氨基酚为功能单体,用印迹聚合物处理样品,该方法回收率为95%-108%,为饮料中日落黄的选择性分析提供了新的方法。

张朝晖等以苏丹红I为模板分子,苯基-三甲基硅烷为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,采用表面分子印迹技术制作印迹聚合物,实验测试了聚合物的选择吸附性能,对样品处理的回收率可达86%。

分子印迹技术由于对目标物特异性吸附,所以它相比较传统的液液萃取等技术要有很大的优势,这种优势主要体现在特异性强、分离效果好等。而在色素分离中它能有效地区分目标色素与非目标色素,且在复杂基质环境中它能够很好的达到较高回收率。


三、 MISPE应用于食品及饲料中三聚氰胺分离

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,被用作化工原料,而三鹿事件爆出三聚氰胺被添加于原料奶中,以增加原料乳的含氮量。长期食用含有三聚氰胺的食品或饲料会导致婴幼儿或动物相关脏器受到损坏甚至导致死亡。经过三鹿事件后三聚氰胺的检测研究备受关注和重视,而分子印迹作为一种新型技术也被利用,以分离检测三聚氰胺。

胡静用分子印迹技术制作了对三聚氰胺具有特异性选择的固相萃取柱,并对柱子的性能、作用机理、结合性能等方面做了详细的研究。其加标回收率可达到90.8%。

程键琳等对以α-甲基丙烯酸和丙烯酰胺为功能单体的两种分子印迹聚合物的性能及作用原理进行了研究。对奶粉和液态奶提取液的加标回收率分别为90.4%-95.8%和91.5%-92.7%。

对于食品中违法添加物的分离富集如果采用传统技术将是一个复杂的过程,而分子印迹固相萃取技术恰恰有效地改变了前处理的复杂情况,大大简化了样品处理的过程。

四、 MISPE应用于食品及饲料中化学杀菌剂分离

用于作物种植过程中的化学杀菌剂主要有三唑类、三嗪类等杀菌剂,他们对于人体和动物体内分泌有不良的干扰作用。这些物质主要导致:(1)损害神经系统;(2)机体的生殖机能下降或异常现象;(3)降低生物体的免疫能力并诱发肿瘤。分子印迹技术用于化学杀菌剂的相关报道较多,都围绕于新的模板物质及分离效果的研究。

吴文镶以三唑醇和腈菌唑分别为模板分子合成了对这两种物质具有特意选择性的分子印迹聚合物,并研究了成键的类型、分离效果等。研究结果进一步验证了分子印迹聚合物的优越性能。

吴文镶等以三唑酮为模板合成了分子印迹聚合物,并对农作物中的三唑酮进行分析检测,重点研究了印迹聚合物的结合形式、以及对目标物的识别能力。实验结果表明对样品的选择富集效果很好。

胡麦玲以戊唑醇为模板合成印迹聚合物,对聚合物的合成方法、性能等进行了全面的评价。对样品进行处理时,其回收率在80.1%-101.27%。结果表明亲和性显著、选择性明显。

现代农业技术中农药的使用是必不可少的,而带来的危害也不可小视,而分子印迹固相萃取技术为农残分离检测的研究带来了新的手段,而且诸多研究结果表明,分子印迹技术用于农残检测能获得令人满意的结果,与普通固相萃取方法相比回收率高,分离效果好。

五、 MISPE应用于食品及饲料中防腐剂分离

防腐剂是指天然或合成的化学成分,用于加入食品、饲料等中,以延迟微生物生长或化学变化引起的腐败。防腐剂的合理使用对人体健康不会造成危害,而使用量超标则会对人体健康造成一定危害。

王会枝等[36]以对羟基苯甲酸为模板分子,采用本体聚合方法合成印迹聚合物,将聚合物用于对酱油中苯甲酸的分离富集。这种方法的回收率在98.46%-106.10%,且该处理样品方法简单高效、选择性好、灵敏度高。

目前,关于食品或饲料中防腐剂的检测采用分子印迹技术处理样品的报道较少。针于这种情况,应该深入研究开发新的模板物质、功能单体等,以拓展分子印迹技术的应用。

作者:刘博

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