◎ 童晶晶，李玉蘭，劉雪梅，白雨濛，關(guān)彥俊，武小暉，宋 凱

（長春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130032）

隨著食品安全問題的日益增多，人們的食品安全意識逐漸增強(qiáng)。食品安全檢測作為保障食品安全的基礎(chǔ)工作，其重要性和必要性顯得尤為突出。傳統(tǒng)的食品檢測中，一般采用氣相色譜法、高效液相色譜法[1]、原子吸收光譜法、生物化學(xué)傳感器[2]、PCR、基因芯片[3]等技術(shù)，這些方法普遍操作繁瑣、價格昂貴或者靈敏度差，易受環(huán)境影響。近年來，隨著納米科技的快速發(fā)展，金納米材料的食品分析成為了一種操作簡便、反應(yīng)快速、靈敏度和準(zhǔn)確度都更高的檢測技術(shù)，已經(jīng)被許多研究者運(yùn)用于食品的成分分析，并獲得了顯著的成效。本文以食品檢測中的金納米材料為對象，總結(jié)了影響其檢測效果的各種因素。

1 金納米材料的性質(zhì)

金納米材料是指直徑在1～100 nm，具有高電子密度、介電特性和催化作用的金的微小顆粒[4]，它能與多種生物大分子結(jié)合，具有較強(qiáng)的吸附特性且不影響正常的生物活性，可用于多種酶活性的檢測。同時，金納米材料也具有良好生物相容性，在食品檢測時容易和生物分子結(jié)合。除此之外，獨(dú)特的熒光和電學(xué)特性是金納米材料用于食品檢測的主要依據(jù)，根據(jù)相應(yīng)金納米材料的發(fā)射或吸收波長的不同能夠?qū)κ称分械哪承┏煞诌M(jìn)行定量和定性的分析。當(dāng)這些材料粒徑足夠小時，就會具有量子尺寸效應(yīng)，表現(xiàn)出活潑的光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)和催化等性質(zhì)。非常典型的應(yīng)用是膠體金納米顆粒表面等離子共振導(dǎo)致的在520 nm處有強(qiáng)烈的特征吸收峰，并且隨著離子尺寸的增加或離子間距的減小發(fā)生紅移[5]；其中金納米簇這種材料當(dāng)粒徑接近于費(fèi)米波長時，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的熒光特性。目前，金納米材料對環(huán)境的較高靈敏性在醫(yī)學(xué)診斷及食品檢測領(lǐng)域也已經(jīng)得到了學(xué)者們的廣泛專注[6]，并且逐漸應(yīng)用于實(shí)際的生活中。

2 金納米材料技術(shù)在食品檢測中靈敏度的影響因素

隨著金納米材料技術(shù)不斷發(fā)展，如何有效地利用該技術(shù)進(jìn)行高效便捷的檢測，成為了越來越多學(xué)者研究的方向。大量實(shí)驗證明，在食品檢測時，環(huán)境的pH、溫度、金納米材料的濃度、與檢測物的反應(yīng)時間、激發(fā)波長、納米材料表面修飾物濃度等都對檢測的效果產(chǎn)生明顯的影響，因此優(yōu)化適宜檢測條件是得到準(zhǔn)確檢測結(jié)果的關(guān)鍵。

2.1 環(huán)境pH對食品檢測效果的影響

環(huán)境pH的變化會帶來金納米材料光學(xué)性能和催化性能的改變[7]。李偉等[8]在進(jìn)行蛋白酶檢測的研究時，發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，合成的金納米顆粒隨著pH的升高，它的熒光會發(fā)生紅移，在堿性條件下合成的金納米顆粒隨著pH的降低，金納米材料的熒光強(qiáng)度會降低。王瑞鑫等[9]采用電化學(xué)的方式檢測黃曲霉毒素B1，實(shí)驗結(jié)果表明，檢測物溶液酸度過高或者過低都會降低峰電流的大小，只有在pH為7時，檢測到的峰電流最大。鄒小波等[10]在利用金納米材料作催化劑檢測農(nóng)藥樂果時，考察了pH對催化效果的影響，通過吸光度的變化，確定了pH的最佳數(shù)值為4.0。

2.2 環(huán)境溫度對食品檢測效果的影響

環(huán)境溫度作為一個重要的熱力學(xué)條件，對各種化學(xué)、生物反應(yīng)都起到了不可忽視的作用[11]。一般來說，溫度越高，反應(yīng)速率會越快，但同時，隨著溫度的升高，反應(yīng)體系中的某些活性成分會遭到破壞，所以合適的反應(yīng)溫度是實(shí)驗過程中重要的環(huán)節(jié)。李燕萍等[12]在進(jìn)行金納米材料比色檢測還原糖的試驗時，對反應(yīng)溫度進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度在70 ℃左右時，反應(yīng)速率最快且反應(yīng)體系也較穩(wěn)定。蘇榮欣等[13]在利用蛋白酶包覆的金納米簇去檢測堿性蛋白酶時，發(fā)現(xiàn)在堿性蛋白酶的最適溫度下，熒光信號會隨著溫度的升高逐漸增強(qiáng)，最終確定實(shí)驗的最佳溫度為40 ℃。邱建敏等[14]對金納米材料檢測時的孵育溫度進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)置的溫度是當(dāng)睪酮樣品與空白樣品吸光度比值最大時的溫度25 ℃。付夢玉等[15]在用適配體去識別腸毒素大腸桿菌K88時對最佳反應(yīng)溫度進(jìn)行了選擇，得到40 ℃的反應(yīng)溫度，吸光度最大且最穩(wěn)定。

2.3 金納米材料的濃度對食品檢測效果的影響

在利用金納米材料技術(shù)檢測食品成分時，金納米材料本身的濃度會對檢測結(jié)果帶來一定的影響。有研究表明，在利用金納米材料作催化劑檢測葡萄糖濃度時，隨著金納米材料濃度的改變，葡萄糖溶液的吸光度會出現(xiàn)一個最高點(diǎn)，即最適金納米材料濃度[16]。胡米雪等[17]在檢測頭孢氨芐含量時，先對檢測的條件進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)氯金酸的用量將會影響吸光度的強(qiáng)弱，并且確定了950 μL氯金酸的體積。付榮鵬[18]對金納米材料的光熱效應(yīng)和光電效應(yīng)進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)金納米材料的濃度直接影響了溶液吸收入射光的能力，較低的金納米材料濃度會得到高的光電效率。王金璽等[19]測定茶多酚時，確定了金納米材料的濃度為3.85×10-6mol·L-1為最優(yōu)反應(yīng)條件。

2.4 反應(yīng)時間對食品檢測效果的影響

一般利用金納米材料技術(shù)進(jìn)行食品成分檢測時，金納米材料良好的熒光特性是其檢測的根據(jù)，而金納米材料的熒光強(qiáng)度會隨著時間的改變而發(fā)生改變[20]，所以確定熒光強(qiáng)度最高對應(yīng)反應(yīng)時間是食品檢測過程中重要的一步。在蘇榮欣等[13]的研究中，堿性蛋白酶與金納米材料的反應(yīng)時間為180 min。李燕萍等[12]在進(jìn)行還原糖的檢測時，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗反應(yīng)時間在10 min時，金納米材料溶液的吸光度值不再發(fā)生顯著變化且達(dá)到較高值。李梓維等[21]為了確定銅離子檢測中的最佳反應(yīng)時間，每隔1 min就進(jìn)行一次吸收光譜的檢測，最終確定30 min為最佳的反應(yīng)時間。程慧等[22]在檢測食品中黃曲霉毒素B1時，發(fā)現(xiàn)孕育時間的不同，也會影響后期金納米探針對于食品成分的檢測，故實(shí)驗確定了孕育時間為50 min。除此之外，也有實(shí)驗表明作為催化劑的金納米材料也有最佳反應(yīng)時間，反應(yīng)效率呈時間依賴性。

2.5 激發(fā)波長對食品檢測效果的影響

金納米材料只有在最合適的激發(fā)波長下才能發(fā)射出較長的發(fā)射波長，從而表現(xiàn)出最大吸收峰。研究發(fā)現(xiàn)，金納米材料與銀納米材料在合適條件下都具有較強(qiáng)的熒光特性，李康輝等[23]在進(jìn)行生物成像的研究時，對金銀合金材料施加不同的激發(fā)波長，并收集到了不同的發(fā)射波長，驗證了金銀合金材料豐富的非線性光學(xué)特性。付田等[24]在檢測牛乳當(dāng)中的雌二醇的實(shí)驗中，對金納米材料的吸收光譜進(jìn)行了一個400～750 nm的掃描，得到納米金材料在523 nm下具有最大吸收峰。王勁松[25]在利用金納米材料檢測牙周細(xì)菌的時候，選用了631 nm的激光。衛(wèi)曉丹等[26]借助納米金材料在785 nm的激發(fā)波長對2,4-二氯苯氧乙酸進(jìn)行檢測。

2.6 金納米材料表面修飾物濃度對食品檢測效果的影響

金納米材料的檢測過程往往是通過間接的方式，在金納米材料的表面進(jìn)行修飾，并與檢測物進(jìn)行反應(yīng)，從而反映出檢測物是否存在或者檢測物的量。許宙等[27]就半胱氨酸修飾的金納米材料對重金屬鉛進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)半胱氨酸的濃度影響了檢測體系的靈敏性，于是經(jīng)過實(shí)驗的優(yōu)化，得到半胱氨酸的實(shí)驗濃度為50 nmol·L-1。黨珍珍等[28]在對甲巰咪唑檢測研究時，對修飾金納米材料的羅丹明B和金納米材料的比例進(jìn)行了優(yōu)化，最終得出結(jié)果，金納米材料與等體積的1×10-5mol·L-1的羅丹明B混合，稀釋到原體積的10倍之后是最佳實(shí)驗條件。

3 展望

金納米材料檢測技術(shù)作為一種新型的食品分析方法，目前大多數(shù)檢測方案都只能停留在實(shí)驗室階段，這說明整個操作的過程還不夠穩(wěn)定，比較不成熟，而主要原因是金納米材料的制備條件依然比較嚴(yán)格，檢測過程也無法離開大型儀器的使用，所以金納米材料的檢測應(yīng)用依舊比較局限。隨著金納米材料制備的方案不斷改進(jìn)，檢測的技術(shù)不斷簡化，在離開實(shí)驗室大型儀器的條件下，可以采用輕巧、簡便的儀器就能進(jìn)行檢測，是需要不斷改善的地方。同時，現(xiàn)在許多成分在進(jìn)行檢測時，都需要專門地針對特定物質(zhì)，找到合適的實(shí)驗方法以及試劑進(jìn)行檢測。但實(shí)際生活中，有大量的物質(zhì)目前是無法預(yù)測的，這就迫切需要找到一種高效的通用性強(qiáng)的檢測方法，不但能夠?qū)κ称分心愁愇镔|(zhì)進(jìn)行初步的確定，比如金屬、活性蛋白酶、有害致病菌、碳水化合物、脂肪等，而且在確定了大致的范圍之后，能夠準(zhǔn)確地檢測出該類物質(zhì)的具體成分及含量，這些在食品檢測中是十分必要的。因此，完善金納米材料技術(shù)檢測手段，擴(kuò)大檢測范圍以及簡化檢測設(shè)備是未來研究的方向。