金納米材料在食品檢測中的影響因素調查

◎ 童晶晶，李玉蘭，劉雪梅，白雨濛，關彥俊，武小暉，宋 凱

（長春師范大學生命科學學院，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。食品安全檢測作為保障食品安全的基礎工作，其重要性和必要性顯得尤為突出。傳統的食品檢測中，一般采用氣相色譜法、高效液相色譜法[1]、原子吸收光譜法、生物化學傳感器[2]、PCR、基因芯片[3]等技術，這些方法普遍操作繁瑣、價格昂貴或者靈敏度差，易受環境影響。近年來，隨著納米科技的快速發展，金納米材料的食品分析成為了一種操作簡便、反應快速、靈敏度和準確度都更高的檢測技術，已經被許多研究者運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，總結了影響其檢測效果的各種因素。

1 金納米材料的性質

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合，具有較強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合。除此之外，獨特的熒光和電學特性是金納米材料用于食品檢測的主要依據，根據相應金納米材料的發射或吸收波長的不同能夠對食品中的某些成分進行定量和定性的分析。當這些材料粒徑足夠小時，就會具有量子尺寸效應，表現出活潑的光學、電學、化學和催化等性質。非常典型的應用是膠體金納米顆粒表面等離子共振導致的在520 nm處有強烈的特征吸收峰，并且隨著離子尺寸的增加或離子間距的減小發生紅移[5]；其中金納米簇這種材料當粒徑接近于費米波長時，表現出強烈的熒光特性。目前，金納米材料對環境的較高靈敏性在醫學診斷及食品檢測領域也已經得到了學者們的廣泛專注[6]，并且逐漸應用于實際的生活中。

2 金納米材料技術在食品檢測中靈敏度的影響因素

隨著金納米材料技術不斷發展，如何有效地利用該技術進行高效便捷的檢測，成為了越來越多學者研究的方向。大量實驗證明，在食品檢測時，環境的pH、溫度、金納米材料的濃度、與檢測物的反應時間、激發波長、納米材料表面修飾物濃度等都對檢測的效果產生明顯的影響，因此優化適宜檢測條件是得到準確檢測結果的關鍵。

2.1 環境pH對食品檢測效果的影響

環境pH的變化會帶來金納米材料光學性能和催化性能的改變[7]。李偉等[8]在進行蛋白酶檢測的研究時，發現在酸性條件下，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度會降低。王瑞鑫等[9]采用電化學的方式檢測黃曲霉毒素B1，實驗結果表明，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的最佳數值為4.0。

2.2 環境溫度對食品檢測效果的影響

環境溫度作為一個重要的熱力學條件，對各種化學、生物反應都起到了不可忽視的作用[11]。一般來說，溫度越高，反應速率會越快，但同時，隨著溫度的升高，反應體系中的某些活性成分會遭到破壞，所以合適的反應溫度是實驗過程中重要的環節。李燕萍等[12]在進行金納米材料比色檢測還原糖的試驗時，對反應溫度進行了優化，結果表明，當反應溫度在70 ℃左右時，反應速率最快且反應體系也較穩定。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，發現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，最終確定實驗的最佳溫度為40 ℃。邱建敏等[14]對金納米材料檢測時的孵育溫度進行了優化，設置的溫度是當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時對最佳反應溫度進行了選擇，得到40 ℃的反應溫度，吸光度最大且最穩定。

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檢測食品成分時，金納米材料本身的濃度會對檢測結果帶來一定的影響。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一個最高點，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，先對檢測的條件進行了優化，發現氯金酸的用量將會影響吸光度的強弱，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和光電效應進行了考察，發現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為最優反應條件。

2.4 反應時間對食品檢測效果的影響

一般利用金納米材料技術進行食品成分檢測時，金納米材料良好的熒光特性是其檢測的根據，而金納米材料的熒光強度會隨著時間的改變而發生改變[20]，所以確定熒光強度最高對應反應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時間為180 min。李燕萍等[12]在進行還原糖的檢測時，發現實驗反應時間在10 min時，金納米材料溶液的吸光度值不再發生顯著變化且達到較高值。李梓維等[21]為了確定銅離子檢測中的最佳反應時間，每隔1 min就進行一次吸收光譜的檢測，最終確定30 min為最佳的反應時間。程慧等[22]在檢測食品中黃曲霉毒素B1時，發現孕育時間的不同，也會影響后期金納米探針對于食品成分的檢測，故實驗確定了孕育時間為50 min。除此之外，也有實驗表明作為催化劑的金納米材料也有最佳反應時間，反應效率呈時間依賴性。

2.5 激發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波長下才能發射出較長的發射波長，從而表現出最大吸收峰。研究發現，金納米材料與銀納米材料在合適條件下都具有較強的熒光特性，李康輝等[23]在進行生物成像的研究時，對金銀合金材料施加不同的激發波長，并收集到了不同的發射波長，驗證了金銀合金材料豐富的非線性光學特性。付田等[24]在檢測牛乳當中的雌二醇的實驗中，對金納米材料的吸收光譜進行了一個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菌的時候，選用了631 nm的激光。衛曉丹等[26]借助納米金材料在785 nm的激發波長對2,4-二氯苯氧乙酸進行檢測。

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行修飾，并與檢測物進行反應，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行檢測，發現半胱氨酸的濃度影響了檢測體系的靈敏性，于是經過實驗的優化，得到半胱氨酸的實驗濃度為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行了優化，最終得出結果，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倍之后是最佳實驗條件。

3 展望

金納米材料檢測技術作為一種新型的食品分析方法，目前大多數檢測方案都只能停留在實驗室階段，這說明整個操作的過程還不夠穩定，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用依舊比較局限。隨著金納米材料制備的方案不斷改進，檢測的技術不斷簡化，在離開實驗室大型儀器的條件下，可以采用輕巧、簡便的儀器就能進行檢測，是需要不斷改善的地方。同時，現在許多成分在進行檢測時，都需要專門地針對特定物質，找到合適的實驗方法以及試劑進行檢測。但實際生活中，有大量的物質目前是無法預測的，這就迫切需要找到一種高效的通用性強的檢測方法，不但能夠對食品中某類物質進行初步的確定，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，能夠準確地檢測出該類物質的具體成分及含量，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檢測手段，擴大檢測范圍以及簡化檢測設備是未來研究的方向。