基于CeO2纳米模拟酶的食品比色新方法研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w_mz2007
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天然酶作为一种生物催化剂,能够快速、高效地催化各种生理生化反应,与食品的加工、食品组分的分析与检测等诸多方面息息相关,例如酶可以改善食品的质构、颜色、风味等,从而提高产品的质量;酶生物传感器可应用于食品的鲜度分析、食品添加剂的检测,该方法灵敏、高效、耗时短。但是酶来源少、成本高、易失活等特点限制了其在食品领域更为广泛的应用。纳米模拟酶具有易合成、成本低、性能稳定等优点,拥有良好的酶催化活性同时又兼备纳米材料的尺寸效应与比表面效应,有效弥补了天然酶的缺陷,在食品分析方法研究方面具有很好的发展潜力与应用价值。纳米二氧化铈中氧空位的存在使得其可以快速吸收和释放氧及Ce3+与Ce4+可以快速地相互转化,其成为了性能优异的纳米模拟酶代表。但传统的纳米二氧化铈具有分散性差、易聚沉等缺陷,限制了它在食品分析领域中的应用。本论文旨在通过功能基团葡聚糖的保护,合成CeO2纳米模拟酶。该种材料具有良好的分散性、稳定性及优异的酶催化活性。基于CeO2纳米模拟酶的模拟酶活性,建立一种葡萄糖的比色检测新方法,同时建立了一种评估抗氧化剂抗氧化能力的新方法,拓宽了纳米二氧化铈在食品分析领域的应用,获得的主要研究结果如下:1、水热合成法成功合成了一种CeO2纳米模拟酶(CeO2 NPs)。通过紫外-可见分光光度计(UV-vis spectroscopy,UV-Vis)、X射线电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、傅立叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FT-IR)等表征手段,验证了CeO2 NPs成功合成。同时,通过热重分析(Thermal Gravity Analysis,TG)进行了热稳定性表征。通过高分辨透射电子显微镜(High resolution transmission electron microscopy,HRTEM)与动态光散射(Dynamic light scattering,DLS)对其进行了大小与形貌的表征,得出该种材料分散性良好,形貌均一,粒径范围在3-6 nm左右。2、研究表明,低浓度过氧化氢(H2O2)可以抑制CeO2纳米模拟酶的活性,高浓度的H2O2可以增强其活性。以此为根据,建立了一种基于CeO2纳米模拟酶的葡萄糖比色分析检测新方法。通过一系列优化试验,确定了葡萄糖检测的最佳条件。其分别为:最佳pH值为4.0,温度为45℃,最适反应时间为180 s,确定了3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)的最佳反应浓度为48μg/mL。试验得知CeO2 NPs的催化过程符合米氏方程,确定了其催化TMB显色的米氏常数Km。该材料的pH稳定性和温度耐受性均好于HRP。该方法检测葡萄糖的线性范围为6-75μM,检测限为2.5μM。该方法应用于血清中葡萄糖检测的加标回收率为99.7%-101.2%,相对标准偏差为1.5%-3.3%,表明该方法可以用于实际样本中的葡萄糖检测。3、建立了一种基于CeO2纳米模拟酶的抗氧化剂抗氧化能力评估新方法。CeO2 NPs可以催化氧化2,2’-连氮基-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)产生自由基,并且发生显色反应,产物在405 nm处具有特征吸收峰。抗氧化剂可以清除产生的自由基,使其颜色减弱或完全消除,同时在405 nm处的紫外吸收减小或消失。该方法具有成本低、操作简单、耗时短、稳定高效等优点,可以作为一种新的分析方法用于评估抗氧化剂抗氧化能力。
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