论文部分内容阅读
食品安全风险因子是能严重威胁食品安全和消费者身体健康的生物或化学因子,其中由微生物及其繁衍产生的毒素引起的食源性疾病的爆发严重影响社会发展,近年来受到广泛关注。常见的食源性细菌如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)、沙门氏菌等广泛存在于动物性食品如奶、蛋、肉中,极易引起多种感染性疾病如皮肤化脓、肠胃炎、肺炎等,严重的甚至会发展为败血症危及生命。传统检测细菌的方法存在操作繁琐、耗时费力的缺点,而现有的快速检测的手段往往只对某一种细菌进行检测。但污染样品中往往不止一种细菌污染,因此开发一种通用的、快速的检测多种细菌的方法对于食品安全的有效监测尤为重要。赭曲霉素A(Ochratoxin A,OTA)是由真菌产生的次级代谢物,分布范围广,严重污染谷物、豆类、坚果等农产品,毒性强,被认定为二级致癌物质,具有肾毒性、神经毒性、免疫毒性等。然而传统的检测OTA的方法为仪器法,往往前处理时间较长,且需要昂贵的仪器和专业人员,因此构建能够快速、灵敏、低成本地检测粮食中的OTA的分析策略,对于保障粮食安全和减少食源性疾病的发生具有重要意义。因此,本文选取了几种细菌和OTA作为食品中常见的风险因子做研究。纳米金(Goldnanoparticles,AuNPs)易于合成,且具有独特的光学性质和高比表面积,因此作为热门的纳米材料被广泛应用于构建生物传感器。共振能量转移(Resonance energy transfer,RET)是指能量供受体在距离小于10 nm时一种能量传递的现象,常见的能量供体有荧光染料、量子点和化学发光试剂等。AuNPs具有宽吸收光谱的特性,因此是共振能量转移传感器中良好的能量受体,本文利用AuNPs为淬灭子分别构建了荧光共振能量转移(Forster resonance energy transfer,FRET)和化学发光共振能量转移(Chemiluminescence resonance energy transfer,CRET)传感器,通过靶标物质存在与否控制RET传感器的“开”或“关”,进而实现靶标物质的定量分析。第一部分:基于异硫氰酸荧光素标记的溶菌酶(Fluorescein isothiocyanate-labeled lysozyme,FITC-Lys)和正电AuNPs构建FRET传感器检测食品中多种细菌的技术研究通过FITC-Lys和聚乙烯亚胺修饰的正电纳米金(polyethylenimine modified positively charged gold nanoparticle,PEI-AuNPs)与细菌结合,构建了一个荧光共振能量转移(FRET)的传感器用于多种细菌检测。采用水热法合成了 PEI-AuNPs,通过紫外光谱、透射电镜、激光粒度仪等对PEI-AuNPs进行了表征。结果表明,PEI-AuNPs在526.5 nm处有最大紫外吸收,直径约为9.6 nm,荷正电。待检样本中存在细菌时,荷正电的FITC-Lys(能量供体)通过与细胞壁肽聚糖的识别作用和静电作用与细菌结合,荷正电的PEI-AuNPs(能量受体)也通过静电作用与细菌结合,使能量供体和受体之间的距离缩短,荧光猝灭,显示出低荧光强度的FRET“开”的信号读出模式。该方法可对10种细菌(如S.aureus,S.pneumoniae,E.faecalis,S.epidermidis,L.monocytogenes,E.coli,S.typhimurium,S.paratyphoid A,V.parahaemolyticus和P.aeruginosa)进行检测。以S.aureus为模型菌,通过优化得到了最佳实验参数:FITC-Lys浓度为70 μg/mL、AuNPs浓度为4 nM、第一次孵育时间和第二次孵育时间分别为60 min和120 min。S.aureus的浓度与荧光强度变化值在104~109 cfu/mL范围内成正比,该方法的检测限(Limit of detection,LOD)为1.43×103 cfu/mL。将该方法应用于实际样本牛奶和果汁中,回收率在99.60%~103.49%范围内,变异系数为1.38%~6.44%。第二部分:核酸切口酶信号放大构建CRET传感器检测食品中赭曲霉素A的技术研究在本工作中利用了核酸切口酶特异性识别双链DNA中特定的位点,且只剪切其中一条DNA链的特性,构建了一个可循环放大的CRET传感器用于检测OTA。首先,合成了 13 nm的AuNPs,通过冷冻法将巯基修饰的Capture DNA通过Au-S键修饰在AuNPs表面,另一端修饰的Biotin与Strepavidin修饰的HRP特异性结合得到信号探针AuNPs-Capture DNA-HRP,由于HRP与AuNPs距离较近,会发生CRET现象。当OTA存在时,OTA竞争结合其aptamer序列,释放出与之互补配对的cDNA序列。cDNA序列随之与信号探针AuNPs-Capture DNA-HRP中的Capture DNA序列互补配对,形成具有切口酶Nb.BbvCI识别位点的dsDNA,激活其对Capture DNA的切割,并释放出cDNA进入下一轮循环,拉远HRP与AuNPs的距离,使CRET被破坏,并产生大量化学发光,化学发光信号的变化强度与OTA浓度成正比。随后通过优化得到传感器的最佳实验参数为:化学发光底物浓度(H2O2和Luminol)分别为0.5 M和4mM、aptamer与cDNA杂交和OTA竞争结合aptamer的孵育时间分别为20 min和30 min、信号探针(AuNPs-Capture DNA-HRP)浓度为3 nM、酶切浓度为10 U、酶切时间为90 min。在最佳优化条件下,该方法的线性范围为5~40 nM,LOD低至2.75 nM(1.1 μg、kg),远低于国标规定的谷物食品中OTA的最大残留限量(Maximum residuelimit,MRL)12.41 nM(5.0μg/kg)。将该方法应用于食品样本糯米中,添加LOD、2LOD、4LOD和MRL的OTA验证该方法的准确性,回收率77.85%~105.46%之间,变异系数在8.14%~17.12%之间变化。