金纳米材料在食品检测中的影响因素调查

◎ 童晶晶，李玉兰，刘雪梅，白雨濛，关彦俊，武小晖，宋 凯

（长春师范大学生命科学学院，吉林 长春 130032）

随着食品安全问题的日益增多，人们的食品安全意识逐渐增强。食品安全检测作为保障食品安全的基础工作，其重要性和必要性显得尤为突出。传统的食品检测中，一般采用气相色谱法、高效液相色谱法[1]、原子吸收光谱法、生物化学传感器[2]、PCR、基因芯片[3]等技术，这些方法普遍操作繁琐、价格昂贵或者灵敏度差，易受环境影响。近年来，随着纳米科技的快速发展，金纳米材料的食品分析成为了一种操作简便、反应快速、灵敏度和准确度都更高的检测技术，已经被许多研究者运用于食品的成分分析，并获得了显著的成效。本文以食品检测中的金纳米材料为对象，总结了影响其检测效果的各种因素。

1 金纳米材料的性质

金纳米材料是指直径在1～100 nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用的金的微小颗粒[4]，它能与多种生物大分子结合，具有较强的吸附特性且不影响正常的生物活性，可用于多种酶活性的检测。同时，金纳米材料也具有良好生物相容性，在食品检测时容易和生物分子结合。除此之外，独特的荧光和电学特性是金纳米材料用于食品检测的主要依据，根据相应金纳米材料的发射或吸收波长的不同能够对食品中的某些成分进行定量和定性的分析。当这些材料粒径足够小时，就会具有量子尺寸效应，表现出活泼的光学、电学、化学和催化等性质。非常典型的应用是胶体金纳米颗粒表面等离子共振导致的在520 nm处有强烈的特征吸收峰，并且随着离子尺寸的增加或离子间距的减小发生红移[5]；其中金纳米簇这种材料当粒径接近于费米波长时，表现出强烈的荧光特性。目前，金纳米材料对环境的较高灵敏性在医学诊断及食品检测领域也已经得到了学者们的广泛专注[6]，并且逐渐应用于实际的生活中。

2 金纳米材料技术在食品检测中灵敏度的影响因素

随着金纳米材料技术不断发展，如何有效地利用该技术进行高效便捷的检测，成为了越来越多学者研究的方向。大量实验证明，在食品检测时，环境的pH、温度、金纳米材料的浓度、与检测物的反应时间、激发波长、纳米材料表面修饰物浓度等都对检测的效果产生明显的影响，因此优化适宜检测条件是得到准确检测结果的关键。

2.1 环境pH对食品检测效果的影响

环境pH的变化会带来金纳米材料光学性能和催化性能的改变[7]。李伟等[8]在进行蛋白酶检测的研究时，发现在酸性条件下，合成的金纳米颗粒随着pH的升高，它的荧光会发生红移，在碱性条件下合成的金纳米颗粒随着pH的降低，金纳米材料的荧光强度会降低。王瑞鑫等[9]采用电化学的方式检测黄曲霉毒素B1，实验结果表明，检测物溶液酸度过高或者过低都会降低峰电流的大小，只有在pH为7时，检测到的峰电流最大。邹小波等[10]在利用金纳米材料作催化剂检测农药乐果时，考察了pH对催化效果的影响，通过吸光度的变化，确定了pH的最佳数值为4.0。

2.2 环境温度对食品检测效果的影响

环境温度作为一个重要的热力学条件，对各种化学、生物反应都起到了不可忽视的作用[11]。一般来说，温度越高，反应速率会越快，但同时，随着温度的升高，反应体系中的某些活性成分会遭到破坏，所以合适的反应温度是实验过程中重要的环节。李燕萍等[12]在进行金纳米材料比色检测还原糖的试验时，对反应温度进行了优化，结果表明，当反应温度在70 ℃左右时，反应速率最快且反应体系也较稳定。苏荣欣等[13]在利用蛋白酶包覆的金纳米簇去检测碱性蛋白酶时，发现在碱性蛋白酶的最适温度下，荧光信号会随着温度的升高逐渐增强，最终确定实验的最佳温度为40 ℃。邱建敏等[14]对金纳米材料检测时的孵育温度进行了优化，设置的温度是当睾酮样品与空白样品吸光度比值最大时的温度25 ℃。付梦玉等[15]在用适配体去识别肠毒素大肠杆菌K88时对最佳反应温度进行了选择，得到40 ℃的反应温度，吸光度最大且最稳定。

2.3 金纳米材料的浓度对食品检测效果的影响

在利用金纳米材料技术检测食品成分时，金纳米材料本身的浓度会对检测结果带来一定的影响。有研究表明，在利用金纳米材料作催化剂检测葡萄糖浓度时，随着金纳米材料浓度的改变，葡萄糖溶液的吸光度会出现一个最高点，即最适金纳米材料浓度[16]。胡米雪等[17]在检测头孢氨苄含量时，先对检测的条件进行了优化，发现氯金酸的用量将会影响吸光度的强弱，并且确定了950 μL氯金酸的体积。付荣鹏[18]对金纳米材料的光热效应和光电效应进行了考察，发现金纳米材料的浓度直接影响了溶液吸收入射光的能力，较低的金纳米材料浓度会得到高的光电效率。王金玺等[19]测定茶多酚时，确定了金纳米材料的浓度为3.85×10-6mol·L-1为最优反应条件。

2.4 反应时间对食品检测效果的影响

一般利用金纳米材料技术进行食品成分检测时，金纳米材料良好的荧光特性是其检测的根据，而金纳米材料的荧光强度会随着时间的改变而发生改变[20]，所以确定荧光强度最高对应反应时间是食品检测过程中重要的一步。在苏荣欣等[13]的研究中，碱性蛋白酶与金纳米材料的反应时间为180 min。李燕萍等[12]在进行还原糖的检测时，发现实验反应时间在10 min时，金纳米材料溶液的吸光度值不再发生显著变化且达到较高值。李梓维等[21]为了确定铜离子检测中的最佳反应时间，每隔1 min就进行一次吸收光谱的检测，最终确定30 min为最佳的反应时间。程慧等[22]在检测食品中黄曲霉毒素B1时，发现孕育时间的不同，也会影响后期金纳米探针对于食品成分的检测，故实验确定了孕育时间为50 min。除此之外，也有实验表明作为催化剂的金纳米材料也有最佳反应时间，反应效率呈时间依赖性。

2.5 激发波长对食品检测效果的影响

金纳米材料只有在最合适的激发波长下才能发射出较长的发射波长，从而表现出最大吸收峰。研究发现，金纳米材料与银纳米材料在合适条件下都具有较强的荧光特性，李康辉等[23]在进行生物成像的研究时，对金银合金材料施加不同的激发波长，并收集到了不同的发射波长，验证了金银合金材料丰富的非线性光学特性。付田等[24]在检测牛乳当中的雌二醇的实验中，对金纳米材料的吸收光谱进行了一个400～750 nm的扫描，得到纳米金材料在523 nm下具有最大吸收峰。王劲松[25]在利用金纳米材料检测牙周细菌的时候，选用了631 nm的激光。卫晓丹等[26]借助纳米金材料在785 nm的激发波长对2,4-二氯苯氧乙酸进行检测。

2.6 金纳米材料表面修饰物浓度对食品检测效果的影响

金纳米材料的检测过程往往是通过间接的方式，在金纳米材料的表面进行修饰，并与检测物进行反应，从而反映出检测物是否存在或者检测物的量。许宙等[27]就半胱氨酸修饰的金纳米材料对重金属铅进行检测，发现半胱氨酸的浓度影响了检测体系的灵敏性，于是经过实验的优化，得到半胱氨酸的实验浓度为50 nmol·L-1。党珍珍等[28]在对甲巯咪唑检测研究时，对修饰金纳米材料的罗丹明B和金纳米材料的比例进行了优化，最终得出结果，金纳米材料与等体积的1×10-5mol·L-1的罗丹明B混合，稀释到原体积的10倍之后是最佳实验条件。

3 展望

金纳米材料检测技术作为一种新型的食品分析方法，目前大多数检测方案都只能停留在实验室阶段，这说明整个操作的过程还不够稳定，比较不成熟，而主要原因是金纳米材料的制备条件依然比较严格，检测过程也无法离开大型仪器的使用，所以金纳米材料的检测应用依旧比较局限。随着金纳米材料制备的方案不断改进，检测的技术不断简化，在离开实验室大型仪器的条件下，可以采用轻巧、简便的仪器就能进行检测，是需要不断改善的地方。同时，现在许多成分在进行检测时，都需要专门地针对特定物质，找到合适的实验方法以及试剂进行检测。但实际生活中，有大量的物质目前是无法预测的，这就迫切需要找到一种高效的通用性强的检测方法，不但能够对食品中某类物质进行初步的确定，比如金属、活性蛋白酶、有害致病菌、碳水化合物、脂肪等，而且在确定了大致的范围之后，能够准确地检测出该类物质的具体成分及含量，这些在食品检测中是十分必要的。因此，完善金纳米材料技术检测手段，扩大检测范围以及简化检测设备是未来研究的方向。