磁性分子印迹在食品污染物分析应用研究进展*

刘佳，李力

（福建师范大学生命科学学院，福建 福州 350117）

食品安全问题越来越受到消费者的重视，在食品生产、加工、贮藏等过程都有可能存在食品污染物，食物中存在的农兽药残留、致病微生物、食品违禁添加物等污染物都会对人体造成巨大伤害。因此，对食品中可能存在的污染物进行高效检测是保障人们生命健康的重要环节。在食品污染物分析过程中首要环节是样品前处理，关键步骤是提取出目标分析物。食品污染物分析具有样品成分复杂、待测组分含量低、其他基体成分干扰和物质稳定性差等特点，因此准确的定量分析需要高效的前处理过程，对目标分析物进行有效富集，结合相关仪器进行检测和分析[1]。目前，磁性分子印迹聚合物在食品检测领域，因其具有特异识别性和高效选择性，能缩短前处理时间，有效富集样品中待测物质，能快速分离出聚合物而备受研究者青睐。

1 磁性分子印迹聚合物

分子印迹技术（Molecular Imprinting Technology，MIT）也叫分子模板技术，通常被人们描述为创造与识别“分子钥匙”的人工“锁”技术，是一种分子识别反应，主要发生在被称为模板的目标分子周围。分子印迹聚合物（Molecularly imprinted polymers，MIPs）首先由模板和功能单体形成复合物，在复合物中加入引发剂、交联剂，使复合物周围产生聚合反应，在最后阶段，使用解析剂去除模板，形成分子印迹聚合物，聚合物中形成了与模板分子空间构型相匹配的空穴，这样聚合物具有特定识别位点，能识别目标分析物，因此，分子印迹聚合物与模板的结合具有较高的选择性[2]。因其较高的选择性和特异识别性，MIPs已在许多方面得到广泛应用。应用于法医学，可以快速识别物证和被质疑物品并将结果与已知材料比较[3]；应用于食品安全检测领域，MIPs作为样品制备的吸附剂，可以有效地减少样品前处理时间，提高检测效率[4]；应用于细胞识别方面，MIPs可作为仿生学和生物仿制药的替代方案[5]。分子印迹可辅助免疫层析检测毒素[6]，还可结合表面拉曼光谱散射（SERS），将（MIP-SERS）传感器应用于更多领域[7]。

分子印迹技术也存在一些缺点，聚合物从溶液中分离出来要经历抽滤或者离心的过程，其操作比较复杂，将MIT和磁性材料相结合就能避免这一缺点[8]。磁性材料与分子印迹结合制备的物质称为磁性分子印迹聚合物（Magnetic molecularly imprinted polymers，MMIPs）。磁性材料具有表面积大、功能化简单、分离快等优点，因此将磁性材料包覆在分子印迹聚合物中的优势在于——MMIPs提取出目标分析物之后，可以在外加磁场的作用下，将聚合物从复杂的物质中快速分离出来[9]。MMIP同时具备磁性材料和MIPs的优点，因此被广泛用于固相萃取、高效液相色谱-串联质谱、药物分析、物质提取、食品检测等领域。

2 磁性分子印迹在食品污染物分析应用

随着现代科技的发展，食品加工技术也在不断进步，食品安全问题也越来越受到消费者的重视，因此食品污染物检测技术很关键。食品中污染物包括农药、兽药残留、重金属、违禁添加物等，然而由于一些污染物的浓度很低，在食品中检测到它们存在一定的困难。因此研究者们着力把重点放在样品前处理过程中，力争做到对样品中污染物的快速、高效吸附和富集，为此，新型的磁性分子印迹聚合物就成了他们的关注焦点。磁性分子印迹聚合物已广泛用于样品的前处理，对目标分析物有特异吸附性，结合检测方法，可以做到准确鉴别，为食品安全监管保驾护航。

2.1 致病微生物

金黄色葡萄球菌也称“金葡菌”，隶属于葡萄球菌属，为一种常见的食源性致病微生物[10]，在自然环境中广泛存在，在适宜条件下会产生毒素从而引起食物中毒，由金黄色葡萄球菌引起中毒的食品种类多，包括奶、蛋、肉等。对金黄色葡萄球菌的检测是防止致病菌侵害人体的关键环节，对疑似金黄色葡萄球菌中毒的患者进行病因分析需要快速地对食品进行筛查，因此，需要一种快速、高效富集食品样品中金黄色葡萄球菌的方法。

Bezdekova 等[11]制备了一种磁性分子印迹聚合物（MMIPs），以金黄色葡萄球菌为细菌模板，聚合物的合成采用非共价印迹方法，选择多巴胺形成MIP层，该聚合物成功用于牛奶和大米中金黄色葡萄球菌的检测，还成功地对乳腺炎奶牛的生奶进行了检测。采用这种新方法，牛奶中细菌的检测限为1×103CFU/mL。

2.2 农药残留

农药的使用可以促进农作物生长和保障产量，满足人民对农副产品的需求。农药残留是指施入农药以后，有部分农药在作物和环境中直接或间接地残留下来。若农药未按规范使用，则会导致农作物和环境中农残超标，人们食用农残超标的食物则会对人体造成危害，因此，对食物中农残含量的分析也至关重要。

杀虫剂是农药品种的一种，滴滴涕（DDT）属于有机氯类杀虫剂，对控制农业病虫害，减轻疟疾伤寒和其他蚊蝇传播疾病的危害起了相当重要的作用，因其对环境伤害严重而被许多国家禁用，但是仍然存在少量使用的情况，因此，对于食品中DDT的检测是保障人体健康的重要环节。DDT的检测对样品前处理要求非常高，常规的处理易使DDT的富集、分离达不到效果。

Miao[12]等采用在氧参与的弱碱性溶液中通过自聚法制备分子印迹聚合物，将此沉积在油酸修饰的Fe3O4纳米粒子表面，设计了一种基于磁性Fe3O4的聚多巴胺分子印迹聚合物磁性纳米颗粒（PDA@Fe3O4-MIP MNPs）的电化学阻抗传感器，该聚合物以Fe3O4为磁性纳米颗粒，虚拟模板分子为与DDT结构相似的双酚A（BPA），结合功能单体多巴胺用于MIP的合成，在聚合物中形成特异的识别空穴，能够特异识别并有效提取和吸附DDT分子，通过外加磁场也很容易分离。在测定DDT时利用电化学阻抗响应与DDT浓度相关关系测定DDT，该方法DDT含量检测限为6×10-12mol/L。通过该方法分析不同浓度的样品，结果显示回收率为89%～102%，相对标准偏差为3.9%～5.5%，该传感器在实际分析中检测DDT具有较高可靠性和准确性，可用于快速、高选择性地检测食品样品中的DDT。

2.3 兽药残留

兽药是用来防治动物疾病或对动物生理机能进行有目的调节的含有药物的饲料添加剂，兽药残留超标食品危害人体健康，对于食品中兽药残留量的检测一直以来都是人们关注的问题。

链霉素属于抗生素类兽药，为了高效富集和吸附，提高食品中链霉素的提取量，Liu等[13]结合电化学设计了一种磁性分子印迹电化学传感器检测方法，检出限达10 pg/mL。他们首先采用共沉淀法合成Fe3O4纳米粒子，使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）将其功能化；将模板分子链霉素吸附到功能化的磁珠上，加入功能单体邻苯二胺（OPD），在此过程中，会使用到Au（Ⅲ），目的是促进OPD单体在磁珠表面的聚合；最后，使用乙醇去除链霉素模板。该检测方法通过靶分子与葡萄糖氧化酶标记的链霉素之间的竞争型检测模式进行，来检测磁珠上的分子印迹。其次该方法是通过与酶（葡萄糖氧化酶）的生物催化进行信号放大，结合电化学传感器，从而实现食品中链霉素残留量（STR）的高效电化学检测。将此方法应用于牛奶和蜂蜜中链霉素残留量的检测，回收率达81%～129%。

2.4 食品中违禁添加物

在评价乳制品质量是通过蛋白质含量进行，部分商家从经济利益出发，将蛋白质的代替品三聚氰胺非法添加到乳制品中，事实上，三聚氰胺及其类似物三聚氰酸具有较低的急性毒性，含有三聚氰胺的非法食品会对消费者的健康造成重大影响。因此，需要一种灵敏、快速地检测食品中三聚氰胺的方法。

Zhao 等[14]建立了磁性分子印迹聚合物与液相色谱-串联质谱联用分析奶粉中三聚氰胺的新方法，对三聚氰胺具有较高的吸附量，可达123.1 mg/g，吸附在10 min内即可完成，对各种参数进行评价，检出限为0.00045 mg/kg，回收率为90.3%～95.7%。王露等[15]制备了以氧化石墨烯/多壁碳纳米管修饰的Fe3O4为磁性材料，三聚氰胺为模板分子多巴胺为功能单体合成磁性分子印迹，研究其对三聚氰胺的吸附能力，将其作为新型磁性固相萃取材料，结合高效液相色谱检测，得到检出限为2 μg/L。使用该方法进行重复试验，结果表明MMIPs的吸附能容量到20次后才有明显下降，说明采用此方法合成的聚合物可以被重复使用。

2.5 重金属

重金属的摄入对人体有很大的危害，在纸质食品包装的制作过程中，会通过原材料和油墨等途径附带大量重金属，从而引起食品安全问题。因此，采用合适的方法去除纸质包装中的金属受到人们的重视，通过分子印迹技术和磁性材料相结合用于对重金属的吸附，可以大大减少食品安全事故的发生。

郑磊[16]制备的Pb（Ⅱ）离子磁性印迹聚合物，以交联壳聚糖为印迹模板，因壳聚糖本就是一种天然的重金属螯合剂，其中含有的氨基和羧基可与重金属离子形成稳定的螯合物，以环氧基改性的磁性Fe3O4为磁性材料，环氧氯丙烷为交联剂制备聚合物，该聚合物对三种包装中Pb（Ⅱ）离子吸附率分别为95.2%、97.6%、99.3%，表明制备的聚合物可有效用于包装中离子的吸附。制备的Cd（Ⅱ）离子磁性印迹聚合物能实现对Cd（Ⅱ）的选择性分离，对包装样品中的Cd（Ⅱ）离子的吸附率大于90%。

3 展望

MMIPs 作为一种新型功能材料，被广泛用于食品中污染物分析时前处理过程中，具有特异性、高效性等特点，可快速对目标分析物进行富集和吸附。可结合最新的检测技术进行食品污染物分析，在食品安全检测方面具有很大的发展前景，聚合物使用到的磁性材料、交联剂、功能单体多种多样，可对它们的不同组合进行探索，针对不同的目标分析，探索出新的组合形式，甚至可能会探索出新的功能单体或是交联剂等。但仍然存在一些问题，一方面制备分子印迹聚合物时，选择的模板分子可能会存在与非目标分析物结构相似的情况，导致吸附除目标物以外的物质，检测结果不准确。另一方面，制备聚合物时各种物质的用量比探索是试验中比较困难的部分。另外在清洗模板分子的时候，会发生一些损害，因此，需要找到既能可靠地去除大部分模板又不会明显损害制备的聚合物的方法。