分子印迹材料在食品抗氧化剂及其辐照产物中的分离分析研究

　摘要

为了保障食品的质量能够满足人们的食用要求，食品中经常加入人工合成的食品抗氧化剂。食品抗氧化剂及其辐照产物对人体具有一定的毒性和副作用，因此对其进行跟踪检测是非常有必要的。现如今随着科学技术的进步，并且食品添加剂威胁人们健康的事件也经常发生，人们逐渐的开始研究针对性强，能够特异性检测某种物质的技术，以此来降低用来其他干扰物质对检测结果的影响。分子印迹技术是近年来逐渐兴起的一种的微量分离分析方法，具有高效快速，特异性强，精确度高等特点。因此，分子印迹技术在食品抗氧化剂方面应用广泛。

关键词：分子印迹技术；分子印迹传感器；食品抗氧化剂

　　第1章前言

分子印迹技术【1】是利用其能够对分子进行特异性识别的功能，近年来逐渐兴起的一种新型微量分离检测方法。分子印迹技术作为一门新型的微量检测手段，现已应用到生物工程，临床医学，环境监测和食品安全等领域。当食品中加入食品添加剂时，可以延长食品的寿命，不易变质。但是，食品抗氧化剂仍然会被一些食品生产者违规或过量添加到食品中去。就目前来说，高效液相色谱法和气相色谱法【2】是检测食品抗氧化剂含量的重要方法。但这些方法存在着明显的缺点：检测设备费用昂贵，操作复杂，耗时长。所以有必要发展一种快速而简单的分析分离方法。由于分子印迹技术具有灵敏，快速，成本低廉等特点，逐渐的人们采用分子印迹技术来检测食品中抗氧化剂的含量【3】。

　第2章正文

近年来，各种各样的食品安全问题严重威胁着人们的正常生活。众所周知的三鹿奶粉的“三聚氰胺”事件、鸭蛋的“苏丹红”事件、“瘦肉精”事件【4】、毒馒头事件等，食品添加剂威胁人们身体健康的现象已经屡见不鲜。食品抗氧化剂作为一种能够保障食品质量的物质，其违规添加的问题也日益引起人们的关注。

　　2.1 食品抗氧化剂

　　2.1.1 食品抗氧化剂的作用

抗氧化剂(Antioxidants)能够对食品与氧气的反应产生抑制作用，使食品不易腐烂【5】。它对自由基能够起到捕获和中和的作用，可以消除自由基对人体的损害。在容易氧化和变质的食品中添加微量的食品抗氧化剂，能够保证食品质量不受到破坏。抗氧化剂主要由自由基吸收剂组成，而加入氢离子可以吸收自由基，使其变成游离的状态，中断链转移反应，使反应停止【6】。抗氧化剂可以作为食品添加剂，当抗氧化剂加入到食品中时，可以保证食品的质量，延长食品的保质期，保障人们的生命健康。适量添加食品添加剂，能够使食品更满足于人们的需求【7】。一是改善食品的色，香，味等性质。二是食物也比以前更有营养。因此，食品添加剂在食品生产过程中所起到的作用是不可磨灭的。例如，食物中油含量较高时，就会加入抗氧化剂。而油脂发生的是自发氧化的反应，当加入抗氧化剂时，会对氧化物的生成起到抑制作用，使反应停止，发挥其抗氧化作用。反之，如果抗氧化剂加入的速度太慢，即使过量加入，也不能阻止过氧化物的分解，经常会事与愿违，油脂会加速氧化变质。因为抗氧化剂本身容易被氧化，氧化后会成为还原性物质，所以当食品抗氧化剂被氧化时，反而能促进油脂的氧化。

　　2.1.2 食品抗氧化剂的用途

食品中常用的抗氧化剂主要有3种，包括：特丁基对苯二酚（TBHQ）、丁基羟基茴香醚（BHA）和二丁基羟基甲苯（BHT）。这三种抗氧化剂是人工合成的，当添加到食品中时会有产生一定的风险，所以食品生产出来后必须进行严格检查。食品添加剂的添加标准根据国家和地区的不同而有所差异【8】。在欧洲，明确限制了食品抗氧化剂的适用范围及添加量的最大值。丁基羟基茴香醚可以独自使用，也可以与没食子酸丙酯（PG）一起使用。但是在二者混合使用时也只能添加到特定的食品中，并且最大添加量不能超过200mg/kg。在油类中添加抗氧化剂时，二丁基羟基甲苯可以加入，而特丁基对苯二酚则不允许。在X，三种抗氧化剂可同时添加到油类中，最大添加量不得超过200mg/kg。与欧洲不同，巴西、新西兰、澳大利亚、菲律宾等国家允许在食品中添加特丁基对苯二酚。我国的国标GB2760 -2014【9】对食品抗氧化剂添加量(maximumlevel)和最大残留量(maximum permitted)均有限制，明确了三种抗氧化剂的主要用途。例如，可以将这三种抗氧化剂加入到油炸食品中，但不允许在糖果和糕点中添加。因为4-己基间苯二酚（4-HR）对人体的粘液组织有害，威胁到了人体健康，所以最大添加量不能超过1mg/kg。没食子酸丙酯可以在油类中添加，但最大添加量也不能超过0.1g/kg。所以必须要对食品抗氧剂进行严格的检测。

e2415e7fb7f28c1604ffca2bddbce06a 　　图2-1 各种食品抗氧化剂的结构式

　2.1.3食品抗氧化剂添加过量的危害

虽然抗氧化剂能够保障食品不受到腐蚀，但是当食品添加剂时，也会降低食品质量，威胁人们的身体健康。现如今食品中已经加入了人工合成的酚类抗氧化剂，并且已经使用了很长时间【10】，同时一些相关人员已经对酚类抗氧化剂是否含有毒性进行了深入研究。他们最终得出结论：过多的抗氧化剂会导致营养流失，甚至产生的代谢产物也会对人类有害，还会导致基因病变或细胞癌变【11】。当今社会我们都了解，食品是否安全对人们的身体健康影响很大，监控食品添加剂的含量是保障消费者合法权益的重要手段。现阶段为了克服其他物质干扰食品添加剂得检测，目前正致力于研究具有针对性，特异性检测的方法，即分子印迹技术。

　2.2 分子印迹

　　2.2.1 分子印迹的制备

分子印迹是由Dickey首先发明并提出的，他在1949年实现了燃料在硅胶中的印迹。分子印迹聚合物由模型分子与功能单体取一定的质量，按照一定的比例混合到一起，预聚一段时间，形成主-客体复合物。在形成的物质中加入一定量的交联剂和引发剂后，将氮气通入混合物中，排除体系的氧气，最后在水浴中加热，形成高分子聚合物。

　2.2.2 按分子印迹识别位点的位置分类

按照分子印迹识别位点的位置不同进行分类，可以将分子印迹材料分为表面分子印迹和传统分子印迹。传统分子印迹的制备方法通常为本体聚合，悬浮聚合和沉淀聚合，这些传统分子印迹具有高度交联的性质。当分子印迹在洗拖脱模板分子之后，会形成一个三维空腔，在这个空腔中会存在模板分子的识别位点。然而传统的分子印迹材料模板分子很难被完全洗脱掉，导致分子印迹对模板分子的识别能力降低，对分子印迹对模板分子的吸附产生了极大的阻碍。而表面分子印迹的识别位点存在的地方，顾名思义，它的识别位点存在于分子印迹材料的表面，当模板分子被洗脱或重新吸收时，就会容易得多。两种分子印迹进行对比，表面分子印迹对模板分子的识别能力更强，传输速度和结合动力也比传统分子印迹更快。所以表面分子印迹技术得到了越来越多的关注。

　2.2.3 按形成分子印迹的作用键分类

按照作用键分类，分子印迹聚合物主要有三种类型【12】:(1)共价键法:分子印迹是以共价键的形式结合而成的。通过共价键结合的分子印迹聚合物活性相对稳定，对模板分子具有较好的检测能力。(2)非共价键法【13】:分子印迹主要通过非共价键彼此连接，非共价键的主要形式包括：氢键，配位键，范德华力等。与第一种类型的分子印迹聚合物相比，这种聚合物相对简单，分子印迹材料间结合力比共价键形成的分子印迹结合力小，因此对于模板分子的洗脱和重新吸附就会显得更加容易。(3)共价键和非共价键相结合的办法：这种类型的分子印迹通过共价键结合而成，但是在识别过程中，两者之间的相互作用是通过非共价键来实现的。

　2.2.4 分子印迹的识别能力

在分子印迹聚合物成功制备之后，需要将模板分子洗脱掉，在聚合物分子内会出现一个空穴【14】，这个空穴具有模板分子的形状。可以与模板分子结合的三维空腔，将形成在聚合物的表面上，并且空穴中的官能团准确排列与模板分子互补，从而能够对需要检测的物质具有较好的识别能力【15】。

4a96e0b3ef3b2c1ac6566346503ad465 　　图2-2 分子印迹材料的识别的流程图

　2.3 分子印迹传感器

　　2.3.1 分子印迹传感器的分类及工作原理

现在，使用分子印迹技术的传感器可以检测食物中的抗氧化剂【17】。分子印迹传感器相比于传统技术对物质的特异性检测效果更好，人们利用分子印迹技术制成传感器，而且得到了广泛的研究应用。传感器的类型主要有电化学传感器，荧光化学传感器。关于分子印迹的电化学传感器就是利用电化学系统来检测食品抗氧化剂。当溶液中的模板分子和分子印迹聚合物表面的空穴进行特异性结合时，传感器的信号就会发生变化，进而完成对食品抗氧化剂的定量检测。荧光传感器的工作原理不同于电化学传感器，这类传感器在检测过程中，荧光信号会发生变化，也可用来检测食品抗氧化剂。它是利用分子印迹荧光膜对模板分子特异性检测能力，再通过分子印迹膜传感器中荧光信号与模板分子发生的相应变化，以此达到检测食品抗氧化剂的目的。分子印迹荧光传感器通过利用传感器产生的光谱，能够对各种物质实现特异性检测。通过分子印迹荧光传感器可以对具有荧光性质的物质进行直接检测，也可以用荧光试剂作为探针，检测不具备荧光性质的物质。例如，何琴【18】等用丙烯酰胺作为功能单体制备双酚A分子印迹聚合物，并通过添加分迹荧光物质实现了水中双酚A分子的特异性检测。检查的结果效果明显。分子印迹传感器具有优越的检测性能，效率快，成本低廉，所以应用前景非常广阔。

　2.3.2 分子印迹传感器的特异性识别能力

分子印记传感器能否对模板分子进行特异性识别，是影响传感器检测性能的决定性因素。为了评估分子印迹传感器的特异性识别能力，在检测过程中，经常设置对照组，加入与模板分子结构相似的物质，进行对照实验。结果表明：尽管这些物质的结构与模板分子相似，但是传感器对模板分子的灵敏度仍然是最好的。根据传感器信号的响应程度可以表明，分子印迹传感器比普通传感器对于信号的响应程度要好得多。这是因为分子印迹传感器上存在的识别位点能够与模板分子特异性结合。虽然加入的几种物质与模板分子具有相似的结构，但由于分子印迹传感器的特异性识别功能，仍然可以将几种物质分离出去。这说明，构建的分子印迹传感器对模板分子有很强的识别能力，可以用来区分测量抗氧化剂及其辐照产物的含量。

　2.3.3 分子印迹电化学传感器

分子印迹电化学传感器把分子印迹技术和传感器二者的优点结合到了一起，因此它具有灵敏、高效，对物质识别具有特异性和可重复性等特点。分子印迹电化学传感器是利用分子印迹聚合物，来达到修饰工作电极的目的，并通过电化学方法检测某种物质的含量。分子印迹电化学传感器由分子印迹敏感膜和信号转换装置组成，当分子印迹敏感膜对模板分子进行重吸附时，信号转换装置将化学信号转变为电信号，实现对食物中抗氧化剂的检测。制备分子印迹敏感膜的方法有很多，由于制备方法的不同，分子印迹电化学传感器的检测能力也会受到相应的影响。敏感膜的制备方法主要有：表面涂覆法，自组装法，电化学聚合法【19】，其中电化学聚合法普遍受到科研人员的青睐。电化学聚合法是指通过循环伏安法或恒电位法，在电解质溶液中将模板分子与功能单体混合起来，形成预聚物。并且模板分子通过电化学或溶剂法洗脱。其中苯胺，吡咯等常被用作聚合单体。电聚合法制备方法简单，响应时间短，准确度高，选择性好。依据电信号转化的不同形式，电化学传感器可分为电流型，导电型，压电型，电位型，电容/电阻型5种。其中电流型分子印迹传感器是在模板分子重新吸附时，分子印迹聚合物表面上的空穴与模板分子进行结合，在这个过程中电流信号会发生变化，从而实现对抗氧化剂的检测【20】。电化学活性物质可以直接通过电化学传感器来进行检测【21】，也可以用一些电活性物质制作成小分子的探针，间接地检测没有电化学活性的物质。正是由于分子印迹电化学传感器有这些优点，分子印迹化学传感器现已用于食品抗氧化剂及其辐照产物的检测。

　　第3章结论

本文通过对分子印迹技术在食品添加剂方面的研究，分别从食品抗氧化剂的作用，用途，以及添加过量的危害等层面，论述了食品抗氧化剂必须通过严格的检测，才能更好的服务于人们，对人们的健康负责，使人们不会由于食品添加剂过量而影响到生命健康。也从分子印迹技术的角度，通过从制备、识别位点位置和作用键的分类，以及对模板分子特异性检测的能力，说明了分子印迹技术能够应用到食品安全中来，利用分子印迹技术的高选择性，高效快速，制备方法简单等特点，可以实现对食品添加剂含量的分析。由于构建分子印迹传感器具有特异性和选择性的特点，能够利用其在模板分子吸附前后，传感器的信号发生变化的原理，从而实现对食品抗氧化剂的含量的特异性检测，以此监护食品的质量，保护人民的生命健康。分子印迹技术也将更广泛的应用到食品抗氧化剂检测领域。

　第4章展望

当今社会能够对食品的中抗氧化剂及其辐照产物进行快速、高效的检测，是对全体人民的生命安全负责。由于食品添加剂及其辐照产物会伤害到人类，所以必须进行系统地研究，对于食品中抗氧化剂含量的的检测是非常有必要的。相信科研人员能够研究出更好，更高效的检测食品抗氧化剂的方法。

随着科学技术的进一步发展，分子印迹技术将会在更多的领域有所建树，应用范围也将逐渐扩大。同时，在对于分子印迹电化学传感器的研究，应该趋向于发现更多具有电化学性能的物质，使其在分子印迹电化学传感器的制备中得到应用，使电化学传感器的种类越来越多。在此期间，我们应该优化分子印迹材料的制备过程，将分子印迹技术应用到更广泛的领域。然而，在现阶段，在分子印迹聚合物制备的过程中存在着缺陷，在多个目标物同时检测方面也存在着空白。

分子印迹技术在未来的发展，我认为将在以下几个方面取得突破。(1)分子印迹技术的识别机制将会发生改变，主要会从现在对于半定量的研究向着完全定量的方向发展，真正的在分子层面揭示了分子印迹的识别过程。(2)发现更多可以作为功能单体和交联剂的物质，使分子印迹聚合物更加多样化。(3)分子印迹聚合物的识别过程将从有机相中进行，逐渐转移到水相中，最终将和天然分子识别系统相媲美。(4)分子印迹由于具有保留性，因此将分子印迹用于催化合成领域将备受关注。（5）分子印迹高特异性可以保障多个检测信号之间互不干扰，因此可以实现食品抗氧化剂及其辐照产物等多目标同时跟踪检测。

总之，随着科学技术、合成手段和现代分析测量手段的迅速发展，分子印迹技术将应用到更广泛的领域，使人们的生产生活因此得到满足。任何一门新兴的技术都会经历发现、发展、成熟的过程。目前，分子印迹技术已成为重要的分离分析技术，但是应该在现有技术上进行进一步的改善，使其能够在更多的领域得到应用。

　参考文献

【1】David R Kryscioa, Nicholas A-Peppas. Critical review and perspective ofmacromoleeularly imprinted polymers[J]. Aeta Biomaterialia, 2012, 8(2): 461-473.

【2】Juan Ignacio Cacho, Natalia Campillo, Pilar Vifias, et a1. Determination of synthetic phenolic antioxidants in edible oils using microvial insert large volume injection gas—chromatography[J]. Food Chemistry, 2016, (200): 249-254．

【3】张清海, 林绍霞, 张健. 分子印迹技术在食品安全检测中的应用研究进展[J]. 食品工业, 2013, (2): 167-171.

【4】徐萍, 刘骞. 肉类工业中食品添加剂的安全问题[J].肉类研究, 2009, 000(5): 48-50．

【5】Eleonora Miquel Becker, Lise R. Nissen, Leif H. Skibsted. Antioxidant evaluationprotocols: Food quality or health effects. Eur Food ResTechnol[J].2004, (219): 561-571．

【6】I lhami Gulcin. Antioxidant activity of food constituents: an overview[J]. Arch Toxicol, 2012, (86): 345-391．

【7】徐玲玲, 山丽杰, 钟颖琦等. 食品添加剂安全风险的公众感知与影响因素研究[J]. 2013, 35(2): 78-85．

【8】Zafna Rasheed, Anuja Elevathoor Vikraman, Divya ThomasThomas, et a1. Carbon-Nanotube—Based Sensor for the Determifiation of Butylated Hydroxyanisole in Food Sample[J]. FoodAnal Methods, 2015, (8): 213-221．

【9】中华人民共和国国家安全卫生和计划生育委员会, GB 2760—2014食品安全国家标准食品添加剂使用标准[s]. 北京: 中国标准出版社, 2014: 54-55．

【10】Bahruddin Saad, Yong Yek Sing, Mohd Asri Nawi, et a1. Determination of synthetic phenolic antioxidants in food items using reversed phase HPLC[J]. Food Chemistry, 2006, (125): 1-6．

【11】Zafna Rasheed, Anuja Elevathoor Vikraman, Divya Thomas, et a1. Carbon-Nanotube—Based Sensor for the Determifiation of Butylated Hydroxyanisole in Food Sample[J]. FoodAnal Methods, 2015, (8): 213-221．

【12】李景景, 郭玉蓉. 分子印迹技术研究进展【J】. 农产品加工·学刊, 2011,(12): 89-93．

【13】Andrew J Hall, Francesca Lanza-Sellergren, Panagiotis Manesiotis, et a1. Non—covalentimprinting of phosphorous esters[J]. Analytica ChimicaActa, 2005, (538): 9-14．

【14】Wang Sbou Mei, Ge Lei, Li Long. Molecularly imprinted polymer grafted paper-based multi-disk micro. disk plate for chemiluminescence detection of pesticide[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, (50): 262-268．

【15】Singabraya Dominique, Bultel Laumnt, Sineriz Femando, et a1. Molecular imprinting technology for specific recognition ofheparin sulfate like disaccharides[J]. Talanta, 2012, (99): 833-839．

【16】彭亚锋, 巢强国, 葛宇等. 食品添加剂检测技术的研究进展【J】. 技术·食品工程, 2009, (10): 138-140．

【17】何琴, 叶芝祥, 吴学丰等. 分子印迹-流动注射分子荧光法测定水中双酚A的研究【J】. 上海师范大学学报(自然科学版), 2011, 6(40): 574-579．

【18】Chunyan Chai, Guoyan Liu, Feng Li, et a1. Towards the development of a portablesensor based on a molecularly imprinted membrane for the rapid determination of salbutamol in pig urine[J]. Analytica Chimica Acta, 2010, (675): 185-190．

【19】Mehrdad Gholami, Majid Rezayi, Pooria Moozarrn Nia, et a1. A novel method for fabricating Fe2+ion selective sensor using polypyrrole and sodium dodecyl sulfate based on carbon screen—printed electrode[J]. Measurement, 2015, (69): 115-125．

【20】K K Aswini, A M Vinu Mohan, V M Biju. Molecularly imprinted polymer based electrochemical detection of L-cysteine at carbon paste electrode[J]. Materials Science and Engineering C, 2014, (37): 321-326．

致谢

本论文是在学院和xxx老师的指导下完成的。老师良好的专业素养，对待科研严谨的态度，都对我产生了深刻的影响。使我逐渐的掌握了基本的研究方法和实验理论。本论文从论文的开题到完成论文，都是在老师的指导下才能顺利完成。借此机会向xx老师表达我最诚挚的谢意!希望老师身体健康、万事如意、工作顺利。四年的大学生活就要结束了，非常感谢河北农业大学给了我一个在此学习的机会。在这所学校我学习到了很多，专业知识和动手实践能力都得到了提升。

由衷地感谢xxxx大学对我的栽培。祝愿母校未来的发展更加