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铜(Ⅱ)—天冬氨酸纳米酶的多酶活性探究及其在果汁分析中的应用认领

被引量： 1

作者：

雷璐潞

学位授予单位：

吉林大学

摘要：

纳米酶是指可以模拟天然酶催化活性的纳米材料,相比于天然酶而言,它具有成本低、稳定性高和可大规模生产等优势。目前,针对单一类酶活性的纳米材料已被广泛研究,但对具有多种类酶活性的纳米材料的研究较少并且一般局限于模拟过氧化物酶、超氧化物歧化酶(SOD)和氧化酶。具有多酶模拟活性的纳米材料能够催化不同种类的底物,有利于扩大其应用范围或进一步实现级联催化反应。考虑到铜的含量丰富,价格低,具有与贵金属相当的优异性能,并且许多天然金属酶的催化活性中心含有铜。因此,本文期望探索一种制备方法简单,具有多酶活性的铜基纳米材料,并将其应用于果汁分析。本文围绕着铜(Ⅱ)-天冬氨酸纳米酶的多种类酶活性,将其与比色/荧光法相结合,构建了比色/荧光传感平台用于果汁中目标分析物的检测,并通过结合传感器阵列技术成功对果汁进行了区分和识别。主要工作如下:(1)基于铜和L-天冬氨酸配位自组装形成一种纤维状的纳米材料(CuAsp纳米纤维),首次证明了CuAsp纳米纤维可以模拟过氧化物酶、漆酶、过氧化氢酶、抗坏血酸氧化酶(AAO)以及SOD的催化活性。XPS分析表明CuAsp纳米纤维中同时含有Cu2+和Cu+,混合氧化价态铜的存在可能是CuAsp具有多酶活性的主要原因。CuAsp具有类过氧化物酶的活性主要源自其催化H2O2生成羟基自由基。此外,CuAsp纳米纤维的过氧化物酶和过氧化氢酶模拟活性可以通过p H进行调控,并不会产生干扰。动力学研究表明所合成CuAsp纳米纤维具有良好的底物亲和能力和催化反应速率。(2)基于CuAsp纳米纤维的类过氧化物酶活性建立一种比色传感器用于检测果汁总抗氧化能力。以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)作为过氧化物酶的显色底物,CuAsp纳米纤维可以在体系中含有H2O2时将无色的TMB氧化成蓝色的ox TMB。而抗氧化剂如还原型谷胱甘肽(GSH)、L-半胱氨酸(Cys)以及抗坏血酸(AA)的引入会抑制上述颜色反应,进而能够实现对抗氧化剂的定量检测。该方法可以成功用于不同商品果汁的总抗氧化能力检测,结果准确性较高。(3)基于CuAsp纳米纤维模拟过氧化物酶活性,催化三种典型的过氧化物酶显色底物TMB、2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)和邻苯二胺(OPD)分别生成ox TMB、ox ABTS和ox OPD。以这三种不同颜色的氧化产物为传感探针,构建了用于区分抗氧化剂的三通道比色传感器阵列。果汁的口味、原料产地和加工方式的不同会导致其所含抗氧化剂的种类和含量存在差异。因此,利用所构建的比色传感阵列进一步实现对不同口味、不同品牌以及不同类别果汁的区分和识别。(4)基于CuAsp纳米纤维的类AAO和类漆酶活性,设计了一种用于检测AA的比率荧光传感平台。OPD可被CuAsp的类漆酶活性氧化生成具有黄色荧光的ox OPD,当AA加入后被CuAsp的类AAO活性氧化生成脱氢抗坏血酸(DHAA),DHAA会与OPD偶联生成蓝色的荧光产物,从而阻碍ox OPD的形成。该方法可以选择性检测AA,其线性检测范围为1-220μM,检出限为0.32μM,灵敏度较好。此外,可以基于智能手机和紫外灯下荧光颜色的变化进行AA的可视化检测,进而实现现场分析。并且该比率荧光传感平台也可以用于实际果汁中AA的检测,在实际应用中具有一定潜力。(5)基于CuAsp纳米纤维的类漆酶活性检测和去除果汁中的酚类化合物。利用CuAsp可以将儿茶素氧化成黄色产物并产生比色信号的原理,建立了一种比色传感器用于检测儿茶素。该方法抗干扰性强,对儿茶素检测的线性范围为20-1200μM,检出限为5.88μM。对CuAsp纳米纤维催化性能的考察结果表明纳米酶的p H、温度和储存时间的稳定性都优于天然漆酶,并且CuAsp纳米纤维可以通过离心进行回收,经过10次循环后CuAsp纳米纤维仍可以保持80%以上的初始活性。此外,该纳米酶可用于去除实际果汁样品中的酚类化合物,去除效果优于天然漆酶。即使在高温条件下,CuAsp纳米纤维依然能够有效去除果汁中的酚类化合物。

摘要译文

关键词：

纳米酶; 多酶活性; 果汁分析; 传感器阵列; 比色/荧光传感

学位年度：

2022

学位类型：

博士

学科专业：

食品科学与工程

导师：

黄卉

中图分类号：

TS255.4[水果加工食品];O657.3[光化学分析法（光谱分析法）⑨]

学科分类号：

0822[轻工技术与工程];083202[农产品加工及贮藏工程];070302[分析化学];070306[化学生物学];081704[应用化学];081706[分子化工]

D O I：

10.27162/d.cnki.gjlin.2022.000596