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我院研制系列新型磁性材料并应用于农药残留检测和食用油脂改性

发布时间:2020-12-09  文章来源:检科院

   近日,我院张峰首席专家团队在磁性材料研制上取得新进展,在传统的单模板印迹技术的基础上,首次制备出以甲基对硫磷和喹硫磷为双模板的磁性分子印迹材料用于农残净化检测,所制备的磁性分子印迹材料将有机磷农残的净化富集通量提升至12种,净化时间缩短至10min;在单酶固定化技术的基础上,结合多巴胺自聚合特性及磁性固定化材料优势制备共固定化双酶(CRL/TLL-PDA@Fe3O4)用于食用油脂改性,所制备的磁性共固定化双酶,克服了游离酶易失活、热稳定性差、不易回收利用的缺陷,且磁性固定化双酶系统又具有多酶的协同作用,有效提高催化效率。

  一、磁性双模板分子印迹的农残净化新材料

   在农残分析中,样品净化对检测结果有着重要影响。目前,基于分子印迹技术的新型固相萃取材料在痕量农残分析中已显示出优异的性质,不仅可以对目标物实现富集还能提高灵敏度,降低检出限和基质效应。然而,分子印迹固相萃取技术还存在以下瓶颈:(1)净化容量低,仅对单一模板分子药物有高的特异性识别和富集净化能力;(2)吸附速度慢,净化时间长。突破分子印迹聚合材料的上述瓶颈,实现多种痕量药物的同时、快速检测将有重要意义。

   研究团队提出了新的制备策略,将传统单模板印迹材料扩展为双模板,以Fe3O4@SiO2为磁性载体,以广泛使用的磷酸酯和杂环磷酸酯类代表物质甲基对硫磷(MP)和喹硫磷(QP)为双模板分子,甲基丙烯酸(MAA)和4-乙烯基吡啶(4-VP)为混合功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,偶氮二乙腈为(AIBN)为引发剂,乙腈为溶剂进行制备磁性双模板分子印迹聚合材料。所制备的材料具有高净化容量和快吸附速度,对2类模板分子类似物12种常见有机磷类农药表现出同时选择性,且吸附时间仅需10 min。研究团队还证实:将该材料作为固相萃取填料对实际样品中的痕量有机磷类残留进行富集时,检测灵敏度和选择性均得到提高。该策略为保障食品安全提供了研究新思路,磁性双模板分子印迹材料在食品安全、医药研发、环境保护等领域均有广阔的发展空间。

  相关研究由在读研究生刘利侠在导师张峰研究员的指导下完成,得到了杨敏莉研究员等老师的指导帮助,相关新材料申请了发明专利,研究论文发表在SCI 2区期刊《Microchimica Acta》上。该工作得到了国家重点研发计划项目和国家“万人计划”科技创新领军人才项目的支持。

  新闻稿-1

  二、磁性共固定化双酶

   固定化酶技术已成为生物催化领域的核心技术,被广泛的用于油脂改性领域。在大多数方法中,用于功能性油脂制备的生物催化剂通常使用单一脂肪酶作为生物催化剂。然而,对于更复杂的功能产物的制备,单一酶已不能满足实际需求,可能需要用多种酶进行一系列酶催化反应,而连续多步操作涉及中间产物纯化步骤,操作复杂耗时长。因此,急需开发一种简单、经济的酶法改性技术。

  基于此,研究团队结合纳米技术和生物技术,选择仿生聚多巴胺膜功能化的磁性纳米粒子为固定载体,通过共价键将皱褶假丝酵母脂肪酶(CRL)和疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶(TLL)共固定在聚多巴胺包裹的Fe3O4上制备共固定化双酶(CRL/TLL-PDA@Fe3O4)。以中国普遍食用的植物油(大豆油、菜籽油和花生油)为原料,基于所制备的固定化双酶开发了一种新颖的“一锅法”制备富含多功能成分的功能性油脂技术,并考察最佳反应工艺条件,系统研究酶用量、反应温度、反应体系、底物比例等酶法改性参数对脂质组成的影响。并对比分析采用共固定化双酶一锅法制备和采用单酶两步法制备的功能性油脂。研究表明,与采用单酶的两步反应比较,双脂肪酶系统反应表现出比连续两步反应更好的协同效应,具有更好的催化效果,且磁性固定化双酶可重复利用。因此基于磁性固定化双酶制备的产品成本较低,操作简便,在工业上有良好的应用前景。

  相关研究成果由我院的姚桂红助理研究员在张峰研究员的指导下完成,得到了凌云研究员等老师的指导帮助,相关成果已申请国家发明专利,研究论文发表在SCI 1区期刊《LWT - Food Science and Technology》上。该工作得到了国家重点研发计划项目和国家“万人计划”科技创新领军人才项目的支持。

  

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