磁性分子印跡在食品污染物分析應用研究進展*

劉佳，李力

（福建師范大學生命科學學院，福建 福州 350117）

食品安全問題越來越受到消費者的重視，在食品生產、加工、貯藏等過程都有可能存在食品污染物，食物中存在的農獸藥殘留、致病微生物、食品違禁添加物等污染物都會對人體造成巨大傷害。因此，對食品中可能存在的污染物進行高效檢測是保障人們生命健康的重要環節。在食品污染物分析過程中首要環節是樣品前處理，關鍵步驟是提取出目標分析物。食品污染物分析具有樣品成分復雜、待測組分含量低、其他基體成分干擾和物質穩定性差等特點，因此準確的定量分析需要高效的前處理過程，對目標分析物進行有效富集，結合相關儀器進行檢測和分析[1]。目前，磁性分子印跡聚合物在食品檢測領域，因其具有特異識別性和高效選擇性，能縮短前處理時間，有效富集樣品中待測物質，能快速分離出聚合物而備受研究者青睞。

1 磁性分子印跡聚合物

分子印跡技術（Molecular Imprinting Technology，MIT）也叫分子模板技術，通常被人們描述為創造與識別“分子鑰匙”的人工“鎖”技術，是一種分子識別反應，主要發生在被稱為模板的目標分子周圍。分子印跡聚合物（Molecularly imprinted polymers，MIPs）首先由模板和功能單體形成復合物，在復合物中加入引發劑、交聯劑，使復合物周圍產生聚合反應，在最后階段，使用解析劑去除模板，形成分子印跡聚合物，聚合物中形成了與模板分子空間構型相匹配的空穴，這樣聚合物具有特定識別位點，能識別目標分析物，因此，分子印跡聚合物與模板的結合具有較高的選擇性[2]。因其較高的選擇性和特異識別性，MIPs已在許多方面得到廣泛應用。應用于法醫學，可以快速識別物證和被質疑物品并將結果與已知材料比較[3]；應用于食品安全檢測領域，MIPs作為樣品制備的吸附劑，可以有效地減少樣品前處理時間，提高檢測效率[4]；應用于細胞識別方面，MIPs可作為仿生學和生物仿制藥的替代方案[5]。分子印跡可輔助免疫層析檢測毒素[6]，還可結合表面拉曼光譜散射（SERS），將（MIP-SERS）傳感器應用于更多領域[7]。

分子印跡技術也存在一些缺點，聚合物從溶液中分離出來要經歷抽濾或者離心的過程，其操作比較復雜，將MIT和磁性材料相結合就能避免這一缺點[8]。磁性材料與分子印跡結合制備的物質稱為磁性分子印跡聚合物（Magnetic molecularly imprinted polymers，MMIPs）。磁性材料具有表面積大、功能化簡單、分離快等優點，因此將磁性材料包覆在分子印跡聚合物中的優勢在于——MMIPs提取出目標分析物之后，可以在外加磁場的作用下，將聚合物從復雜的物質中快速分離出來[9]。MMIP同時具備磁性材料和MIPs的優點，因此被廣泛用于固相萃取、高效液相色譜-串聯質譜、藥物分析、物質提取、食品檢測等領域。

2 磁性分子印跡在食品污染物分析應用

隨著現代科技的發展，食品加工技術也在不斷進步，食品安全問題也越來越受到消費者的重視，因此食品污染物檢測技術很關鍵。食品中污染物包括農藥、獸藥殘留、重金屬、違禁添加物等，然而由于一些污染物的濃度很低，在食品中檢測到它們存在一定的困難。因此研究者們著力把重點放在樣品前處理過程中，力爭做到對樣品中污染物的快速、高效吸附和富集，為此，新型的磁性分子印跡聚合物就成了他們的關注焦點。磁性分子印跡聚合物已廣泛用于樣品的前處理，對目標分析物有特異吸附性，結合檢測方法，可以做到準確鑒別，為食品安全監管保駕護航。

2.1 致病微生物

金黃色葡萄球菌也稱“金葡菌”，隸屬于葡萄球菌屬，為一種常見的食源性致病微生物[10]，在自然環境中廣泛存在，在適宜條件下會產生毒素從而引起食物中毒，由金黃色葡萄球菌引起中毒的食品種類多，包括奶、蛋、肉等。對金黃色葡萄球菌的檢測是防止致病菌侵害人體的關鍵環節，對疑似金黃色葡萄球菌中毒的患者進行病因分析需要快速地對食品進行篩查，因此，需要一種快速、高效富集食品樣品中金黃色葡萄球菌的方法。

Bezdekova 等[11]制備了一種磁性分子印跡聚合物（MMIPs），以金黃色葡萄球菌為細菌模板，聚合物的合成采用非共價印跡方法，選擇多巴胺形成MIP層，該聚合物成功用于牛奶和大米中金黃色葡萄球菌的檢測，還成功地對乳腺炎奶牛的生奶進行了檢測。采用這種新方法，牛奶中細菌的檢測限為1×103CFU/mL。

2.2 農藥殘留

農藥的使用可以促進農作物生長和保障產量，滿足人民對農副產品的需求。農藥殘留是指施入農藥以后，有部分農藥在作物和環境中直接或間接地殘留下來。若農藥未按規范使用，則會導致農作物和環境中農殘超標，人們食用農殘超標的食物則會對人體造成危害，因此，對食物中農殘含量的分析也至關重要。

殺蟲劑是農藥品種的一種，滴滴涕（DDT）屬于有機氯類殺蟲劑，對控制農業病蟲害，減輕瘧疾傷寒和其他蚊蠅傳播疾病的危害起了相當重要的作用，因其對環境傷害嚴重而被許多國家禁用，但是仍然存在少量使用的情況，因此，對于食品中DDT的檢測是保障人體健康的重要環節。DDT的檢測對樣品前處理要求非常高，常規的處理易使DDT的富集、分離達不到效果。

Miao[12]等采用在氧參與的弱堿性溶液中通過自聚法制備分子印跡聚合物，將此沉積在油酸修飾的Fe3O4納米粒子表面，設計了一種基于磁性Fe3O4的聚多巴胺分子印跡聚合物磁性納米顆粒（PDA@Fe3O4-MIP MNPs）的電化學阻抗傳感器，該聚合物以Fe3O4為磁性納米顆粒，虛擬模板分子為與DDT結構相似的雙酚A（BPA），結合功能單體多巴胺用于MIP的合成，在聚合物中形成特異的識別空穴，能夠特異識別并有效提取和吸附DDT分子，通過外加磁場也很容易分離。在測定DDT時利用電化學阻抗響應與DDT濃度相關關系測定DDT，該方法DDT含量檢測限為6×10-12mol/L。通過該方法分析不同濃度的樣品，結果顯示回收率為89%～102%，相對標準偏差為3.9%～5.5%，該傳感器在實際分析中檢測DDT具有較高可靠性和準確性，可用于快速、高選擇性地檢測食品樣品中的DDT。

2.3 獸藥殘留

獸藥是用來防治動物疾病或對動物生理機能進行有目的調節的含有藥物的飼料添加劑，獸藥殘留超標食品危害人體健康，對于食品中獸藥殘留量的檢測一直以來都是人們關注的問題。

鏈霉素屬于抗生素類獸藥，為了高效富集和吸附，提高食品中鏈霉素的提取量，Liu等[13]結合電化學設計了一種磁性分子印跡電化學傳感器檢測方法，檢出限達10 pg/mL。他們首先采用共沉淀法合成Fe3O4納米粒子，使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）將其功能化；將模板分子鏈霉素吸附到功能化的磁珠上，加入功能單體鄰苯二胺（OPD），在此過程中，會使用到Au（Ⅲ），目的是促進OPD單體在磁珠表面的聚合；最后，使用乙醇去除鏈霉素模板。該檢測方法通過靶分子與葡萄糖氧化酶標記的鏈霉素之間的競爭型檢測模式進行，來檢測磁珠上的分子印跡。其次該方法是通過與酶（葡萄糖氧化酶）的生物催化進行信號放大，結合電化學傳感器，從而實現食品中鏈霉素殘留量（STR）的高效電化學檢測。將此方法應用于牛奶和蜂蜜中鏈霉素殘留量的檢測，回收率達81%～129%。

2.4 食品中違禁添加物

在評價乳制品質量是通過蛋白質含量進行，部分商家從經濟利益出發，將蛋白質的代替品三聚氰胺非法添加到乳制品中，事實上，三聚氰胺及其類似物三聚氰酸具有較低的急性毒性，含有三聚氰胺的非法食品會對消費者的健康造成重大影響。因此，需要一種靈敏、快速地檢測食品中三聚氰胺的方法。

Zhao 等[14]建立了磁性分子印跡聚合物與液相色譜-串聯質譜聯用分析奶粉中三聚氰胺的新方法，對三聚氰胺具有較高的吸附量，可達123.1 mg/g，吸附在10 min內即可完成，對各種參數進行評價，檢出限為0.00045 mg/kg，回收率為90.3%～95.7%。王露等[15]制備了以氧化石墨烯/多壁碳納米管修飾的Fe3O4為磁性材料，三聚氰胺為模板分子多巴胺為功能單體合成磁性分子印跡，研究其對三聚氰胺的吸附能力，將其作為新型磁性固相萃取材料，結合高效液相色譜檢測，得到檢出限為2 μg/L。使用該方法進行重復試驗，結果表明MMIPs的吸附能容量到20次后才有明顯下降，說明采用此方法合成的聚合物可以被重復使用。

2.5 重金屬

重金屬的攝入對人體有很大的危害，在紙質食品包裝的制作過程中，會通過原材料和油墨等途徑附帶大量重金屬，從而引起食品安全問題。因此，采用合適的方法去除紙質包裝中的金屬受到人們的重視，通過分子印跡技術和磁性材料相結合用于對重金屬的吸附，可以大大減少食品安全事故的發生。

鄭磊[16]制備的Pb（Ⅱ）離子磁性印跡聚合物，以交聯殼聚糖為印跡模板，因殼聚糖本就是一種天然的重金屬螯合劑，其中含有的氨基和羧基可與重金屬離子形成穩定的螯合物，以環氧基改性的磁性Fe3O4為磁性材料，環氧氯丙烷為交聯劑制備聚合物，該聚合物對三種包裝中Pb（Ⅱ）離子吸附率分別為95.2%、97.6%、99.3%，表明制備的聚合物可有效用于包裝中離子的吸附。制備的Cd（Ⅱ）離子磁性印跡聚合物能實現對Cd（Ⅱ）的選擇性分離，對包裝樣品中的Cd（Ⅱ）離子的吸附率大于90%。

3 展望

MMIPs 作為一種新型功能材料，被廣泛用于食品中污染物分析時前處理過程中，具有特異性、高效性等特點，可快速對目標分析物進行富集和吸附。可結合最新的檢測技術進行食品污染物分析，在食品安全檢測方面具有很大的發展前景，聚合物使用到的磁性材料、交聯劑、功能單體多種多樣，可對它們的不同組合進行探索，針對不同的目標分析，探索出新的組合形式，甚至可能會探索出新的功能單體或是交聯劑等。但仍然存在一些問題，一方面制備分子印跡聚合物時，選擇的模板分子可能會存在與非目標分析物結構相似的情況，導致吸附除目標物以外的物質，檢測結果不準確。另一方面，制備聚合物時各種物質的用量比探索是試驗中比較困難的部分。另外在清洗模板分子的時候，會發生一些損害，因此，需要找到既能可靠地去除大部分模板又不會明顯損害制備的聚合物的方法。