上转换荧光传感在鲜肉品质检测中的应用

一、研究背景

随着人们生活质量的不断提高，对肉类的需求逐渐由量向质转变，肉品质越来越受到重视。其中，冷藏是最常见的保鲜手段。鲜肉从屠宰到冷藏过程中，经历了僵直、解僵和成熟，具有鲜嫩多汁、易咀嚼、易消化等特点。在此期间，由于动物体内携带的微生物以及运输过程中滋生细菌，从而发生的鲜肉安全问题就会严重危害消费者权益，也严重影响我国鲜肉产业的健康绿色发展以及出口贸易。

图1 冷藏肉

致病微生物非常容易污染鲜肉食品，并且在养殖、屠宰、加工、运输、贮藏和销售等任何环节中都有可能发生食源性致病菌的“二次污染”问题，甚至通过繁殖或产生毒素进一步扩大致病菌的危害，导致集体中毒事件。在细菌性食物中毒事故中，有四分之一都是由金黄色葡萄球菌所引起的，因此，对于鲜肉中金黄色葡萄球菌的检测尤为重要。食品中微生物的检测方法主要有培养法、免疫分析技术、分子生物学方法以及生物传感器方法。本文使用如海光电自主研发的荧光光谱仪对猪肉和牛肉中的金黄色葡萄球菌进行测试。

二、研究内容

实验以鲜牛肉、鲜猪肉为测试对象，利用如海上转换荧光光谱仪进行测试。

2.1 上转换纳米材料的制备及修饰方法

研究中所使用的上转换荧光纳米颗粒采用高温热分解法制备。经过超声、搅拌、加热、冷却、离心后得到白色固体沉淀，即油溶性上转换纳米颗粒（UCNPs-OA）。最后将其置于60℃烘箱中，真空干燥12 h真空干燥后。为了UCNPs-OA能够具有良好的水溶性，同时又能够填充信号分子，因此，在上转换纳米材料表面包覆一层介孔二氧化硅。

2.2 检测体系的构建

研究基于上转换荧光技术的金黄色葡萄球菌检测方法的基本原理如图2所示。检测体系由Fe2+填充的介孔上转换纳米材料和适配体组成，适配体通过静电吸附结合在UCNPs-m SiO2表面，使Fe2+被隔绝在UCNPs-m SiO2介孔中，无法与体系中H2O2反应产生Fe3+，所以UCNPs荧光不会猝灭；但是当体系中加入金黄色葡萄球菌时，适配体优先与金黄色葡萄球菌结合，并从UCNPs-m SiO2表面上脱离，从而释放出介孔中的Fe2+，并与H2O2反应生成Fe3+，Fe3+与UCNPs之间通过配位作用形成UCNPs/Fe3+络合物，导致UCNPs的荧光被猝灭。因此可以通过荧光淬灭程度实现定量检测金黄色葡萄球菌。

图2 检测金黄色葡萄球菌的试验原理

2.3 制备材料的表征结果

图3 上转换荧光纳米材料的TEM图（A），X-射线衍射光谱图（B），上转换纳米颗粒能谱图（C）和荧光光谱图（D）

图3（A）为制备的上转换纳米材料的TEM图，可以看出，合成的纳米材料为典型的六边形，大小一致且分散均匀，直径约45 nm左右。图3（B）为UCNPs的XRD图，可以看出，制备的UCNPs的衍射峰与标准卡JCPDS No. 16-0334完全吻合，表明所制备的材料从晶型上分析具有纯晶相的结构。图3（C）为UCNPs的能谱图，可以清晰的看出，制备的UCNPs由元素钇、镱、铒、钠、氟组成，符合应有的元素组成。图3（D）为制备的UCNPs在980 nm激光激发下的完整的荧光光谱图（380-800 nm），观察到在410、524、544和658 nm处有四个特征发射峰，表明制备的UCNPs具有良好的发光特性。

2.4 检测标准曲线的建立

制备梯度浓度的金黄色葡萄球菌悬浮液，在优化的最佳实验条件下用所构建的生物传感器进行检测并采集上转换荧光光谱，结果如图4所示。

图4 不同浓度金黄色葡萄球菌检测的上转换荧光光谱（A）和标准曲线（B）

2.5 小结

研究构建了一种基于三价铁离子猝灭上转换荧光的检测方法，并将其应用于鲜肉食品中金黄色葡萄球菌的定量检测。所构建的检测体系主要由介孔二氧化硅包覆的上转换纳米材料和适配体组成，优化结合比例以及孵育时间后，利用荧光强度的猝灭程度，实现了对金黄色葡萄球菌的定量检测且具有较好的特异性和抗干扰性。结果表明构建的体系设计的上转换荧光检测体系灵敏、可靠，与传统平板方法无显著性差异，可以快速检测鲜肉中的金黄色葡萄球菌。

文献来源

[1]杨永存.鲜肉中金黄色葡萄球菌的上转换荧光传感检测方法研究[D].江苏大学,2021.

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