一种模拟酶传感器测量油脂过氧化值的方法与流程

本发明涉及模拟酶传感器测量油脂过氧化值的方法，属于分析化学领域的电化学分析和油脂分析检测技术领域。

背景技术：

油脂作为日常生活中重要的基本生活资料，同时也作为食品工业和日用化学工业的重要基础原料，其质量安全状况关系到人民的身体健康、食品工业和日化工业的健康发展以及社会的和谐稳定。因此快速、准确的评价油脂氧化稳定性在油脂生产和应用过程中十分重要。

评价油脂氧化稳定性和指标主要氢过氧化值(POV)、酸价(AV)、羰基价(CV)和碘值(IV)等。其中，POV是国家成品油脂质量检验的必检项目，是衡量油脂在氧化初期阶段酸败程度的重要指标。测定POV的方法主要包括：碘量法(Crowe T D,et al.,Journal of the American Oil Chemists'Society,2001,78(2):1267.)、比色法(余辉等，食品科学,2007,28(11):401.)、高效液相色谱法(Akasaka K,et al.,Journal of Chromatography A,2000,881:159.)、近红外光谱法(鲍丹青等,中国粮油学报,2008(6):206.)。电化学分析法因其响应快、重现性好、检测限低等系列优点，在油脂氧化分析领域已得到了广泛的应用。赵敏等采用交流阻抗法对不同氧化程度的油脂进行检测，通过测量油脂的氧化诱导时间，进而评价油脂的氧化稳定性和预测油脂货架期(赵敏等,中国粮油学报,2015,30(5):67.)。Ashok(Ashok M,et al.,Analytical Biochemistry,1995,(225):227.)和Adhoum等(Adhoum N,et al.,Sensors and Actuators B:Chemical,2008,133(2):588.)通过特定的酶(脂肪酸过氧化氢酶和亚油酸过氧化氢酶)采用计时电流法测量植物油的氢过氧化物含量。这些方法各有其特点，但有些方法操作流程复杂，耗时长或需使用较复杂的仪器，成本高。电化学分析法常需制备特定的修饰电极和选用特定的过氧化氢酶来测定油脂的氢过氧化物值。但玻碳修饰电极的制备所需时间较长，且修饰于玻碳电极表面的修饰物在测量过程中易脱落，更易受测量体系中共存物质的沾污；含特定过氧化氢酶的传感器，在含油体系中测量环境对酶活性的影响很大，使此类传感器测量结果的准确度、重现性和使用寿命均受到影响。因此，应用于含油体系中油脂氢过氧化物测量的新型传感器的研制十分必要。

膨胀石墨(EG)是由平行坍塌的片层结构所构成，具有表面活性高、导电性优良、化学稳定性良好等特点，在电极材料方面具有广泛的应用。自Adams于1958年首次报道了碳糊(PE)电极以来，由于其具有制备方法简单、成本低、易于更新、应用范围广、使用寿命长等优点，在电化学分析领域中已经得到了广泛的应用。铁基纳米材料(如Fe₂O₃NPs、Fe₃O₄、FeS和MnFe₂O₄NPs等)具有较强的磁敏特性，还具备表面积大、制备简单、易于修饰、价格便宜等优点，在分析、生物科学及医学领域已经得到了较为广泛的应用。Dai课题组(Dai Z H,et al.,Chemistry A European Journal,2009,15(17):4321.)通过实验验证了纳米片状FeS具有类似过氧化物酶的催化活性，且FeS对过氧化氢具有较好的亲和力。Zhou等(Zhou K F,et al.，Electroanalysis,2011,23(4):862)制备了无需电子介体的Fe₃O₄NPs-石墨烯电化学传感器并应用于过氧化氢的检测。本发明制备了一种表面易更新、制备方法便捷、耗材少且性能稳定的EG/Fe₃O₄-PE类酶传感器，对脂质氢过氧化物能够产生显著地催化还原响应电流，采用计时电流法能快速方便准确地测量油脂氢过氧化物值，并且具有良好的重现性与稳定性。实际油脂样品检测的结果与国标比色法的结果相符，因此本发明所提出的方法在实际应用领域中具有较大的发展前景。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对现有电化学测量油脂氢过氧化物值方法存在的不足之处，如玻碳修饰电极的制备所需时间较长，且修饰于玻碳电极表面的修饰物在测量过程中易脱落，更易受测量体系中共存物质的沾污；含特定过氧化氢酶的传感器，在含油体系中测量环境对酶活性的影响很大，使此类传感器测量结果的准确度、重现性和使用寿命均受到影响，提出采用计时电流法快速方便和准确地测量油脂过氧化值。该方法首先制备了一种模拟酶传感器，再采用计时电流法测量电解池中氢过氧化值(POV)的含量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种模拟酶传感器测量油脂过氧化值的方法，包括以下步骤：(1)将膨胀石墨/纳米Fe₃O₄与石蜡混合，加热搅拌，冷却后将所制的混合物装入洁净干燥的玻璃管内，压实填充，打磨至表面平滑，制得四氧化三铁纳米粒子修饰膨胀石墨碳糊(EG/Fe₃O₄-PE)模拟酶传感器；(2)将待测油脂用支持电解质溶液稀释，再将稀释液加入电解池中，采用三电极系统进行测量，其中以饱和甘汞电极作为参比电极；以铂片电极作为对电极；以制得的模拟酶传感器作为工作电极，采用计时电流法测量电解池中氢过氧化值(POV)的含量。该方法通过制备一种表面易更新，性能稳定和灵敏度高的模拟酶传感器，采用计时电流法实现对油脂氢过氧化物含量的快速准确测量。

模拟酶传感器的制备：将膨胀石墨/纳米Fe₃O₄与石蜡混合，加热搅拌，冷却后将所制的混合物装入洁净干燥的玻璃管内，压实填充，打磨至表面平滑，制得四氧化三铁纳米粒子修饰膨胀石墨碳糊(EG/Fe₃O₄-PE)模拟酶传感器；

进一步地，所述膨胀石墨与纳米Fe₃O₄的质量比为1:1～1:10。优选地，所述膨胀石墨与纳米Fe₃O₄的质量比为1:1。

进一步地，所述膨胀石墨/纳米Fe₃O₄与石蜡的质量比为100:1～100:10。优选地，所述膨胀石墨/纳米Fe₃O₄与石蜡质量比为100:5。

进一步地，所述膨胀石墨/纳米Fe₃O₄与石蜡混合物的加热方式为70℃水浴。

支持电解质选择实验：用不同配比(20:1、20:2、20:3、20:4、20:5)的甲醇和丙酮、乙醇和丙酮、甲醇和三氯甲烷、乙醇和三氯甲烷、甲醇和氯苯、乙醇和氯苯混合有机溶剂溶解油脂。进一步地，乙醇和三氯甲烷的混合液作为溶剂既能完全溶解油脂，又能较好的满足电化学测量的要求。优选地，所述乙醇和三氯甲烷混合液的体积比为20:3为测量体系的支持电解质。

测量条件选择实验：在相同实验条件下，施加电位在0V–-0.8V范围内变化时，随着电位的增加，还原电流响应值呈先增加后减小的趋势。当施加电位为-0.6V时，电流响应值达到最大，因此选择-0.6V作为计时电流法的施加电位。

表观米氏常数、重现性及稳定性：通过测量最大响应电流，分析底物氢过氧化值浓度的倒数和稳态电流的倒数之间的关系，得该测量体系的表观米氏常数值(K_m)为0.68mmol/L，表明在催化脂质氢过氧化物反应时EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器具有较大的表观活性。

考察了EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器的重现性与稳定性，同一模拟酶传感器在干燥避光冷藏条件下储存四周后，测试其电化学响应。所测得的催化还原电流是初始电流响应值的95.4％，这表明所制备的模拟酶传感器具有良好的稳定性。在相同的实验条件下，平行制备5个相同的模拟酶传感器用来研究其重现性。实验结果表明，所测得催化还原电流的相对标准偏差(RSD)为3.13％，说明了制备的EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器具有较好的重现性。

线性范围和检测限：在优化条件下，EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器对不同浓度氢过氧化物的电化学响应。图2A为不同浓度氢过氧化物的计时电流曲线图，由图可知，氢过氧化物浓度在5.0μmol/L–10.0mmol/L的浓度范围内，催化还原电流响应值(△I)与氢过氧化物浓度(C)的一次方呈良好的线性关系，线性方程为△I(μA)＝0.00597C(μmol/L)+0.622，R²＝0.998，检测限为1.7μmol/L(S/N＝3)。结果表明，本实验构建的方法对脂质过氧化物的检测具有较宽的线性范围和较低的检测限。

计时电流法测量油脂氢过氧化值时无需通氮除氧。

本发明所用的试剂均为分析纯。

本发明具有以下有益效果：

本方法克服了目前电化学测量油脂脂质氢过氧化物方法的诸多弊端，提出一种模拟酶传感器计时电流法测量油脂氢过氧化值新方法。具体表现在：①构建的EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器制作方便快捷、成本低廉，表面易更新且性能稳定；②EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器计时电流法测量油脂氢过氧化值，快速、灵敏、准确；③与国标法相比，基于模拟酶传感器计时电流法测量油脂氢过氧化值的方法更为简便、准确和经济。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是膨胀石墨碳糊电极(a)和EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器(b):在含5.0μmol/LPOV的乙醇/三氯甲烷(体积比为20:3)中的循环伏安图，扫描速率：100mV/s。

图2是不同浓度氢过氧化物的催化还原电流的响应曲线(图2A)和催化还原电流与不同浓度氢过氧化物的线性关系(图2B)，其中，(1)0μM,(2)5.0μM,(3)50.0μM,(4)0.5mM,(5)1.0mM,(6)2.0mM,(7)4.0mM,(8)6.0mM,(9)8.0mM,(10)10.0mM。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

按膨胀石墨与纳米Fe₃O₄的质量比为1:1和膨胀石墨/纳米Fe₃O₄与石蜡质量比为100:5的比例将它们在70℃水浴中加热搅拌。冷却后将所制的混合物装入洁净干燥的玻璃管内，压实填充，打磨至表面平滑，即得四氧化三铁纳米粒子修饰膨胀石墨碳糊(EG/Fe₃O₄-PE)模拟酶传感器。图1为膨胀石墨碳糊电极和EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器在含5.0μmol/LPOV油脂中的循环伏安图。通过将曲线a与曲线b进行对比可以发现，未经过Fe₃O₄修饰的膨胀石墨碳糊电极对脂质过氧化物并未产生电催化还原特征峰(曲线a)，而EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器产生一明显的电催化还原特征峰。这是由于稳定存在于膨胀石墨碳糊中的磁性纳米颗粒(Fe₃O₄)在脂质中氢过氧化物的作用下能快速地将Fe₃O₄NPs中Fe(Ⅱ)氧化成为氧化态的Fe(Ⅲ)，而其自身发生还原反应，表明磁性纳米颗粒(Fe₃O₄)对催化脂质过氧化物发生还原反应起着重要的作用。

实施例2：

称量0.20g的油脂样品加入体积比为20:3的乙醇和三氯甲烷的溶剂溶解稀释，将稀释液加入电解池中，采用三电极系统进行测量，其中以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂片电极作为对电极，以制得的EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器作为工作电极，施加电位为-0.6V，采用计时电流法测量电解池中氢过氧化值(POV)的含量。6种油脂的分析结果列于表1中。用F-检验和t-检验验证方法的可靠性，统计分析结果如见表2。

表1油脂样品POV测量结果*

注：a由计时电流法求得的POV；

b由国标法(GB/T5009.37-2003)测得的POV；

*3次实验结果求得的平均值。

表2油脂过氧化值的统计学分析

注：^a:F_0.05＝19.00；^b:t_0.05,4＝2.78。

由表1可知，本发明所建立的方法与国标法对6种油脂的POV测量结果非常接近，相对标准偏差小于3％。由表2可以看出，测得6种油脂过氧化值测得结果的F-检验和t-检验表明两种方法之间不存在显著性差异。说明本发明所建立EG/Fe₃O₄-PE模拟酶传感器测量油脂过氧化值的方法测量结果准确可靠。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。