電致化學(xué)發(fā)光方法檢測(cè)肉的新鮮度

鈕偉民, 孫秀蘭, 張銀志, 李在均, 宋啟軍, 李芳, 周磊

(1.無(wú)錫市疾病預(yù)防控制中心,無(wú)錫21402,2.江南大學(xué)食品學(xué)院,無(wú)錫214122;3.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江南大學(xué),無(wú)錫214122;4.江南大學(xué)化工材料與工程學(xué)院,無(wú)錫214122)

隨著人們生活水平的不斷提高,肉類消費(fèi)量日益增大,人們對(duì)于肉的品質(zhì)要求也是不斷提高,如何準(zhǔn)確地評(píng)定肉品的新鮮程度關(guān)系著人們的切身利益。我國(guó)對(duì)鮮凍畜禽肉的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)都有明文規(guī)定,根據(jù)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)肉品新鮮程度的評(píng)定主要采用感官標(biāo)準(zhǔn)與理化標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的方法[1]。肉品的變質(zhì)過(guò)程,就是肉品外在感觀性狀和內(nèi)部成分逐漸腐敗變化的過(guò)程,其過(guò)程中伴隨著硫化物和氨氣的產(chǎn)生[2]。目前判定肉品新鮮度主要從肉品的感觀性狀、腐敗分解產(chǎn)物的特性及含量、細(xì)菌的數(shù)量及污染程度三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行[3-5],但是這些方法往往耗時(shí)比較長(zhǎng),設(shè)備復(fù)雜,而且靈敏度不是很好。本文采取電致化學(xué)發(fā)光的方法,通過(guò)檢測(cè)肉類腐敗變化的過(guò)程中產(chǎn)生的氨氣,從而來(lái)檢測(cè)肉的新鮮程度。

電致化學(xué)發(fā)光(ECL)是某些具有電致化學(xué)發(fā)光活性的物質(zhì)處在一定的電位時(shí),與溶液中氧化還原物質(zhì)作用生成的不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)遷移回基態(tài)時(shí)所導(dǎo)致的化學(xué)發(fā)光[6]。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)化學(xué)發(fā)光法的機(jī)制也進(jìn)行了大量的研究[7-8]。它具有靈敏度高、重現(xiàn)性好、可連續(xù)檢測(cè)、檢測(cè)速度快和裝置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 試劑

鹽酸,N,N′-二甲基甲酰胺(DMF),硝酸均購(gòu)自中國(guó)醫(yī)藥公司上海分公司;0.05 mol/L磷酸緩沖溶液和多壁碳納米管(MWNTs)作者所在實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 儀器

GS-3交直流兩用大氣采樣機(jī)(上海宏偉環(huán)保設(shè)備廠);PHS-2ST數(shù)顯酸度計(jì),EL-204電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司);IM6e電化學(xué)測(cè)試儀(德國(guó)ZAHNER公司);MPI2B型多參數(shù)電致化學(xué)發(fā)光/化學(xué)發(fā)光分析測(cè)試系統(tǒng)(西安瑞邁電子科技有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 MWNTs/PVA/銥配合物修飾電極的制備

MWN T經(jīng)充分研磨后,在濃硝酸中加熱回流3 h,用超純水洗滌至中性,并在200℃下烘干3 h.稱取2 mg處理過(guò)的MWNT,加入10 mL二甲基甲酰胺(DMF),超聲30 min后,MWNT分散于DMF中,形成棕色溶液。玻碳電極修飾前使用0.3 mg氧化鋁粉在拋光絨布上仔細(xì)打磨拋光5 min,用超純水沖洗干凈后,置于空氣中晾干.用微量進(jìn)樣器移取10μL剛剛經(jīng)過(guò)超聲振蕩的MWNT/DMF溶液滴加在電極的工作面上,置于紅外燈下烘干.再移取5μL含0.1%Nation的乙醇溶液滴加于電極的表面,在空氣中晾干,待溶劑揮發(fā)完全即可。修飾后的工作電極用超純水沖洗干凈,并保存于室溫下。

1.3.2 樣品處理與測(cè)定

將500 g新鮮肉至于密閉的容器里,每放置5小時(shí),采用大氣采樣器抽取密閉容器里的氣體,將采集的氣體樣品導(dǎo)入至10 mL 0.1 mol/L HCl溶液中,采樣速率為0.5 L/min,采樣時(shí)間為5 min。將導(dǎo)入氣體的10 mL 0.1 mol/L HCl溶液的p H值調(diào)至6.5,以MWNTs/PVA/銥配合物修飾電極為工作電極[9],鉑絲電極為對(duì)電極,Ag/AgCl電極為參比電極,進(jìn)行循環(huán)伏安-電致化學(xué)發(fā)光掃描,掃描范圍為0.2～1.8V,掃描速率為100 mv/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描速率的影響

研究中發(fā)現(xiàn),循環(huán)伏安-電致化學(xué)發(fā)光的掃描速率影響著體系的發(fā)光強(qiáng)度[10]。因此,對(duì)同一樣品,采用不同的速率進(jìn)行掃描,分別為10、50、100、150、200 mV/s,隨著掃描速率的增大,體系的發(fā)光強(qiáng)度越來(lái)越大,但是超過(guò)一定掃描速率之后,發(fā)光值不再繼續(xù)增大,并且在同一掃描速率下,發(fā)光值呈現(xiàn)不穩(wěn)定的趨勢(shì)。

2.2 酸度的影響

在循環(huán)伏安-電致化學(xué)發(fā)光體系中,溶液的p H值對(duì)ECL值影響很大[11],隨著p H值的增大,ECL值逐漸增大,當(dāng)p H值為6.5時(shí),發(fā)光達(dá)到最大值,隨著p H的繼續(xù)增大,發(fā)光呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)。產(chǎn)生上述這種現(xiàn)象,主要原因是由于溶液中的NH4+主要是以NH3的形式參與反應(yīng),在溶液中,NH4+和NH3的濃度其實(shí)是達(dá)到一個(gè)有效的平衡,當(dāng)p H值較低時(shí),主要是以N H4+的形式存在,溶液中的N H3就比較少;當(dāng)p H值較高時(shí),主要是以NH3的形式存在,但較高的p H使得溶液中的NH3又會(huì)溢出。所以,結(jié)合實(shí)驗(yàn),我們選擇最佳的p H值6.5。

2.3 線性范圍及檢出限

在p H為6.5的 PBS溶液中,以100 mV/s的速度在0.5～1.8 V電位范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安-電致化學(xué)發(fā)光掃描,配制一系列的NH4+標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量用以得到不同濃度NH4+溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如圖2所示。NH4+作為共反應(yīng)物的發(fā)光值與NH4+濃度在1.8×10-7～1.0×10-9mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,其線性回歸方程為:y=0.701 6x+46.884(R2=0.999 9),檢出限為 1.2×10-13mol/L(S/N=3)。

圖1 pH對(duì)修飾電極電致化學(xué)發(fā)光的影響Fig.1 Effect of pHon ELC

圖2 MWNTs/PVA/(pq)2Ir(N-phMA)修飾電極檢測(cè)NH4+的標(biāo)準(zhǔn)曲線,掃描速率100mV/sFig.2 the detection of NH4+with modified electrode assembled with MWNTs/PVA/(pq)2Ir(N-phMA)

2.4 MWNTs/PVA/(pq)2Ir(N-phMA)修飾電極的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性

同一電極平行測(cè)定2.0×10-5mol/L NH4+溶液10次,RSD為1.8%(見(jiàn)圖3)。

圖3 修飾電極的重現(xiàn)性Fig.3 Reproducibility of modified electrode

在相同條件下制作的5支電極測(cè)定2.0×10-5mol/L NH4+溶液,RSD為2.9%。電極測(cè)量完畢后,用蒸餾水清洗電極,室溫下晾干,在4℃下儲(chǔ)存。每隔一周測(cè)定1.0×10-5mol/L NH4+溶液,如圖4所示。

圖4 修飾電極的重現(xiàn)性與穩(wěn)定性Fig.4 Stability of modified electrode

前10周內(nèi),測(cè)定的 ECL值較為穩(wěn)定,其 RSD為 2.4%,說(shuō)明 MWNTs/PVA/(pq)2Ir(N-phMA)修飾電極性能穩(wěn)定。

2.5 干擾實(shí)驗(yàn)

空氣中含有氮?dú)猢p二氧化碳﹑硫化氫﹑二氧化硫,腐肉本身也會(huì)釋放出硫化氫[12]。為了檢驗(yàn)上述這些物質(zhì)對(duì)氨氣的檢測(cè)是否有干擾,我們做了如下的干擾實(shí)驗(yàn):(1)往p H為6.5的 PBS溶液中通氮?dú)? min;(2)往p H為6.5的PBS溶液中通硫化氫5 min;(3)往p H為6.5的PBS溶液中通二氧化碳5 min;(4)往p H為6.5的PBS溶液中通二氧化硫5 min,將制備的 MWNTs/PVA/(pq)2Ir(N-phMA)修飾電極分別插入上述4份溶液,進(jìn)行電致化學(xué)發(fā)光掃描,結(jié)果發(fā)現(xiàn),上述溶液均未能產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光,這也就說(shuō)明采用電致化學(xué)發(fā)光法來(lái)檢測(cè)空氣中氨氣時(shí),其它成分的存在不會(huì)對(duì)其測(cè)定產(chǎn)生干擾作用。

2.6 肉類新鮮程度的測(cè)定

當(dāng)肉由于各種微生物的污染和作用引起了腐敗現(xiàn)象,或者由于自身酶的分解作用引起酸臭性發(fā)酵時(shí),會(huì)產(chǎn)生硫化物和其他揮發(fā)性物質(zhì)如氨氣,因此可根據(jù)肉類在不同時(shí)期產(chǎn)生氣體釋放的程度,通過(guò)采集不同時(shí)期的氣體樣品用于新鮮度的檢測(cè)(見(jiàn)圖5)。

從ECL數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)新鮮肉剛剛放入密閉空間時(shí),采集樣品,我們并沒(méi)有檢測(cè)到發(fā)光,放置5 h之后,我們檢測(cè)到 ECL,說(shuō)明此時(shí)豬肉自身酶開(kāi)始分解,釋放出氨氣,隨著放置時(shí)間的增加,ECL響應(yīng)值逐漸增大,說(shuō)明豬肉腐化釋放的氨氣越來(lái)越多,豬肉的腐化越來(lái)越嚴(yán)重。當(dāng)放置超過(guò)兩天后,ECL值增至200,根據(jù)我們所作的標(biāo)準(zhǔn)曲線,采樣速率以及采樣的時(shí)間,我們可以計(jì)算出各個(gè)時(shí)間段氨氣的濃度(如圖6)。

圖5 樣品檢測(cè),每5 h進(jìn)行一次采樣和掃描,掃描速率100 mV/sFig.5 Sample detection,scanning once every 5 hours,the scanning rate of 100 mV/s

3 結(jié) 語(yǔ)

圖6 氨氣濃度隨儲(chǔ)存時(shí)間的變化Fig.6 Concentration of NH3changed with storage time

肉品腐敗是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程,傳統(tǒng)的肉新鮮度檢測(cè)方法也比較多,但是都有一共同的缺點(diǎn),都要求在檢測(cè)前先制備肉浸液,過(guò)程繁瑣且耗時(shí)較長(zhǎng),難以滿足快速檢測(cè)的要求。而用電致化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)肉的新鮮度,可以省去肉的預(yù)處理步驟,大大縮短了檢測(cè)的時(shí)間,而且此方法還具有靈敏度高和檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定的特點(diǎn),操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn),適宜于推廣使用。

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