黄硕课题组Nat. Commun.: 纳米孔快速水果分析

发布时间:2024-03-12浏览次数:29

顺式二醇,如1,2-二酚、糖醇、α-羟基酸及糖等,广泛存在于日常生活中的天然食品中,如水果、茶叶、蜂蜜和蔬菜等。这些物质对人体健康至关重要,它们不仅提供必需的营养成分,还具有多种保健功能,包括并不限于抗氧化、抗肿瘤以及降血压等。因此,对这些顺式二醇的快速而精确的分析对于保障人们的饮食营养和保健非常关键,同时也对食品工业中产品的安全性和质量控制起到了核心作用。然而,由于这些天然来源的顺式二醇在未经分离的情况下通常以混合物形式存在,这就对单一传感器在同一条件下快速准确鉴别这些化合物提出了严峻的技术挑战。

传统的高效液相色谱技术(HPLC)长期以来一直是分析天然食品中顺式二醇的主流方法,但其所需的样品预处理步骤繁复耗时,且设备体积较大,限制了其在现场快速分析的应用。此外,当需要在同一色谱条件下同时检测多种分析物时,HPLC面临着不同物质可能存在共洗脱的挑战,进而影响分析结果的准确性和可靠性。其他常用的分析方法如分光光度法、气相色谱法等则因其分辨率不足或需要衍生化的复杂操作,难以实现快速准确分析顺式二醇的目的。鉴于此,开发一种无需复杂分离且能快速准确地同时识别多种顺式二醇的分析方法,是食品科学及化学分析领域亟待解决的问题。

近日,我院生命分析化学国家重点实验室黄硕团队基于原创开发的单个苯硼酸修饰的异质耻垢分枝杆菌膜蛋白AMspA)孔道(MspA-PBA),首次实现了天然水果中多达十多种顺式二醇的同时快速准确分析,且无需依赖任何繁琐的分离纯化步骤。在该工作中,MspA-PBA展现出优异的高分辨能力,能够同时完全分辨多达12种顺式二醇,包括同分异构体柠檬酸和异柠檬酸,果糖和葡萄糖,以及对映异构体DL-苹果酸。该传感器在西梅、葡萄、柠檬、不同品种猕猴桃以及商业果汁产品中均表现出色,并可被直接应用于便携式设备进行现场快速检测。本工作中,作者提出了基于MspA-PBA的多特征纳米孔谱技术概念,并选取了四大类共十种在自然界中常见的顺式二醇作为目标分析物(图1),包括儿茶素、新绿原酸、山梨糖醇、木糖醇、L-苹果酸、L-酒石酸、柠檬酸、异柠檬酸、葡萄糖和果糖,然后对其在不同水果样本中的含量进行了详尽的分析。

 1:目标顺式二醇的直接传感

通过借助机器学习算法,作者对西梅、葡萄和柠檬中的顺式二醇含量进行了深入研究(图2),结果显示每种水果所呈现出的纳米孔信号具有鲜明的差异,如西梅中特有的山梨糖醇和新绿原酸,葡萄中的酒石酸以及柠檬中的柠檬酸和异柠檬酸。这些差异为进一步理解不同水果中顺式二醇成分的生物学功能及其在食品科学中的应用价值开辟了新的视角。

 2: 天然水果果汁的快速分析

随后,作者将相同的分析策略应用于不同品种的猕猴桃研究中,并利用相关文献及算法成功鉴定出了绿心和黄心猕猴桃特有的蔗糖信号(图3)。此外,该技术在商品果汁中的添加剂鉴定方面也取得了进展,DL-苹果酸这一对映异构体可被同时完全区分。最终,作者将该传感器集成于便携式设备中,成功实现了天然葡萄汁的实时传感分析,进一步展示了该方法在便携式食品和药品检测领域的广阔应用潜力。

 3: 不同品种猕猴桃的快速分析

该工作以“Nanopore analysis of cis-diols in fruits”为题,于202435日发表在Nature Communications》(文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-46303-xDOIhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-46303-x)。我院博士生樊萍萍为该论文的第一作者,科研助理曹祯媛和博士生张善雨为等同第一作者,黄硕教授为论文通讯作者。此项研究得到了生命分析化学国家重点实验室以及南京大学化学和生物医药创新研究院(ChemBIC)的重要支持,国家自然科学基金(项目编号:2222540531972917)、科技部国家重点研发计划课题(项目编号:2022YFA1304602)中央高校基本科研业务费资助项目(项目编号:020514380257)、江苏省高层次创业创新人才引进计划(个人、团体计划)、江苏省自然科学基金(项目编号:BK20200009)、南京大学卓越计划(项目编号:ZYJH004)等经费支持。