一种批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法

IPC分类号 : G01N27/26,G01N27/30,G01N1/34,G01N1/40,C12Q1/00

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CN201710546430.7

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专利摘要

一种批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，属于分析化学和食品安全检测技术领域。本发明首先利用EC专用固相柱对酒类样品进行前处理萃取出其中的EC；然后在萃取所得溶液体系中加EC降解酶；最后往检测体系中加入底物丙酮酸钠和NADH并用缓冲液调节pH，利用AlaDH修饰的丝网印刷电极进行电化学检测，利用电流‑时间法测定NADH消耗造成的电流响应值下降与EC浓度的线性关系来测算出EC含量。本发明构建了一个基于酶修饰丝网印刷电极的EC传感器，通过与EC萃取专用固相柱的联用，有效排除了酒类基质中主要干扰物尿素的影响，实现了对黄酒等酒类样品中EC含量的直接测定。该方法比之目前EC测定的主流方法GC‑MS，不需要大型仪器设备，且能实现快速、高灵敏、低成本地批量化测定。

权利要求

1.一种批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，其特征是步骤如下：首先利用EC专用固相柱对酒类样品进行前处理萃取出其中的EC；然后在萃取所得溶液体系中加入EC降解酶将EC降解为乙醇、CO₂和NH₄⁺；最后往检测体系中加入底物丙酮酸钠和还原性辅酶I NADH并用缓冲液调节pH，利用丙氨酸脱氢酶AlaDH修饰的丝网印刷电极SPE进行电化学检测，在丙氨酸脱氢酶AlaDH催化下，上步反应生成的NH₄⁺和加入的丙酮酸钠、还原态的NADH反应生成丙氨酸钠和氧化态的NAD⁺，利用电流-时间法测定NADH消耗造成的电流响应值下降与EC浓度的线性关系来测算出酒类样品中EC含量。

2.根据权利要求1所述批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，其特征是具体步骤如下：

（1）制备丙氨酸脱氢酶修饰的丝网印刷电极：将0.1%~0.5%的壳聚糖CS和0.4%~0.7%还原氧化石墨烯RGO加入到100mL 质量浓度为1%的醋酸溶液中得到CS/RGO混合液体系，然后将15~25U/mL丙氨酸脱氢酶加入到该混合体系中，得到CS/RGO/AlaDH生物复合材料；将20~30μL的CS/RGO/AlaDH均匀覆盖于丝网印刷电极表面，4℃冰箱储存48h，干燥成膜，制备得到CS/RGO/AlaDH/SPE；

（2）EC标准样品的检测和标准曲线的绘制：使用pH 4.5的柠檬酸缓冲液配制不同浓度的标准EC溶液，向其中加入10~16U/mL 的EC降解酶，常温下反应1h；加入pH10的碳酸钠缓冲液，将反应体系pH调到10，然后加入30~50mmol/L的丙酮酸钠和0.4~0.6mmol/L的NADH，随后将上述修饰好的CS/ RGO/AlaDH/SPE电极插入溶液中，在0.5~0.6V电压下，利用电流-时间法i-t扫描5min，记录NADH在反应前后的电流响应变化值；根据电流响应变化值与EC浓度之间的关系，绘制出相应的线性关系标准曲线；

（3）萃取：利用EC专用固相柱对酒类样品进行前处理，萃取出其中的EC至待检溶液体系，具体步骤为：准确量取2mL酒类样品，加入100μL 2.0~3.0μg/mL的D₅-氨基甲酸乙酯内标使用液、氯化钠0.3~0.4g，40kHz超声波处理10~20min，混合液加到萃取柱上，抽成0.1MPa真空，静置10min，先用10~15mL正己烷淋洗除杂，接着用乙酸乙酯：乙醚按照体积比1：1配置成洗脱液进行洗脱，洗脱液收集于具塞刻度试管中，用N₂吹至洗脱液剩余0.4~0.5mL，用pH 4.5的柠檬酸缓冲液定容至1.0mL；

（4）计算：取步骤（3）定容后的溶液按步骤（2）操作，测定相应的电流响应变化值，根据上述标准曲线求得EC浓度，并进一步计算出酒样中的EC含量。

3.根据权利要求2所述批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，其特征是：步骤（3）所述EC专用固相柱为商品化Cleanert EC专用固相柱，碱性硅藻土。

4.根据权利要求2所述批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，其特征是：步骤（3）所述酒类样品为黄酒。

5.根据权利要求2所述批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，其特征是：步骤（1）所用丝网印刷电极的工作电极直径为4mm，材料为碳。

6.根据权利要求2所述批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，其特征是：步骤（2）所述不同浓度的标准EC溶液具体为0～1000μM。

说明书

技术领域

本发明涉及一种批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，可以批量化对黄酒等酒类样品中氨基甲酸乙酯进行高灵敏、快速测定，属于分析化学和食品安全检测技术领域。

背景技术

氨基甲酸乙酯（Ethyl carbamate, EC），俗称尿烷、乌拉坦，属无色无味晶体，是一种在发酵食品和饮料生产过程中伴随产生的有害代谢产物，不仅存在于发酵酒类中，在面包、酱油等发酵食品中也存在。EC是能导致啮齿类动物肺癌、肝癌等疾病的多位点致癌物，现在一般认为EC致癌的主要机理是铜离子存在时，EC与体内的细胞色素P450作用，造成DNA损伤，从而引起肝、肺等器官的癌变。基于此，2007年世界卫生组织的国际癌症研究署将EC归为2组A类致癌物质。

随着生活水平的提高，人们对发酵类食品和饮料酒的消费量也在逐年增加。这意味着人们摄入EC的主要途径是摄入发酵类食品和酒精类饮料，特别是饮用酒精饮料是人体摄入EC的主要途径。因此，世界各国政府制定了相应的发酵酒中EC含量的限量标准。而建立快速、准确的检测EC含量的方法显得十分必要。

目前，高效液相色谱（HPLC）法或气相色谱（GC）法与质谱（MS）联用技术是检测酒类中EC的最常用的方法。液相色谱法一般需要衍生化处理，加入一些特殊有机试剂；而气相色谱法，特别是气相色谱-质谱法具有分析样品灵敏度高等优点，因此应用也很广泛。以此衍生出的方法还包括：一维气相色谱-质谱（MEPS/GC-MS）、高效液相色谱-荧光检测器（HPLC-FLD）、多维顶空固相微萃取结合气相色谱和火焰离子化检测器（HS-SPME/GC/FLD）等。这些已报道的检测方法都需要使用昂贵的设备，由于EC本身既没有特征性的光谱吸收，又不具有电化学或荧光信号，其通过 GC 或 HPLC 分离后均需要采用特殊的检测器，这些都使得快速、批量化或在线检测很难被实现。并且发酵食品中的成分非常复杂，杂质组分对检测的干扰比较严重，样品的处理很大程度上会影响现有的这些检测方法结果的重复性。

近年来，人们对于酶传感器研究取得了很大的进步，将酶固定于电极的载体材料不仅仅是传统的有机物材料，现在更多的是使用纳米材料、溶胶凝胶等先进材料，以达到改善所构建酶传感器性能的效果，主要原因是这些技术可以明显改善传感器表面的电子传递速率，提高酶的稳定性甚至活性，同时电子媒介体的范围也在迅速扩展。由于酶传感器具有灵敏度高、选择性高、可大批量及在线使用、低成本等优点，其应用也越来越广泛。

发明内容

本发明的目的是建立一种可以批量化对黄酒等酒类样品中EC进行高灵敏、快速测定的电化学方法，关键的技术问题包括从样品中萃取出EC以消除较高浓度尿素的存在对测定的影响；其后利用EC降解酶和丙氨酸脱氢酶（AlaDH）的催化，将EC浓度信号转化为NADH消耗产生的电流响应值的变化。

本发明的技术方案，本发明的前期筛选出了产氨基甲酸乙酯降解酶（EC降解酶）菌株，并实现了产酶和纯化，EC降解酶，在中国专利申请号201410146266.7已公开，研究发现该EC降解酶是一种双功能酶，不仅能催化EC水解为乙醇、CO₂和NH₄⁺，还能催化尿素水解为CO₂和NH₄⁺，由于尿素在黄酒等酒类中含量较高，为排除尿素对EC检测的干扰，本发明首先设计了利用商品化Cleanert EC专用固相柱（碱性硅藻土）对酒类样品进行前处理，萃取出其中的EC至待检溶液体系。为了解决EC降解酶与酶电极上修饰的丙氨酸脱氢酶的最适反应pH不一致的问题，又设计了双阶段酶耦联反应的方法。最后为了实现对实际酒类样品的大批量快速检测，构建了可以批量化制备和一次性使用的丙氨酸脱氢酶修饰的丝网印刷电极，利用电流时间法（i-t）实现对EC含量的电化学测定。

一种批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，步骤如下：首先利用EC专用固相柱对酒类样品进行前处理萃取出其中的EC；然后在萃取所得溶液体系中加入EC降解酶将EC降解为乙醇、CO₂和NH₄⁺；最后往检测体系中加入底物丙酮酸钠和还原性辅酶I NADH并用缓冲液调节pH，利用丙氨酸脱氢酶（AlaDH）修饰的丝网印刷电极（SPE）进行电化学检测，在丙氨酸脱氢酶AlaDH催化下，上步反应生成的NH₄⁺和加入的丙酮酸钠、还原态的NADH反应生成丙氨酸钠和氧化态的NAD⁺，利用电流-时间法测定NADH消耗造成的电流响应值下降与EC浓度的线性关系来测算出EC含量。

所述批量化对酒类样品中氨基甲酸乙酯快速测定的方法，具体步骤如下：

（2）EC标准样品的检测和标准曲线的绘制：使用pH 4.5的柠檬酸缓冲液配制不同浓度的标准EC溶液，向其中加入10~16U/mL 的EC降解酶，常温下反应1h；加入pH10的碳酸钠缓冲液，将反应体系pH调到10，然后加入30~50mmol/L的丙酮酸钠和0.4~0.6mmol/L的NADH，随后将上述修饰好的CS/ RGO/AlaDH/SPE电极插入溶液中，在0.5~0.6V电压下，利用电流时间法i-t扫描5min，记录NADH在反应前后的电流响应变化值；根据电流响应变化值与EC浓度之间的关系，绘制出相应的线性关系标准曲线；

（4）计算：取步骤（3）定容后的溶液按步骤（2）操作，测定相应的电流响应变化值，根据上述标准曲线可求得EC浓度，并进一步计算出酒样中的EC含量。

步骤（3）所述EC专用固相柱为商品化Cleanert EC专用固相柱，碱性硅藻土。步骤（3）所述酒类样品为黄酒。

步骤（1）所用丝网印刷电极的工作电极直径为4mm，材料为碳。

步骤（2）所述不同浓度的标准EC溶液具体为0-1000μM。

本发明的有益效果：本发明构建了一个基于酶修饰丝网印刷电极的EC传感器，通过与EC萃取专用固相柱的联用，有效排除了酒类基质中主要干扰物尿素的影响，实现了对黄酒等酒类样品中EC含量的直接测定。该方法比之目前EC测定的主流方法GC-MS，不需要大型仪器设备，且能实现快速、高灵敏、低成本地批量化测定。

附图说明

图1是丙氨酸脱氢酶修饰丝网印刷电极的制备和检测原理图。

图2是氨基甲酸乙酯浓度标准曲线。

具体实施方式

实施例1 丙氨酸脱氢酶（AlaDH）修饰丝网印刷电极制备时壳聚糖（CS）、还原氧化石墨烯（RGO）最适添加浓度的确定

在制备丙氨酸脱氢酶修饰SPE时，需要优化用于固定AlaDH至电极表面的CS和RGO的浓度。使用单因素试验的方法优化CS的浓度。首先，配制质量浓度分别是0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%的CS，加入适量甘油作为保护剂，搅拌均匀去泡，放置于4℃冰箱备用。取50 μL不同浓度的CS溶液，分别与25 μL 20 U/mL的AlaDH混匀，并取20 μL 混合液滴涂于SPE表面。制成的电极按上述双阶段反应对标准EC溶液进行检测，记录5 min反应时间内NADH的电流响应变化值。确定当CS浓度为0.3%时，所制备的电极电流响应变化值最大，因此CS的最适浓度为0.3%。在采用最适浓度CS的基础上，配制质量浓度分别是0%，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%，1.0%的RGO，加入适量甘油作为保护剂，搅拌均匀去泡，放置于4℃冰箱备用。取50 μL不同RGO浓度的混合液，分别与25 μL 20 U/mL的AlaDH混匀，取20 μL混合液滴涂于SPE表面。制成的电极按上述双阶段反应对标准EC溶液进行检测，当RGO浓度为0.5%时，电极测得的NADH电流响应变化值最大。因此，RGO的最适浓度为0.5%。

实施例2. 第一阶段反应最适条件的确定

采用单因素试验优化反应体系中加入EC降解酶的酶活。向含有8mmol/L EC的溶液中分别加入6，8，10，12，14，16 U/mL的EC降解酶，反应1 h后，调节pH 10并加入50 mmol/L丙酮酸钠溶液和0.4 mmol/L NADH溶液，采用修饰好的电极测定，记录5 min反应时间内NADH的电流响应变化值。当EC降解酶添加量为16 U/mL时，电极电流响应变化值最大，同时兼顾该酶的使用成本，确定EC降解酶的最适添加量为16 U/mL。

采用单因素试验优化第一阶段反应时间。向含有8 mmol/L EC的溶液中加入16 U/mL的EC降解酶，分别反应0.5，1，1.5，2，3 h后，调节pH 10并加入50 mmol/L丙酮酸钠溶液和0.4 mmol/L NADH溶液，采用修饰好的电极测定，记录5 min反应时间内NADH的电流响应变化值。当第一阶段反应时间为1 h时，电极电流响应变化值最大，因此第一阶段最适反应时间为1 h。

实施例3. 第二阶段反应最适条件的确定

在采用最适条件进行第一阶段反应后，采用单因素试验优化第二阶段反应体系中NADH的添加浓度。第一阶段反应后的溶液调节pH 10后分别加入浓度为0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.75，1.0 mmol/L的NADH和50 mmol/L丙酮酸钠，用制备好的丙氨酸脱氢酶修饰丝网印刷电极进行电流时间法测定，根据NADH响应变化值的大小确定NADH最适浓度为0.5 mmol/L。

采用单因素试验优化第二阶段反应体系中加入丙酮酸钠的浓度。第一阶段反应后的溶液调节pH 10后分别加入浓度为10, 20, 30, 40, 50, 60 mmol/L的丙酮酸钠溶液和0.5 mmol/L的NADH溶液，用制备好的丙氨酸脱氢酶修饰丝网印刷电极进行电流时间法测定，根据NADH响应变化值的大小确定最适丙酮酸钠浓度为40 mmol/L。

实施例4. 模拟酒体系中EC含量的测定

为考察酒精对EC测定过程中酶活性的影响，配制了质量浓度15%的酒精溶液作为模拟酒体系。将一定量的标准EC溶液加入到模拟酒中，得到三个EC浓度梯度，分别为5, 30, 60 nmol/L，利用之前制备好的电极和优化后的电化学检测条件进行测定，记录NADH在反应前后的电流响应变化值。每个EC浓度检测进行四次平行试验（n=4），利用上述绘制的标准曲线，计算得出模拟酒中EC含量，结果如表1所示。通过比较计算得出的EC浓度与实际加入的EC浓度，以及平行样间的相对标准偏差，验证该方法检测模拟酒中EC含量具有良好的精确度和准确性。

表1检测模拟酒样品中EC的回收率以及相对标准差

实施例5. 实际黄酒样品中EC含量的测定

为了进一步验证该方法在测定实际黄酒等酒样中EC含量时的准确性，选用了市售某黄酒，采用商品化Cleanert EC专用固相柱（碱性硅藻土）对酒类样品进行前处理，萃取出其中的EC至待检溶液体系，向其中加入16 U/mL的EC降解酶反应1 h ；再加入40 mmol/L的丙酮酸钠和0.5 mmol/L的NADH，用制备的电极记录NADH在反应前后的电流响应变化值，根据标准曲线可换算出了该黄酒样品中的EC浓度为0.823 μmol/L。进而用传统的GC-MS标准方法对该酒样测定，得到EC浓度为0.874 μmol/L，证明该方法具有较高的准确性。

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