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近年来由于农药的广泛应用,使农作物的产量大大提高,但是随着病虫害抗药性的逐年增加,农药用量越来越大,施药次数更加频繁,使农药残留问题日益突出,特别是食用有机磷农药超标的蔬菜、水果等而发生食物中毒的事件时有发生。因此建立简便、快速、准确的检测有机磷农药的方法具有非常重要的意义。
目前的快速检测方法主要是利用动物来源的乙酰胆碱酯酶,而植物酯酶的应用研究开展的不够深入。本文以辽春9号小麦面粉为原料,对其进行了分离纯化和固定化研究,利用植物酯酶活性可被有机磷农药所抑制的作用机制,建立了辽春9号小麦面粉酯酶检测有机磷农药的快速方法。
主要研究内容和结论如下:
1.小麦酯酶粗酶液的提取方法步骤为:按照1 g/5mL的比例,将小麦面粉溶解于pH6.5的磷酸缓冲溶液,在30℃恒温水浴提取40min,然后用高速冷冻离心机在4℃下以8000 rpm离心5min,所得上清液即为小麦酯酶粗酶液。
2.通过单因素和正交实验确定的辽春9号小麦面粉酯酶的最佳反应条件是:1mL2.5%浓度的酶液与0.2mol/LpH6.5的磷酸缓冲液1mL、双蒸水1mL混合后,在40℃恒温水浴中保温5min,加入1mL显色基质液(0.1mL1.25mg/mL的乙酸-1-萘酯与0.9mL0.25mg/mL固蓝B盐混合),40℃恒温水浴中反应5min。其中四个因素对酶活力的影响顺序为固蓝B盐浓度>温度>酶浓度>反应时间。
3.利用PEG1000/(NH<,4>)<,2>SO<,4>双水相体系萃取小麦酯酶的最适条件是:10g的双水相体系中含有13%的(NH<,4>)<,2>SO<,4>,27%的PEG1000,1mL的植物酯酶粗酶液,1mLpH 7.5的磷酸缓冲溶液和双重蒸馏水。在此条件下提取的小麦酯酶分配系数K<,e>达到10.2462,总蛋白的分配系数K<,P>为2.3160,酶活回收率η为94.8%。
4.小麦酯酶粗酶液经过(NH<,4>)<,2>SO<,4>盐析、DEAE-52纤维素离子交换层析、Sephadex G-200凝胶柱层析三步分离纯化后,纯化了41.4倍,回收率20.09%,纯化后的酶达到电泳纯,其分子量为29KDa。纯化后的小麦酯酶与粗酶液的米氏常数Km分别为0.2542mg/mL 0.26667mg/mL,表明小麦酯酶纯化前后对底物乙酸-1-萘酯的亲和力没有显著性差别。
5.以(OH)717阴离子交换树脂作为小麦酯酶的固定化载体,酶的最佳固定化条件是按9mL/g的比例固定5%浓度的小麦酯酶粗酶液,50℃吸附5min后,用3%浓度的戊二醛交联反应50min,得到的固定化酶的回收率为16.76%。与游离酶相比酶被固定后,最适温度不变,均为40℃;固定化酶的最适pH较游离酶低0.5个单位;具有较好的温度稳定性和操作稳定性。
6.用壳聚糖交联法固定小麦酯酶的方法是:将1g壳聚糖溶于17.5mL1%HAC中形成粘稠状溶胶,用注射器注入凝结液(18%NaOH,30%甲醇,1:1(V/V))得到球珠,并置于2%戊二醛溶液硬化。按5mL/g的比例将2.5%浓度的酶液在4℃条件下与2%戊二醛溶液交联14h后取出球珠,用双蒸水洗涤即得固定化小麦酯酶,酶活回收率为16.53%。酶被固定化后,与溶液酶相比,最适pH没有变化,而固定化酶的温度范围提高了20℃。稳定性更好,在四个月储藏期内,酶活仍可以保持原酶活的77.5%。固定化酶更易于连续操作,连续分批操作10次后,酶活力还保持初始酶活力的80.24%;被低浓度的敌敌畏抑制后,固定化酶较无抑制的酶活略有降低,但仍具有较高的酶活,可以连续分批操作。
7.采用凝胶包埋固定小麦酯酶的方法是:将5mL12.5%的酶液与10mL 4%的海藻酸钠溶液和10mL4%的明胶溶液均匀混合后,通过6号注射器的针头注进1%氯化钙溶液中,形成光滑的球珠,将球珠置于30℃5%的戊二醛溶液中硬化50min,得到的固定化酶活力最高。酶活回收率可达到69.2%。与溶液酶相比,酶被固定化后,与底物反应的最适pH不变,固定化酶的温度范围提高了10℃。固定化酶具有更好的热稳定性和操作稳定性,连续使用10个批次后其相对活力仍保持80.25%,在测试的15天内酶活基本保持不变。
8.辽春9号小麦酯酶经过纯化或固定化处理后,对有机磷农药残留检测的灵敏度的顺序为:层析法提纯的酶>壳聚糖交联制备的固定化酶>凝胶包埋法制备的固定化酶>双水相萃取酶>树脂吸附酶>粗酶液。层析法提纯的酶可以有效的检测出10<-5>-10<-4>mg/L的有机磷农药,检测灵敏度最高;采用三种固定化方法制备的固定化酶可以有效的检测出10<-5>-10<-2>mg/L的有机磷农药;双水相萃取的酶液可以有效的检测出10<-3>-10<-2>mg/L的有机磷农药;而粗酶液只可以检测到10<-2>mg/L的有机磷农药残留。
9.利用凝胶包埋和壳聚糖交联制得的两种固定化酶与乙酰胆碱酯酶的商品试剂盒对时令蔬菜的检测结果比较,以10%的抑制率作为固定化酶的农残检测限,与商品试剂盒的检测结果完全吻合。