外源性荧光光谱探针靶向快速检测食用植物油质量

A series of representative fluorescence spectrum are produced by the reaction of oxidation product of fatty acid and fluorescence material. That fluorescence spectrum is considered to be an excellent indicator to evaluate the quality of edible vegetable oil. However, this fluorescence material is the secondary metabolites that will affect the analysis result of fluorescence spectrum. Metalloporphyrin was selected to serve as extrinsic fluorescence probe in this study. This probe reacts with the primary metabolites of fatty acid to produce special fluorescence material. Density functional theory (DFT) will be carried out to investigate the reaction process between metalloporphyrin probe and primary metabolites of fatty acid. The change of frontier molecular orbital characteristic, atomic charge and electron density will then be analyzed. The influence of internal structures (axial coordination complexes, substituent, and metal atom) and external environment (solvent polarity, and temperature) will be studied to improve the property of metalloporphyrin probe. Binding energy obtained from the metalloporphyrin probe before and after exposure to primary metabolites of fatty acid is used to interpret the target mechanism of metalloporphyrin binding analyte. Then, a special metalloporphyrin probe is designed to build a rapid detection method for the quality of edible vegetable oil. This study will enhance the detection ability of fluorescence spectrum method. It may be used to complete the detection mechanism of extrinsic fluorescence probe to improve the evaluation method for the quality of edible vegetable oil.

脂肪酸氧化产物与荧光物质反应生成特征性荧光光谱，成为评价食用植物油质量的良好指标。然而，此荧光物质属于次级代谢产物具有很强的不确定性，影响荧光光谱检测结果。本项目以金属卟啉作为外源性荧光光谱探针，直接与食用植物油氧化初级代谢产物结合，生成特征性荧光物质；采用密度泛函理论模拟金属卟啉探针与油脂氧化初级代谢产物反应过程，分析前线分子轨道、原子电荷和电子密度变化；揭示轴向配合物、中位取代基和金属离子等内部分子结构变化，溶剂极性、温度等外在环境因素对金属卟啉探针荧光光谱的影响；结合金属卟啉探针与油脂氧化初级代谢产物反应前后分子体系能量变化，阐明靶向结合油脂氧化初级代谢产物作用机制；设计靶向性好、抗干扰能力强的金属卟啉探针，建立基于外源性荧光光谱探针的食用植物油质量快速检测方法。该项目的实施将提高荧光光谱靶向性检测能力，完善外源性荧光光谱探针检测机制，有助于食用植物油质量快速检测和准确评价。

探针式荧光光谱检测具有选择性好、灵敏度高等优点，解决食用植物油非荧光氧化产物快速检测难题。本课题从分子水平对金属卟啉类荧光探针与食用植物油氧化代谢产物靶向结合能力进行研究，提出荧光传感物质分子定向设计法，解决低浓度、高干扰条件下的食用植物油氧化代谢产物快速检测难题。通过量子化学法模拟荧光探针分子反应过程，对金属卟啉类荧光探针发光基团、电子供给基团、空间位阻基团和结合位点等功能性分子结构进行理论研究，筛选获得能够与小分子酸、醛、酯等食用植物油氧化代谢物质靶向结合的金属卟啉分子。研究结果表明金属卟啉主要通过金属原子以金属配位键形式和氧化代谢产物进行相互作用，结合能、相对能和前线分子轨道能级变化证明金属卟啉类探针对小分子酸、醛和酮等极性组分具有较好的靶向结合能力，最终根据理论计算结果筛选MnTPP、FeTPP和ZnTPP等9种金属卟啉组成荧光探针。金属卟啉类荧光探针与食用植物油氧化代谢产物反应前后产生强烈荧光光谱谱图变化，荧光谱图与被测组分浓度成线性和非线性相关。通过支持向量机等化学计量学算法建立食用植物油氧化代谢物质快速检测模型，针对总极性物质的预测集和训练集相关系数分别达到0.9690和0.9692。下一步拟开展面向典型食品危害物智能检测的荧光传感阵列分子定向设计机制研究等基础理论研究。综合上述结果，本研究将为探针类荧光光谱分子检测机制研究奠定坚实的理论基础，为推动油脂类食品产业健康发展提供技术支持。项目资助发表第一作者SCI论文12篇，非第一作者SCI/EI论文两篇，第一发明人申请或授权国家发明专利/实用新型专利13项，参加煎炸油与煎炸食品等国际性学术会议，以访问学者身份进入博特拉大学开展1年期国际化合作研究，获得滁州学院二级科研骨干称号，研究成果获得中国商业联合会科学技术进步奖三等奖（排名第二）。