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王玉琴研究员/黄硕教授提出膳食中糖类添加剂检测新方法

泰然健康网
2024-12-25 17:26

糖类在日常饮食中起着不可或缺的作用。蔗糖是日常饮食中应用最广泛的甜味剂，然而摄入蔗糖会导致血糖迅速升高，从而导致一系列肥胖等健康问题。近年来随着人们对健康日益重视，食品市场掀起了“零蔗糖”的浪潮。许多蔗糖异构体具有合适的甜度、潜在的生理益处和可行的生产工艺，已被广泛用作食品生产中的人工甜味剂。然而这些人工甜味剂的安全问题仍存在争议，因此需对其含量实现快速而有效的检测。

近日，南京大学环境与健康研究院王玉琴研究员联合南京大学化学化工学院黄硕教授报道了一种单一苯硼酸内嵌的异质耻垢分枝杆菌膜蛋白A纳米孔（MspA-PBA），利用苯硼酸和顺式二醇的可逆相互作用构建了糖类检测体系。蔗糖、乳糖和麦芽糖是自然界中最常见的三种二糖，分别由葡萄糖-果糖(α-1, 2)，半乳糖-葡糖糖(β-1, 4)，葡萄糖-葡萄糖(α-1, 4)组成。得益于MspA卓越的空间分辨率，这三种二糖异构体与MspA孔内的苯硼酸结合可以汇报出截然不同的电流堵塞信号，充分证明了MpsA-PBA可以分辨组成单元不同的二糖异构体（图1）。

图1：苯硼酸内嵌的MspA纳米孔区分常见二糖异构体

随后研究人员测试了六种α-D-吡喃葡萄糖基-D-果糖异构体，包括海藻酮糖(α-1, 1)，蔗糖(α-1, 2)，松二糖(α-1, 3)，麦芽酮糖(α-1, 4)，明串珠菌二糖(α-1, 5)，异麦芽酮糖(α-1, 6)。他们是由一分子葡萄糖和一分子果糖以不同糖苷键连接的同分异构体。结果表明，这六种二糖可以与苯硼酸产生特异性相互作用，报告特征性的电流阻塞信号，证明了MspA-PBA对于组成相同但糖苷键不同的二糖异构体的分辨能力（图2）。鉴于大多数二糖可以汇报出多种特征丰富的电流阻塞信号，研究人员提取了二糖标准信号的六个特征构建了机器学习分类系统，实现了对二糖混合物中组分的自动化鉴定，识别准确率达99%。这是纳米孔首次报导糖苷键的鉴定，体现了纳米孔技术在糖类分析中的优异效果。

图2：六种α-D-吡喃葡萄糖基-D-果糖异构体的纳米孔检测

最后研究人员将该方法用于商业无蔗糖酸奶的糖类快速分析，同时检测到异麦芽酮糖、乳糖和乳酸的存在（图3），证明了该技术可以对混合样品中的糖类物质进行平行化检测，展现了该技术在食品监测等领域也具有巨大优势和应用前景。

图3：酸奶中异麦芽酮糖的快速鉴定

该工作以“Discrimination of Disaccharide Isomers of Different Glycosidic Linkages Using a Modified MspA Nanopore”为题，于2024年2月19日在《Angewandte Chemie》发表相关论文(DOI: 10.1002/anie.202316766)。王玉琴研究员与南京大学黄硕教授为该论文通讯作者。南京大学博士生张善雨、硕士生曹祯媛和博士生樊萍萍为该论文共同第一作者。此项研究得到了科技部国家重点研发计划（项目编号：2022YFA1304602）、国家自然科学基金（项目编号：22225405，31972917，22306089）、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）、南京大学生命科学分析化学国家重点实验室（项目编号：5431ZZXM1902），中国博士后科学基金资助项目（项目编号：2021M691508，2022T150308）等经费支持。