基于小鼠味觉细胞传感器的鲜味评价

作者：

陈惟珠

期刊：

食品安全质量检测学报

摘要：

鲜味是由L-谷氨酸钠（L-monosodium glutamate, MSG）等鲜味成分引起的一种味觉品质,是评价食品风味的重要指标之一,同时也是氮源营养物质在机体内进行信号传递的重要途径,因而如何有效评价鲜味味觉具有重要意义。现有的味觉评价法包括传统的人工感官评价、HPLC等仪器分析技术和以电子舌为代表的智能感官系统均存在不同程度的局限性。随着味觉生理机制的深入研究,研究人员已采用味觉受体、含有味觉受体的纳米囊泡、味觉组织或细胞,甚至是整个生物味觉系统作为传感元件构建生物传感器,以此更加贴近生物的味觉感受机制。然而,现有味觉生物传感器的研究主要集中于苦味与甜味,鲜少关注鲜味味觉。同时,如何获取足够数量的天然味觉受体细胞用以支撑生物传感器的广泛研究成为技术难题。本文通过体外分离和培养技术成功获得小鼠轮廓状乳突味觉干细胞,利用其增殖分化得到类似味蕾的类器官结构,其中含有大量成熟的小鼠味觉受体细胞,可解决生物传感材料数量不足的问题。将该味觉细胞作为分子识别元件构建细胞生物传感器,并对传感器的组装条件和过程加以优化和表征,得到信号传输效率良好的细胞电极。采用三电极系统,以自制细胞电极为工作电极,将其应用于谷氨酸钠、肌苷酸二钠、鸟苷酸二钠、琥珀酸二钠、甜菜碱和鲜味肽等常见鲜味物质的检测,实现了该传感器的初步应用。1)味觉乳突组织经分离、消化、机械吹散后形成单细胞,置于含3%基质胶和特定生长因子的培养基中悬浮培养,味觉单细胞可逐渐生长膨大至类器官的组织结构。将生长至12～15天的类器官使用0.25%胰蛋白酶-EDTA消化后传代培养,细胞可继续快速分化增殖,长成更多数量的类器官。免疫荧光与Western Blot结果显示,该培养物中表达有鲜味受体T1R1/T1R3、m Glu R1、m Glu R4三种鲜味受体蛋白及鲜味信号途径中的关键信号因子α-味导素。钙离子成像实验证明,与PBS空白对照相比,实验组的荧光信号具有MSG剂量依赖性,说明培养的味觉细胞对鲜味味觉物质具有特异性响应。2)为使细胞成功结合在载体表面,采用90 s电化学沉积法与37℃自组装法修饰纳米金与多聚赖氨酸至玻碳电极表面,以增强电极表面对细胞的生物相容性与附着力。扫描电镜图与电化学表征图显示,采用电化学沉积法得到的纳米金修饰电极,其表面的纳米金颗粒更加紧致细密,信号放大效应更加明显。修饰完成的纳米金电极在不同扫描速率下进行循环伏安扫描,预处理电极的氧化还原峰电流值与扫描速率的平方根具有良好的线性关系（R2=0.99954与0.99852）,表明处理效果良好,可用于后续研究。3)以输出电流为检测指标,利用传感器检测不同浓度鲜味物质的信号响应。结果表明,味质浓度与传感器信号响应值的关系曲线呈现出酶与底物的作用规律,具有底物饱和性。在微摩尔级别的浓度范围内,味质浓度与电流变化率的线性关系良好。计算配体与细胞表面受体作用的EC50值,发现各物质激活味觉细胞产生50%最大生理效应所需的浓度大小依次为：MSG>MSG+IMP>MSG+GMP>BET>WSA,八肽>七肽>六肽。本实验构建的味觉细胞传感器为进一步探究细胞传感器在鲜味检测中的实际应用,以及揭示受体-鲜味味质结合对细胞生理状态的影响提供了技术支撑。

关键词：

鲜味评价;味觉干细胞;生物传感器;纳米金;