【菠萝科学奖】卖假酒的人,估计都想干掉这个实验组 | 目的地Destination

【菠萝科学奖】卖假酒的人,估计都想干掉这个实验组

本文来自果壳网,是一年一度的菠萝科学奖的获奖者研究,地址在这里,未经许可不得进行商业转载

【菠萝科学奖】卖假酒的人,估计都想干掉这个实验组

获奖团队:海德堡大学韩进松团队

一开始,德国海德堡大学Uwe Bunz教授带领的有机化学团队只是做了些聚合物染料,这些染料能够通过不同取代基来改变颜色,从而在实验室里搞出了五光十色的荧光试剂,好看那是没得说啦。然而当他们准备发表论文的时候,却遭受迎头痛击——没有期刊要接受呢,因为实在讲不出啥故事……

为了不让这些花了好多时间搞出来的东西废掉,这帮人只好拿着它们瞎搞八搞,一不小心就拿着威士忌兑了一下,当然也没有那么不小心,至少他们知道威士忌里面的有机分子是有可能和试剂发生点啥作用的。结果还真的发现了一个激动人心的事情:居然找到了打假酒的独门秘笈

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假酒问题在全世界范围内普遍存在。图片来源:Luxuo

对于全世界来说,打假酒都是一件重要的事。中国假茅台泛滥成灾动辄就爆出一个“茅台酒厂隔壁卖假茅台:2000元一箱”的新闻。法国的假葡萄酒甚至需要用测量核爆炸产生的铯-137含量来鉴定,而像是盛产于苏格兰等地的威士忌,因为年份长的可以卖到几十万欧元高价,所以假货层出不穷也是不难理解的。而这个实验组通过所谓“无假设研究”的方法,成功地做出了一个传感器阵列,能够以极高的准确率鉴定出威士忌的产地、年份、品牌、混合状态(混合麦芽酿造还是单一麦芽酿造)甚至口味(清淡还是浓烈)。Bunz教授的博士生韩进松以第一作者的身份执行了这项研究,成果于2017年发表在了Cell集团下的Chem期刊。

这个传感器阵列被他们叫做“人造舌头”,其中使用了两种分子探针,一种是化学合成的离子型聚合物荧光探针聚对亚芳基亚乙烯(Poly(p-aryleneethynylene)s,PAEs),另一种是绿色荧光蛋白探针(Green fluorescent protein,GFP)。主要原理基于这两种荧光染料探针会和来自威士忌里面的“着色成分”(香草醛、香草酸、橡木内酯、单宁或加入的焦糖)发生淬灭,而由于每种化合物的疏水性和静电作用都有其独特性,所以各种不同的着色剂组合也会出现不同的淬灭特征。这样就能根据每一种威士忌所具有的着色成分组合来制定出其特有的荧光响应模式,犹如指纹图谱一般独一无二。

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“人造舌头”的简易工作原理图。图片来源:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.04.008

实验组首先是在PAE探针上取得突破的,从22种候选PAE探针(9个带正电,4个中性,9个带负电)中选出了三个具有最高判别力的胜出者:一种是带着一个全氟苄基的正电PAE,还有两种是负电PAE,一个带着羧酸基团,另一个带着磺酸基团。这三个探针形成的组合共同作用于被鉴定的威士忌样品,将形成三个荧光变化特征值,由此能精确标定出该样品的身世。这样的话,只要能搜集到足够多的威士忌样品,就能建立起足够全的比对数据库,并在此基础上制成一个传感阵列。而在一项盲测实验中,120种未知威士忌经过比对被鉴定出来的准确率达到96.7%,仅仅有4种漏网。另外,两种原数据库未收入的苏格兰威士忌也被准确鉴定为单一麦芽型。

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构成功能传感器阵列的三种最易识别元件的选择。图片来源:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.04.008

论文还提到,威士忌的风味主要由浓淡和泥炭度两个因素决定。泥炭度指的是使用泥炭烘干的大麦原料所具有的独特烟熏味。“人造舌头”目前只能对浓淡作出鉴定,尚无法区分泥炭度。从这一点来看,人类品酒师可以松一口气了,他们的作用还是无法被取代的。

这之后,实验组又打起了绿色荧光蛋白GFP的主意,测试了一组和展开的超电荷多肽链相结合的GFP。这些基因工程标记物主要由重复的五肽[GVGXP]n组成,其中X是带正电荷的赖氨酸(K)残基或带负电荷的谷氨酸(E)。最终也选出了三个作为标定探针进行组合,它们分别是:具有7个净电荷的常规GFP、带大量正电的变体(GFP-K36)和带大量负电的变体(GFP-E36)。而基于GFP的传感阵列和基于PAE的传感阵列获得的结果基本一致。

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用于传感的不同GFP变体。图片来源:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.04.008

如果让PAE和GFP强强联手,是不是能够取得更厉害的成绩呢?没错,实验证实了这一点。两种探针搭配组合所取得的效果比单一探针还要好,其精确度能和目前最靠谱的质谱分析所达到的精确度相媲美,甚至更胜一筹。而在实际操作中,“人造舌头”也不需要再配置样品,只需通过一个96孔板上的标准读板器来进行对比,可以说是简单易行。

(编辑:Gonfree)

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