《食品科學》：寧夏大學劉源教授、雒雪麗博士等：納米酶在肉品新鮮度檢測中的研究進展

近年來，因食品新鮮度降低引起的食品安全事件頻發。開發快速、靈敏、便攜和低成本的肉品新鮮度檢測策略對保障人體健康和節約資源至關重要。

納米酶是一類具有模擬天然酶催化活性位點的納米材料，能夠模擬酶促反應動力學過程，具有易于制備、成本低廉、穩定性高和耐用性強等優點，被認為是新一代的人工模擬酶。近年來，研究報道了一系列基于納米酶的傳感器，在肉品新鮮度檢測方面引起了廣泛的關注，包括比色傳感器、熒光傳感器、電化學傳感器和表面增強拉曼光譜（SERS）傳感器等。通常情況下，這些傳感器表現出快速檢測肉品新鮮度的潛力，能夠實現最小化的樣品制備需求，為肉品質量和安全快速檢測帶來了新的可能性和解決方案。

寧夏大學食品科學與工程學院的王怡妍、雒雪麗*、劉源*為了更系統、全面地了解納米酶在肉品新鮮度檢測方面的應用現狀，本文首先總結包括類過氧化物酶（POD）、類氧化酶（OXD）、類過氧化氫酶（CAT）、類超氧化物歧化酶（SOD）和類漆酶（LAC）這5 種常見的納米酶；其次，從基于納米酶的新鮮度傳感器的信號傳導機制角度，介紹比色、熒光、電化學和SERS不同類型傳感器信號產生原理；接著重點分析基于納米酶的傳感器利用BAs、TVB-N、ATP降解產物和H2S等指標在肉品新鮮度檢測中的應用進展（圖1）；最后討論納米酶傳感器在肉品新鮮度檢測領域的發展前景和亟待解決的問題。

1 納米酶的分類

納米酶作為一種新型的納米材料，不僅具有納米材料的特殊屬性，也具有多種類酶活性。本文僅討論幾種具有代表性的納米酶，包括類POD、類OXD、類CAT、類SOD和類LAC的模擬酶活性。

1.1 類POD

POD是一種氧化還原酶，它以H2O2為電子受體催化底物氧化，具有消除H2O2和酚類、胺類毒性的雙重作用。自2007年Gao Lizeng等首次報道磁鐵礦納米顆粒具有POD模擬活性以來，包括氧化鐵、硫化鐵和磷酸鐵等鐵基POD模擬物被廣泛探索和研究。除鐵基納米材料，許多貴金屬納米材料、金屬氧化物納米材料以及基于MOFs等也被證明具有優異的POD模擬活性。

1.2 類OXD

OXD是以分子氧（O2）作為電子受體催化底物氧化的酶。與POD相比，OXD模擬物無需添加H2O2作為電子受體，因此體系更加穩定，有利于提高分析的準確性和可靠性。目前，許多納米材料已被證明具有OXD催化活性，如鉑納米顆粒、氧化銀納米顆粒和氧化鈰納米顆粒等。

1.3 類CAT

CAT是一種廣泛存在于動物組織中的抗氧化酶，能夠有效催化H2O2分解成O2和水。目前，CAT催化機制主要涉及吸附活化和氧化還原反應。與POD和OXD在酸性條件下具有催化活性不同，CAT通常在中性或堿性條件下表現出最佳的催化活性。研究發現，包括金屬及其氧化物、MOFs、碳基納米材料和普魯士藍（PB）等多種納米材料均具有CAT類酶活性。

1.4 類SOD

SOD是生物體內存在的一種抗氧化金屬酶，能夠催化超氧陰離子自由基（O-2·）歧化生成O2和H2O2，在機體氧化與抗氧化平衡中起到至關重要的作用。SOD的催化機制主要包括納米酶表面的吸附活化和電子轉移。自Kroto等于1985年發現C60具有清除O-2·活性從而證明納米材料可以模擬SOD活性以來，迄今已報道了約100 種具有SOD活性的納米材料。

1.5 類LAC

LAC是一種含有4 個銅離子的多酚氧化酶，具有廣譜的底物范圍和較高的催化活性，能夠催化2,4-二氯苯酚、多巴胺、對苯二酚和愈創木酚等多種底物的氧化反應，并將電子轉移到O2上形成H2O。受其獨特活性位點和電子傳遞途徑的啟發，目前，已有許多研究報道以銅離子為活性中心成功合成了具有LAC模擬活性的納米酶。如Davoodi-Rad等通過水熱法合成了基于銅-單寧酸納米片的LAC模擬納米酶，用于可視化檢測蔬菜中的槲皮素。

1.6 其他納米酶

除了上述幾種常見的納米酶外，還有一些具有類酶催化活性的納米酶也被開發用于分析檢測領域，如類磷酸酶、類蛋白酶、類脲酶等。磷酸酶是一種通過水解磷酸單酯以除去底物分子上的磷酸基團，并生成磷酸根離子和羥自由基的酶。Manto等合成了一種氧化鈰納米晶體，并將其用作人工磷酸酶，用于裂解磷酸對硝基苯中的磷酸酯鍵，從而釋放水溶液中的游離磷陰離子。蛋白酶又稱蛋白水解酶，是生物體內一類重要的酶，能夠通過水解肽鍵分解蛋白質。方艷芬等設計了一種基于Zn(II)的MOFs納米材料，這種納米材料具有蛋白酶類酶活性，成功實現了對微囊藻毒素肽鍵的水解。

2 基于納米酶的新鮮度傳感器的信號傳導機制

納米酶被認為是新一代的人工模擬酶，得益于其優異的催化性能，許多基于納米酶的傳感器已經用于模擬酶催化介導的不同信號模式檢測肉品新鮮度。在此主要介紹包括比色傳感器、熒光傳感器、電化學傳感器和SERS 4 種不同類型傳感器的信號產生方式及其在實際檢測分析中的優缺點。表1總結了一些具有代表性的化學分子的輸出信號和相應原理。

2.1 比色傳感器

比色傳感器是基于納米酶檢測最常用的方法之一。其檢測原理是納米酶的催化作用導致底物發生顯色反應，當目標分子存在時可以調節催化效應，通過分析顏色變化來量化反應進程實現對目標分子的高靈敏檢測。通常用于產生比色信號的底物有TMB、OPD以及ABTS等。例如，一種具有POD模擬活性的鐵/鎳金屬有機框架可用于催化TMB氧化產生藍色產物，從而實現基于納米酶的比色傳感器檢測水產品中的次黃嘌呤。此外，席書敏等以TMB為顯色劑、高溫熱解制得的鐵-氮共摻雜碳基納米酶為催化劑、抗壞血酸為抑制劑制備了一種新型比色傳感器，實現了食品中總抗氧化能力的快速、超靈敏檢測。

構建比色傳感器通常基于納米酶顯色底物的氧化反應實現，該方法操作簡單，具有檢測結果直觀、可視化等優勢。然而，比色傳感器的檢測精確度和靈敏度容易受樣品有色基質的干擾。因此，通過對樣品預處理或采用多模式檢測來避免有色基質的干擾，在今后的研究中應得到更多關注。

2.2 熒光傳感器

基于納米酶的熒光傳感器主要通過納米酶對熒光底物的催化作用產生熒光信號，目標物可以增強（“開啟”）或猝滅（“關閉”）熒光。即利用目標物導致催化體系熒光強度或激發/發射峰的位置發生變化，以實現對目標物的定性和定量分析。常見的熒光底物有TMB、OPD、PTA、PDA及一些熒光染料如羅丹明B、花青素等。

基于納米酶催化活性驅動的熒光傳感器具有方便快捷、靈敏度高、選擇性好以及實時監測等諸多優勢。但在穩定性和準確性方面需要在研究過程中通過消除檢測基質和環境中的潛在干擾來改進，以促進熒光傳感器的進一步發展。

2.3 電化學傳感器

電化學傳感器可以將電極固定化識別元件和目標分析物之間在電極上的相互作用和界面發生的化學反應轉化為電壓、電流、電導和電位等可檢測的電信號，從而根據電信號與目標物濃度構建檢測方法。其中，電極材料的電荷轉移過程和電化學活性決定了響應靈敏度。通過納米材料對電極表面進行修飾，能夠增加電極表面活性和電導率來催化電化學信號放大，實現對目標物的靈敏識別。如Torre等開發了一個簡單、低成本的組胺分析傳感器，通過交聯將二胺氧化酶固定在絲網印刷的碳電極表面，并以鐵氰化鉀作為氧化還原介質，實現了對金槍魚和鯖魚中組胺的定量分析。

通過納米酶修飾的電化學傳感器響應靈敏，在檢測范圍上具有出色的分辨率，適用于目標物的定性和半定量篩選。但該方法對儀器設備和操作人員的專業性要求較高，且傳感器的穩定性和可重復性有待進一步提高。

2.4 SERS傳感器

SERS指樣品被吸附在具有納米粗糙度的金屬結構表面時可以極大地增強樣品分子拉曼信號的現象。由于其獨特的指紋振動信息和極高的靈敏度，SERS技術被廣泛用于各種目標分析物的定性和定量分析。SERS技術的信號轉化包括直接檢測和間接檢測。直接檢測是將孔雀石綠、羅丹明6G和結晶紫等具有良好SERS響應的分子與SERS基底相互接觸，通過解析SERS譜圖實現目標物的定量分析。而間接檢測需要將SERS底物修飾/橋接到SERS基底上或在溶液中加入具有較強SERS信號的物質，然后通過目標物對SERS底物的影響間接引起SERS信號變化，從而實現目標物的間接分析。常用于增強SERS信號的底物有TMB、OPD及ABTS等。

基于SERS光譜技術的傳感器作為一種快速、無損、具有超高靈敏度的方法，提供了豐富的結構和分子指紋信息，在微量目標物的定性和定量分析中顯示出巨大的應用潛力，有利于構建理想的食品質量檢測傳感器。但也存在受復雜樣品干擾的缺點，因此需要進一步探究以提高其準確性和穩定性。

2.5 其他信號傳感器

基于納米酶的傳感器除上述幾種信號類型外，還可以利用化學發光信號以及光熱信號等進行目標物的檢測?；瘜W發光信號的原理是某些納米酶能夠催化化學反應產生化學發光現象，這種發光信號強度與目標物分子的濃度呈正比，由此實現目標物的定量檢測。同時，一些納米酶在催化過程中還會產生具有光熱效應的產物，可通過紅外熱成像或其他熱檢測手段監測這些光熱信號的變化，從而實現對目標物分子的檢測。這些不同類型的信號為基于納米酶的傳感器提供了更多的選擇和可能性，使得傳感器能夠在不同應用場景下發揮最佳性能，有望在未來實現更高的靈敏度、特異性和實用性。

3 納米酶傳感技術在肉品新鮮度檢測中的應用

目前，納米酶傳感技術在食品安全分析領域的應用越來越廣闊，為了更好地了解納米酶在快速檢測方面的研究趨勢，在此，主要以BAs、TVB-N、ATP降解產物和H2S為代表分析基于納米酶的傳感器在肉品新鮮度檢測領域中的應用（表2）。

3.1 BAs

BAs是肉品貯藏過程中微生物利用酶的作用使氨基酸脫羧形成的一類含氮小分子有機化合物的總稱，包括組胺、酪胺、色胺、苯乙胺等單胺類化合物，以及尸胺、腐胺、精胺和亞精胺等多胺化合物。這些BAs在人體內有其特定的生理功能，但過量攝入則會引起不良反應。其中，組胺、腐胺、尸胺和精胺是肉品中最常見的BAs，已將其用于評估肉類和水產品的新鮮度。

為保證肉品新鮮度檢測的準確性和時效性，可利用基于納米酶的傳感技術實現對BAs的實時監測。由于BAs與納米酶之間能夠發生反應抑制酶的活性，從而降低其對特定比色底物的催化性能，因此，根據傳感器反饋的顏色變化可以及時準確地判斷肉品的新鮮程度。例如，一種具有POD樣活性的V1/5Fe(CN)6PBA/INS可以氧化TMB誘導比色信號，在腐胺存在的情況下，腐胺會與V1/5Fe(CN)6PBA/INS反應抑制其POD樣活性，導致TMB氧化產物減少從而降低比色信號。

此外，將納米材料引入電極中能夠促進電子傳遞使電化學檢測信號放大，進而提高電化學傳感的分析性能。例如，Wang Rongrong等開發了一種功能化的溶液柵石墨烯晶體管電化學傳感器。在Gra、MWNT和Au NPs的修飾下，柵電極的電催化活性和表面積明顯增加，顯著提高了傳感器的靈敏度，將其用于金槍魚樣品中組胺的測定時，在3～100 μmol/L線性范圍內LOD為100 nmol/L。同時，納米材料對SERS傳感器同樣具有活性增強作用。例如，Sun Jiaojiao等報道了一種三維立體SERS底物，通過與納米粒子結合產生了具有豐富活性位點的特異性結構，使局部表面等離子體共振（LSPR）效應和拉曼增強的電荷轉移效應增強，顯著提高了SERS傳感器的靈敏度、穩定性和可重復性。該傳感器實現了在10 min內對豬肉樣品中液態腐胺和尸胺的高靈敏和定量檢測，LOD分別為3.2×10-16 mol/L和1.6×10-13 mol/L。此外，該傳感器在低濃度下對氣態胺分子也表現出有效的SERS反應。

3.2 TVB-N

TVB-N是肉品腐敗過程中蛋白質和氨基酸降解產生的堿性含氮物質的總稱，包括氨、二甲胺和三甲胺等。這些化合物會導致肉品顏色和風味發生變化，其含量與肉品新鮮程度和營養價值密切相關，可以作為評估肉品新鮮度的重要指標。

基于酶活性抑制的納米傳感技術被廣泛應用于肉品中TVB-N的檢測。納米酶可以催化顯色底物誘導比色信號，同時，其催化產物可以通過內濾效應或熒光共振能量轉移過程觸發熒光信號變化，產生比色-熒光相互關聯的響應。例如，Song Guangchun等利用SAFe-N-C納米酶和碳量子點成功構建了一種用于肉品新鮮度檢測的比色熒光雙信號傳感器。其中，SAFe-N-C納米酶能夠憑借其高POD活性催化無色還原態TMB轉化為其藍色氧化產物，產生比色信號，隨后由于TMB的氧化產物與碳量子點之間的內部濾波效應會使碳量子點的熒光信號被猝滅，而肉品腐敗過程中產生的揮發性胺會抑制SAFe-N-C納米酶的POD活性，使TMB的比色信號降低，同時恢復碳量子點的光致發光信號，從而實現了對揮發性胺的比色和熒光雙信號檢測。

此外，TVB-N能與一些納米顆粒反應，使其結構坍塌導致相應顏色發生變化，由此可構建用于TVB-N可視化檢測的比色傳感器。例如，Ding Nan等開發了基于SPB NPs的功能水凝膠，魚類腐敗產生的三甲胺蒸汽可以滲透到功能水凝膠中導致SPB NPs分解，并伴隨顏色變化和光熱效應的消失，從而實現三甲胺的雙信號檢測。

3.3 H2S

肉品和水產品中富含含硫氨基酸，在特定條件下產硫細菌會利用酶催化含硫氨基酸分解產生H2S等小分子含硫物質。H2S的積累與微生物含量密切相關，過量積累會嚴重威脅人體健康。近年來，為實現對H2S的便攜靈敏檢測，一系列基于納米酶的H2S快速檢測方法不斷涌現，并取得了較好的應用效果。

研究表明，H2S可以與貴金屬納米材料發生反應，導致其獨特LSPR特性發生變化，已被應用于構建H2S檢測的傳感器。例如，Zhai Xiaodong等研制了一種基于GGAg NPs的比色傳感器，由于Ag NPs與H2S之間存在形成Ag2S的超強結合能力，使Ag NPs發生顯著的LSPR變化，呈現出由黃色到無色的比色信號，LOD為0.81 μmol/L。此外，有研究報道了一種基于Ru NPs優越催化活性的新型傳感器，用于H2S的快速定量。該策略基于H2S對Ru NPs催化加氫反應的抑制作用，從而導致顏色發生變化，在0～1 800 nmol/L的濃度范圍內對H2S有良好的線性響應。

3.4 ATP降解產物

ATP降解是動物屠宰后肌肉中最重要的生化變化之一，ATP先分解為二磷酸腺苷，并依次降解為腺苷一磷酸、肌苷酸、肌苷、Hx、XT和尿酸，這些ATP降解產物會導致肉的風味發生變化甚至產生苦味。與其他指標相比，Hx和XT憑借其非揮發性優勢，已被用于肉品新鮮度變化初始階段檢測的重要指標。

目前，許多研究報道了基于納米酶的傳感器在ATP降解產物檢測中的應用。其中，由于Hx能夠在黃嘌呤氧化酶和POD的酶促級聯催化作用下產生羥自由基（·OH），用于誘導產生比色信號，而在Hx的比色檢測中受到廣泛關注。例如，Wu Guojian等合成了一種具有POD活性的雙金屬納米酶（Fe@CeO2）用于檢測魚蝦中Hx含量。Hx在黃嘌呤氧化酶催化下生成H2O2，Fe@CeO2進一步將H2O2催化生成·OH，而·OH可將無色的TMB氧化為深藍色產物，在652 nm處具有顯色反應驅動的吸收增強，且在660 nm激光照射下表現出顯著的光熱效應。類似地，一種通過聚集誘導發射TPE熒光團結合無定形Fe-Phos@TPE也被開發用于檢測肉品中的Hx。當體系在酶促級聯催化作用下產生·OH后，使OPD在550 nm波長處被氧化成黃色熒光產物2,3-二氨基吩嗪，并通過內濾效應使Fe-Phos@TPE在440 nm波長處固有的藍色熒光降低，從而實現了Hx的可視化雙模式檢測。另外，納米酶在電化學傳感器中同樣發揮重要作用。例如，Zhu Yifu等構建了一種具有類酶動力學特性的3D多孔石墨烯柔性納米酶電化學傳感平臺，研究表明，引入納米酶能顯著提高電極的穩定性、電催化能力和抗干擾能力。該方法對XT和Hx在0.3～179.9 μmol/L和0.3～159.9 μmol/L范圍內表現出良好的線性關系，LOD分別為0.26 μmol/L和0.18 μmol/L。該研究為基于納米酶的電化學傳感器在肉品新鮮度檢測分析領域的進一步發展提供了思路。

已有研究在利用納米酶傳感技術檢測肉品中的BAs、TVB-N、H2S和ATP降解產物等肉品新鮮度指標方面表現出更低的能耗和更少的化學試劑消耗，符合環保和可持續發展的要求，同時也體現了顯著的技術優勢，如高靈敏度、快速響應和多模式檢測能力。然而，這些研究也存在一些不足，如基于納米酶的比色傳感器在實際復雜肉品基質檢測中仍存在背景干擾和特異性不足的問題，特別是在極低濃度檢測時，非目標物質的干擾可能導致肉品新鮮度檢測出現假陽性或假陰性結果。此外，納米材料的長期穩定性和在復雜環境中的耐用性等問題也會限制其在肉品新鮮度檢測中的應用，需要進一步優化和改進以滿足對肉品新鮮度現場快速檢測的需求。

4 結 語

納米酶作為天然酶的模擬物，具有成本低、易于制備、穩定性好等優點，在肉品新鮮度快速檢測方面發揮著重要作用。本文首先介紹了5 種典型納米酶，并重點論述了基于不同類型納米酶的比色、熒光、電化學和SERS傳感器信號產生原理及其在肉品新鮮度檢測中的實際應用。雖然納米酶在新鮮度檢測方面應用廣泛，但仍面臨著一些問題和挑戰：1）目前用于檢測肉品新鮮度的傳感器大多以作用于單特異性分析物為主，其檢測結果易受干擾。因此，研究開發納米酶傳感陣列，通過多靶標同步檢測以克服傳統傳感器一對一檢測的缺點，有利于提高肉品新鮮度檢測的準確性和高效性。2）將納米酶傳感器與機器深度學習等AI技術相結合，構建智能化、自動化的監測系統，有利于實現對肉品新鮮度的全面監測和精準預測。3）目前關于納米酶傳感技術檢測肉品新鮮度的報道仍停留在實驗室研究中，在實際應用方面尚未開發出用于肉品新鮮度快速無損檢測的成品設備。因此，開發便攜式檢測設備對實現肉品新鮮度現場快速檢測具有重要意義。與天然酶相比，目前對納米酶的應用研究仍然相當有限。因此，研究者應不斷優化納米技術，相信未來基于納米酶的傳感器將在肉品新鮮度快速檢測領域取得重大突破。

通信作者：

劉源教授

寧夏大學生命與食品學部副部長、食品科學與工程學院黨總支委員、副書記、院長

劉源，中共黨員，教授、博導，寧夏大學食品科學與工程學院副書記、首任院長，生命與食品學部副部長；上海交通大學教授、博導；教育部國家級人才計劃特聘教授、國家優秀青年基金獲得者。擔任感知分析和全國感官分析標準化技術委員會委員、11 個SCI期刊及3 個EI中文期刊等副主編、編委及中國畜產品加工研究會和中國食品科技學會食品添加劑分會常務理事、上海食品學會常務理事及青年工作委員會主任委員等。主要從事食品風味感知研究，組織舉辦了“首屆中國食品風味科學青年論壇”等系列論壇。先后主持國家級項目近10 項，第一作者/通信作者在

Fundamental Research、Biosens Bioelectron、Biomaterials、Journal of Agricultural and Food Chemistry

通信作者：

雒雪麗講師

寧夏大學食品科學與工程學院

研究方向：食品風味感知與智能化評價、食品小分子快速檢測與控制。教育經歷：2019.9-2023.6 西北農林科技大學食品科學與工程學院食品科學與工程專業，博士研究生；2015.9-2018.6 西北農林科技大學食品科學與工程學院食品科學專業，碩士研究生；2011.9-2015.6 溫州大學生命與環境科學學院生物技術專業，大學本科。

第一作者：

王怡妍碩士研究生

寧夏大學食品科學與工程學院

研究方向：食品加工與安全。學習經歷：本科就讀于隴東學院農林科技學院食品科學與工程專業。

引文格式：

王怡妍, 雒雪麗, 劉源.納米酶在肉品新鮮度檢測中的研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(4): 315-323. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240726-268.

WANG Yiyan, LUO Xueli, LIU Yuan. Research advances in nanozymes for freshness evaluation of meat products[J]. Food Science, 2025, 46(4): 315-323. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240726-268.

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、重慶三峽學院、西華大學、成都大學、四川旅游學院、西昌學院、北京聯合大學協辦的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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