基于铜单原子纳米酶的双模式比色传感平台在饮料总抗氧化能力检测及红茶发酵监控中的应用研究

针对食品总抗氧化能力(TAC)快速检测需求，研究团队开发了基于铜单原子纳米酶(Cu SAzymes)的双模式比色平台，其1.26 mM的低Km值和72.46 U/mg的高活性显著优于现有纳米酶，实现了果汁和茶产品中1.59 μM级抗坏血酸(AA)的灵敏检测，并为红茶发酵数字化监控提供了新方法。

　　

在现代快节奏生活中，过量活性氧(ROS)引发的氧化应激已成为心血管疾病和炎症的重要诱因。尽管人体无法自主合成足量抗氧化剂，但通过饮食摄入水果、茶叶等外源性抗氧化物质成为维持健康的关键途径。其中，红茶因其独特风味和保健功能广受欢迎，其发酵过程中茶多酚等成分的氧化会显著改变总抗氧化能力(TAC)——这个评价食品品质的核心指标。然而传统HPLC检测方法存在设备复杂、耗时长等问题，而电化学技术又面临重现性差的困境，开发高效灵敏的TAC检测技术迫在眉睫。

安徽农业大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表研究，创新性地利用金属有机框架(MOF)衍生的铜单原子纳米酶(Cu SAzymes)，构建了溶液-凝胶双模式比色平台。该技术通过精确调控的原子级分散铜活性中心，实现了对饮料和红茶发酵过程中TAC的便携式精准监测。

研究采用三步关键技术：首先通过Zn(NO₃)₂·6H₂O与2-甲基咪唑配位合成ZIF-8载体并铜掺杂；随后在氩气环境下900°C热解获得Cu SAzymes；最后将纳米酶与显色剂TMB共固定于琼脂糖凝胶，结合智能手机分析建立便携检测系统。

材料表征证实原子级分散
球差校正电镜和X射线吸收谱证实铜以单原子形式存在于N-C骨架中，XPS显示Cu主要以Cu²⁺存在，比表面积达648.7 m²/g。

酶动力学性能卓越
稳态动力学测试显示Cu SAzymes的K_m值(1.26 mM)显著低于多数报道纳米酶，72.46 U/mg的比活性接近天然酶水平，且对pH和温度变化保持稳定。

双模式检测应用
溶液体系在10分钟内完成AA检测，线性范围2-100 μM，检出限1.59 μM；凝胶体系通过RGB分析实现可视化半定量，成功应用于橙汁、绿茶等实际样品，回收率98.2-103.7%。

红茶发酵监控突破
通过跟踪发酵过程TAC变化，发现其与茶黄素含量呈负相关(r=-0.92)，首次建立基于TAC衰减率的发酵程度评价模型，为传统制茶工艺数字化提供新思路。

该研究不仅为食品抗氧化剂检测提供了超灵敏的新工具，其单原子精确调控策略更为设计高性能纳米酶指明方向。特别值得注意的是，将纳米酶技术与移动终端结合的创新尝试，使得复杂实验室分析得以向现场检测转化，这种"实验室到口袋"的技术跨越，对推动食品安全监测的普惠化发展具有重要启示意义。研究获得安徽省自然科学基金和高校青年英才计划支持，相关技术已申请专利保护。