综述：重新审视小分子荧光探针在食品新鲜度检测中的应用

《Smart Molecules》：Revisiting small-molecule fluorescent probes in food freshness detection

　　

由微生物生长驱动的食品腐败严重危害公共卫生和全球食品安全。传统的食品新鲜度评估方法存在操作繁琐、耗时长、便携性差等缺点。相比之下，基于荧光探针的检测具有高灵敏度、快速响应和可视化检测等显著优势。本综述总结了近3年来有机小分子荧光探针在食品新鲜度评估方面的最新进展。研究人员重点关注了这些探针的代表性传感机制，包括亲核取代反应（nucleophilic substitution）、质子化/去质子化（protonation/deprotonation）、氢键相互作用（hydrogen-bonding interactions）、路易斯酸碱反应（Lewis acid-base reactions）和迈克尔加成（Michael addition），以及典型的靶标分析物，如生物胺（biogenic amines, BAs）、硫化氢（hydrogen sulfide, H₂S）、二氧化硫衍生物（sulfur dioxide derivatives, SO₂ derivatives）、pH、三磷酸腺苷（ATP）和肼（hydrazine, N₂H₄）。重点介绍了荧光探针在便携式测试条、智能手机辅助传感平台和智能检测系统中的代表性应用。尽管这些探针在灵敏度、响应速度和实用性方面取得了显著成果，但仍存在检测目标单一、抗干扰能力不足、缺乏前瞻性预测功能等挑战。未来的研究将集中于扩大检测范围、开发多目标识别探针、结合人工智能构建腐败预测模型，以及推动便携式和智能化食品新鲜度检测技术的产业化应用。

1 引言
食品腐败主要由微生物生长引起，传统检测方法（如高效液相色谱、气相色谱等）操作繁琐、耗时长且依赖实验设备。荧光探针技术因其高灵敏度、高特异性、低毒性和成本效益，成为食品新鲜度检测的创新手段。本综述系统总结了近3年来有机小分子荧光探针在食品新鲜度检测中的设计、应用和最新进展，旨在为相关探针设计提供通用框架。

2 食品腐败的生物标志物生成机制
食品腐败是微生物、食品基质和外部环境（如温度、包装气体）动态相互作用的结果。生物胺（BAs）主要通过微生物介导的氨基酸脱羧反应生成，例如在肉类、乳制品中，微生物分泌的酶将蛋白质水解为氨基酸，再经脱羧酶催化产生BAs。硫化氢（H₂S）主要通过微生物对含硫氨基酸（如半胱氨酸、甲硫氨酸）的脱硫作用生成，半胱氨酸经脱硫酶催化产生丙酮酸、氨和H₂S，甲硫氨酸则主要生成α-酮丁酸、甲硫醇和少量H₂S。这些代谢产物累积后作为食品腐败的重要指标。

3 目标生物标志物
3.1 基于生物胺的食品新鲜度检测
BAs是食品腐败的主要标志物，包括组胺（HIS）、尸胺（CAD）等。荧光探针主要通过以下机制识别BAs：（1）亲核取代反应：如探针1（NRB）利用胺类亲核攻击苯甲酸酯键，释放荧光团并产生颜色变化；探针2（CTBA）和探针3（SWJT-35）同样基于此机制，实现双通道响应。（2）质子化/去质子化：探针4（MPZ）通过去质子化抑制光诱导电子转移（PET）效应，实现OFF-ON荧光响应，并具有可逆性；探针5（BCY-OH）和探针6（MUS）利用酚羟基去质子化增强ICT效应，产生颜色和荧光变化。（3）氢键相互作用：探针10（MTCA）和探针11（HCPM）通过破坏分子内氢键网络，触发AIE荧光变色，实现高灵敏度检测。（4）路易斯酸碱反应：探针12（2a）基于氮-硼路易斯加合物，胺类通过配体交换断开N-B键，产生比率荧光响应。多数探针具备双通道（比色和荧光）响应能力，部分探针可逆再生，并结合智能手机RGB分析实现智能检测。

3.2 基于生物硫化合物的食品新鲜度检测
（1）H₂S检测：H₂S是厌氧腐败菌代谢含硫氨基酸产生的挥发性标志物。探针13（CHO-OH-NO₂）通过串联亲核加成-分子内硫解反应实现“turn-on”检测；探针14（NPS）利用HS^?攻击磺酸酯键，释放荧光团并激活ESIPT过程；探针15（DPF-NP）至探针20（TPAW）均基于亲核取代或硫解机制，具有快速响应（<10 s）和低检测限（nM级）。探针21（HNMT）通过三重协同作用（C=N亲核加成、氢键重排、AIE状态调控）实现比率荧光响应。（2）SO₂衍生物检测：SO₂衍生物（HSO₃^?/SO₃^2?）通过迈克尔加成到C=C双键，破坏π共轭体系。探针22（SL）和探针23（Hy-S）分别实现“turn-off”和比率荧光检测；探针24（ZR-I）则通过抑制单键旋转增强荧光，检测限达0.10 μM。此外，多目标探针如探针25（Sycy）和探针26（Dpyt）可同时检测BAs和HSO₃^?，实现正交响应。

3.3 基于pH值的食品新鲜度检测
微生物代谢导致pH变化，可作为新鲜度指标。探针28（Hx）通过分子内亲核加成/开环实现近红外和绿色荧光切换，检测pH 2.56–8.78，灵敏度达0.1 pH单位。探针29（DIC）基于去质子化增强ICT，在pH 6.50–9.98范围内荧光增强。探针30通过质子化/去质子化调控荧光，在pH 5.0–7.0线性响应。探针31（Mi-Ly-1）具有双靶向成像能力，在pH 4.0–8.5范围内吸收比变化80倍，可用于水果和海鲜新鲜度检测。

3.4 其他标志物检测
除上述标志物外，还可检测肼（N₂H₄）、ATP、肌红蛋白铁价态等。探针32通过1,4-加成识别肼，检测限0.025 μM。探针33（RP）基于静电和π-π堆积作用与ATP结合，荧光开启，用于肉类表面ATP检测。探针34（刃天青）利用Fe²⁺-肌红蛋白还原显色，实现肉类新鲜度可视化。

4 总结与展望
荧光探针在食品新鲜度检测中取得显著进展，具有快速、超灵敏、多相检测和可逆再生等优势，并已应用于便携试纸条、智能传感平台。但仍存在检测目标单一、抗干扰能力不足、缺乏预测功能等挑战。未来应致力于：（1）拓展检测对象至复杂基质食品（如水果、谷物）；（2）开发多目标识别探针，实现多种腐败标志物同时检测；（3）结合大数据和人工智能构建腐败预测模型，实现主动预警；（4）优化探针的实用性能，降低成本，推动与智能手机、低成本试纸条的集成，促进产业化应用。