一种基于Ag2CO3纳米酶双酶模拟活性的比色传感器，用于灵敏且高选择性地检测食用油中的丁羟茴香醚

《Food Bioscience》：A colorimetric sensor for sensitive and highly selective detection of butyl hydroxyanisole in edible oil based on dual-enzyme-mimic activities of Ag 2CO 3 nanozymes

　　摘要：丁基羟基茴香醚是一种常用的合成酚类抗氧化剂，广泛应用于食用油及含脂肪的食品中。过量摄入该物质会对人体健康造成严重危害，因此快速、灵敏地检测BHA对于保障健康至关重要。本研究通过简单沉淀法制备了具有漆酶模拟和氧化酶模拟活性的Ag2CO3纳米酶。研究发现，Ag2CO3的氧化酶模拟活性能够促使TMB转化为蓝色的氧化型产物oxTMB，随后加入BHA后会形成特征性的紫色加合物。此外，BHA还会显著抑制Ag2CO3纳米酶的漆酶模拟活性。基于这两种双酶模拟活性，本研究构建了一种新型比色传感器，用于快速检测食用油中的BHA。该传感器在漆酶模拟检测通道中的检测限为1.1 μM，在氧化酶模拟检测通道中的检测限为0.08 mM，这一数值远低于中国国家食品安全标准GB 2760规定的食用油中BHA的最大允许含量。该传感器在食用油检测领域具有广阔的应用前景。

引言：食用油既是不可或缺的膳食成分，也是重要的工业原料，其质量和安全关乎公众健康以及可持续的食品体系发展。在加工、储存和热烹饪过程中，油脂容易发生氧化变质，不仅会降低风味和营养价值，还会产生有毒副产物。为抑制脂质氧化并延长保质期，人们通常会添加合成酚类抗氧化剂，如丁基羟基茴香醚。该物质被广泛用于食品、饲料、化妆品及工业领域，以抑制脂质过氧化并延长产品保质期。市售的BHA主要由3-BHA和2-BHA异构体按90:10的比例混合而成。然而，越来越多的毒理学研究表明，过量摄入BHA会给肝脏和肾脏带来代谢负担，还存在细胞毒性、遗传毒性和致癌风险，尤其是对儿童和弱势群体而言。因此，中国国家食品安全标准规定了食用油中BHA的最大残留量为0.2 g·kg-1。联合国粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会也制定了BHA的每日允许摄入量为0-0.5 mg·kg-1体重。欧盟、美国等其他地区也同样对BHA的使用量进行了严格限制。这些法规要求凸显出，开发灵敏、选择性强且快速的BHA检测技术对于保障食用油质量和公共健康具有重要意义。因此，迫切需要一种灵敏度更高、选择性更强的BHA定量方法。

目前，检测BHA的主流分析技术包括高效液相色谱法、气相色谱-质谱法、毛细管电泳法和流动注射分析法，这些方法虽然准确度高、可靠性好，但设备成本高昂，样品预处理繁琐，且便携性较差。为克服这些缺点，人们提出了荧光光谱法、电化学法、化学发光法、拉曼光谱法和免疫分析法等快速检测方法。然而，这些方法在实际应用于食用油检测时，往往会受到复杂脂质基质的影响，导致非特异性吸附、活性位点被屏蔽以及强烈的背景干扰。具体而言，荧光方法易受自身荧光干扰，电化学传感器会出现电极污染和基线漂移问题，化学发光法需要对反应条件进行严格控制，拉曼光谱法需要昂贵的基底，而免疫分析法则容易出现交叉反应和假阳性结果。尽管近年来有了基于纳米材料的改进，但抗干扰检测策略的 development仍然是实际检测中的一大瓶颈。相比之下，比色法在野外应用方面具有明显优势，操作简单，无需大型精密仪器，成本低廉，且可通过直观的视觉半定量判断结果，因此成为现场快速食品安全检测的理想选择。不过，传统的比色法大多依赖天然酶的催化作用。天然酶存在易于失活、热稳定性和化学稳定性差、反应条件要求严格以及纯化成本高等缺陷。最新的结构和催化研究进一步表明，天然生物催化剂难以适应复杂多变的食品检测环境，限制了其大规模应用。这些固有缺陷使得基于天然酶的比色法无法满足长期稳定、低成本且便于现场检测的需求。因此，开发具有高灵敏度、优异选择性和良好现场适用性的纳米酶催化BHA检测策略具有重要的实用价值。

纳米酶是一种具有酶类似催化活性、稳定性高且制备成本低的功能性纳米材料，能够有效克服天然酶的固有局限。随着食品纳米技术的进步，基于纳米酶的平台因其可调节的催化性能和环境适应性，已成为食品质量监测的重要工具。此外，金属纳米酶基比色传感技术在复杂食品基质中也能表现出优异的性能，为快速食品安全检测带来了巨大潜力。作为金属纳米酶中的一个重要分支，银基纳米酶因其高催化活性、高效的电子转移能力以及敏感的颜色响应特性，在比色传感领域受到了广泛关注。它们能够在温和条件下无需辅助试剂即可催化显色反应，从而简化检测系统并提高抗干扰能力，非常适合现场视觉检测。迄今为止，银基纳米酶已广泛应用于食品抗氧化剂的快速检测。例如，有研究者制备了Fe3O4@Ag@Pt纳米酶，成功用于检测水果和饮料中的谷胱甘肽、抗坏血酸和水溶性维生素E。还有研究通过淀粉修饰的银纳米粒子建立了用于检测饮料样本中维生素C的选择性定量比色方法。尽管取得了这些进展，目前的银基纳米酶传感系统仍存在一些技术限制，影响了其实际应用。虽然基于纳米酶的比色传感技术发展迅速，但大多数银基纳米酶仍依赖于单一催化模式，而单一通道检测的局限性往往被忽视。单一信号检测极易受到食用油中脂质和色素的干扰，缺乏自我验证能力，容易出现假阳性或假阴性结果。相比之下，双通道传感系统具有更强的抗干扰能力和检测可靠性，这一点已在多项食品检测研究中得到证实。双模式检测可以通过信号协同作用提升定量精度，为多通道传感器的设计提供了可靠的理论依据。然而，关于双酶模拟银纳米酶及其在食用油添加剂检测中的双通道应用的研究仍然较少。

在本研究中，研究人员采用简单的低温方法合成了具有氧化酶模拟和漆酶模拟活性的Ag2CO3纳米颗粒。这种纳米酶可直接催化TMB氧化生成蓝色氧化型产物oxTMB，后者再与BHA反应生成紫色产物。同时，它的漆酶模拟活性可以催化2,4-DP与4-AAP反应生成红色产物，而BHA会显著抑制这一反应。与传统单一酶纳米酶及传统双信号系统不同，本研究创新性地基于Ag2CO3纳米酶的双重催化活性，构建了两个独立且可相互验证的检测通道。这两个通道对BHA具有不同的抗干扰特性和响应机制，能有效消除脂质基质的干扰，大幅提高检测的准确性和稳定性。本研究提供了一种新型的双通道比色策略，可实现食用油样本中BHA的快速、低成本且可靠的检测，为食品安全监测提供了新的途径。