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首次将mPEG-Silane共价接枝到纤维素纸上，提高了材料的亲水性和抗污染性能。
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实现了低检测限（5.87?U/L）和宽线性范围（10–70?U/L）。
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开发了用于浑浊乳制品基质的柠檬酸-Tris澄清预处理方法。
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与紫外分光光度法具有高一致性（R
2?>?0.999）和良好的重复性（RSD?
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成功在不同污染情况下动态监测了脂肪酶活性。
引言
脂肪酶是一类水解酶，可催化甘油三酯分解为游离脂肪酸和甘油，在乳制品中广泛存在（Chen et al., 2025; Khan et al., 2025）。它们的来源主要有两种：牛乳中天然存在的内源性脂肪酶（Delosière et al., 2023），以及在冷藏过程中由嗜冷细菌（如Pseudomonas fluorescens）分泌的外源性脂肪酶（Lu et al., 2026; Zhang et al., 2020）。这些脂肪酶在乳制品加工和储存过程中持续分解乳脂，产生游离脂肪酸，从而导致质量下降，如变质和异味，严重缩短产品保质期（Khan et al., 2025; Lu et al., 2026）。更严重的是，传统的热处理方法（如巴氏杀菌）主要针对致病微生物，对脂肪酶的灭活效果有限；残余的酶活性在整个储存期间都会存在（Holsinger et al., 1997; Salgado et al., 2020）。因此，快速准确检测脂肪酶活性已成为乳品质量控制中的紧迫实际问题。
目前，检测脂肪酶活性的主要方法包括滴定法、荧光法和色谱法。滴定法通过测量水解产生的游离脂肪酸来间接量化酶活性。尽管操作简单，但灵敏度较低，容易受到乳制品基质的干扰（Hasan et al., 2009; Krewinkel et al., 2016）。荧光法灵敏度高，但需要昂贵的荧光底物和专用检测设备（Hendrickson, 1994）。色谱法能实现准确的分离和量化，但预处理繁琐、分析时间长、仪器成本高，且需要专业技术人员（Khan et al., 2025; Stoytcheva et al., 2012）。尽管这些方法在实验室分析中表现良好，但难以满足乳品制造商和初级质量检验机构对现场快速检测的要求（Ahmed et al., 2024）。
近年来，微流控纸质分析设备（μPADs）因低成本、操作简便、无需外部驱动力和样品消耗量低等优势，在食品安全快速检测领域受到了广泛关注（Kar et al., 2020; Kumar et al., 2024; Liu et al., 2025）。先前的研究已成功将μPADs应用于亚硝酸盐、硝酸盐（Thongkam & Hemavibool, 2020）和多种农药残留的现场检测（Zhu et al., 2023）。然而，纯纸质芯片存在两个固有缺点：亲水性不足和严重的非特异性蛋白质吸附。这些问题导致液体传输缓慢、检测灵敏度低和背景信号高，极大限制了其在复杂食品基质（如乳制品）中的直接应用（Von Stockert et al., 2021; Xudong et al., 2014）。
为了解决这些问题，研究人员尝试对纸质材料进行功能化处理。聚乙二醇（PEG）是一种具有优异疏油性能的亲水聚合物（Hong et al., 2025; Lowe et al., 2015）。在PEG衍生物中，甲氧基聚乙二醇硅烷（mPEG-Silane）含有末端烷氧基硅烷基团，可与纤维素表面的羟基发生共价缩合（形成Si-O-C键），从而将PEG链稳定接枝到纸张纤维表面（Abdmouleh et al., 2002; Gadhave et al., 2021; Shen et al., 2008）。这种功能化显著提高了纸质芯片的亲水性和抗污染能力，加快了液体传输速度，并减少了非特异性背景干扰（Kazuki et al., 2020; Xudong et al., 2014）。然而，迄今为止尚未有研究将mPEG-Silane功能化纸质芯片应用于乳制品中脂肪酶活性的快速检测。特别是在处理高度浑浊、蛋白质丰富的乳制品基质时，如何平衡检测灵敏度和抗干扰性能仍是一个技术挑战。
为填补这一空白，本研究首次开发了一种基于mPEG-Silane功能化纸质微流控芯片（mPEG-Silane-μPAD）的比色传感器，用于乳制品中脂肪酶的现场快速检测。具体而言，通过硅烷化反应将mPEG-Silane共价接枝到纤维素滤纸表面。系统评估了功能化对亲水性、抗蛋白性和检测性能的影响。在此基础上，建立了以
-硝基苯基棕榈酸（p-NPP）为底物的比色检测方法，并优化了关键检测参数。为应对乳制品的高浊度干扰，开发了柠檬酸-Tris澄清缓冲液预处理策略。最后，该方法应用于五种市售乳制品中脂肪酶活性的检测，并与紫外分光光度法进行了比较和验证。此外，还使用UHT牛奶模拟巴氏杀菌模型评估了不同污染情况下酶活性的动态变化。本研究旨在为乳品加工企业提供一种简单、灵敏且抗干扰的现场检测工具，并为用于复杂食品基质中酶活性检测的纸质芯片提供了可移植的技术方案。
章节片段
化学试剂和材料
Whatman No. 1滤纸从Whatman International Ltd.（中国上海）购买。甲氧基聚乙二醇硅烷（mPEG-Silane）、p-硝基苯基棕榈酸（p-NPP）、p-硝基苯酚（p-NP）、二甲基亚砜（DMSO）、Tris、柠檬酸钠、乙腈和甲酸购自上海Aladdin生化技术有限公司或上海医药化学试剂有限公司。使用的六种脂肪酶包括Pseudomonas fluorescens脂肪酶、Burkholderia cepacia脂肪酶、猪胰脂肪酶等。
特性分析
使用FT-IR和XPS验证mPEG-Silane在纤维素表面的成功接枝情况，包括化学结构和元素组成。FT-IR分析结果如图2a所示。未处理过的CF在3336、2890和1050?cm?1处显示出典型的纤维素峰值，分别对应O-H伸缩、C-H伸缩和C-O-C伸缩。在mPEG-Silane-CF的谱图中，除了上述纤维素特征峰外，还出现了新的特征吸收峰。
讨论
本研究解决了将纸质设备应用于乳制品脂肪酶检测时的两个关键问题：亲水性不足和非特异性蛋白质吸附，并提供了一种可行的现场快速检测技术策略。针对乳制品中脂肪酶活性缺乏快速现场检测方法的问题，以及现有技术的操作复杂性和处理复杂基质干扰的能力有限的问题，本研究提出了一种比色检测方法。
结论
本研究成功开发了一种基于mPEG-Silane功能化纸质微流控设备的比色传感器，用于乳制品中脂肪酶的快速检测。通过共价接枝策略，显著提高了该设备的亲水性和抗蛋白性能。所提出的方法实现了5.87?U/L的检测限和10–70?U/L的线性范围。结合优化的柠檬酸-Tris澄清预处理方法，
CRediT作者贡献声明
Lei Zhu：撰写——原始稿件、软件开发、概念设计。Biyue Wang：数据整理。Xu Wang：数据可视化。Yuying Lu：撰写——审稿与编辑、验证。Xingyu Wang：数据分析。Chen Yang：数据整理。Huan Li：数据可视化。Yongheng Zhu：验证、资源协调。Yong Zhao：项目监督。Pradeep Kumar Malakar：方法研究、实验设计。Zhaohuan Zhang：项目管理和资金争取、概念设计。
资助
本研究得到了国家乳品技术创新中心（资助编号：2024-JSGG-009）和上海市东方人才计划优秀青年学者项目（资助编号：QNJY2024176）的支持。
BioAssay Systems, 无日期
Frédéric, Ali, Claude, And and Verger., 2000
Sigma-Aldrich, 无日期
Xudong et al., 2014
致谢
我们感谢上海海洋大学国际食品与健康研究中心的所有工作人员。
Lei Zhu|Biyue Wang|Xu Wang|Yuying Lu|Xingyu Wang|Chen Yang|Huan Li|Yongheng Zhu|Yong Zhao|Pradeep Kumar Malakar|Zhaohuan Zhang
