基于开启型荧光信号快速特异性检测食品中的铜叶绿素

《Food Chemistry》：Rapid and specific detection of copper chlorophyllin in food with turn-on fluorescence signal

　　

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  开发了一种用于检测铜叶绿素荧光的新策略。
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  选用KMnO₄进行样品前处理，消除基质效应。
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  荧光法可将铜叶绿素与自然叶绿素区分开来。

引言

食品添加剂常被添加到加工食品中，以增强其外观和感官吸引力（Lan等人，2023）。叶绿素是一种天然食品色素，因其安全性和营养价值而备受青睐，如抗氧化特性。然而，天然叶绿素天生不稳定，在可见光或氧化剂作用下容易降解。为此，人们采用铜叶绿素（Cu-Chl）——一种稳定性极高的叶绿素衍生物。它由天然叶绿素经两步反应合成：首先，皂化反应去除卟啉环上的植醇基团；随后，取代反应将中心的Mg²⁺替换为Cu²⁺（Singh等人，2020）。由于合成衍生物如Cu-Chl具有更优的稳定性、更强的着色力和更低的成本，在食品加工和制药行业得到广泛应用（Ebrahimi等人，2023）。

过量摄入Cu-Chl会损害胃肠道健康，并增加全身性Cu²⁺蓄积的风险（Viera等人，2025）。长期过量摄入Cu²⁺对人体健康构成重大威胁。目前研究表明，大脑中Cu²⁺的过度蓄积可扰乱全身铜稳态，这与阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病密切相关（Bisaglia & Bubacco，2020；Wang等人，2025）。世界卫生组织将成年人的安全摄入上限设定为每日0.20 mg Cu²⁺/kg体重（EFSA科学委员会等，2023）。根据《中国居民膳食参考摄入量》的指南和建议，成年人平均每日Cu²⁺摄入量低于8.0 mg是安全的（中国营养学会，2023）。因此，各地区当局已就Cu-Chl在食品中的允许范围和最大用量制定了严格规定。根据中国国家食品安全标准，Cu-Chl可作为糕点、糖果和饮料中的色素使用，最大浓度为0.5 mg/g（GB，2014）。相反，由于其生物安全性仍存在争议，美国FDA将其使用范围限制在胶囊膳食补充剂中，含量上限为0.4%（《联邦公报》2024年5月17日）。因此，准确检测Cu-Chl对于保障消费者安全和促进市场监管至关重要。尽管电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）（Wu等人，2025）和液相色谱-质谱法（LC-MS）（Roca & Pérez-Gálvez，2024）等仪器技术具有高灵敏度和高准确性，但往往受限于高设备成本和专业技术人员的需求。鉴于需要筛查的食品样品量大，这些方法往往无法满足快速实时监测的需求。因此，迫切需要开发快速检测技术，特别是适用于现场筛查的技术，以保障多种食品基质中的食品安全。

荧光分析具有高信噪比和快速信号响应等优势，在食品安全检测中越来越广泛应用。由于Cu-Chl具有强荧光猝灭能力，研究者已开发出利用不同荧光探针的各种快速检测方法（Lin等人，2022）。例如，Jin等人合成了荧光碳点，Cu-Chl通过内滤效应有效猝灭其荧光。通过将这些碳点固定在滤纸上，他们开发出一种荧光传感器，用于快速现场检测饮料中的Cu-Chl（Jin & Zheng，2024）。然而，当前的快速检测方法仍面临一个重大挑战：由于天然叶绿素和Cu-Chl的光谱性质极为相似，食品基质中的天然叶绿素和其他色素往往会造成严重干扰，影响检测准确性（Wang等人，2018）。

近年来，荧光探针的研发取得了显著进展。高性能探针已广泛应用于食品安全分析和生物传感领域，取得了优异效果（Duan & Yang，2024）。这些探针合成方面的研究为开发新的分析方法提供了启发和指导。研究表明，通过引发分析物与配体之间的反应形成有机或纳米结构荧光探针，是一种将分析物浓度转化为可测量荧光信号的有效策略（Ke等人，2022；Tsogas等人，2022）。这些"开启型"荧光检测方法不仅实现了高灵敏度，还有效降低了样品基质中干扰物引起的荧光信号非特异性猝灭（Saju & Palantavida，2025）。例如：Yang等人利用多巴胺与间苯二酚反应生成荧光产物，实现了多巴胺的高灵敏检测（Yang等人，2025）。Li等人基于Pb²⁺与有机配体反应形成PbS量子点，开发了一种Pb²⁺的快速检测和生物成像方法，有效消除了背景荧光的干扰（Li等人，2022）。在本研究中，我们开发了一种荧光分析方法，用于特异性检测食品中的Cu-Chl（图1）。该过程首先使用KMnO₄进行样品前处理，将Cu-Chl分解并释放铜离子Cu²⁺。随后，引入对巯基苯甲酸（p-MBA）作为有机配体与释放的Cu²⁺反应，形成荧光铜纳米簇（Zhou等人，2024）。然后通过测量这些纳米簇的荧光强度快速测定Cu-Chl的浓度。基于KMnO₄的氧化策略能够高效降解样品中的天然叶绿素和其他干扰色素，消除光谱干扰，确保荧光分析的特异性。该方法为食品中Cu-Chl的准确检测提供了一种可靠且具有创新性的策略。

各章节摘录

材料与试剂

对巯基苯甲酸（p-MBA）、铜叶绿素（Cu-Chl）、叶绿素（Chl）、抗坏血酸和氯化铜（CuCl₂）购自麦克林生化科技有限公司（上海，中国）。六水合氯化铬（CrCl₃·6H₂O）、一水合氯化镉（CdCl₂·H₂O）、无水氯化钙（CaCl₂）、氯化铁（FeCl₃）、氯化镁（MgCl₂）、氯化钾（KCl）、氯化铅（PbCl₂）、氯化锰（MnCl₂）购自阿拉丁试剂公司（上海，

CuNCs的表征

与金和银等贵金属类似，铜具有显著的稳定性，可通过还原策略合成纳米颗粒（Qing等人，2013）。含有巯基（–SH）的还原性有机配体可作为还原剂将Cu²⁺还原为铜原子。由数十至数百个铜原子组成的核心，被周围的有机配体包裹和稳定，形成荧光CuNCs（Jin等人，2025）。在本研究中，选择p-MBA作为有机

结论

综上所述，我们开发了一种新的荧光方法，用于特异性快速检测广泛使用的食品色素Cu-Chl。与其他氧化剂相比，KMnO₄被证明能够快速高效地氧化降解Cu-Chl。通过使用KMnO₄进行样品前处理，氧化过程同时释放Cu²⁺并有效消除天然叶绿素的干扰。以p-MBA作为有机配体还原Cu²⁺，我们生成了荧光纳米簇，成功

CRediT作者贡献声明

孙晶翔：撰写——初稿，形式分析，数据整理。陈建鹏：方法论，数据整理。韩洋：形式分析，数据整理。胡凯英：数据整理。高胜杰：数据整理。毛宇：资源，方法论。董宝磊：撰写——审阅与编辑，监督，经费获取。郑磊：监督，资源。

未引用参考文献

中国居民膳食参考摄入量，2023

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究由中央高校基本科研业务费专项资金（JZ2025HGTG0261）和安徽省自然科学基金（2508085MC047）资助。

(D) p-MBA和CuNCs的傅里叶变换红外光谱。(E) CuNCs的XPS全谱。(F) CuNCs的Cu 2p高分辨率XPS谱。

孙晶翔|陈建鹏|韩洋|胡凯英|高胜杰|毛宇|董宝磊|郑磊