用于檢測食品中生物胺熒光探針研究進展*

張弓，林華

（福建師范大學，福建 福州 350117）

食品安全是全球消費者和衛生機構，包括美國食品和藥物管理局（Food and Drug Administration,FDA）、歐洲食品安全局（European Food Safety Authority,EFSA）和世界衛生組織（World Health Organization,WHO）的主要關注點。據世界衛生組織統計，有200多種疾病通過食物傳播給人類，大多數人在不知不覺中感染了食源性疾病。肉、魚、蝦、奶、蛋等食物含有豐富的蛋白質，但是在儲存和運輸過程中，這些食物容易變質，蛋白質發生微生物脫羧，產生生物胺，因此，可將生物胺的水平用于評估食品新鮮度和微生物污染水平。過量食用外源性生物胺可導致食物中毒，引起頭痛、惡心、腹瀉、心悸、血壓變化、呼吸窘迫等過敏反應，可能危及生命[1]。因此，必須嚴格檢查食品的新鮮度。

為減少因食用生物胺而導致的食物中毒的發生，需要開發可靠且靈敏的方法來測量這些食源性污染物的水平。傳統的生物胺檢測方法主要采用電化學法、比色法和色譜法（如離子色譜法和液相色譜法），電化學方法操作快速且簡單，但通常對分析物的選擇性較差。比色法依靠指示劑顏色的變化來區分分析物，但食品本身的顏色通常會干擾比色分析[2]，雖然色譜法是一種高度準確的分析物檢測方法，但樣品預處理繁瑣且耗時，儀器和日常試劑消耗昂貴[3]。

與前面提到的分析方法相比，熒光探針具有很高的靈敏度，對其分析物具有出色的選擇性，便于攜帶，并提供快速的光學響應。為了測定這些食源性污染物，在過去的幾十年里，在調整探頭的光學特性方面取得了重大進展。因此，本文總結了為測量各種食品樣品中的生物胺而開發的各種熒光探針的識別位點、工作機制、性能和應用，討論了設計用于選擇性檢測生物胺的熒光探針的方向、挑戰和前景。

1 用于生物胺的熒光探針

1.1 基于開環反應的熒光探針

Jia 等[4]用異硫氰酸熒光素（Fluorescein isothiocyanate,FITC）和原卟啉Ⅸ(ProtoporphyrinⅨ,PpIX）修飾了纖維素的活性羥基，制備了一系列發光材料（圖1）。PpIX作為內部參比，產生以670 nm為中心的熒光發射帶，在生物胺存在下，異硫氰酸熒光素的羥基去質子化以誘導分子內開環反應，從而產生在525 nm處發出強烈綠色熒光的異硫氰酸熒光素。因此，隨著生物胺濃度的增加，材料發出的熒光顏色逐漸由紅色變為綠色，異硫氰酸熒光素結合材料可以準確檢測5.0～25000 mg/kg范圍內的生物胺。此外，通過利用纖維素基材料優異的生物相容性和可加工性，將比例熒光探針摻入纖維素中，以測量蝦和蟹中生物胺的濃度，因此，熒光纖維素材料顯示出作為智能標簽監測海鮮新鮮度的能力。

圖1 基于開環反應的熒光探針圖

1.2 基于逆邁克爾加成加成的熒光探針

Wang 等[5]合成了一種基于氮雜氟硼二吡咯結構的探針3（圖2），用于檢測生物胺，其中生物胺與親電硼反應，導致硼-氮鍵解離并隨后水解探針3，從而破壞氮雜氟硼二吡咯的共軛結構，從而淬滅探針的熒光（圖2）。加入生物胺后，探針3的吸收光譜出現快速（響應時間＜1 min）和大藍移（130 nm），熒光猝滅高達99%，因此，探針3可以用作監測魚類腐敗的高靈敏度熒光探針。在隨后的一份報告中，該小組還發表了用于檢測食品中生物胺的探針4的開發，該探針也使用硼-氮鍵作為識別位點[6]。探針4在生物胺存在下發生氮雜-邁克爾加成和硼-氮鍵解離，然后水解產生二酮吡咯和雜芳香族乙腈副產物（圖2）。添加生物胺后，探針4熒光的顏色從綠色變為黃色。將探針4加載到濾紙上可以對生物胺蒸氣進行比色檢測，并可以目視監測蝦的新鮮度。使用相同的策略，開發了另一種氮雜硼二吡咯基乙烯熒光探針5[7]，用于生物胺的比色和熒光檢測，以監測蝦的新鮮度。

圖2 基于逆邁克爾加成的熒光探針圖

1.3 基于親核取代的熒光探針

Zhu 等[8]基于7-二乙氨基香豆素的合成探針6，用于檢測生物學相關的伯二胺（即尸胺和腐胺），伯二胺直接與探針6形成共價修飾的加合物，在475 nm處產生藍色發射帶（圖3）。探針6能夠對生物相關的伯二胺進行比色和熒光檢測，具有出色的選擇性和 209 nmol/L的LOD。此外，將探針6加載到試紙上成功地實現了在24 h內對魚類中的尸體堿和腐胺的目視監測。

圖3 基于親核取代的熒光探針在生物胺的作用下發生的化學過程

Meng 等[9]開發了一種用于檢測氨蒸氣的熒光開啟探針7（圖3）。氨水解使探針7能夠識別氨蒸氣，其中氨在O-苯并惡唑鍵處發生親核芳香取代反應，釋放香豆素熒光團，導致445 nm處的熒光發射強度增加，熒光顏色從無色變為藍色（圖3）。探頭7對生物胺表現出高靈敏度和低檢出限（3.82 mg/kg）。此外，7項在監測魚類新鮮度和熒光防偽油墨方面取得了優異的成績。

Jiang 等[10]構建了基于氰基丙烯酰吩噻嗪的比率熒光探針8，用于生物胺。生物胺型的伯胺在氰基丙烯酰基團的芐基碳上與2個分子8發生雙反克腦文蓋爾縮合反應（Knoevenagel縮合反應），形成雙-席夫堿化合物（圖3）。當加入尸體素時，8的熒光從紅色到綠色發生了藍移，探針對尸體堿表現出高選擇性、快速響應時間（＜15 s）、高靈敏度（46 nmol/L）和低檢測線（8.65 mg/kg）。此外，包含8個智能標簽的智能標簽與智能手機配對，用于數字檢測魚類的尸體水平。Zeng和合著者使用類似的策略開發了探針9（圖3）[11]。

1.4 以酯鍵為識別位點的熒光探針

Jeon 等[12]合成了一種BODIPY衍生物12，其中酯鍵用作生物胺的識別位點。在甲胺存在下，伯胺與12酯發生?；〈磻?，釋放出探針作為相應的BODIPY羧酸鹽（圖4），結果發射峰（546 nm）和熒光強度增加了3000倍，熒光的顏色在5 min內從黃色變為紅色。該探頭已成功用于目視監測魚類的新鮮度。

圖4 探針12—探針15的結構式

Zhang 等[13]制備了一種7,7'-(乙酰氧基)-3,3'-(對亞苯基)雙(香豆素)熒光探針13，用于檢測生物胺蒸氣。乙氧羰基作為供體基團并抑制分子內電荷轉移(ICT)，使探針具有強烈的熒光，與氨反應后，除去乙酰基，將探針轉化為相應的供電子苯酚（圖4）。因此，隨著氨濃度的增加，445 nm處的發射帶逐漸增加，LOD達到6.85 mg/kg。此外，熒光探針13還成功用于監測魚類新鮮度和熒光防偽油墨。

Bao 等[14]以苯并噻唑為熒光基團，以酯鍵為識別位點，合成了一種基于激發態分子內質子轉移（ESIPT）的熒光探針14。苯并噻唑的乙?；种屏薊SIPT，淬滅了探針的熒光，然而，當暴露于氣態胺時，胺與乙酰基反應，將其轉化為游離羥基，從而啟用ESIPT并產生熒光（圖4）。熒光探針14作為響應生物胺的開啟探針，在514 nm處產生發射帶和較大的Stokes位移（180 nm），并且對生物胺高度敏感，LOD為12.7 mg/kg。此外，將探針摻入瓊脂凝膠中，成功用于檢測魚的新鮮度。

Gao 等[15]合成了探針15，該探針基于2-(2-羥基苯基)喹唑啉-4(3H)-酮支架，其中酯組作為生物胺的識別位點。探針15中的苯氧基和乙?；种屏朔肿觾葰滏I，從而阻斷了激發態分子內質子轉移并淬滅了本征熒光。當暴露于生物胺蒸氣時，探針與胺發生氨解反應，裂解氧-乙?；I并釋放2-(2-羥基-苯基)-4-(3H)-喹唑啉酮，從而使分子內氫鍵恢復熒光（圖4）。結果，分子內氫鍵恢復，并觀察到強熒光。暴露于氨時，探針15發出亮綠色熒光。氨的LOD為8.4 mg/kg，在監測魚類新鮮度方面取得了優異的結果。

2 結語

食品安全因其對公眾健康和安全的影響而受到全世界的高度關注，不斷優化和創新食品監控工具是其核心保障。用于檢測生物胺的大多是有機小分子熒光探針，其結構多樣，在溶液中表現出優異的傳感性能，但是，這些小分子大多只能在溶液中起作用，缺乏便攜性和實用性。因此，開發可靠、快速、準確和便攜式的分析方法來檢測食品中的污染物存在和量化水平變得尤為重要，為了使小分子探針能夠監測氣態的生物胺，可以通過靜電紡絲技術將探針加載到納米纖維素薄膜中。納米級或微米級的表面結構有利于生物胺的吸收和超靈敏檢測。綜上所述，未來可以考慮以下方向：⑴應根據不同的熒光顏色變化，開發同時檢測食品中生物胺污染物的存在和濃度的探針；⑵ 將熒光探針物理或化學加載到智能材料上以制備便攜式智能標簽。