近年来，因食品新鲜度降低引起的食品安全事件频发。开发快速、灵敏、便携和低成本的肉品新鲜度检测策略对保障人体健康和节约资源至关重要。
纳米酶是一类具有模拟天然酶催化活性位点的纳米材料，能够模拟酶促反应动力学过程，具有易于制备、成本低廉、稳定性高和耐用性强等优点，被认为是新一代的人工模拟酶。近年来，研究报道了一系列基于纳米酶的传感器，在肉品新鲜度检测方面引起了广泛的关注，包括比色传感器、荧光传感器、电化学传感器和表面增强拉曼光谱（SERS）传感器等。通常情况下，这些传感器表现出快速检测肉品新鲜度的潜力，能够实现最小化的样品制备需求，为肉品质量和安全快速检测带来了新的可能性和解决方案。
宁夏大学食品科学与工程学院的王怡妍、雒雪丽*、刘源*为了更系统、全面地了解纳米酶在肉品新鲜度检测方面的应用现状，本文首先总结包括类过氧化物酶（POD）、类氧化酶（OXD）、类过氧化氢酶（CAT）、类超氧化物歧化酶（SOD）和类漆酶（LAC）这5 种常见的纳米酶；其次，从基于纳米酶的新鲜度传感器的信号传导机制角度，介绍比色、荧光、电化学和SERS不同类型传感器信号产生原理；接着重点分析基于纳米酶的传感器利用BAs、TVB-N、ATP降解产物和H2S等指标在肉品新鲜度检测中的应用进展（图1）；最后讨论纳米酶传感器在肉品新鲜度检测领域的发展前景和亟待解决的问题。
1 纳米酶的分类
纳米酶作为一种新型的纳米材料，不仅具有纳米材料的特殊属性，也具有多种类酶活性。本文仅讨论几种具有代表性的纳米酶，包括类POD、类OXD、类CAT、类SOD和类LAC的模拟酶活性。
1.1 类POD
POD是一种氧化还原酶，它以H2O2为电子受体催化底物氧化，具有消除H2O2和酚类、胺类毒性的双重作用。自2007年Gao Lizeng等首次报道磁铁矿纳米颗粒具有POD模拟活性以来，包括氧化铁、硫化铁和磷酸铁等铁基POD模拟物被广泛探索和研究。除铁基纳米材料，许多贵金属纳米材料、金属氧化物纳米材料以及基于MOFs等也被证明具有优异的POD模拟活性。
1.2 类OXD
OXD是以分子氧（O2）作为电子受体催化底物氧化的酶。与POD相比，OXD模拟物无需添加H2O2作为电子受体，因此体系更加稳定，有利于提高分析的准确性和可靠性。目前，许多纳米材料已被证明具有OXD催化活性，如铂纳米颗粒、氧化银纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒等。
1.3 类CAT
CAT是一种广泛存在于动物组织中的抗氧化酶，能够有效催化H2O2分解成O2和水。目前，CAT催化机制主要涉及吸附活化和氧化还原反应。与POD和OXD在酸性条件下具有催化活性不同，CAT通常在中性或碱性条件下表现出最佳的催化活性。研究发现，包括金属及其氧化物、MOFs、碳基纳米材料和普鲁士蓝（PB）等多种纳米材料均具有CAT类酶活性。
1.4 类SOD
SOD是生物体内存在的一种抗氧化金属酶，能够催化超氧阴离子自由基（O-2·）歧化生成O2和H2O2，在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用。SOD的催化机制主要包括纳米酶表面的吸附活化和电子转移。自Kroto等于1985年发现C60具有清除O-2·活性从而证明纳米材料可以模拟SOD活性以来，迄今已报道了约100 种具有SOD活性的纳米材料。
1.5 类LAC
LAC是一种含有4 个铜离子的多酚氧化酶，具有广谱的底物范围和较高的催化活性，能够催化2,4-二氯苯酚、多巴胺、对苯二酚和愈创木酚等多种底物的氧化反应，并将电子转移到O2上形成H2O。受其独特活性位点和电子传递途径的启发，目前，已有许多研究报道以铜离子为活性中心成功合成了具有LAC模拟活性的纳米酶。如Davoodi-Rad等通过水热法合成了基于铜-单宁酸纳米片的LAC模拟纳米酶，用于可视化检测蔬菜中的槲皮素。
1.6 其他纳米酶
除了上述几种常见的纳米酶外，还有一些具有类酶催化活性的纳米酶也被开发用于分析检测领域，如类磷酸酶、类蛋白酶、类脲酶等。磷酸酶是一种通过水解磷酸单酯以除去底物分子上的磷酸基团，并生成磷酸根离子和羟自由基的酶。Manto等合成了一种氧化铈纳米晶体，并将其用作人工磷酸酶，用于裂解磷酸对硝基苯中的磷酸酯键，从而释放水溶液中的游离磷阴离子。蛋白酶又称蛋白水解酶，是生物体内一类重要的酶，能够通过水解肽键分解蛋白质。方艳芬等设计了一种基于Zn(II)的MOFs纳米材料，这种纳米材料具有蛋白酶类酶活性，成功实现了对微囊藻毒素肽键的水解。
2 基于纳米酶的新鲜度传感器的信号传导机制
纳米酶被认为是新一代的人工模拟酶，得益于其优异的催化性能，许多基于纳米酶的传感器已经用于模拟酶催化介导的不同信号模式检测肉品新鲜度。在此主要介绍包括比色传感器、荧光传感器、电化学传感器和SERS 4 种不同类型传感器的信号产生方式及其在实际检测分析中的优缺点。表1总结了一些具有代表性的化学分子的输出信号和相应原理。
2.1 比色传感器
比色传感器是基于纳米酶检测最常用的方法之一。其检测原理是纳米酶的催化作用导致底物发生显色反应，当目标分子存在时可以调节催化效应，通过分析颜色变化来量化反应进程实现对目标分子的高灵敏检测。通常用于产生比色信号的底物有TMB、OPD以及ABTS等。例如，一种具有POD模拟活性的铁/镍金属有机框架可用于催化TMB氧化产生蓝色产物，从而实现基于纳米酶的比色传感器检测水产品中的次黄嘌呤。此外，席书敏等以TMB为显色剂、高温热解制得的铁-氮共掺杂碳基纳米酶为催化剂、抗坏血酸为抑制剂制备了一种新型比色传感器，实现了食品中总抗氧化能力的快速、超灵敏检测。
构建比色传感器通常基于纳米酶显色底物的氧化反应实现，该方法操作简单，具有检测结果直观、可视化等优势。然而，比色传感器的检测精确度和灵敏度容易受样品有色基质的干扰。因此，通过对样品预处理或采用多模式检测来避免有色基质的干扰，在今后的研究中应得到更多关注。
2.2 荧光传感器
基于纳米酶的荧光传感器主要通过纳米酶对荧光底物的催化作用产生荧光信号，目标物可以增强（“开启”）或猝灭（“关闭”）荧光。即利用目标物导致催化体系荧光强度或激发/发射峰的位置发生变化，以实现对目标物的定性和定量分析。常见的荧光底物有TMB、OPD、PTA、PDA及一些荧光染料如罗丹明B、花青素等。
基于纳米酶催化活性驱动的荧光传感器具有方便快捷、灵敏度高、选择性好以及实时监测等诸多优势。但在稳定性和准确性方面需要在研究过程中通过消除检测基质和环境中的潜在干扰来改进，以促进荧光传感器的进一步发展。
2.3 电化学传感器
电化学传感器可以将电极固定化识别元件和目标分析物之间在电极上的相互作用和界面发生的化学反应转化为电压、电流、电导和电位等可检测的电信号，从而根据电信号与目标物浓度构建检测方法。其中，电极材料的电荷转移过程和电化学活性决定了响应灵敏度。通过纳米材料对电极表面进行修饰，能够增加电极表面活性和电导率来催化电化学信号放大，实现对目标物的灵敏识别。如Torre等开发了一个简单、低成本的组胺分析传感器，通过交联将二胺氧化酶固定在丝网印刷的碳电极表面，并以铁氰化钾作为氧化还原介质，实现了对金枪鱼和鲭鱼中组胺的定量分析。
通过纳米酶修饰的电化学传感器响应灵敏，在检测范围上具有出色的分辨率，适用于目标物的定性和半定量筛选。但该方法对仪器设备和操作人员的专业性要求较高，且传感器的稳定性和可重复性有待进一步提高。
2.4 SERS传感器
SERS指样品被吸附在具有纳米粗糙度的金属结构表面时可以极大地增强样品分子拉曼信号的现象。由于其独特的指纹振动信息和极高的灵敏度，SERS技术被广泛用于各种目标分析物的定性和定量分析。SERS技术的信号转化包括直接检测和间接检测。直接检测是将孔雀石绿、罗丹明6G和结晶紫等具有良好SERS响应的分子与SERS基底相互接触，通过解析SERS谱图实现目标物的定量分析。而间接检测需要将SERS底物修饰/桥接到SERS基底上或在溶液中加入具有较强SERS信号的物质，然后通过目标物对SERS底物的影响间接引起SERS信号变化，从而实现目标物的间接分析。常用于增强SERS信号的底物有TMB、OPD及ABTS等。
基于SERS光谱技术的传感器作为一种快速、无损、具有超高灵敏度的方法，提供了丰富的结构和分子指纹信息，在微量目标物的定性和定量分析中显示出巨大的应用潜力，有利于构建理想的食品质量检测传感器。但也存在受复杂样品干扰的缺点，因此需要进一步探究以提高其准确性和稳定性。
2.5 其他信号传感器
基于纳米酶的传感器除上述几种信号类型外，还可以利用化学发光信号以及光热信号等进行目标物的检测。化学发光信号的原理是某些纳米酶能够催化化学反应产生化学发光现象，这种发光信号强度与目标物分子的浓度呈正比，由此实现目标物的定量检测。同时，一些纳米酶在催化过程中还会产生具有光热效应的产物，可通过红外热成像或其他热检测手段监测这些光热信号的变化，从而实现对目标物分子的检测。这些不同类型的信号为基于纳米酶的传感器提供了更多的选择和可能性，使得传感器能够在不同应用场景下发挥最佳性能，有望在未来实现更高的灵敏度、特异性和实用性。
3 纳米酶传感技术在肉品新鲜度检测中的应用
目前，纳米酶传感技术在食品安全分析领域的应用越来越广阔，为了更好地了解纳米酶在快速检测方面的研究趋势，在此，主要以BAs、TVB-N、ATP降解产物和H2S为代表分析基于纳米酶的传感器在肉品新鲜度检测领域中的应用（表2）。
3.1 BAs
BAs是肉品贮藏过程中微生物利用酶的作用使氨基酸脱羧形成的一类含氮小分子有机化合物的总称，包括组胺、酪胺、色胺、苯乙胺等单胺类化合物，以及尸胺、腐胺、精胺和亚精胺等多胺化合物。这些BAs在人体内有其特定的生理功能，但过量摄入则会引起不良反应。其中，组胺、腐胺、尸胺和精胺是肉品中最常见的BAs，已将其用于评估肉类和水产品的新鲜度。
为保证肉品新鲜度检测的准确性和时效性，可利用基于纳米酶的传感技术实现对BAs的实时监测。由于BAs与纳米酶之间能够发生反应抑制酶的活性，从而降低其对特定比色底物的催化性能，因此，根据传感器反馈的颜色变化可以及时准确地判断肉品的新鲜程度。例如，一种具有POD样活性的V1/5Fe(CN)6PBA/INS可以氧化TMB诱导比色信号，在腐胺存在的情况下，腐胺会与V1/5Fe(CN)6PBA/INS反应抑制其POD样活性，导致TMB氧化产物减少从而降低比色信号。
此外，将纳米材料引入电极中能够促进电子传递使电化学检测信号放大，进而提高电化学传感的分析性能。例如，Wang Rongrong等开发了一种功能化的溶液栅石墨烯晶体管电化学传感器。在Gra、MWNT和Au NPs的修饰下，栅电极的电催化活性和表面积明显增加，显著提高了传感器的灵敏度，将其用于金枪鱼样品中组胺的测定时，在3～100 μmol/L线性范围内LOD为100 nmol/L。同时，纳米材料对SERS传感器同样具有活性增强作用。例如，Sun Jiaojiao等报道了一种三维立体SERS底物，通过与纳米粒子结合产生了具有丰富活性位点的特异性结构，使局部表面等离子体共振（LSPR）效应和拉曼增强的电荷转移效应增强，显著提高了SERS传感器的灵敏度、稳定性和可重复性。该传感器实现了在10 min内对猪肉样品中液态腐胺和尸胺的高灵敏和定量检测，LOD分别为3.2×10-16 mol/L和1.6×10-13 mol/L。此外，该传感器在低浓度下对气态胺分子也表现出有效的SERS反应。
3.2 TVB-N
TVB-N是肉品腐败过程中蛋白质和氨基酸降解产生的碱性含氮物质的总称，包括氨、二甲胺和三甲胺等。这些化合物会导致肉品颜色和风味发生变化，其含量与肉品新鲜程度和营养价值密切相关，可以作为评估肉品新鲜度的重要指标。
基于酶活性抑制的纳米传感技术被广泛应用于肉品中TVB-N的检测。纳米酶可以催化显色底物诱导比色信号，同时，其催化产物可以通过内滤效应或荧光共振能量转移过程触发荧光信号变化，产生比色-荧光相互关联的响应。例如，Song Guangchun等利用SAFe-N-C纳米酶和碳量子点成功构建了一种用于肉品新鲜度检测的比色荧光双信号传感器。其中，SAFe-N-C纳米酶能够凭借其高POD活性催化无色还原态TMB转化为其蓝色氧化产物，产生比色信号，随后由于TMB的氧化产物与碳量子点之间的内部滤波效应会使碳量子点的荧光信号被猝灭，而肉品腐败过程中产生的挥发性胺会抑制SAFe-N-C纳米酶的POD活性，使TMB的比色信号降低，同时恢复碳量子点的光致发光信号，从而实现了对挥发性胺的比色和荧光双信号检测。
此外，TVB-N能与一些纳米颗粒反应，使其结构坍塌导致相应颜色发生变化，由此可构建用于TVB-N可视化检测的比色传感器。例如，Ding Nan等开发了基于SPB NPs的功能水凝胶，鱼类腐败产生的三甲胺蒸汽可以渗透到功能水凝胶中导致SPB NPs分解，并伴随颜色变化和光热效应的消失，从而实现三甲胺的双信号检测。
3.3 H2S
肉品和水产品中富含含硫氨基酸，在特定条件下产硫细菌会利用酶催化含硫氨基酸分解产生H2S等小分子含硫物质。H2S的积累与微生物含量密切相关，过量积累会严重威胁人体健康。近年来，为实现对H2S的便携灵敏检测，一系列基于纳米酶的H2S快速检测方法不断涌现，并取得了较好的应用效果。
研究表明，H2S可以与贵金属纳米材料发生反应，导致其独特LSPR特性发生变化，已被应用于构建H2S检测的传感器。例如，Zhai Xiaodong等研制了一种基于GGAg NPs的比色传感器，由于Ag NPs与H2S之间存在形成Ag2S的超强结合能力，使Ag NPs发生显著的LSPR变化，呈现出由黄色到无色的比色信号，LOD为0.81 μmol/L。此外，有研究报道了一种基于Ru NPs优越催化活性的新型传感器，用于H2S的快速定量。该策略基于H2S对Ru NPs催化加氢反应的抑制作用，从而导致颜色发生变化，在0～1 800 nmol/L的浓度范围内对H2S有良好的线性响应。
3.4 ATP降解产物
ATP降解是动物屠宰后肌肉中最重要的生化变化之一，ATP先分解为二磷酸腺苷，并依次降解为腺苷一磷酸、肌苷酸、肌苷、Hx、XT和尿酸，这些ATP降解产物会导致肉的风味发生变化甚至产生苦味。与其他指标相比，Hx和XT凭借其非挥发性优势，已被用于肉品新鲜度变化初始阶段检测的重要指标。
目前，许多研究报道了基于纳米酶的传感器在ATP降解产物检测中的应用。其中，由于Hx能够在黄嘌呤氧化酶和POD的酶促级联催化作用下产生羟自由基（·OH），用于诱导产生比色信号，而在Hx的比色检测中受到广泛关注。例如，Wu Guojian等合成了一种具有POD活性的双金属纳米酶（Fe@CeO2）用于检测鱼虾中Hx含量。Hx在黄嘌呤氧化酶催化下生成H2O2，Fe@CeO2进一步将H2O2催化生成·OH，而·OH可将无色的TMB氧化为深蓝色产物，在652 nm处具有显色反应驱动的吸收增强，且在660 nm激光照射下表现出显著的光热效应。类似地，一种通过聚集诱导发射TPE荧光团结合无定形Fe-Phos@TPE也被开发用于检测肉品中的Hx。当体系在酶促级联催化作用下产生·OH后，使OPD在550 nm波长处被氧化成黄色荧光产物2,3-二氨基吩嗪，并通过内滤效应使Fe-Phos@TPE在440 nm波长处固有的蓝色荧光降低，从而实现了Hx的可视化双模式检测。另外，纳米酶在电化学传感器中同样发挥重要作用。例如，Zhu Yifu等构建了一种具有类酶动力学特性的3D多孔石墨烯柔性纳米酶电化学传感平台，研究表明，引入纳米酶能显著提高电极的稳定性、电催化能力和抗干扰能力。该方法对XT和Hx在0.3～179.9 μmol/L和0.3～159.9 μmol/L范围内表现出良好的线性关系，LOD分别为0.26 μmol/L和0.18 μmol/L。该研究为基于纳米酶的电化学传感器在肉品新鲜度检测分析领域的进一步发展提供了思路。
已有研究在利用纳米酶传感技术检测肉品中的BAs、TVB-N、H2S和ATP降解产物等肉品新鲜度指标方面表现出更低的能耗和更少的化学试剂消耗，符合环保和可持续发展的要求，同时也体现了显著的技术优势，如高灵敏度、快速响应和多模式检测能力。然而，这些研究也存在一些不足，如基于纳米酶的比色传感器在实际复杂肉品基质检测中仍存在背景干扰和特异性不足的问题，特别是在极低浓度检测时，非目标物质的干扰可能导致肉品新鲜度检测出现假阳性或假阴性结果。此外，纳米材料的长期稳定性和在复杂环境中的耐用性等问题也会限制其在肉品新鲜度检测中的应用，需要进一步优化和改进以满足对肉品新鲜度现场快速检测的需求。
4 结 语
纳米酶作为天然酶的模拟物，具有成本低、易于制备、稳定性好等优点，在肉品新鲜度快速检测方面发挥着重要作用。本文首先介绍了5 种典型纳米酶，并重点论述了基于不同类型纳米酶的比色、荧光、电化学和SERS传感器信号产生原理及其在肉品新鲜度检测中的实际应用。虽然纳米酶在新鲜度检测方面应用广泛，但仍面临着一些问题和挑战：1）目前用于检测肉品新鲜度的传感器大多以作用于单特异性分析物为主，其检测结果易受干扰。因此，研究开发纳米酶传感阵列，通过多靶标同步检测以克服传统传感器一对一检测的缺点，有利于提高肉品新鲜度检测的准确性和高效性。2）将纳米酶传感器与机器深度学习等AI技术相结合，构建智能化、自动化的监测系统，有利于实现对肉品新鲜度的全面监测和精准预测。3）目前关于纳米酶传感技术检测肉品新鲜度的报道仍停留在实验室研究中，在实际应用方面尚未开发出用于肉品新鲜度快速无损检测的成品设备。因此，开发便携式检测设备对实现肉品新鲜度现场快速检测具有重要意义。与天然酶相比，目前对纳米酶的应用研究仍然相当有限。因此，研究者应不断优化纳米技术，相信未来基于纳米酶的传感器将在肉品新鲜度快速检测领域取得重大突破。
通信作者：
刘源教授
宁夏大学生命与食品学部副部长、食品科学与工程学院党总支委员、副书记、院长
刘源，中共党员，教授、博导，宁夏大学食品科学与工程学院副书记、首任院长，生命与食品学部副部长；上海交通大学教授、博导；教育部国家级人才计划特聘教授、国家优秀青年基金获得者。担任感知分析和全国感官分析标准化技术委员会委员、11 个SCI期刊及3 个EI中文期刊等副主编、编委及中国畜产品加工研究会和中国食品科技学会食品添加剂分会常务理事、上海食品学会常务理事及青年工作委员会主任委员等。主要从事食品风味感知研究，组织举办了“首届中国食品风味科学青年论坛”等系列论坛。先后主持国家级项目近10 项，第一作者/通信作者在
Fundamental Research、Biosens Bioelectron、Biomaterials、Journal of Agricultural and Food Chemistry等发表SCI收录论文136 篇。授权发明专利8 项，联合主译、副主编教材、著作8 部。获“2023 年度中国食品科学技术年会科技创新奖--杰出青年奖”、上海市委组织部“五带头”共产党员等。
通信作者：
雒雪丽讲师
宁夏大学食品科学与工程学院
研究方向：食品风味感知与智能化评价、食品小分子快速检测与控制。教育经历：2019.9-2023.6 西北农林科技大学食品科学与工程学院食品科学与工程专业，博士研究生；2015.9-2018.6 西北农林科技大学食品科学与工程学院食品科学专业，硕士研究生；2011.9-2015.6 温州大学生命与环境科学学院生物技术专业，大学本科。
第一作者：
王怡妍硕士研究生
宁夏大学食品科学与工程学院
研究方向：食品加工与安全。学习经历：本科就读于陇东学院农林科技学院食品科学与工程专业。
引文格式：
王怡妍, 雒雪丽, 刘源.纳米酶在肉品新鲜度检测中的研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(4): 315-323. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240726-268.
WANG Yiyan, LUO Xueli, LIU Yuan. Research advances in nanozymes for freshness evaluation of meat products[J]. Food Science, 2025, 46(4): 315-323. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240726-268.
实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。
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为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。
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