用于检测食品中生物胺荧光探针研究进展*

张弓，林华

（福建师范大学，福建 福州 350117）

食品安全是全球消费者和卫生机构，包括美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration,FDA）、欧洲食品安全局（European Food Safety Authority,EFSA）和世界卫生组织（World Health Organization,WHO）的主要关注点。据世界卫生组织统计，有200多种疾病通过食物传播给人类，大多数人在不知不觉中感染了食源性疾病。肉、鱼、虾、奶、蛋等食物含有丰富的蛋白质，但是在储存和运输过程中，这些食物容易变质，蛋白质发生微生物脱羧，产生生物胺，因此，可将生物胺的水平用于评估食品新鲜度和微生物污染水平。过量食用外源性生物胺可导致食物中毒，引起头痛、恶心、腹泻、心悸、血压变化、呼吸窘迫等过敏反应，可能危及生命[1]。因此，必须严格检查食品的新鲜度。

为减少因食用生物胺而导致的食物中毒的发生，需要开发可靠且灵敏的方法来测量这些食源性污染物的水平。传统的生物胺检测方法主要采用电化学法、比色法和色谱法（如离子色谱法和液相色谱法），电化学方法操作快速且简单，但通常对分析物的选择性较差。比色法依靠指示剂颜色的变化来区分分析物，但食品本身的颜色通常会干扰比色分析[2]，虽然色谱法是一种高度准确的分析物检测方法，但样品预处理繁琐且耗时，仪器和日常试剂消耗昂贵[3]。

与前面提到的分析方法相比，荧光探针具有很高的灵敏度，对其分析物具有出色的选择性，便于携带，并提供快速的光学响应。为了测定这些食源性污染物，在过去的几十年里，在调整探头的光学特性方面取得了重大进展。因此，本文总结了为测量各种食品样品中的生物胺而开发的各种荧光探针的识别位点、工作机制、性能和应用，讨论了设计用于选择性检测生物胺的荧光探针的方向、挑战和前景。

1 用于生物胺的荧光探针

1.1 基于开环反应的荧光探针

Jia 等[4]用异硫氰酸荧光素（Fluorescein isothiocyanate,FITC）和原卟啉Ⅸ(ProtoporphyrinⅨ,PpIX）修饰了纤维素的活性羟基，制备了一系列发光材料（图1）。PpIX作为内部参比，产生以670 nm为中心的荧光发射带，在生物胺存在下，异硫氰酸荧光素的羟基去质子化以诱导分子内开环反应，从而产生在525 nm处发出强烈绿色荧光的异硫氰酸荧光素。因此，随着生物胺浓度的增加，材料发出的荧光颜色逐渐由红色变为绿色，异硫氰酸荧光素结合材料可以准确检测5.0～25000 mg/kg范围内的生物胺。此外，通过利用纤维素基材料优异的生物相容性和可加工性，将比例荧光探针掺入纤维素中，以测量虾和蟹中生物胺的浓度，因此，荧光纤维素材料显示出作为智能标签监测海鲜新鲜度的能力。

图1 基于开环反应的荧光探针图

1.2 基于逆迈克尔加成加成的荧光探针

Wang 等[5]合成了一种基于氮杂氟硼二吡咯结构的探针3（图2），用于检测生物胺，其中生物胺与亲电硼反应，导致硼-氮键解离并随后水解探针3，从而破坏氮杂氟硼二吡咯的共轭结构，从而淬灭探针的荧光（图2）。加入生物胺后，探针3的吸收光谱出现快速（响应时间＜1 min）和大蓝移（130 nm），荧光猝灭高达99%，因此，探针3可以用作监测鱼类腐败的高灵敏度荧光探针。在随后的一份报告中，该小组还发表了用于检测食品中生物胺的探针4的开发，该探针也使用硼-氮键作为识别位点[6]。探针4在生物胺存在下发生氮杂-迈克尔加成和硼-氮键解离，然后水解产生二酮吡咯和杂芳香族乙腈副产物（图2）。添加生物胺后，探针4荧光的颜色从绿色变为黄色。将探针4加载到滤纸上可以对生物胺蒸气进行比色检测，并可以目视监测虾的新鲜度。使用相同的策略，开发了另一种氮杂硼二吡咯基乙烯荧光探针5[7]，用于生物胺的比色和荧光检测，以监测虾的新鲜度。

图2 基于逆迈克尔加成的荧光探针图

1.3 基于亲核取代的荧光探针

Zhu 等[8]基于7-二乙氨基香豆素的合成探针6，用于检测生物学相关的伯二胺（即尸胺和腐胺），伯二胺直接与探针6形成共价修饰的加合物，在475 nm处产生蓝色发射带（图3）。探针6能够对生物相关的伯二胺进行比色和荧光检测，具有出色的选择性和 209 nmol/L的LOD。此外，将探针6加载到试纸上成功地实现了在24 h内对鱼类中的尸体碱和腐胺的目视监测。

图3 基于亲核取代的荧光探针在生物胺的作用下发生的化学过程

Meng 等[9]开发了一种用于检测氨蒸气的荧光开启探针7（图3）。氨水解使探针7能够识别氨蒸气，其中氨在O-苯并恶唑键处发生亲核芳香取代反应，释放香豆素荧光团，导致445 nm处的荧光发射强度增加，荧光颜色从无色变为蓝色（图3）。探头7对生物胺表现出高灵敏度和低检出限（3.82 mg/kg）。此外，7项在监测鱼类新鲜度和荧光防伪油墨方面取得了优异的成绩。

Jiang 等[10]构建了基于氰基丙烯酰吩噻嗪的比率荧光探针8，用于生物胺。生物胺型的伯胺在氰基丙烯酰基团的苄基碳上与2个分子8发生双反克脑文盖尔缩合反应（Knoevenagel缩合反应），形成双-席夫碱化合物（图3）。当加入尸体素时，8的荧光从红色到绿色发生了蓝移，探针对尸体碱表现出高选择性、快速响应时间（＜15 s）、高灵敏度（46 nmol/L）和低检测线（8.65 mg/kg）。此外，包含8个智能标签的智能标签与智能手机配对，用于数字检测鱼类的尸体水平。Zeng和合著者使用类似的策略开发了探针9（图3）[11]。

1.4 以酯键为识别位点的荧光探针

Jeon 等[12]合成了一种BODIPY衍生物12，其中酯键用作生物胺的识别位点。在甲胺存在下，伯胺与12酯发生酰基取代反应，释放出探针作为相应的BODIPY羧酸盐（图4），结果发射峰（546 nm）和荧光强度增加了3000倍，荧光的颜色在5 min内从黄色变为红色。该探头已成功用于目视监测鱼类的新鲜度。

图4 探针12—探针15的结构式

Zhang 等[13]制备了一种7,7'-(乙酰氧基)-3,3'-(对亚苯基)双(香豆素)荧光探针13，用于检测生物胺蒸气。乙氧羰基作为供体基团并抑制分子内电荷转移(ICT)，使探针具有强烈的荧光，与氨反应后，除去乙酰基，将探针转化为相应的供电子苯酚（图4）。因此，随着氨浓度的增加，445 nm处的发射带逐渐增加，LOD达到6.85 mg/kg。此外，荧光探针13还成功用于监测鱼类新鲜度和荧光防伪油墨。

Bao 等[14]以苯并噻唑为荧光基团，以酯键为识别位点，合成了一种基于激发态分子内质子转移（ESIPT）的荧光探针14。苯并噻唑的乙酰化抑制了ESIPT，淬灭了探针的荧光，然而，当暴露于气态胺时，胺与乙酰基反应，将其转化为游离羟基，从而启用ESIPT并产生荧光（图4）。荧光探针14作为响应生物胺的开启探针，在514 nm处产生发射带和较大的Stokes位移（180 nm），并且对生物胺高度敏感，LOD为12.7 mg/kg。此外，将探针掺入琼脂凝胶中，成功用于检测鱼的新鲜度。

Gao 等[15]合成了探针15，该探针基于2-(2-羟基苯基)喹唑啉-4(3H)-酮支架，其中酯组作为生物胺的识别位点。探针15中的苯氧基和乙酰基抑制了分子内氢键，从而阻断了激发态分子内质子转移并淬灭了本征荧光。当暴露于生物胺蒸气时，探针与胺发生氨解反应，裂解氧-乙酰基键并释放2-(2-羟基-苯基)-4-(3H)-喹唑啉酮，从而使分子内氢键恢复荧光（图4）。结果，分子内氢键恢复，并观察到强荧光。暴露于氨时，探针15发出亮绿色荧光。氨的LOD为8.4 mg/kg，在监测鱼类新鲜度方面取得了优异的结果。

2 结语

食品安全因其对公众健康和安全的影响而受到全世界的高度关注，不断优化和创新食品监控工具是其核心保障。用于检测生物胺的大多是有机小分子荧光探针，其结构多样，在溶液中表现出优异的传感性能，但是，这些小分子大多只能在溶液中起作用，缺乏便携性和实用性。因此，开发可靠、快速、准确和便携式的分析方法来检测食品中的污染物存在和量化水平变得尤为重要，为了使小分子探针能够监测气态的生物胺，可以通过静电纺丝技术将探针加载到纳米纤维素薄膜中。纳米级或微米级的表面结构有利于生物胺的吸收和超灵敏检测。综上所述，未来可以考虑以下方向：⑴应根据不同的荧光颜色变化，开发同时检测食品中生物胺污染物的存在和浓度的探针；⑵ 将荧光探针物理或化学加载到智能材料上以制备便携式智能标签。