《食品科學》：四川大學遲原龍教授、黃倫杰副研究員等：納米酶法食品分析的技術原理與研究進展

酶作為一類具有高特異性和優異催化效率的生物催化劑，在生物體的代謝活動、營養攝取以及能量轉換等關鍵生理過程中發揮著至關重要的調節和推動作用。在食品分析領域，天然酶通過催化靶向生化反應的方式，實現對食品中關鍵成分的精確檢測和定量分析，已發展成為應用廣泛的“酶法食品分析”技術。酶法分析原理具有特異性強、干擾少、操作簡便、樣品和試劑用量少、測定快速精確、靈敏度高等特點。盡管如此，酶法在食品分析領域的應用也面臨一系列挑戰，例如工具酶來源有限、成本高昂，并且酶的催化活性常受到食品基質、溫度或pH值等影響，導致其傳感性能難以滿足食品檢測的實際需求。因此，基于酶法分析原理，探索既經濟又簡便可靠的高性能檢測技術，已成為酶法食品分析領域發展的迫切需求。

納米酶是一類具有內在類酶性質的納米材料，被認為是新一代的人工酶。它由具有特定納米結構的材料構成，不僅能夠催化天然酶底物的生化反應，還保留了類似化學催化劑的材料屬性。自2007年發現Fe3O4納米顆粒（NPs）具備內在辣根過氧化物酶（HRP）模擬活性以來，納米酶作為天然酶的替代物得到了廣泛關注，迄今已有來自全球超50 個國家的400余家科研單位進行納米酶研究。納米酶先后被國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）以及世界經濟論壇遴選為全球十大新興技術之一，強調了其在生物醫學、分析傳感、環境保護、農業與食品、新能源等多個行業的可持續應用潛能。目前，已有1 200多種納米酶被報道，可模擬六大酶系（氧化還原酶、轉移酶、水解酶、裂合酶、異構酶和連接酶）的催化活性。其中，具有過氧化物酶（POD）和氧化酶（OXD）活性的納米酶研究最為深入，極大促進了納米酶傳感技術的發展。

作為新興的生物納米催化劑，納米酶有望實現對食品成分和污染物殘留的高性能檢測，為酶法食品分析原理的發展注入新的活力。除了具有優異的生物催化活性外，納米酶還表現出豐富的來源、長的使用壽命和高穩定性，并且其成本低于天然酶。相對于天然酶，納米酶可以通過表面改性與化學修飾等手段按需實現其類酶活性的功能化，定向提升其作為生物傳感器的潛在性能。同時，納米酶具有優異的酸堿、溫度、有機溶劑及底物耐受性能，能夠在較寬的參數范圍內發揮催化作用，從而表現出良好的可重復性。此外，除催化外，納米酶還兼具光、聲、熱、磁、電等方面的獨特納米效應，有助于提升傳感過程的便捷性、多功能性和適用性。納米酶的上述優異特性使其能夠通過多種傳感手段改善酶法食品分析的性能，包括比色法、免疫法、熒光法、化學發光法、電化學法、局部表面等離子體共振（LSPR）和表面增強拉曼散射（SERS）等。

納米酶作為新型類酶催化材料，可用于檢測復雜食品基質中的多種分析物，在食品成分分析與安全檢測領域展現出重要應用價值。自Huang Lunjie等系統闡述納米酶在食品檢測中的基本原理以來，國內外學者對該領域的研究進展持續關注并多次綜述報道。隨著理論體系的完善與應用實踐的深入，納米酶在食品分析領域的系統應用催生了一個新興交叉技術領域“納米酶法食品分析（Nanozymatic Food Analysis）”。四川大學輕工科學與工程學院的程昊、遲原龍*、黃倫杰*從“納米酶法食品分析”的技術概念和研究進展出發，簡述納米酶法食品分析的基本原理與檢測手段，側重對基于納米酶法食品分析技術的最新進展（新原理、新方法和新應用）進行全面闡述，以闡明納米酶法食品分析技術的發展現狀和未來前景（圖1）。

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檢測原理

酶法分析原理在食品分析中的應用主要體現在兩個方面：其一，以酶本身作為分析對象，根據實際需求對生物藥物生產過程中所使用的酶以及生物樣品中所含酶的含量或酶活力進行測定；其二，基于酶的高度專一性和高效催化特性，將酶作為分析工具或分析試劑，用于檢測生物樣品中采用常規化學方法難以測定的物質，如底物、抑制劑、激活劑或輔因子類似物，該類方法統稱為酶法分析。但天然酶的制備和使用成本較高、規模化生產難度大、分離純化過程復雜，且不利于長期儲存，這在一定程度上制約了其工業化和工程化應用。

作為食品納米酶學的重要組成部分，納米酶法食品分析是指利用納米酶（具有類酶催化活性的納米材料）作為核心分析元件，通過催化特定反應實現目標物識別、信號轉換與放大，進而實現食品中目標分析物定性定量分析的交叉技術領域。與傳統酶法食品分析相比，該技術兼具天然酶的催化特異性與納米材料的物化穩定性，突破了酶源稀缺、易失活、成本高昂等技術瓶頸，為食品安全監測與品質評價提供了更高效、經濟、穩健的分析手段，正成為納米科學、酶學與食品分析深度融合的前沿研究方向。

基于納米酶的食品分析建立在一套具有普適性的分析原理與技術策略之上，其中納米酶可承擔識別受體、信號標簽、信號放大器及多功能傳感元件等多重功能，從而實現目標分析物與檢測信號之間的有效匹配。作為天然酶的功能模擬物，納米酶的催化行為受底物類型及反應條件調控，可通過對底物轉化、產物生成及活性位點特性的調節，或包括離子、小分子、生物分子在內的分析物對納米酶活性的調節，實現對分析物響應過程及信號輸出方式的精細控制，為以納米酶為識別核心的檢測體系構建提供理論依據。此外，納米酶法食品分析還充分結合信號放大策略，其催化反應可引發顯著的信號變化，如納米顆粒聚集、發光增強或熒光猝滅等，從而顯著提升檢測的靈敏度與可靠性。

1.1 底物識別

1.1.1 直接底物型

作為一種類酶材料，納米酶的催化反應可與分析物濃度建立關聯，從而基于其催化產物或反應物信號變化完成對分析物的識別。直接底物識別法通過其對特定底物的催化轉化直接生成可檢測信號，并可通過調控催化底物類型、催化產物形式及活性位點，實現信號輸出的可設計化與精準調控。類POD納米酶可在H2O2存在的條件下催化3,3’,5,5’-四甲基聯苯胺（TMB）、鄰苯二胺（OPD）或Amplex Red、魯米諾等底物產生比色、熒光或化學發光響應，從而實現H2O2的快速檢測。而類有機磷水解酶、類漆酶、類葡萄糖氧化酶能夠催化有機磷農藥、酚類、葡萄糖等分析物直接生成可檢測到的顏色信號，構建用于食品分析的生物傳感系統。

1.1.2 級聯生成型

級聯反應是指包括兩個及以上連續反應的串聯反應體系，其中每一后續反應的反應物是前一反應的產物，整個級聯反應過程在“一鍋”中進行，不受外部因素變化影響且中間產物無需分離純化。納米酶法食品分析在級聯體系中構建目標物觸發、中間體生成、催化放大與信號輸出相銜接的連續反應路徑，將樣品中難以直接檢測的分析物轉化為可被放大的響應單元，實現檢測過程的模塊化與流程化設計。在一項代表性研究中，Chen Miao等構建了級聯傳感平臺，其中有機磷農藥首先在具有類磷酸酶活性的Ce-UiO-66/Zn催化下水解為無色的4-溴-2-氯酚，隨后經具有類漆酶活性的Ce-CDs/MnO2氧化，其產物與4-氨基安替比林偶聯生成紅色醌亞胺，從而產生直觀比色信號，構建了一種簡便、快速且高效的農藥檢測級聯策略。此外，食品體系中能夠特異性消耗H2O2的組分（如抗氧化劑），這會間接影響納米酶催化產生的信號強度，因此可將此類物質作為反映H2O2消耗程度的指標，從而實現對其的定量分析。

1.2 信號標簽

為促進納米酶對非底物相關分析物的特異性識別，通常需要引入DNA序列、適配體、抗體和噬菌體等合適的生物識別元素對納米酶標記，形成基于納米酶的信號標簽。這些納米酶信號標簽可選擇性地與目標物發生親和相互作用，形成納米酶-生物識別元素-目標物復合體，增強檢測信號對待檢測目標物的選擇性響應，從而建立基于信號標簽的選擇性檢測方法。

1.2.1 ELISA

ELISA是一種廣泛應用于生物醫學、環境監測和食品安全領域的免疫檢驗方法，其利用抗原抗體的特異性結合以及體系中的酶催化特定底物產生比色信號，實現對目標物的快速分析。而具有優異類POD和類OXD活性的納米酶可以作為信號標簽，作為傳統ELISA中HRP的替代物，與抗體進行更高效的結合，從而對生物標志物進行高性能傳感。Jiang Shaojuan等構建了由雙金屬-有機框架（MOF）與過渡金屬氧化物復合形成的FeCoMOF/Co3O4@PDA納米酶，該材料同時展現類過氧化氫酶（CAT）、類超氧化物歧化酶（SOD）和類POD三重催化活性，且借助聚多巴胺（PDA）的優異黏附性，可在無需交聯劑的條件下實現與生物分子的穩定偶聯。基于其與抗體的直接結合，簡化了傳感器構建過程，建立了大腸桿菌O157:H7的比色-智能雙模檢測平臺，在101～108 CFU/mL范圍內保持良好線性響應，檢測限（LOD）低至2 CFU/mL，為食源性病原體的靈敏檢測提供了新的技術路徑。

1.2.2 LFIA

除了ELISA，基于金納米顆粒（Au NPs）或其他材料的LFIA是另一種常用于食品中微生物污染的免疫檢測技術。LFIA的視覺信號主要來自標記物固有顏色的聚集效應，但如果LFIA測試條帶的靈敏度低或標記物的濃度太低而不能大量聚集，將出現假陽性或假陰性結果。因此，以性能優異的納米酶作為探針材料，將其用作信號標簽與傳統LFIA結合，構建基于納米酶的N-LFIA分析系統，可以有效提高LFIA檢測的靈敏度。另外，具有特異催化活性的納米酶可與兼具磁性、光熱或其他特性的納米材料結合，形成多功能納米復合探針，產生比色與額外的催化信號，以構建便攜式的多模式側流免疫層析（mLFIA），并通過智能手機實現對樣品的高靈敏度便攜檢測。Huang Rui等構建了具有類POD活性的CoSAN納米酶，并通過PDA涂層提升抗體固定效率與界面穩定性，該材料除具備優于傳統Au NPs的本征比色特性外，還可顯著增強化學發光信號輸出。基于CoSAN的多功能特性，他們進一步搭建了mLFIA平臺，在試紙條中實現了四環素的快速比色篩查、催化信號放大與化學發光定量。該平臺的LOD分別為0.091、 0.062 ng/mL和0.056 ng/mL，相較于基于Au NPs的液相免疫分析方法，靈敏度分別提升約43、63 倍和70 倍。

1.3 信號放大

與以納米酶作為信號標簽的原理不同，基于納米酶的信號放大策略的重點是實現NPs的聚集以增強可讀出的比色信號，或者利用納米酶與其他功能性納米材料的催化反應的適應性協同作用增強分析應用。常見策略是將納米酶參與的免疫或適配體識別過程與納米結構的生成、生長或聚集行為相耦合，使納米酶活性直接調控信號納米材料的形成動力學過程，例如通過類POD催化H2O2介導Au NPs成核與生長，將微弱識別信號放大為比色、LSPR或光學響應。除了顏色信號，基于納米酶的傳感器可利用其類CAT活性催化生成氣體的壓力增強手段放大檢測信號，從而構建基于信號放大的食品安全檢測傳感器。Luo Siyu等以具有POD活性的Cu-C3N4納米酶作為信號放大單元，構建了一種簡便、低成本且高靈敏度的光電化學方法用于金黃色葡萄球菌檢測。適配體修飾的Cu-C3N4與目標菌體特異結合后共同錨定于配體修飾的光電極表面，其空間位阻效應可有效削弱電極界面的光電流響應。同時，在H2O2存在下，Cu-C3N4催化4-氯-1-萘酚發生氧化反應，在電極表面生成苯并-4-氯己二酮沉淀層，進一步放大光電流衰減信號。基于上述雙重調控機制，所構建的光電化學傳感器實現了對金黃色葡萄球菌的高選擇性超靈敏檢測，其線性范圍為101～108 CFU/mL，LOD低至3.40 CFU/mL。通過將生物識別事件與納米結構演化及多模態信號輸出緊密結合，納米酶信號放大體系具備良好的可設計性與平臺化拓展潛力，為復雜食品基質中痕量污染物的精準分析提供了重要方法學支撐。

1.4 活性調節

1.4.1 識別元件間接響應

為了確保天然酶能在各種生物環境中高效、精準地發揮其催化作用，天然酶的催化性能可通過多種機制進行有效調節。受天然酶活性調節機制的啟發，除了針對催化活性對納米酶進行結構優化（大小、形態、缺陷等）外，合理的表面工程手段（改性、涂層、修飾等）也有利于構建目標依賴性的刺激響應性納米酶。納米材料表面為通過多種結合模式引入識別基團以調控納米酶活性提供了結構基礎，借助其尺寸與界面微環境的可設計性，可通過大分子修飾或組裝適配體、抗體等識別元件定制納米酶的構型與催化行為。基于識別元件與同源目標在納米酶表面的可逆配對作用，能夠精確調控活性位點的暴露與空間分布，將分子識別過程轉化為可量化的催化信號輸出，從而實現分析物的特異性檢測。Meng Xin等制備了具有類POD活性的Pt/CeO2，并將其通過Pt—S鍵共價連接至吸附在電極表面的單鏈DNA的末端硫醇基團，隨后基于GR-5 DNA酶對Pb2+的特異性識別，開發了一種用于檢測Pb2+的新型傳感器，LOD分別為0.14 pmol/L（電化學）與0.47 nmol/L（比色）。整合了成簇規律間隔短回文重復序列（CRISPR）的專一性與納米酶的催化特性的電化學/比色雙模系統，使其在復雜食品基質中的應用具有高穩定性與重復性。

1.4.2 直接激活/抑制效應

近年來發現的多種離子、小分子及生物分子可作為納米酶活性的調節因子，通過與納米酶表面的吸附、靜電或疏水作用改變其活性位點微環境，從而實現對催化活性的激活或抑制，并將該調控過程轉化為分析信號。納米酶在目標調節因子存在時呈現靶標依賴性的催化變化，形成調控、放大、讀出一體化的食品分析機制。借助納米材料可調的表面化學特性，這類活性調節策略能夠將原本不具備底物屬性的食品成分轉化為可量化信號，實現靈敏而通用的檢測。Jesuraj等構建了具有類POD活性的BiCu-MOF，并將其應用于紙基比色傳感平臺，用于食品中毒死蜱的便攜檢測，LOD低至6 nmol/L。毒死蜱可與BiCu-MOF中的Bi/Cu金屬位點發生絡合，阻斷納米酶與H2O2間的電子傳遞并屏蔽活性中心，從而抑制納米酶對TMB的氧化顯色反應，使體系顏色由藍色逐漸減弱至無色，該方法在蘋果和黃瓜樣品中實現了良好的回收率。

1.5 多功能特性

除了納米酶的催化活性外，納米材料本身獨特的磁性、熒光、光敏性、電化學和其他重要特性促進了對各種目標分析物傳感平臺的構建。由于具有高導電性和生物兼容性，磁性納米粒子（MNPs）可通過與特定抗體結合達到快速富集細菌的效果，并大大縮短檢測時間，完成對各種病原體的高效檢測。并且基于MNPs的免疫磁分離技術具有操作簡單、分離效率高、靶向特異性強等優點，可有效減少工藝過程中的交叉污染。除了磁性材料的優異特性外，部分納米酶的催化機理與熒光的發射或猝滅有關，為構建基于目標分析物介導的熒光生物傳感器提供了可能。另外，在食品安全領域，納米酶介導的電化學生物傳感器則通過改變目標分析物與電極固定的識別元件之間的化學作用產生的輸出電信號來工作，進而對目標分子進行定性和定量檢測，具有成本低廉、效率高、靈敏度高等優點。具有聚集誘導發射效應的納米酶能提供穩定的熒光，通過熒光信號和多種檢測信號的級聯實現多樣化食品分析。此外，通過將納米酶與SERS技術結合，將納米酶作為優良的SERS底物，可以實現目標分析物對SERS信號的選擇性增強，從而提高分析的準確性和靈敏度。除上述功能特性外，部分納米酶還能對特定波段的光照強度做出響應，利用光能對其活性的激活作用，實現對多種生物組分的檢測或降解。LSPR誘導的近場增強、熱載流子生成和光熱效應能顯著提升納米酶催化活性及其在食品中的生物傳感性能。超聲波的特定振動頻率也可以通過加速催化活性位點的傳質過程來提高納米酶的催化活性從而完成對分析物的定量。此外，結合凝膠、微針陣列、高通量分析等先進技術可幫助構建多功能食品分析平臺，實現多模態信號輸出、簡化操作流程，具備巨大的器件制造潛力。

1.6 干擾因素及規避策略

在納米酶法食品分析中，復雜食品基質是影響方法可靠性與可重復性的核心因素之一。食品體系中共存的天然色素、蛋白質、脂質、多糖及多酚等組分，易在光學、電化學或光電化學層面引入本底吸收、散射或非特異性電流響應，并可能對比色、熒光或化學發光產物產生遮蔽與猝滅作用，從而降低信噪比并壓縮線性范圍。同時，抗壞血酸、谷胱甘肽（GSH）及酚類等具有氧化還原特性的共存物質可直接參與底物或中間體的非特異反應，繞開納米酶既定催化路徑產生旁路信號，導致假陽性或信號漂移；在以H2O2為核心中間體的類POD體系中，此類組分還會競爭性消耗H2O2或猝滅活性氧（ROS），進一步削弱檢測靈敏度。從界面與傳質行為看，食品樣品中的大分子及無機鹽易在納米酶表面發生非特異吸附或配位競爭，遮蔽活性位點并改變局部微環境、電荷分布與電子傳遞路徑，進而引起催化活性和選擇性下降；對于以納米酶作為信號標簽或放大單元的體系，基質還可能破壞納米顆粒的分散穩定性，誘導聚集、沉降或表面重構。在活性調節型、多功能元件或級聯放大體系中，前端識別或調控步驟受到的輕微干擾即可在后續信號轉化與放大過程中被進一步累積放大，最終表現為背景升高、靈敏度下降或非線性偏差。因此，在真實樣品應用中，如何在保持底物識別靈敏性的同時有效抑制基質干擾，是推動納米酶法食品分析由模型體系向食品場景拓展的關鍵問題。

為緩解復雜食品基質引發的非特異吸附與催化失穩問題，近年來在材料設計、體系構建及檢測策略等層面已形成多維度的調控思路。在材料層面，通過表面工程引入親水分子、兩性離子或仿生涂層，可有效抑制非特異吸附，保持納米酶活性位點的可及性與催化穩定性；同時，構建核殼結構或刺激響應包覆層，有助于緩沖食品體系中pH值與離子強度波動，在活性中心周圍形成相對穩定的微環境。在體系層面，將磁性組分或可分離載體集成至傳感平臺，可實現樣品的預富集與基質快速去除，從而降低背景信號與傳質阻力；結合適配體、分子印跡或特異配體構建選擇性識別界面，可進一步削弱共存組分對活性調節與信號標簽的旁路干擾。在檢測策略層面，通過引入內標體系、比值型信號輸出或多模態讀出方式，可對基質依賴性的信號衰減進行自校正，提高定量結果的可靠性；同時配合針對不同食品體系的pH值調整、稀釋、過濾及簡易凈化步驟，有助于提升分析物回收率與方法重現性。上述多層次調控策略的協同應用，為納米酶法食品分析在復雜樣品中的穩定運行與精準檢測提供了重要的方法學支撐。

綜上，納米酶憑借其在底物識別、信號標簽、信號放大、活性調節及多功能集成等方面的獨特優勢，已成為構建高性能食品檢測平臺的理想工具。基于上述技術原理，納米酶在食品分析中展現出廣闊的應用前景（圖2）。下文將從食品基質分析與食品安全分析兩個方面，系統綜述納米酶在食品檢測中的最新應用進展。

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納米酶在食品分析中的應用

2.1 食品基質分析

食品基質涵蓋了食品的特性指標及構成食品的多種組分。鑒于食品成分的多樣性和環境因素的復雜性，食品基質分析往往需要較高的穩定性和特異性，這使得擁有天然優勢的納米酶在食品基質分析中得到了廣泛的應用（表1）。

2.1.1 新鮮度

食品新鮮度的檢驗能有效預防過期或變質食品引起的健康風險，也有助于維持食品品質，保障食品的營養價值。為實現海產品質量安全的有效監測，Wang Wenjing等構建了一種Au NPs@FeP-COS納米酶體系，并將其與聚乙烯醇/透明質酸微針貼片輔助萃取技術及適配體傳感器相結合，實現了海鮮樣品中組胺的現場提取與定量分析。該適配體傳感器表現出優異的靈敏度和選擇性，在2～800 nmol/L的濃度范圍內可實現對組胺的準確檢測，其LOD低至1.89 nmol/L，并在三文魚和蝦等真實樣品分析中取得了良好效果，為海產品質量控制與安全評估提供了重要技術參考。Li Zhuoran等合成了一種具有高類POD活性的新型Fe7Ni3 MOF納米酶，并利用黃嘌呤氧化酶/納米酶級聯系統開發了一種可靠、經濟的次黃嘌呤快速檢測方法，該方法檢測范圍為3～70 μmol/L，LOD低至1.39 μmol/L。另外，該方法還被成功應用于多種水產品中次黃嘌呤的檢測，包括鱸魚、黃魚、蝦和扇貝等，凸顯了其未來在水產品變質早期階段進行現場檢測的應用潛力。

2.1.2 抗氧化能力

食品抗氧化能力的測定不僅有助于理解食品的營養價值和保鮮效果，還可以預防氧化引起的食品品質下降，防止自由基引起的多種疾病。Liu Shuai等合成了具有顯著OXD活性的Ce-UiO-66納米酶，并利用叔丁基對苯二酚（TBHQ）在氧化過程中生成的叔丁基對苯醌（TBBQ）與乙二胺之間的顯色反應，實現了對TBHQ的快速、特異性檢測，LOD低至0.8 μg/mL。在此基礎上，他們將Ce-UiO-66集成于醇凝膠體系中，構建了一種便攜式、低成本的傳感器平臺，并結合智能手機實現TBHQ的現場檢測，該方法在食用油和水樣等實際樣品分析中表現出良好的回收率和應用潛力。此外，Chen Ting等報道了一種MOF基納米酶微型機器人（MIL-88A@Fe3O4），利用其OXD活性在無H2O2與光照條件下實現真實蔬果中總抗氧化能力（TAC）的綠色快速檢測（圖3）。得益于Fe—O活性位點誘導的ROS生成及磁驅運動產生的自攪拌效應，該平臺在檢測效率與抗干擾性上顯著優于傳統比色體系，為微機器人參與食品功能評價提供了新的技術路徑。

2.1.3 葡萄糖

作為一種人體不可或缺的營養成分，葡萄糖攝取量的適宜與否直接關聯著生理穩態的維持。因此，基于納米酶的優異性能，開發食品中葡萄糖含量的精確測定方法對于指導特定人群的飲食調整具有重要價值。Feng Jianxing等制備了一種具有強底物親和力和高POD催化活性的高熵合金納米酶MnFeCoNiCu，并構建了具有優異抗干擾性能的葡萄糖比色檢測平臺，實現了對葡萄糖的高精度定量分析，LOD為4.00 μmol/L。該傳感平臺已成功應用于飲料樣品檢測，檢測結果符合相關食品安全標準，顯示出良好的實際應用潛力。此外，Jiang Jing等通過在PB改性碳布上原位合成沸石咪唑框架-8（ZIF-8），制備了一種封裝葡萄糖氧化酶和β-半乳糖苷酶多酶的復合材料ZGGPC。與游離酶相比，ZGGPC顯著保護了天然酶的活性，并對極端條件具有較強的耐受性。ZGGPC的級聯生物催化反應使其能夠通過比色法檢測食品中的葡萄糖和乳糖，LOD分別為1.2 μmol/L和1.7 mmol/L。該傳感器具有成本低、制備簡便、選擇性高和穩定性好的優點，在牛奶樣品中取得了良好的回收率，為基于級聯催化的多目標高效比色傳感提供了新的思路。

2.1.4 氨基酸

食品中氨基酸的檢測對于保障營養質量和確保消費者健康至關重要。Hu Hongtong等基于具有類POD活性的MIL-88B(Fe)-NH2和谷氨酸氧化酶（GLOX），建立了一種新型的納米酶/天然酶混合生物傳感器，用于谷氨酸的靈敏檢測。與游離的GLOX相比，MIL-88B(Fe)-NH2@GLOX具有優異的可重復性、貯存穩定性和耐高溫性。另外，在加工食品中的成功應用表明該生物傳感器具有商業檢測的潛在可能性。此外，Talebi等成功構建了對接釩的可見光敏性卟啉共價有機框架（COF-366），并進一步評估了其以OPD為比色探針時的類OXD光活性。研究結果證實了所提出的光致比色傳感策略在檢測食品樣品中的L-精氨酸和其他類似生物大分子方面的安全性和可行性，拓寬了開發基于可見光響應型納米酶在環境友好型食品分析中的應用。

2.1.5 乙醇

對于酒精飲料中乙醇含量的評估不僅能確保產品符合安全標準，也可以為特殊人群預防酒精中毒提供膳食建議。Stasyuk等采用電化學沉積技術，集成了乙醇氧化酶（AOX）與類POD活性的雙金屬納米鉑釕nPtRu，構建了一種針對乙醇檢測的安培生物傳感器。該傳感器表現出較高的靈敏度（336 A·L/（mol·m2））、較寬的線性范圍（25～200 μmol/L）和對目標底物的良好選擇性，對葡萄酒和酸牛乳酒中的乙醇測定結果與參考方法的高度相關性進一步證明了所構建平臺的可行性和實用性。除了電化學方法，有研究結合可重復使用的富含AOX的海藻酸鹽珠和類POD活性的納米鉑銅nPtCu，開發了一種新型比色法并對其進行了優化。該方法簡便廉價，對乙醇的靈敏度高，適用的線性范圍為0.01～0.15 mmol/L，LOD低至3.3 μmol/L，適用于酒精飲料中乙醇的常規和微量檢測，凸顯了具有類POD活性的納米酶在食品分析應用中的潛力。

2.1.6 膽堿

食品中膽堿的準確評估有助于評估食品的營養價值和功能性，同時也可以保護神經系統健康與肌肉功能。Huang Hui等集成了膽堿氧化酶（ChOx）與類POD活性的Cu(II) MOF，構建了用于膽堿測定的一步級聯比色法，其檢測范圍為6～300 μmol/L，LOD為2 μmol/L。此外，與游離酶相比，該ChOx@MOF復合材料不僅展現出顯著的可回收利用性與對惡劣條件的優越耐受力，而且已成功應用于牛奶中膽堿的分析。Qian Jing等合成了具有良好POD活性的Fe3O4納米微球（NSs）/rGO納米復合材料（NCs），并利用乙酰膽堿酯酶（AChE）和ChOx的特異性催化反應檢測乙酰膽堿，檢測范圍為100 nmol/L～10 mmol/L，LOD低至39 nmol/L。由于Fe3O4 NSs/rGO NCs的穩定性、易于生產、分離和儲存簡單等特點，所構建的比色平臺在食品檢測領域具有廣闊的應用前景。

2.1.7 其他分析物

除了食品中含量較多的常見組分外，其他特征食品組分的測定也對食品營養與健康有著重要意義。Wang Xueqin等設計并構建了一種具有顯著類POD活性的介孔二氧化硅包覆的納米顆粒（MMSN），并通過將其與膽固醇氧化酶的偶聯實現了對膽固醇的目視比色檢測，LOD低至7.12 μmol/L。此外，所制備的MMSNs能有效檢測牛奶及蛋黃樣本中的膽固醇含量，這預示著其在動物源性食品中膽固醇的快速檢測領域具有重要的應用潛力。Pan Hongshuo等合成了一種具有POD活性的金納米簇，并引入Fe3+、Cu2+、Al3+、Ag+ 4 種金屬離子作為激活劑或抑制劑對其催化行為進行調控，從而構建了5 種不同的傳感器元件（圖4）。結合多種機器學習算法，該可調諧傳感器陣列成功實現了對12 種不同蛋白質的有效區分，并對11 種不同種類和品牌的蛋白粉進行了高精度識別，為實現穩健、低成本的食品質量控制提供了一種新的技術途徑。

綜上所述，納米酶法食品分析已在食品基質關鍵品質與營養指標檢測中展現出良好適用性，實現了對新鮮度、抗氧化能力以及葡萄糖、氨基酸、乙醇和膽堿等成分的快速定量。依托納米酶穩定性高、易功能化及信號放大能力強等優勢，該類方法有助于提升復雜食品體系中成分解析的效率與準確性。

2.2 食品安全分析

食品安全問題通常由食品體系中的外源性食品添加劑和污染物兩大類物質引發，這些物質雖然比例較小，但影響卻極為顯著，并且往往表現為負面影響。為了有效控制食品質量并預防食品安全問題，納米酶能夠憑借其特異性、高效性和便攜性，實現對多種污染組分的快速準確檢測（表2）。

2.2.1 食品添加劑

食品添加劑是在食品中添加的用于改善食品色澤、口感、保質期等特性的物質，通過對食品添加劑進行含量分析可以減少添加劑的過量與濫用，從而保障食品安全與消費者的健康。Qin Zirong等開發了一種基于TiO2/rGO納米復合材料的電化學傳感器，可用于同時檢測食品中的胭脂紅和檸檬黃。伏安響應的顯著增強實現了胭脂紅和檸檬黃的靈敏測定，在較寬的響應范圍（0.01～0.50 μmol/L）內，胭脂紅和檸檬黃的LOD分別為4.0 nmol/L和6.0 nmol/L，有望實現對各種飲料和食品中添加色素的原位檢測。

2.2.2 非法添加物

除了關注超出安全標準的食品添加劑外，納米酶法食品分析也聚焦于食品中非法添加的各種物質。丙烯酰胺是一種具有基因毒性、致癌性、神經毒性和生殖毒性的食品加工污染物，主要在熱加工過程中通過美拉德反應形成。Chen Sen等構建了具有三維催化中心的花狀類POD納米酶FeCuzyme，并結合GSH對TMB氧化反應的猝滅效應及其與丙烯酰胺的邁克爾加成反應，建立了丙烯酰胺比色檢測平臺，檢測范圍為0.50～18.00 μmol/L，LOD低至0.236 μmol/L。該方法進一步融合FeCuzyme與智能手機或電腦，實現了面包、薯片和咖啡等實際樣品中丙烯酰胺的可視化識別與現場定量分析。三聚氰胺作為2008年中國奶制品污染事件的源頭，對人體尤其是嬰幼兒健康有著嚴重危害。Amalraj等利用類POD活性的CeO2-MIL(Fe)開發了一種用于目視檢測三聚氰胺的高靈敏度比色傳感器。三聚氰胺對H2O2的消耗使得該方法對三聚氰胺的檢測范圍為0～0.1 μmol/L，LOD低至8 nmol/L。此外，這種基于CeO2-MIL(Fe)的比色檢測具有肉眼可快速分辨的顏色變化，可用于測定真實食品樣品的三聚氰胺，在未來的食品質量控制方面具有廣闊前景。瘦肉精能夠抑制動物脂肪生成并促進瘦肉生長，但非法添加會誘發人體中毒甚至死亡。Hu Huilan等制備了類POD活性的超小型Cu-Au雙金屬納米酶USCG，并將其作為信號標簽應用于LFIA中，建立了雙讀數測定鹽酸克倫特羅（CLE）的高靈敏度方法。在最佳條件下，該檢測方法的LOD為0.03 ng/mL，并且被成功應用于牛奶、豬肉和羊肉樣品中CLE的檢測，檢測時間縮短至7 min，回收率為98.53%～117.79%。

2.2.3 農藥殘留

農藥是主要用于防治病蟲害及調節植物生長的化學藥劑，但過量使用會導致其在農作物中發生不同程度的殘留，對人體致癌、致畸或產生神經毒害。Lee等開發了一種高活性納米酶Zn-m-ceria，并利用其類有機磷水解酶活性對甲基對氧磷結構中P—O鍵的破壞，成功檢測出了甲基對氧磷，其靈敏度、選擇性和準確性都較高，并且可以在無法使用天然酶的惡劣環境中進行實際應用（圖5）。Chai Huining等構建了一種MOF-on-MOF嵌套式雙納米酶級聯體系，將具有兒茶酚氧化酶樣活性的MOF-818與具有POD活性的PMOF(Fe)有序集成，驅動TMB或魯米諾發生顯色或化學發光反應，實現雙模信號輸出。依托空間限域效應，該仿生級聯與適配體結合成功用于氯吡硫磷的高靈敏、高選擇性檢測，為構建多級放大型仿生級聯傳感平臺提供了新的設計思路。為了滿足生態環境的可持續發展，Yue Ning等利用農業廢棄的藻類衍生生物炭合成了高POD活性的生物炭納米酶，并制作了生物炭納米酶傳感器陣列。利用多種農藥對生物炭納米酶活性的不同影響，所構建的比色傳感器陣列在1～500 μmol/L的濃度范圍內對5 種農藥具有良好的分辨性能，并推廣到多種果蔬樣品的實際應用中，為農藥的檢測和鑒別提供了新視角。

2.2.4 金屬離子

食品中金屬離子的存在嚴重威脅著人體健康，可能導致急慢性中毒、器官損害乃至致癌風險，而納米酶為多種金屬離子的檢測提供了獨特手段。另外，Tang Yulian等開發了一種銀鉑雙金屬量子點納米酶FA@Ag-Pt QDs，并基于微量的I-或Hg2+對其類POD活性的增強用于多通道監測I-和Hg2+。該平臺應用于實際飲料或含碘農產品中I-和Hg2+的可視化監測時，檢測回收率分別為93.9%～105.3%和96.8%～104.3%，LOD分別低至6.56×10-8 mol/L和4.00×10-10 mol/L，為監測食品的多種分析物提供了一種高效可靠的方法。Wu Shuo等 合成了3 種具有POD活性的納米酶，分別為AuPt@Fe-N-C、AuPt@N-C和Fe-N-C，并將其作為信號識別元件構建傳感器陣列，用于識別Hg2+、Pb2+、Co2+、Cr6+和Fe3+ 5 種重金屬離子。通過引入機器學習算法中的線性判別分析，對不同重金屬離子引起的比色響應數據進行精細區分，并結合基于智能手機的RGB比色檢測平臺，實現了實際海水和鮭魚樣品中重金屬離子的現場快速檢測。

2.2.5 獸藥殘留

當前用于畜牧業中的獸藥通常用于預防動物疾病或加快食用動物生長，但不合理的使用可能導致動物產品中出現獸藥殘留，給公眾健康帶來難以承受的風險。Prakashan等利用Au NPs標記的青霉素抗體作為共軛混合物，制作了一種競爭性LFIA，用于快速、靈敏、特異地檢測食品樣品中的青霉素。這種便攜廉價的一次性檢測條在青霉素添加樣品中的可見LOD為10 nmol/L。試紙條在食品樣品中的成功應用與其長期保存特性使其可用于對食品樣本的現場大規模篩查。為了檢測食品中的卡那霉素（KAN），Jiao Fu等通過在Au NPs表面固定對KAN具有特異性的適配體，提出了一種集成紅外熱成像技術和智能手機的新策略用于選擇性檢測KAN。KAN與適配體競爭性結合并調節Au NPs的催化能力，從而影響oxTMB的光熱轉換能力，使KAN濃度轉化為可測量的熱信號。這種便攜式傳感器檢測迅速、操作簡單、價格低廉，LOD為1.55 ng/mL。針對抗菌藥物殘留，Sun Junyong等設計并制備了空心碳多面體Zn@HNCPs，并通過其內在催化活性和中空多孔納米結構的良好擴散實現了對磺胺脒（SG）和鄰苯二甲酸磺乙酰胺（PSA）的高效電催化活性。新型Zn@HNCPs與二維Ti3C2Tx納米片的結合提高了同時監測SG和PSA的協同電催化性能，并且在水產品中SG和PSA的定量方面也表現優異，為下一代便攜式商業化食品分析傳感器的開發提供了新的見解。

2.2.6 微生物

日常食物或食品在加工中被多種微生物污染會引起人體中毒或者疾病，造成感染和營養不良的惡性循環，而納米酶對食品中各種微生物的檢測可以有效保障消費者的身體健康。Li Hang等通過磁性共價有機框架（MCOF）與Au NPs及聚集誘導發射發光基因的自組裝，構建了檢測鼠傷寒沙門氏菌的比色/熒光雙通道傳感平臺，LOD分別為1 000 CFU/mL和10 CFU/mL。此外，該方法在監測牛奶中沙門氏菌水平的良好表現與結合智能手機的智能系統為現場快速預測細菌污染水平提供了新的可能性。為了預防黃曲霉菌在多種農產品中的滋生，Liang Meijuan等通過將Cu NPs的催化活性位點與天然光熱PDA支架相結合設計了一種PCu納米酶。作為多模態LFA的高效信號元件，PCu具有類POD活性和光熱特性，可同時提供比色、放大比色和光熱檢測黃曲霉的三重信號讀數，從而確保了檢測的準確性和靈敏度。此外，PCu還被成功應用于實際樣品的檢測中，為食品安全監測提供了一種新穎高效的分析工具。

諾如病毒是一種高傳染性的自限性食源性病原，可引起人和動物的急性腸胃炎（嘔吐、腹瀉等）。Wang Tao等合成了兼具高POD活性與磁響應特性的Fe3O4@COF納米酶復合材料，并以單克隆抗體作為信號探針，設計出結合比色分析和磁性弛豫開關的諾如病毒可視化精準檢測策略，檢測范圍為0.001～100 ng/mL。該方法可在25 min內實現0.7 pg/mL的低LOD檢出，并且成功應用于牡蠣和扇貝樣本分析，回收率達92.82%～110.63%。類似地，為了構建兼具高靈敏度比色信號與精準SERS信號的免疫化學分析技術，Li Jiaxuan等 制備了一種具有單分散性、強POD活性及高密度高效SERS熱點的DSAIA納米酶。通過將DSAIA作為多功能標記物，該平臺可在20 min內實現多種目標病毒的現場篩查與精準定量，其中諾如病毒和腺病毒的視覺LOD分別達0.001 ng/mL和102 PFU/mL，而基于SERS模式時，二者的LOD值分別為0.14 pg/mL和11 PFU/mL。

2.2.7 生物毒素

生物毒素是生物體內產生的代謝產物或病原體產生的毒素，會導致人體系統損壞甚至死亡，對食品安全及公共健康構成嚴重威脅。Zhu Lin等以Fe3O4@Au-Pt納米酶作為綠色量子點（g-QDs）的載體，并基于Fe3O4@Au-Pt對g-QDs熒光的猝滅效應，開發了一種用于靈敏、準確檢測石房蛤毒素（STX）的磁性熒光適配體傳感器。該方法對STX的LOD為0.6 nmol/L，可選擇性地識別并檢測5 種海洋毒素中的STX，回收率為82.0%～102.6%，為檢測海產品中生物毒素的熒光探針制備提供了候選方法。

除了動物毒素外，納米酶對食品中的各種微生物毒素檢測對于食品安全防控也有著重要指導作用。Li Qiulan等成功合成了具有弱類POD活性的S-CDs/Au NPs，并結合甲基汞對其類POD活性的選擇性激活與赭曲霉毒素A（OTA）對比色信號和SERS信號的同時抑制，建立了以Au@HgNPs為探針的比色-SERS雙模式OTA檢測策略，LOD分別為0.29 μg/L和0.16 μg/L。這項工作成功用于測定咖啡樣品中的OTA，為食品中OTA殘留的定量開辟了一條新途徑。黃曲霉毒素B1是最廣為人知的一種真菌毒素，可污染花生、大豆、玉米等，引發人體的嚴重損害。Zhao Yongkun等以聚苯乙烯裝載原位合成的Pt-Pd雙金屬納米酶，開發了一種自動反應設備和納米酶增強ELISA（Auto-NEISA）。Auto-NEISA方法實現了對黃曲霉毒素B1的靈敏、準確檢測，線性檢測范圍為10～104 pg/mL，LOD低至5.52 pg/mL。此外，Auto-NEISA還成功地用于檢測真實食品樣品中的黃曲霉毒素B1，為鑒定食品霉菌毒素提供了一個商業化潛力巨大的平臺。

2.2.8 食品過敏原

除了食品本身可能具有的安全隱患外，不同人群可能對食物的固有組分出現過敏癥狀，造成人體功能障礙或組織損傷。Zhang Xianlong等利用雙功能核殼Au@PBNP納米酶開發了一種高靈敏度的智能手機/SERS雙讀出微流控免疫分析儀。通過將微流控裝置、智能手機和便攜式拉曼光譜儀結合，所建立的傳感平臺在嬰兒配方奶粉中α-乳清蛋白（α-LA）的檢測效果良好，可靠性較高。Zhang Xianlong等則以GSH和CuCl2為前體制備了具有優異催化活性的新型漆酶模擬物。以此納米酶構建的ELISA結合智能手機檢測平臺，在α-LA檢測中實現了高特異性和0.056 ng/mL的低LOD，展示了在食品樣本分析中的優越應用潛力。

綜合現有研究，納米酶法食品分析為食品安全風險因子的高效識別提供了新的技術路徑，覆蓋食品添加劑、非法添加物、農藥與獸藥殘留、金屬離子、微生物、生物毒素及食品過敏原等多類型目標。憑借其快速響應、靈敏檢測及現場化潛力，該類方法在食品安全篩查與監管監測中具有良好的應用前景。

3

用于食品分析的新興納米酶與平臺

3.1 新興納米酶類型

隨著納米研究的不斷拓展，更多的新型納米材料被報道顯現出類酶活性，并逐步應用于食品分析。代表性的新型納米酶包括單原子催化劑、MXenes、COF與HOF等。

單原子納米酶（SAzymes）具有可定向的構筑特征，其高度分散且界定清晰的金屬活性中心及明確的配位環境，為解析復雜催化過程提供了可靠模型。由于原子級分散能夠最大化活性中心的利用效率，SAzymes通常表現出優于常規納米酶的類酶催化性能，在食品分析應用中具有重要研究價值。Wang Xinrou等制備了具有類OXD和類漆酶活性的Fe@CN-20，并基于單寧酸與底物TMB的競爭，開發了用于檢測單寧酸的新型比色傳感器，檢測范圍為5～100 mg/L，LOD為0.13 mg/L，檢測時間約為30 min。該比色傳感系統已成功應用于白蘭地中單寧酸的定量，具有簡單、可視性強與可回收利用等優勢，為食品監管提供了一種新方法。

MXenes是一類具有原子層狀結構并富含表面官能團的二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物，兼具高電導率與可調表面化學特性，能夠促進界面電子高效傳遞，因而在納米酶法食品分析中展現出良好應用潛力。Chi Jingtian等構建了基于DNA編碼多孔Ti3C2納米酶（Apt-P-Ti3C2）的智能手機輔助比色適配體傳感平臺，用于海洋毒素岡田酸（OA）的實時檢測（圖6）。該體系中，多孔Ti3C2 MXene具有優異的類POD活性，其豐富的不飽和鈦中心增強了適配體吸附與信號轉導能力，從而實現了對OA的超靈敏識別，LOD低至0.38 ng/mL，在扇貝、貽貝和牡蠣等實際樣品的分析中表現優異。

類似于MOFs，COFs與HOFs等多孔有序框架材料因結構可設計性強、孔道環境可調，已成為構筑高性能納米酶的重要來源，其經熱解或化學轉化獲得的衍生納米酶能夠在保留高比表面積與多級孔結構的同時，調控金屬配位環境與電子結構，從而實現類酶活性的定向優化。面向食品分析應用，該類納米酶有助于構建兼具高催化效率與良好傳質特性的分析界面，提升復雜食品基質中檢測的靈敏度與選擇性。Liu Jin等融合MOFs與COFs的結構優勢，構建了兩種基于環狀三核單元的金屬-共價有機框架材料（Cu3-TDH COF與Cu3-BDU COF），該類材料具有良好的穩定性及優異的漆酶樣催化活性，可實現對酚類污染物的高效氧化響應。基于上述框架材料構建的雙通道納米酶傳感器陣列能夠對6 種酚類污染物進行區分識別，不僅可分辨不同濃度及同濃度下不同類型的酚類目標，LOD低至1 μmol/L，還在實際水樣與未知樣本分析中表現出良好適用性。Zhu Danqing等以HOF為載體，引入血紅素構建了具有優異POD活性的Hemin@HOF納米酶，并將其嵌入水凝膠基質中，發展出一種智能手機輔助的納米酶增強型生物傳感平臺用于有機磷農藥檢測。該體系結合AChE實現信號放大，對毒死蜱的LOD低至3.04 ng/mL，同時兼具良好穩定性與現場應用潛力，為HOF基納米酶在食品中農藥快速監測提供了可行技術路徑。

3.2 納米酶設計與反應工程

隨著納米酶法食品分析由實驗室驗證逐步邁向復雜樣品應用，其發展重點已由單一材料性能提升轉向體系化方法學構建與工程化適配。從材料層面看，活性位工程與界面調控成為核心策略，通過單原子分散、缺陷工程及異質結構筑等手段調節配位環境與電子結構，不僅提高活性位點的可利用率，而且能夠優化底物吸附與電子傳遞行為，從源頭上增強類酶催化效率與選擇性。與此同時，針對食品基質成分復雜、干擾物多的問題，表面功能化、空間限域及分子識別協同策略的引入，在納米酶表面構建選擇性屏障或耦合適配體、抗體與分子印跡層，從而減弱非特異吸附并提升抗干擾能力。在體系層面，級聯納米反應器逐漸成為信號增強的重要方向，其通常包括納米酶與天然酶級聯、納米酶與另一種納米酶級聯以及單一納米酶的自級聯放大3 種形式，通過空間限域與結構集成手段，將多個催化單元、識別單元或功能模塊在納米尺度內有序組織，使底物在局部環境中按照既定路徑連續轉化，從而實現多步反應協同放大與信號高效輸出的納米反應體系。在工程化與應用層面，可降解與綠色合成策略、低能耗制備工藝及批量一致性控制逐漸受到重視，有利于降低成本并提升方法的可重復性與安全性，從而推動納米酶法食品分析由概念研究向標準化、規模化和智能化應用轉變。整體而言，這些多維度策略協同作用，使納米酶法食品分析在活性位利用率、結構可設計性、復雜基質適應性、信號轉導效率及可量產能力等方面不斷突破。

3.3 納米酶快檢平臺及器件

隨著納米酶法食品分析由實驗室驗證逐步向現場化與智能化應用拓展，其與智能手機、便攜式讀出裝置、微流控系統及紙基芯片的深度融合已成為重要發展方向。基于智能手機的圖像采集與算法分析平臺能夠將納米酶觸發的比色、熒光或化學發光信號快速轉化為可量化數據，在降低儀器依賴的同時提升檢測的便攜性與普適性。Guo Xinli等基于具有POD活性的apt-TMNzyme構建了用于食品中四環素類殘留檢測的比色探針體系，在實現目標物有效識別與響應的基礎上同步兼顧了較高的處理容量與實用性。鑒于肉眼判讀微弱色差的局限性，研究進一步引入智能手機應用對比色信號進行圖像采集與算法分析，使色度信息得以精準量化，展現出在食品監測與公共衛生安全領域的應用潛力。同時，便攜式光度計、熒光/化學發光檢測儀、手持電化學工作站及阻抗分析模塊等專用讀出平臺不斷涌現，使納米酶傳感體系在現場條件下仍可保持較高的靈敏度與信噪比。此外，嵌入式讀出模塊、無線傳輸接口以及自包含式比色或電化學傳感卡片的引入，使納米酶法食品分析逐步向自讀出與智能互聯轉變，為食品安全與品質評價的現場快速檢測提供了新的技術 路徑。Liu Xingyu等構建了基于B7O9I3/In2O3 II型異質結與等溫擴增策略的便攜式光電化學生物傳感平臺，并引入Zr-MOF作為信號放大元件，實現了牛奶中大腸桿菌O157:H7的光電化學/比色雙模現場定量分析，其中微型U盤式電化學工作站結合便攜LED光源完成激發與信號采集，在102 CFU/mL量級范圍內獲得穩定響應。該平臺進一步通過藍牙接口與智能終端對接，實現工作站輸出信號的實時讀取與處理，在真實乳制品樣品中表現出良好的回收率與重復性。進一步地，將納米酶反應單元集成于微流控芯片與紙基分析裝置中，可實現樣品前處理、反應與信號輸出的一體化操作，在降低樣品消耗與人為誤差的同時提高檢測通量與自動化水平。Zhang Ting等基于三元金屬有機框架ZnCo-ZIFs@MIL-101(Fe)構建了比色納米酶傳感體系，并將其嵌入紙基微流控芯片中，實現樣品自動進樣、毛細驅動傳輸、原位催化反應與信號輸出的一體化流程控制，其中金屬中心的協同電子調控顯著提升了催化性能，使草甘膦在0.02～40 μg/mL范圍內獲得穩定響應。進一步結合智能手機對芯片比色區信號進行圖像采集與算法分析，可在無需復雜儀器的條件下完成現場可視化與定量判讀，從而將多金屬MOF納米酶檢測由實驗室操作轉化為基于微流控流程與智能終端讀出的低成本、快速響應現場檢測平臺。

然而，上述融合應用仍面臨若干共性限制。一方面，復雜食品基質中的色素、渾濁度與共存組分易對光學類便攜讀出造成干擾，影響信號穩定性與結果可比性；另一方面，不同便攜平臺之間缺乏統一的校準標準與算法體系，使跨設備數據一致性仍有待提升。對于電化學與微流控集成系統而言，其結構可靠性及用戶操作友好性仍需進一步優化。同時，納米酶在長期儲存、溫度變化及批量制備條件下的活性一致性問題，也在一定程度上制約了平臺化應用的推廣。近年來，噴墨或氣溶膠噴射打印、軟光刻以及激光誘導三維圖案化等微納制造技術為納米酶與生物芯片的大面積集成提供了可行路徑，但其工藝成熟度與成本控制仍需綜合權衡。此外，建立清晰的審批流程與標準化評價體系，對于縮短技術轉化周期、推動納米酶法食品分析由概念驗證向規范化、規模化和智能化應用演進具有關鍵意義。

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結 語

本文系統梳理了納米酶在食品分析領域的研究進展，并在此基礎上歸納與界定了“納米酶法食品分析”這一交叉技術方向的概念內涵，為該領域的理論發展與技術創新提供了較為系統的框架。納米酶憑借其獨特的類酶催化活性、優異的物化穩定性、低成本及易功能化等特性，已在食品安全監測、營養評價、品質控制等方面展現出傳統酶法分析難以比擬的技術優勢，推動了眾多創新檢測平臺與分析策略的構建。然而，納米酶法食品分析技術要真正實現從實驗室走向實際應用，仍面臨諸多挑戰。

1）納米酶性能優化與理性設計。納米酶的微觀結構、表面化學狀態與界面性質是決定其催化活性、選擇性及穩定性的關鍵因素。未來應充分利用原位表征技術（如原位透射電鏡、同步輻射等）、第一性原理計算、分子動力學模擬與機器學習等先進手段，系統解析納米酶催化活性位點的電子結構與反應機制，建立構效關聯數據庫，實現納米酶的預測性設計與智能化高通量篩選。同時，發展具有多種類酶活性的多功能納米酶、級聯催化納米酶體系，以及探索納米酶的固定化技術、可控純化與循環再生方法，將有效拓展納米酶的催化種類與應用場景。此外，基于生物材料的綠色合成路徑與可生物降解納米酶的理性設計，是實現環境友好型分析技術、降低生物安全風險的重要途徑。

2）復雜體系多組分同步分析。當前研究主要聚焦于食品液體樣品（如飲料、乳制品）中單一目標物的檢測，而實際食品體系往往涉及固態基質（如糧食、肉類）、多組分污染物共存、基質干擾復雜等真實場景。面向實際應用需求，應重點突破基于納米酶的多靶標同步檢測技術、復雜基質樣品前處理與抗干擾策略，以及實時監測、原位分析、智能化數據處理等關鍵技術，構建高通量檢測體系與陣列傳感平臺，實現從單一指標檢測向系統性食品安全評估的技術跨越，滿足食品全產業鏈質量控制的多元化需求。

3）多功能集成檢測平臺構建。將納米酶與抗體、核酸適體、噬菌體、分子印跡聚合物等生物識別元件進行功能化修飾與定向偶聯，并與磁性納米顆粒、貴金屬納米材料、量子點、碳納米材料等功能納米結構進行有機整合，可實現對目標物的高特異性識別、富集與信號放大，顯著提升檢測體系的選擇性、靈敏度與穩定性。進一步融合多模式信號轉換技術（比色、熒光、表面增強拉曼、電化學、光熱等）與智能化檢測終端（智能手機、便攜式光譜儀、生物芯片傳感器），構建集樣品處理、信號檢測、數據分析于一體的多模態、多通道新型生物傳感平臺，滿足食品分析對高性能、長壽命、便攜化傳感器的實際需求。

4）標準化與產業化。盡管納米酶在食品分析中展現出巨大潛力，但多數研究仍停留在實驗室階段，實用化與產業化進程明顯滯后。亟需從標準化體系建設與產品研發轉化兩方面協同推進：建立并完善納米酶材料表征、活性評價、穩定性測試的統一標準與規范化方法，構建納米酶傳感器性能評價指標體系與質量控制規范，健全納米酶生物安全性與環境影響評估體系；同時，加速納米酶快速檢測試紙條、微流控芯片、便攜式檢測裝置、配套試劑盒等產品的研發與商業化進程。通過標準引領、產品跟進的策略，推動納米酶法食品分析技術真正走向市場應用，為食品安全監管與公眾健康保障提供可靠的技術支撐。

第一作者：

程 昊 碩士研究生

四川大學輕工科學與工程學院

四川大學輕工科學與工程學院食品工程系2023級碩士研究生，主要研究方向為食品納米酶學，相關成果發表于Sensors and Actuators B: Chemical、Advanced Materials等期刊。

通信作者：

遲原龍 教授

四川大學輕工科學與工程學院 院長

博士生導師。2004年畢業于四川大學食品科學與工程專業，獲工學學士學位；2007年畢業于四川大學農產品加工與貯藏工程專業，獲工學碩士學位；2012年畢業于四川大學生物質化學與工程專業，獲工學博士學位；2016年赴英國牛津大學圣埃德蒙學院交流訪學。2007年~2008年，2012年至今在四川大學輕工科學與工程學院從事教學科研工作。長期從事傳統發酵食品質量與安全調控，發酵食品優良菌株資源發掘、解析與產業應用方面工作。

黃倫杰副研究員

四川大學輕工科學與工程學院食品工程系

碩士生導師。研究方向聚焦納米食品研究（食品納米酶學）及食物資源高值化利用。多次入選Elsevier-斯坦福大學年度“全球前2%頂尖科學家榜單”。入選2023年度博士后創新人才支持計劃。主持國家自然科學基金、四川省自然科學基金等項目7 項。研究成果發表在Chemical Society Review、Advanced Materials、Food Chemistry等多個食品領域相關高水平期刊，論文總被引次數超4 900 次，H-index指數為41（Scopus數據庫）。現為中國食品科學技術學會、中國化學會、中國生物物理學會（納米酶分會）會員。擔任Journal of Future Foods、Food Innovation and Advances、Food Wellness等期刊青年編委，Foods期刊客座編輯，以及多個期刊審稿人。

引文格式：

程昊, 遲原龍, 黃倫杰. 納米酶法食品分析的技術原理與研究進展[J]. 食品科學, 2026, 47(9): 18-35. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251230-272.

CHENG Hao, CHI Yuanlong, HUANG Lunjie. Nanozymatic food analysis: technical principle and recent progress[J].Food Science, 2026, 47(9): 18-35. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251230-272.

實習編輯：輝煌；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、皖西學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“ 第六屆食品科學與人類健康國際研討會 ”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到） 在 中國 安徽 合肥 召開。

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為對標農業農村部2035年科技規劃及“十四五”“十五五”發展方向，推動農產品加工與儲運的工程化、智能化、綠色化升級，由湖南省農業科學院、湖南農業大學、北京食品科學研究院、國際食品科技聯盟（IUFoST）、中國農業大學、岳麓山工業創新中心主辦，湖南大學、中南林業科技大學、長沙理工大學、湖南中醫藥大學、湘潭大學、岳麓山實驗室協辦，中國食品雜志社、洞庭實驗室、湖南省食品科學技術學會、湖南省農產品加工與質量安全研究所、湖南農業大學食品科學技術學院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》雜志承辦的“第二屆農產品加工與食品制造國際學術研討會—創新引領綠色智造，AI賦能科技進步”，將于2026年9月19-20日（9月18日會議報到）在中國 湖南 長沙召開。

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