内容提要
食品安全对于保护公众健康和保障个人福祉至关重要，食品快速检测技术的重要性在于能够快速、准确地检测出潜在的食品安全隐患，从而保障公众健康，确保食品质量。在众多检测方法中，荧光分析以其高灵敏度、时空分辨率、无损检测等优势脱颖而出，特别是反应性小分子荧光探针在检测过程中能特异性地与关键生物标志物发生反应，导致荧光发生明显变化，本文综述了反应性小分子荧光探针在检测食品中重要分析物如活性氮（RNS）、活性氧（ROS）、活性硫（RSS）、本文综述了近3年来荧光探针在食品检测中的研究进展，包括活性碳、金属离子、pH值、粘度、农药等，重点介绍了荧光探针的结构、作用机理、检测底物、响应行为以及响应过程中的荧光变化，并对荧光探针在食品检测中的应用进行了展望，为推进未来的探头开发提供了宝贵的见解。
用于活性氮物种（RNS）检测的反应性荧光探针
活性氮物种（RNS）是指一系列具有反应活性的含氮化合物，通常在生物体中通过氮氧化物的代谢反应生成。它们在各种生理和病理过程中都起着至关重要的作用。在食品科学领域，检测生物胺、肼和亚硝酸盐等活性氮物种尤为重要。生物胺是食品中微生物产生的一类常见有毒物质，过量摄入会导致头痛、恶心、呕吐等症状，严重时甚至会危及生命。亚硝酸盐常被用作食品防腐剂和着色剂，但过量摄入对人体健康有害，具有致癌性。此外，像腌制肉类和腌制海鲜等含亚硝酸盐的食物通常也含有肼，长期食用可能会增加患癌风险，尤其会对消化系统造成影响。因此，准确检测活性氮物种的技术对于确保食品安全以及指导食品加工和储存至关重要。
利用反应性荧光探针检测生物胺
生物胺（BAs）是一类具有生物活性、含氮的低分子量有机化合物。在食品中，生物胺主要是微生物活动的产物。在食品加工、发酵和储存过程中，微生物通过脱羧酶的作用将氨基酸转化为生物胺。常见的生物胺包括组胺、酪胺、腐胺和尸胺。食品中生物胺的含量受多种因素影响，储存时间较长的食物通常含有较高水平的这些化合物。大量摄入生物胺会在人体内引发不良反应，如过敏、头痛、心悸、高血压、恶心和呕吐。展示了食品中常见生物胺的结构，列出了为选择性检测生物胺（BAs）而设计的荧光探针 1 - 12 的化学结构。
2024 年，Fu 和 Chen 开发了一种基于具有 π 共轭体系的茚并二噻吩结构的新型荧光探针（探针 1）。该探针在暴露于伯胺、仲胺和叔胺的饱和蒸汽时，会迅速发生明显的荧光猝灭，10 秒内的猝灭率分别为 84%、87% 和 96%。对伯胺的检测机制基于特定的化学反应，而对仲胺和叔胺的检测机制涉及分子内电荷转移。进一步的实验表明，探针 1 对三甲胺（一种重要的食品腐败标志物）的检测限可达 4.610 ppt。它已成功用于小黄鱼腐败的现场检测。然而，猝灭型荧光探针容易受到显著的荧光干扰，用于定量分析存在一定挑战。
2022 年，Huang 等人合成了一种 pH 敏感的比率型聚集诱导发射荧光探针 2，用于食品新鲜度的实时、可视化和无损监测。当暴露于胺蒸汽时，探针 2 发生去质子化，颜色从蓝色变为黄色，同时伴随着荧光红移。在这项研究中，探针 2 被用作胺响应指示剂，用于灵敏检测不同储存温度下三种不同肉类和海鲜产品中的生物胺含量。然而，由于探针 2 与生物胺相互作用后的发射波长较短（410 nm），在检测过程中存在严重的背景干扰问题。
然而，开发能够同时检测和区分多种生物胺的反应性荧光探针具有更显著的优势。在这些胺中，尸胺是肉类腐败过程中氨基酸分解时由微生物脱羧酶产生的挥发性物质，被认为是肉类变质的关键生物标志物。从化学角度来看，尸胺属于烷基胺，胺反应性高，特别适合用于创建快速检测的特异性荧光探针。因此，2024 年，Wang 和 Zeng 合成了一系列基于苯并噻唑的荧光化合物，每种化合物都具有用于检测肉类新鲜度生物标志物尸胺（Cad）的独特识别基团。经过优化的探针 3 对尸胺表现出明显的颜色和荧光变化、快速响应（<15 分钟）以及高选择性和灵敏度（检测限 = 70 nM）。探针 3 的便携式测试条已成功用作低成本、高对比度、快速响应且适用于智能手机的荧光标记，用于检测不同温度（25°C、4°C 和 - 20°C）下肉类样品中的尸胺和腐胺。同样，探针 4 - 8 也是为检测尸胺而设计的。2022 年，Kim 和 Zeng 开发了一系列荧光探针，特别是探针 4、5 和 6，它们基于氮杂卓并香豆素，具有不同的吸电子取代基。这些探针与尸胺发生氮杂迈克尔加成反应，随后发生消除反应，产生比色和比率型荧光响应。通过增加取代基的吸电子强度，传感性能得到了增强。值得注意的是，以二氰乙烯基为反应位点的探针 6 表现出出色的传感性能，包括快速响应（约 60 秒）、高选择性和低检测限（14 nM）。它被整合到测试试剂盒中用于检测尸胺蒸汽，显示出从红色到绿色的高对比度荧光变化。这种对尸胺蒸汽的双色可视化实现了对肉类新鲜度的现场、非接触和无损监测。基于相同的反应机制，Tang 等人在 2024 年报道了探针 7。该探针与尸胺反应形成席夫碱衍生物，改变了分子内电荷分布，导致显著的比色和荧光变化。探针 7 的检测系统使用乙醇 / 水混合物，检测限为 0.34 μM。反应后，探针的最大发射波长从 587 nm 移至 520 nm，作者通过理论计算证实了这一反应机制。此外，作者将探针 7 负载到滤纸上制成传感标签，并通过与智能手机集成开发了可视化检测平台。通过监测标签颜色与挥发性盐基氮（TVB - N）含量之间的关系，建立了（R + B）/（R + B + G）与 TVB - N 含量的工作曲线，仅使用手机就能直观评估三文鱼的新鲜度。
探针 8 的特点是在其结构中引入了羧酸基团，该基团可以通过形成羧酸盐改变分子排列和对称性，从而能够对生物胺，特别是腐胺（Put）、尸胺（Cad）和亚精胺（Spm）做出快速响应。反应后，探针 8 的最大发射波长发生蓝移，腐胺、尸胺和亚精胺的波长变化分别为从 604 nm 移至 513 nm（绿色发射）、从 604 nm 移至 556 nm（黄色发射）和从 604 nm 移至 550 nm（黄色发射）。最终，探针 8 被用于检测鱼类和鸡肉的新鲜度，展示了其在防止食物浪费和确保食品安全方面的潜力。
此外，2024 年，Xiao 等人基于分子内电荷转移（ICT）机制开发了荧光探针 9a 和 9b。这些探针具有大共轭结构和 D - A - D 构型，分子结构中含有缺电子的 “B”，能够与氮原子的孤对电子相互作用。其中，探针 9a（以二乙胺为供电子基团）表现出优异的生物胺响应性：反应前，探针的荧光处于 “关闭” 状态。与生物胺反应后，二氟硼单元中的硼原子与氮的孤对电子相互作用，抑制了 ICT 效应，从而恢复荧光（560 nm，黄色发射）。然而，由于探针的溶解性有限，检测需要在二甲基亚砜（DMSO）中进行，对丁胺、腐胺和精胺的检测限分别为 0.36 ppm、0.12 ppm 和 0.42 ppm。通过拍摄负载有探针的食品提取物的上清液，作者建立了颜色参数与食品储存时间之间的关系，便于指示虾的腐败情况。同样基于 ICT 机制，Zhang 等人在 2023 年构建了探针 12。该探针具有对生物胺响应的活性位点，并且可以通过探针与分析物之间的氢键相互作用增强荧光探针的 ICT 效应。具有不同官能团取代的探针 12 对生物胺的典型代表尸胺表现出超快响应，12 - T1 的响应时间为 15 秒，12 - T2 的响应时间为 25 秒，灵敏度高，12 - T1 的检测限为 1.3 ppm，12 - T2 的检测限为 2.6 ppm。它们还可以区分一系列生物胺，并且在风干后至少可以重复使用 30 次。此外，基于 12 - T1 和 12 - T2 薄膜开发了定量评估系统。通过使用智能手机进行红 / 绿 / 蓝分析，可以输出总挥发性盐基氮值（评估食品腐败的国际标准），从而定量评估食品的新鲜度。
探针 10 和 11 在反应产物的最大发射波长上实现了进一步的红移，分别达到橙色光范围（探针 10，615 nm）和近红外范围（探针 11，665 nm）。特别是探针 10，能够使用肉眼和荧光光谱仪高灵敏度地检测甲胺（MeNH₂），检测限分别为 50 ppt 和 17 ppt。作者证实其反应机制涉及探针与胺之间的亲核取代反应。该探针已成功应用于监测海鲜和肉类等食品的新鲜度。2024 年，Li 和 Tang 报道了探针 11，虽然它能够实现近红外发射，在抵抗背景干扰方面具有一定优势，但对二乙胺（DEA）的检测限为 9 μM。该探针还可以通过比色和荧光方法实现双模传感，并且可以制备成水凝胶或标签来检测三文鱼的新鲜度。
利用反应性荧光探针检测食品中的亚硝酸盐和肼
亚硝酸盐作为防腐剂和护色剂广泛应用于食品中。然而，高剂量的亚硝酸盐会导致急性中毒，在婴幼儿中毒性尤为明显。此外，亚硝酸盐可与体内的胺反应形成亚硝胺，而亚硝胺是已知的致癌物。因此，长期食用富含亚硝酸盐的食物可能会增加患胃癌和食管癌等癌症的风险。含有亚硝酸盐的食物，如腌制肉类和腌制海鲜，通常也含有肼。肼具有挥发性且毒性很高，对水、土壤、空气和生物体都有很大危害。因此，快速准确地检测食品中的亚硝酸盐和肼对于确保食品安全以及指导食品加工和储存至关重要。近年来报道的用于检测食品中亚硝酸盐和肼的探针如图所示。
2023 年，Serkan Erdemir 等人开发了两种基于反应的比率型荧光探针，即探针 15 和探针 16，用于选择性和灵敏地检测肼（N₂H₄）。这两种探针都能够与肼发生分子内环化反应，在检测过程中产生明显的颜色变化。探针 15 和探针 16 的响应时间分别约为 8.0 分钟和 16.0 分钟，检测限分别为 80.6 nM 和 99.2 nM。反应后的发射波长分别为 478 nm 和 480 nm。这些探针已成功应用于检测柠檬和大米等食品样品中的痕量肼。基于相同的机制，2024 年，Yan 等人报道了一种基于咔唑和半花菁的阳离子比率型荧光探针 13。该探针表现出卓越的选择性和抗干扰性能，能够在水溶液中对肼进行双通道检测。吸收分析的检测限为 3.53 μM，荧光检测的检测限为 0.16 μM。此外，探针 13 可以制成测试条或拭子，与智能手机应用程序配合使用时，可用于快速检测水样中的肼。
在蓝色发射范围内，2023 年，Selvaraj Muthusamy 等人报道了用于检测肼的探针 14。探针 14 通过与肼的亲核取代反应，伴随着分子结构中酯基的消除，激活了最大发射波长为 461 nm 的荧光信号。实验结果表明，该探针的反应时间为 2 分钟，检测限低至 35 nM。探针 14 也成功用于实际样品（洋葱表皮细胞和水样）中肼的检测。
2024 年，Li 等人报道了探针 17 在肼检测方面的显著进展，特别是在荧光发射波长（520 nm，绿色发射）、响应时间（30 秒）和检测限（20 nM）方面。在近年来报道的用于肼检测的荧光探针中，探针 17 在综合发射波长、响应时间、检测系统和灵敏度方面表现最为突出。该探针具有荧光和比色双模传感能力，已成功用于检测大米和蔬菜中的肼含量。
在亚硝酸盐检测领域，2024 年，Shao 和 Wang 报道了一种具有大斯托克斯位移和近红外（NIR）发射的二氰基异佛尔酮衍生物，命名为探针 19。这是一种比率型荧光和比色双模探针，用于在酸性介质中快速测定亚硝酸盐（NO₂⁻），并建立了一种新的亚硝酸盐定量分析方法。探针 19 基于亚硝酸盐的重氮化反应，随后重氮盐水解形成羟基取代产物的机制，表现出高选择性和灵敏度。比色和荧光读数的实际检测限分别为 26.6 nM 和 17.6 nM。此外，探针 19 已成功用于检测各种食品中的亚硝酸盐。然而，与许多传统的亚硝酸盐检测技术（如格里斯反应）一样，这些探针通常需要在强酸性介质中引发进一步的分子间或分子内相互作用才能产生可检测的信号。
因此，2024 年，Gong 的团队报道了一种可以在中性介质和室温下检测亚硝酸盐的荧光探针 18。随着亚硝酸盐浓度的增加，探针的荧光从绿色变为蓝色，检测限为 3.5 nM。它已成功应用于检测食品（如香肠）中的亚硝酸盐。上述研究结果表明，研究人员一直致力于基于反应的荧光探针的结构调控，以检测活性氮，旨在实现更快的响应时间、更低的检测限和更长的发射波长，从而最大限度地减少检测过程中的背景干扰。此外，这些探针通常采用双模传感，结合了比色和荧光方法。探针 1 - 19 的基本性质如表 1 所示。
用于活性硫物种（RSS）检测的反应性荧光探针
活性硫物种（RSS）是指在生物系统中具有高反应活性的含硫化合物。这些化合物在细胞信号传导、抗氧化保护和其他多种生物学功能中发挥着关键作用。食品中常见的活性硫物种包括半胱氨酸（Cys）、硫化氢（H₂S）、二氧化硫（SO₂）及其衍生物，如亚硫酸盐（SO₃²⁻）和亚硫酸氢盐（HSO₃⁻）。
利用反应性荧光探针检测半胱氨酸和硫化氢
半胱氨酸在食品工业中具有重要作用。作为一种价格低廉的含硫化合物，半胱氨酸不仅可作为食品添加剂来增强食品风味，还能作为天然的抗褐变剂，有效抑制食品加工过程中的褐变反应。然而，食品中过量摄入半胱氨酸可能会导致健康问题，如阿尔茨海默病、神经毒性、肥胖症和心血管疾病。因此，迫切需要开发一种有效的分析方法，用于实时、准确地定量检测食品中的半胱氨酸。同样，硫化氢（H₂S）作为另一种含硫化合物，在食品领域也具有利弊。硫化氢是一种具有类似臭鸡蛋难闻气味的有毒气体。在食品中，这种气体自然产生于鸡蛋、肉类、蔬菜和水果等有机硫食物。研究表明，硫化氢可以通过调节生理代谢和增强抗氧化酶的活性，帮助延长蔬菜和水果的保质期。然而，它也会对食品的风味产生不利影响。此外，在大蒜和肉类中，含硫细菌代谢产生的硫化氢被认为是这些食品腐败过程中的主要挥发性物质之一。因此，硫化氢最近被用作评估食品新鲜度的指标。这凸显了含硫化合物在食品安全和质量方面的复杂作用，强调了精确监测方法的必要性。展示了近年来专门为检测食品中的半胱氨酸和硫化氢而开发的荧光探针 20 - 31 的结构。说明了这些探针的响应机制，它们的基本性质总结在表 2 中。
2023 年至 2024 年报道的用于检测食品中半胱氨酸含量的三种荧光探针 20 - 22，均基于相同的反应机制：作者将荧光骨架与半胱氨酸响应基团 “丙烯酸酯” 连接起来实现检测。在检测过程中，半胱氨酸结构中的巯基与双键发生亲核取代反应，导致荧光信号发生变化。这三种荧光探针的荧光骨架共轭程度逐渐增加，与半胱氨酸反应后荧光发射波长显著红移。具体而言，探针 20、21 和 22 的发射波长分别为 520nm、612nm 和 739nm。这三种探针的检测限、响应时间等详细数据列于表 2 中。值得一提的是，探针 22 在近红外区域对半胱氨酸有荧光响应，显著降低了食品样品固有荧光的干扰。它具有高选择性和高灵敏度，能够通过比色和荧光方法实现双模传感。最后，探针 22 已成功制备成一种简单便携的测量装置，用于定量分析干红辣椒、西红柿和大豆等食品样品中的半胱氨酸。
2023 年 Zhang 等人以及 2024 年 Kim 等人分别报道了两种荧光探针，即探针 23 和探针 24，它们均为猝灭型，用于检测 H₂S 和 S²⁻离子。与 H₂S 反应后，探针 23 的颜色从粉红色逐渐褪去，同时伴随着荧光猝灭；而探针 24 与硫离子反应后也会出现荧光猝灭，但其颜色变化显著，在日光下由黄色变为粉红色。这两种探针均已成功用于检测肉类中的 H₂S 和 S²⁻离子。
此外，大多数用于检测食品中硫化氢的荧光探针基于二硝基苯醚的硫解反应机制。二硝基苯醚是硫化氢的常见识别位点。由于光诱导电子转移（PET）效应，这些探针在反应前处于荧光关闭状态。与硫化氢反应后，二硝基苯醚发生硫解反应并离去，恢复了探针的荧光。展示的探针 25、26、27、29、30 和 31 均基于此机制设计。上述探针的合成和成功报道实现了从蓝色到橙色再到近红外波长的荧光发射。这些探针抗背景干扰能力不断提高，它们与硫化氢（H₂S）反应后的基本性质在表 2 中详细列出。
此外，探针 28 与硫化氢的反应机制略有不同。2022 年，Zhao 团队合理设计了一种具有聚集态转变的 AIE 活性荧光探针，专门用于硫化氢的比率型检测。该探针响应时间仅为 5 秒，与硫化氢反应后，其发射波长从绿色荧光红移 147nm 至橙红色荧光。响应过程中的荧光和颜色变化都非常明显，已成功用于指示虾和牛肉的腐败情况。
利用反应性荧光探针检测二氧化硫（SO₂）及其盐衍生物
二氧化硫（SO₂）及其盐衍生物是另一类重要的活性硫化合物。作为商业添加剂，它们具有漂白、抗酶促褐变、抗菌和抗氧化特性，因此广泛应用于新鲜水果和蔬菜的保鲜，以及食品、制药和酿造行业。然而，它们的过度使用会降低食品的营养成分，并可能对健康构成风险。由于其具有还原性和亲电性，近年来开发了许多荧光探针 32 - 50用于检测 SO₂/SO₃²⁻/HSO₃⁻。它们的基本性质总结在表 3 中。
从化学角度来看，探针 32 - 50 主要基于亲核加成反应，特别是涉及不饱和化合物的反应。这种方法有效减少了硫醇的干扰，从而提高了检测的特异性。在设计这些探针时，构建反应性双键最有效的方法是通过 Knoevenagel 缩合反应。这种通用策略包括首先获得与荧光团对应的醛，然后将其与丙二腈或吡啶盐进一步缩合形成反应性双键。
2024 年，Tang 等人报道的探针 32 和 Ji 等人报道的探针 33 均被确定为猝灭型 HSO₃⁻探针。反应前，探针 32 的最大发射波长为 658nm，处于近红外区域。与 HSO₃⁻反应后，32 - HSO 加合物的形成诱导了光诱导电子转移（PET）过程，导致荧光猝灭。然而，该探针反应前后的颜色变化明显，从紫色变为无色，反应时间仅为 5 秒，检测限为 3.26μM。探针 33 结合了具有聚集诱导发射（AIE）效应的四苯乙烯（TPE），构建了具有供体 - π - 受体（D - π - A）结构的分子。HSO₃⁻的高亲核性使其能够选择性地与探针中的 C = C 双键发生亲核加成反应，从而破坏分子的大共轭体系，抑制 ICT 机制，导致在 575nm 处的荧光猝灭。该探针的响应时间为 10 秒，检测限为 150nM，适用于检测水样中的亚硫酸氢根离子。
探针 34、35、36、37、38、39、42、43、44、45 和 46 均基于相同的构建策略。这一系列探针由具有供体 - π - 受体（D - π - A）结构的分子组成，其中受体分子可以是吡啶及其衍生物、吲哚及其衍生物或噻吩及其衍生物盐。供体分子通常是具有高量子产率的荧光基团，如香豆素及其衍生物。此外，为了增强供体分子的供电子效应，通常会引入二乙氨基或甲氧基。反应前，由于 ICT 效应，探针的发射波长处于长波长区域。当 HSO₃⁻与分子中的 C = C 双键发生亲核加成反应时，ICT 效应被阻断，导致探针的发射波长发生蓝移。
探针 34、35、36、37、38、39 和 42 的发射波长均在蓝色发射区域（447nm - 490nm），而探针 43、44 和 45 的发射波长在绿色发射区域（520 - 530nm）。此外，探针 33、40、41、48 和 50 使用丙二腈衍生物作为吸电子基团构建。在这一系列探针中，发射波长显著增加，从蓝色区域转移到橙色（550 - 570nm），甚至到红色波长区域（660nm）。这些探针能够进行比色和荧光双模传感，并已成功应用于各种食品检测模型。探针的详细性质也列于表 3 中。
2022 年和 2023 年，Yin 团队连续报道了基于苯并吡喃盐作为活性反应位点的亚硫酸氢盐响应荧光探针 47 和 49。探针 47 是一种近红外比率型荧光探针，对二氧化硫及其衍生物表现出快速响应（8 秒内）、高选择性、优异的灵敏度（检测限为 3.64μM）和长发射波长（800nm）。它适用于在复杂环境中监测 SO₂，并在啤酒和冰糖等食品样品中实现了较高的回收率（90% - 110%）。同样，探针 49 是一种用于 SO₂的比率型荧光探针，能够定量检测腐竹和冰糖中的亚硫酸盐浓度。
总之，用于检测食品中活性硫物种（RSS）的荧光探针的开发具有高度针对性和特异性的响应位点，这对于准确检测至关重要。然而，这些探针中使用的荧光团结构的可调节性是一个显著优势。通过策略性地修饰这些荧光团的分子框架，研究人员可以有效地调整发射波长以满足特定的分析需求。这种适应性不仅允许精确的波长调整，还显著提高了探针的整体灵敏度和选择性。这些增强对于提高检测限以及监测各种食品基质中活性硫物种存在的检测方法的可靠性至关重要。
用于活性碳物种（RCS）检测的反应性荧光探针
食品中的活性碳物种主要包括甲醛（FA）和丙二醛（MDA）等醛类物质。甲醛因毒性高被列为 1 类致癌物，且广泛存在于日常生活中。在食品领域，甲醛可通过三种主要途径进入食品：有意添加、加工过程中的引入或污染，以及动植物的 “内源性” 产生。目前，甲醛检测标准适用范围较广，涵盖海鲜、面粉、奶粉、蘑菇饮料和啤酒等产品。然而，这些标准并未涉及非法使用甲醛保鲜蔬菜水果、加工腐竹，以及乳制品在生产过程中甲醛残留等情况，这表明现有标准存在一定的局限性。此外，丙二醛在食品加工、储存和运输过程中极易形成，长期储存的食用油中不饱和脂肪酸的氧化也会产生丙二醛。因此，开发一种用于快速检测食品中活性碳物种的可视化方法至关重要。近年来报道的用于检测甲醛和丙二醛的荧光探针。
探针 52 - 53、探针 54 和探针 55 均基于醛基与肼基之间的特定化学反应构建而成。2023 年，Ye 研究团队以及 2024 年 Lin 等人分别报道了两种结构非常相似的甲醛检测荧光探针，均以萘二甲酰亚胺为荧光核心（探针 54 和探针 55），并连接了对甲醛具有特异性响应的位点。在与甲醛反应前，由于光诱导电子转移（PET）效应，这些探针的荧光被猝灭。当它们与甲醛反应时，PET 效应受到抑制，荧光得以恢复。这两种探针对甲醛均具有高选择性，在检测过程中，肉眼和荧光信号都能观察到显著变化，成功实现了对多种食品中甲醛含量的检测。
2024 年，Zhu 和 Shu 报道了一种荧光探针 52/53，它能够同时检测并区分甲醛和丙二醛（。该探针含有肼基作为识别位点，与丙二醛反应后形成吡唑结构，与甲醛反应则生成 C=N 双键，从而通过不同的发射波长区分丙二醛和甲醛。探针 52/53 具有良好的特异性和灵敏度。在 350nm 激发下，与丙二醛反应时，424nm 处的蓝色荧光显著增强，检测限为 71nM。同样在 350nm 激发下，与甲醛反应时，520nm 处的绿色荧光显著增强，对甲醛的检测限为 12nM。该探针可用于多种食品中甲醛和丙二醛的双重检测，如大白菜、腐竹、鱼干和鸡肉等。探针 51 通过单体与激基缔合物形式的转换来检测甲醛。与甲醛反应后，该探针的发射波长发生显著蓝移，在 400nm 左右发射增强，这可能归因于荧光团的聚集。探针 51 对甲醛的响应时间小于 100s，检测限为 18μM。尽管其发射波长较短，但仍能实现明显的比色变化（从蓝色变为紫色）。探针 51 - 55 的基本信息总结在表 4 中。
用于活性氧物种（ROS）检测的反应性荧光探针
活性氧物种（ROS）是具有高反应活性的物质，在生物系统中具有双重作用：它们参与信号转导和免疫防御，但过量时会导致细胞损伤和疾病。在食品领域，次氯酸根（ClO⁻）作为先天免疫中的强效杀菌物质，有助于清除体内细菌，同时它也是日常生活和工业中广泛使用的有效消毒剂。然而，次氯酸根的广泛使用会导致环境水体污染，对农业和食物链构成重大威胁，最终影响人类健康。体内次氯酸根水平过高会破坏氧化还原稳态，引发心血管疾病、肾脏疾病等炎症相关疾病，甚至可能导致癌症。鉴于这些风险，特别是在食品安全的背景下，开发一种便捷、高效的方法来检测和监测生物及环境系统中的次氯酸根水平至关重要。这将确保食品的安全和质量，通过防止过量接触次氯酸根对公众健康造成的不良影响来保障公众健康。图中展示了近年来用于食品中次氯酸检测的荧光探针的结构。
探针 56 是一种荧光 “关 - 开” 型探针，对次氯酸根响应迅速（5 秒内），具有良好的 pH 稳定性，检测限为 0.169μM。该探针已成功应用于水样、牛奶以及蔬菜和水果中次氯酸根的检测。然而，由于其发射波长较短（380nm），可能存在显著的背景干扰问题。2024 年，Wang 等人报道了探针 57，其发射波长仍处于蓝色区域（约 400nm）。该探针具有出色的选择性和高灵敏度，响应时间快（60 秒），检测限低（9.65nM）。然而，由于其分子框架相对较大，探针本身水溶性较差，需要在乙腈 / 水比例为 9/1 的环境中进行检测。2024 年，Li 和 Hu 等人报道了一种双响应荧光探针 58。当该探针与次氯酸（HClO）反应时，噻嗪上的硫原子迅速被氧化为亚砜，进一步氧化生成最终产物（510nm，绿色发射）。作者成功将该探针应用于各种食品（如猪肉、苹果、玉米和菠菜）和水样（如自来水、湖水和矿泉水）中次氯酸的检测，结果显示回收率良好，证明了探针 58 的应用潜力。
探针 60 和 61 均基于次氯酸的强氧化性设计。探针 60 是一种对次氯酸响应的增强荧光探针，反应后显示出明显的比色变化和显著增强的荧光。然而，它也可能对二氧化硫 / 亚硫酸氢根离子产生响应。对于探针 61，作者引入了经典的次氯酸响应反应位点，构建了一种比率型荧光探针。该探针具有低检测限（36.3nM）、大斯托克斯位移（353nm）和快速响应时间（15 秒）的特点。它还可以制成涂层荧光纸条，用于检测发芽土豆中的次氯酸根。探针 56 - 61 的基本信息也总结在表 4 中。
金属离子的反应型荧光探针
食物中的金属离子包括多种必需元素，如钙（Ca 2+）、镁（Mg 2+）、铁（Fe 3+）、锌（Zn 2+）、铜（Cu 2+）和锰（Mn 2+），适量的金属离子对人体健康至关重要，因为它们参与了各种生物过程。然而，某些金属离子，如铅（Pb 2+）、镉（Cd 2+）、汞（Hg 2+）和钯（Pd 2+）[130]，是有害的污染物，即使在低浓度下[131]，也会对健康产生不良影响。因此，监测食品中的金属离子水平对于确保食品安全和保护公众健康非常重要。金属离子，尤其是过渡金属，因此，基于类似的机理设计响应于金属离子的荧光探针62-69。
2022 - 2023年，陆续报道了几种用于食品工业的铜离子响应探针，即探针62 、64 、66 和67 ，这些探针的检测机制主要依赖于铜离子与肼或酰肼的配位作用，其触发荧光信号的变化。探针62是比率荧光探针;在阳光下暴露于铜离子时，探针溶液的颜色从黄色变为无色，并且其荧光从黄色偏移（约550 nm）至蓝色该探针对铜离子的检测限为9.53 nM，与Cu 2+的结合常数为6.84 × 103 M − 1，与Cu 2+的结合常数为6.84 × 103 M− 1，和Cu 2+的双响应荧光探针，当检测Cu 2+时，该探针的荧光猝灭现象明显，但该探针的优点是具有良好的可逆性，在各种水样和肉类中铜离子的检测中均取得了满意的回收率。
2023年，Liu等先后报道了两种结构相似的荧光探针66和67，两种探针在检测铜离子时均表现出明显的比色效应，与探针67相比，探针66作为一种对铜离子有响应的比率型荧光探针，在实际应用中表现出更强的抗干扰能力。
此外，探针69 对锌离子的检测是基于吡啶二甲胺（DPA）对锌离子的识别，2024年，朱和刘开发了一种新型的Fe 3+荧光探针65，以萘酰亚胺为荧光母核，氨甲酰肟为识别基团，探针65具有极高的灵敏度（检测限为82 nM），可有效用于豆芽等食品样品中铁离子的检测，有望成为研究铁调控机制的重要工具，由于汞离子（Hg 2+）对环境和生物体的高毒性，2023年，Yan和Tang等利用四苯乙烯和苯并噻唑构建了汞离子荧光探针68，该探针在乙醇/HEPES体系中可从“OFF”切换到“ON”，并在2024 - 2025年间成功地实现了汞离子的定量检测。该探针响应时间短（<100 s），选择性高，抗干扰能力强，Stokes位移大（220 nm），检测限低该方法对Hg 2+的检出限为81.7 nM，已成功地用于水产品、茶叶上述金属离子响应性荧光探针的基本性质总结在表5中。
用于检测食品中 pH 值和农药残留的反应性荧光探针
利用反应性荧光探针检测食品中的 pH 值
食品中 pH 值的变化与食品的新鲜度、品质和安全性密切相关。例如，在食品变质的早期阶段，pH 值往往会发生细微变化。因此，开发一种新型智能工具，能够在现场实时检测食品样品中细微的 pH 值变化，对于评估食品的新鲜度、品质和安全性至关重要。用于 pH 值检测的荧光探针通常包含酚羟基（探针 70、73 和 74）或吡啶（探针 72）等 pH 敏感基团。随着 pH 值的变化，探针会发生质子化和去质子化过程，且这些过程通常是可逆的。探针 71 并非用于直接检测 pH 值，而是用于检测水杨酸（SA）。水杨酸是一种参与植物生长和免疫的化学分子，有助于控制害虫和病原体，甚至可用于果蔬保鲜。2023 年，Yang、Zhou 等人在《ACS Sensors》杂志上报道了一系列基于罗丹明 6G（Rh6G）的 “关 - 开” 型荧光探针。这些探针对水杨酸具有高选择性、超快响应时间（<60 秒）和纳摩尔级的检测限。此外，这些探针可制成试纸，用于检测果蔬表面的水杨酸。
利用反应性荧光探针检测食品中的农药残留
农业中广泛使用的许多农药和兽药，如氯氟氰菊酯（CFT）、氟虫腈（FPN）、硝碘酚腈（NIT）和氯菊酯（PMT，虽然能有效控制或消除对农作物有害的各种害虫，但也带来了环境和健康方面的挑战。这些化学物质一旦进入环境，会通过食物链显著增加人类接触的风险。因此，开发有效的现场检测和原位成像方法，用于检测食品表面的农业残留，对于确保食品安全至关重要。总结了专门设计用于检测食品表面农药残留的荧光探针的结构。
CFT 和 PMT 都属于合成拟除虫菊酯类杀虫剂，这类广泛使用的化合物主要通过影响昆虫的神经系统来杀灭害虫。2023 年，Liu 团队报道了两种用于检测拟除虫菊酯类杀虫剂的荧光探针，即探针 76 和探针 79。探针 76 是一种主客体超分子探针：以白蛋白为主体，以溶剂化变色类黄酮为客体，成功实现了对氯氟氰菊酯的比率测定。该探针响应迅速（10 秒）、灵敏度高（检测限约为 70 ppb），具有良好的选择性和抗干扰性能，且发射颜色从橙色到绿色变化显著。此外，该探针可应用于便携式纸质测试条，便于检测苹果、西红柿和黄瓜等食品样品中的氯氟氰菊酯。其信号输出可通过智能手机捕获和分析，展示了该探针在现场食品分析中的应用潜力。探针 79 是首个用于 PMT 比率测定的荧光探针。该探针基于激发态分子内质子转移（ESIPT）机制，能与白蛋白（ALB）结合形成主客体超分子传感器，从而实现对 PMT 的快速、高灵敏度（检测限约为 29 ppb）、高选择性和出色抗干扰检测。最重要的是，这种单荧光团识别系统无需依赖复杂的检测设备，即可成功实现对 PMT 的现场比率测定。2023 年，Feng 和 Wu 等人报道了探针 77，它也是基于主客体相互作用构建的。该探针以人血清白蛋白（HSA）为主体，以具有聚集诱导发射活性的荧光探针为客体，用于氟虫腈的比色和比率检测。该探针响应迅速（30 秒）、灵敏度高（检测限约为 0.05 μM），具有良好的选择性和抗干扰性能。它可制成便携式纸质测试条，检测时颜色由黄色变为橙色。与探针 76 的设计理念类似，探针 78 以白蛋白为主体，以具有聚集诱导发射（AIE）效应的分子为客体，成功制备出首个用于硝碘酚腈检测的比率型荧光探针。该探针响应迅速（10 秒）、灵敏度高（检测限：4.6 ppb），选择性好（对十二种药物具有选择性），与硝碘酚腈反应时荧光颜色变化明显（从绿色变为红色）。基于这些特性，该探针可对实际食品样品中的硝碘酚腈进行定量测定，并使用纸质测试条进行现场分析。上述探针的基本性质总结在表 6 中。
用于检测食品黏度的反应性荧光探针
食品在长途运输过程中可能会变质，这有可能引发各种食源性疾病。因此，开发针对食品变质的早期预警工具和方法显得尤为重要。黏度是食品变质过程中常发生变化的一个物理参数，它与食品的变质程度密切相关，在液态食品中体现得更为明显。目前，传统的测量设备，如旋转黏度计和流变仪，主要用于评估宏观性质，并不适用于微观黏度的测量。像电子传感器阵列和电子鼻这类微观检测方法，虽然测量准确，但通常需要昂贵的设备和复杂的预处理过程。所以，迫切需要一种快速、高灵敏度、成本效益高且能快速输出结果的新方法，来监测食品变质过程中的黏度变化。
扭曲分子内电荷转移（TICT）是构建荧光探针的常用策略，通常发生在溶剂化弛豫过程向 ICT 状态的转变中。分子转子是 TICT 中的一种特殊状态，这类分子通常含有强供电子和强吸电子基团。在大多数溶剂中，激发后分子可通过分子内旋转耗散能量，导致量子产率较低；然而，在高黏度环境中，分子的旋转受到抑制，激发后的剩余能量以光的形式释放，从而提高了量子产率。因此，可以基于分子转子原理设计对黏度响应的荧光探针，如图中的探针 80 - 87，它们都含有 D - π - A 结构，可用于食品行业中的黏度监测。随着黏度的增加，探针 80 - 87 的分子内旋转受到抑制，分子荧光增强。此外，随着分子主链共轭程度的增加，探针的最大荧光发射波长也会增加，从蓝色区域（380nm）红移至近红外区域（750nm），并成功应用于监测果汁和牛奶的变质过程。上述探针的基本性质总结在表 7 中。
总结
目前开发的荧光探针具有全波长范围、高灵敏度和良好的选择性，在食品污染物检测领域取得了重大进展，这些新技术对保障公众健康和食品安全至关重要。然而，如何设计和制备同时具有高响应灵敏度、强响应信号、优良抗干扰能力、信噪比高，水溶性好。此外，许多新的污染物由于其高生物毒性、强环境持久性和生物累积潜力而具有显著的风险，使其容易通过食物链进入人体。然而，这些污染物尚未得到充分的监管，自动化和便携式监测仪器的开发还不成熟。最后，为了便于实际应用，增强装置的便携性和实现快速检测，同时保持响应性荧光探针的功能性和高灵敏度是将这些检测方法转化为实际应用的关键任务。
参考文献
Recent advances in reactive small-molecule fluorescent probes for food safety,Nan Wang , Lina Zhang , Jun Li , Qian Zhou , Hui Yang , Yimin Shan , Yuxiang Chen , Kun Li * , Xiaoqi Yu, Coord.Chem.Rev.530 (2025) 216480,https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216480
