近日，海南医科大学研究团队报道了一种以高配位 Fe-N₆ 位点为核心的单原子纳米酶（Fe-NC），并构建了一套用于总抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAC）评价的三通道检测平台。该体系包含两个比色通道和一个光热通道，分别利用氧化酶样、过氧化物酶样催化活性以及光热响应产生检测信号。与单一信号检测相比，多通道设计为复杂食品样品分析提供了相互校验的可能。

一、为什么需要更可靠的 TAC 评价？

饮料、果蔬和功能食品中往往同时存在维生素 C、多酚、谷胱甘肽等多种抗氧化成分。如果逐一检测每一种物质，不仅分析过程复杂，也难以回答一个更实际的问题——样品整体抵抗氧化反应的能力如何。因此，研究和食品质量评价中通常采用总抗氧化能力（TAC）这一综合指标，并以抗坏血酸（AA）当量进行表示。

该研究关注的并不是某一种单独抗氧化物的检测，而是如何更全面地评价样品整体抗氧化水平。研究人员利用 Fe-NC 单原子纳米酶的催化特性，将样品中的抗氧化能力转化为颜色变化和温度响应，并据此评价 TAC。

但单一检测信号往往难以完全避免外界因素影响。比色检测直观方便，却可能受到样品颜色和检测条件影响；光热检测提供了另一种信息来源，但同样需要考虑环境变化带来的干扰。因此，研究团队将两类信号结合，希望通过不同维度的信息提高结果判断的稳定性。

在此基础上，研究团队建立了由氧化酶样比色、过氧化物酶样比色和氧化酶样光热组成的三通道体系，并用于 AA 定量分析以及饮料等食品样品 TAC 评价。

二、Fe-N₆ 单原子位点，把催化能力稳定在原子尺度

研究团队以氮掺杂碳材料作为载体，使铁原子高度分散，并形成 Fe-N₆ 配位结构。该材料以微孔结构为主，比表面积达到 792 m²/g，有助于暴露更多潜在活性位点。显微表征和 X 射线吸收分析支持铁原子的原子级分散，EXAFS 拟合显示 Fe-N 配位数为 6.0 ± 0.3。理论计算进一步表明，Fe-N₆ 位点在吸附 O₂ 或 H₂O₂ 后仍能保持较好的结构稳定性，并参与相关催化过程。

图1  Fe-NC 的制备流程及三通道比色-光热检测原理。

三、从深蓝到温度变化  三通道如何读出抗氧化能力？

Fe-NC 可以催化 O₂ 或 H₂O₂ 参与反应，产生羟基自由基，并促进 TMB 氧化形成蓝色 oxTMB。当抗坏血酸等抗氧化物加入后，会还原生成的 oxTMB，使蓝色信号减弱；与此同时，近红外照射下的光热升温响应也会同步降低。研究人员正是利用这种变化规律，建立了三种不同的检测通道，并以 AA 当量表示样品 TAC。

图2  三通道检测的工作原理、定量结果及真实样品一致性。

四、双酶样活性从哪里来？

动力学和机理研究显示，Fe-NC 同时表现出氧化酶样和过氧化物酶样活性。理论计算认为，Fe-N₆ 活性中心能够参与 O₂ 和 H₂O₂ 的活化，两条反应路径可以在同一单原子位点上发生。不过，具体反应贡献仍受到底物浓度、吸附能力以及反应动力学等因素共同影响。

图3  Fe-NC 的催化性能、稳定性及反应机理分析。

五、真实食品样品中的表现

在 4 种市售饮料和 1 份柠檬样品中，三个检测通道获得的 TAC 结果较为接近，通道间相对误差低于 3.81%。需要注意的是，这一结果反映的是三个检测通道之间的一致性，并不代表已经完成了与标准参考方法之间的准确度验证。研究还进行了加标回收实验，其中饮料 1 样品在检测前进行了 10 倍稀释，三个通道均获得了较好的回收结果。

六、研究意义

这项研究将高配位单原子纳米酶的多酶样催化特性，与比色和光热两种不同信号模式结合，建立了一种具有内部交叉验证能力的食品 TAC 评价方案。其价值并不只是获得更低的检测限，更重要的是通过不同反应机制和不同信号来源，提高复杂样品检测时结果的可信度。目前，该平台的验证主要基于 AA 标准体系、4 种饮料、1 份柠檬样品以及单一样品加标实验。未来仍需要在更多食品基质、批间重复性、材料制备一致性以及独立参考方法比较等方面进一步验证。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c02667