预计2024/25营销年度全球对主要植物油的需求将达到1.983亿吨，其中食品行业占总消费量的73%（每人每年摄入15.91公斤）（Bukowski, 2024）。作为人类饮食营养的重要组成部分，食用油不仅是主要的能量来源和必需脂肪酸的供应者，还是脂溶性维生素不可或缺的载体（Tan & McClements, 2021）。然而，反复使用的煎炸油不仅会消耗必需的营养素，还会产生有毒化合物，包括丙烯酰胺、过氧化物、多环芳烃和高度聚合的成分（Gere, 1982; Pedreschi et al., 2005; Purcaro et al., 2006）。这些有害物质在高温条件下会积累并渗透到食品中，长期过量摄入可能对健康构成潜在风险（Debnath et al., 2009; Ju et al., 2019; Lin et al., 2019）。
总极性物质（TPM）是甘油三酯（TG）在煎炸过程中水解、聚合和氧化的最终产物，是油品降解的关键指标（Chen et al., 2021; Choe & Min, 2007a）。许多国家已经制定了具体的TPM限值（24–27%），超过这些限值必须丢弃油品（Hosseini et al., 2016）。根据GB 5009.202–2016或ISO 8420:2002标准，TPM分析的官方方法是硅胶柱色谱法。然而，这种方法需要大量的有机试剂、时间以及实验室专业人员的操作。此外，还使用了核磁共振、电化学测定和傅里叶变换红外光谱等替代方法进行TPM检测，但这些方法不仅面临复杂的校准和环境干扰问题，还需要昂贵且不便携的专业仪器（Cascant et al., 2017; Gu et al., 2021; Hein, 1998; Juárez et al., 2011; Talpur et al., 2015）。因此，需要一种灵敏、快速、用户友好且成本效益高的TPM检测技术来管理食用油的质量。这项技术可以快速准确地现场检测食用油中的TPM含量，帮助餐馆或食品加工厂更有效地管理烹饪油的更换，既节省成本，又确保油品的质量和安全。
由于荧光探针具有高灵敏度、实时响应和非破坏性，它们在环境污染物监测中受到了广泛关注（Cheng et al., 2024; Feng et al., 2020; Song et al., 2024）。这些特性也使它们成为快速分析TPM的有效工具。随着油在反复煎炸过程中的降解，TPM的积累会改变油的极性和粘度，为荧光探针的设计提供了依据（Choe & Min, 2007）。崔等人开发了一种基于三苯胺的探针，利用其粘度依赖的荧光放大效应，通过系统关联油基质的粘度和极性化合物的积累来实现灵敏的TPM检测（Cui et al., 2020）。我们团队设计了一种基于三氰呋喃的红色发光探针，利用扭曲的分子内电荷转移（TICT）机制，有效规避了煎炸副产物的背景荧光干扰，其荧光强度与TPM浓度呈线性相关（Shi et al., 2024）。我们还设计了一种基于荧光团的灵敏极性响应荧光探针，该探针能够根据煎炸油的绿色荧光信号强度增强与探针红色荧光信号强度衰减的比例来快速检测TPM含量（Kang et al., 2023）。黄福等人引入了一种极性调控的量子点探针，可以实现荧光的“开启-关闭”检测，为在TPM分析中使用纳米材料提供了新的可能性（Huangfu & Feng, 2021）。
尽管在基于荧光的TPM检测方面取得了显著进展，但仍存在关键挑战。尽管基于铅的量子点具有光学可调性，但它们的毒性问题阻碍了其在食品级应用中的使用。虽然粘度依赖型探针对大分子聚集敏感，但在煎炸过程中典型的温度波动下准确性会受到影响。值得注意的是，报道的极性响应系统依赖于荧光淬灭机制，随着TPM水平的升高，信号强度反而降低，这种反相关性增加了假阴性的风险。另一个根本性的限制来自油中的内在成分：叶绿素衍生物、维生素A和脂质氧化产物在600纳米以下产生重叠的荧光，掩盖了传统探针的信号（Cao et al., 2017a; Dupuy et al., 2005a）。因此，开发在红光或近红外区域发光的“开启-关闭”极性响应探针是提高TPM检测的关键突破。
荧光检测的高灵敏度、实时响应、非破坏性和直观性使得可以使用智能手机或试纸等便携式设备来捕获和分析荧光响应，无需大型仪器（Cheng et al., 2025; Zhao et al., 2024）。近年来，已经开发了几种用于快速评估TPM含量的便携式设备（Liu et al., 2022）。黄福等人构建了一种基于纸的传感器，利用钙钛矿量子点的极性响应荧光淬灭效应进行半定量可视化TPM分析（Huangfu & Feng, 2021）。我们团队之前开发了一种视觉分级设备，使用极性敏感探针和颜色卡来评估烹饪油的降解程度（Kang et al., 2023）。虽然这些方法提高了便携性和成本控制，但它们仍然依赖于对荧光颜色变化的主观解释，限制了其准确性和标准化测试的适用性。
RGB颜色分析技术通过分析红色、绿色和蓝色通道的强度并将其转换为数字信号来定量评估颜色变化。该技术不受激发光源功率变化或检测过程中探针光漂白引起的测量误差的影响。布尔戈斯大学开发的“比色滴定”系统就是一个显著的实例，它利用智能手机摄像头捕捉样本图像，并根据颜色参数自动计算分析物浓度（Guembe-García et al., 2022）。这种方法已成功应用于检测肉制品中的亚硝酸盐、甜菜根汁中的甜菜碱和食源性病原体，证明了其有效性（Aguado et al., 2023; Guembe-García et al., 2022; You et al., 2023）。未来的技术进步将依赖于跨学科整合。模块化电子组件（如Arduino和Raspberry Pi）通过标准化接口简化了硬件开发，而像ChatGPT这样的AI辅助工具帮助非专家快速开发定制分析软件。此外，3D打印提供了一种新的方式，通过快速原型制作集成功能并生产成本效益高的检测设备。这种“硬件模块化、软件智能和数字制造”方法不仅标准化了烹饪油质量的监测，还为快速食品行业测试提供了可重复使用的解决方案。
基于D-π-A结构的TPM探针通常表现出溶剂效应，即极性增加会导致荧光淬灭和波长向长波方向移动。为了开发一种随着TPM增加而增强荧光的探针，需要一种反向溶剂效应，即荧光随着极性的升高而增强。此外，为了确保RGB分析的准确性，探针的发射波长必须在极性变化时保持稳定。本报告提出了一种通过跨学科合作创新实现食用油中总极性物质（TPM）快速现场检测的集成解决方案（图1）。我们开发并应用了一种易于合成的基于荧光的极性触发探针，并构建了一个由3D打印检测室、光学传感模块和微处理器组成的便携式检测系统（总成本低于20美元）。该系统可以直接显示食用油中的TPM含量。使用未知油样对系统进行的方法学验证表明，传感器测量结果与柱色谱法得到的结果非常吻合，证明了传感器的可靠性和性能。该检测系统在成本、灵敏度、响应时间和操作便捷性方面具有显著优势，有望成为提高食用油安全性的关键且广泛应用的工具。
