食品安全分析是應(yīng)對(duì)人類(lèi)健康危害的關(guān)鍵部分。目前，大部分食品分析采用傳統(tǒng)方法，存在一些缺點(diǎn)。本文將探討電化學(xué)傳感器如何幫助改進(jìn)食品安全分析，并討論該領(lǐng)域的最新進(jìn)展。

圖片來(lái)源：SatawatK/Shutterstock.com

電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器是將電化學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可分析分析的信號(hào)的裝置。電化學(xué)傳感器由分析物、與分析物結(jié)合的受體和將反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)電信號(hào)的傳感器組成。

電極用作電化學(xué)傳感器中的換能器。在大多數(shù)電化學(xué)傳感器中，反應(yīng)發(fā)生在電極表面。電極將氧化或還原分析物或樣品。反應(yīng)產(chǎn)生的電流用于計(jì)算樣品濃度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

電化學(xué)傳感器的使用

電化學(xué)傳感器最初用于監(jiān)測(cè)工業(yè)氧氣。然而，它們現(xiàn)在在各種應(yīng)用中使用和開(kāi)發(fā)。例如，氣體傳感器檢測(cè)一氧化碳；電化學(xué)生物傳感器檢測(cè)食品中的非法添加劑或污染顆粒；用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重金屬傳感器；用于測(cè)量潤(rùn)滑油劣化的碳?xì)浠�合物傳感器和用于評(píng)估機(jī)油劣化的醇和酮傳感器。

3M Food Safety 推出用于檢測(cè)食品中有害病原體的分子檢測(cè)系統(tǒng)

食品安全和質(zhì)量是食品行業(yè)的關(guān)鍵問(wèn)題。人們?cè)絹?lái)越希望保護(hù)食物鏈和產(chǎn)品免受有害或破壞性化學(xué)物質(zhì)的侵害，例如對(duì)我們的健康有害的污染物、過(guò)敏、毒素或感染。傳統(tǒng)的方法受到冗長(zhǎng)的研究、昂貴和復(fù)雜的程序以及缺乏稱職員工的限制。

傳統(tǒng)上，食品分析是在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)借助質(zhì)譜、色譜和紫外線檢測(cè)進(jìn)行的。然而，這些技術(shù)具有多種缺點(diǎn)。

首先，檢查是在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)進(jìn)行的。因此，受污染的物體可能會(huì)在整個(gè)制造鏈中傳播，或者甚至可以在發(fā)現(xiàn)污染之前銷(xiāo)售食品。其次，這些是耗時(shí)、勞動(dòng)密集型和昂貴的技術(shù)，因?yàn)樗鼈冃枰�大量樣本和�?zhuān)業(yè)工人。

電化學(xué)傳感器：解決食品安全分析面臨的挑戰(zhàn)

電化學(xué)生物傳感器允許在整個(gè)制造過(guò)程中檢查食品。此外，在毒素積累通常與時(shí)間一致的情況下，電化學(xué)生物傳感器在分析速度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，真菌毒素是致癌的次生代謝物，會(huì)影響多種食物，包括堅(jiān)果、谷物、蔬菜、面包、干果和肉類(lèi)。

在這些情況下，電化學(xué)生物傳感器是更好的選擇，因?yàn)樗鼈儗�檢測(cè)時(shí)間從幾天縮短到幾分鐘。此外，原位檢測(cè)提高了分析工具的便攜性，這些工具通常無(wú)需培訓(xùn)即可使用，還可以將實(shí)時(shí)分析集成到食品加工系統(tǒng)中。

目前的研究和應(yīng)用

美國(guó)科學(xué)家使用氣溶膠噴墨打印開(kāi)發(fā)了一種基于石墨烯的電化學(xué)傳感器。該傳感器比標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試更快地檢測(cè)食物中的毒素和組胺�？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，石墨烯生物傳感器可以在緩沖溶液和魚(yú)湯中檢測(cè)到具有大量毒理學(xué)意義的組胺，組胺與人的頭痛、腹瀉和過(guò)敏反應(yīng)有關(guān)。它們是 6.25–100 ppm 和 6.25–200 ppm，限值分別為 2.52 ppm 和 3.41 ppm。

魚(yú)類(lèi)中超過(guò) 50 ppm 的組胺水平會(huì)導(dǎo)致一些人嚴(yán)重過(guò)敏，甚至食物中毒。同樣重要的是，傳感器的響應(yīng)時(shí)間很短（33 分鐘），并且不需要對(duì)產(chǎn)品樣品進(jìn)行預(yù)處理。

孔蘇埃洛等人。（2013 年）開(kāi)發(fā)了一種電流親和生物傳感器，用于量化和檢測(cè) β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素的殘留。該傳感器對(duì)生乳中測(cè)試的抗生素顯示出低 ppb 檢測(cè)限，對(duì)牛奶和乳制品中常見(jiàn)的其他抗生素殘留物具有高選擇性。

Ang、Por 和 Yam (2015) 開(kāi)發(fā)了一種基于將葡萄糖氧化酶固定在固定在鉑電極上的惰性殼聚糖膜上的電流型酶電化學(xué)生物傳感器。

這種生物傳感器的基本原理是通過(guò)電化學(xué)檢測(cè)酶促釋放的過(guò)氧化氫 (H 2 O 2 ) 來(lái)量化葡萄糖。電化學(xué)生物傳感器測(cè)量蘋(píng)果、梨、芒果、西瓜和橙組織勻漿中的葡萄糖含量。準(zhǔn)確度與商業(yè)葡萄糖測(cè)定試劑盒大致相似，在 s/n > 3 時(shí)檢測(cè)限為 0.05 mM。

未來(lái)發(fā)展

食品安全無(wú)疑是全球面臨的主要挑戰(zhàn)之一。電化學(xué)傳感器被用來(lái)克服這一挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈儽阋说枚嗖⑶腋�容易小型化。因此，可以改進(jìn)食品制造中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤其是乳制品和釀造產(chǎn)品。

由于食品供應(yīng)鏈各個(gè)階段樣品分析的準(zhǔn)確性，電化學(xué)傳感器將被廣泛用作食品生產(chǎn)和安全的未來(lái)工具。