作为食品安全和环境监测工具的电化学生物传感器的兴起

作者：Karolina Künnapuu卡洛琳娜-库纳普

食品和饮用水污染是全球疾病传播的重要来源。随着全球人口的不断增长，对食品的需求也随之增加，因此需要高效、经济、适合发达国家和发展中国家使用的食品和环境监测方法。对食品安全参数的持续监测对于确保消费者手中的食品是高质量和适于食用的，以及帮助减少食品浪费都是至关重要的。环境监测可确保食品生产所涉及的水、土壤、气候和牲畜的质量以及饮用水的清洁度。此外，环境监测还可以减少环境污染，帮助应对气候变化。

用于食品和环境监测的方法包括色谱法（如 HPLC（高效液相色谱法））和免疫学法（如 ELISA（酶联免疫吸附测定法））检测方法，但由于这些方法成本高、耗时长 ⁽¹⁾，因此仍需改进食品安全监测技术。电化学生物传感器是一种很有前途的解决方案，由于其简单、灵敏和经济实惠，非常适合食品安全监控。电化学生物传感器既可用于监测重金属和毒素等食品污染，也可用于监测空气质量等影响食品生长的环境因素 ⁽¹⁾。

目前，电化学传感器在食品安全领域的应用主要围绕检测物理和化学污染物展开。例如，已开发出各种电化学传感平台，用于检测食品中微量的有害重金属，如汞或铬。同样，电化学也被用于检测苏丹一号、三聚氰胺和其他非法食品添加剂，以及食品中的霉菌毒素和兽药残留（1）。最后一个例子是 Wang 等人 ⁽²⁾ 用于检测牛奶中氨苄青霉素的均相适配体电化学生物传感器。

电化学生物传感器还可用于识别变质或受微生物污染的食品，例如通过检测 pH 值的变化或变质食品释放的气体^（3）。电化学生物传感器的一种应用方式是监测肉类和海鲜等高蛋白食品中生物胺（BA）的释放。生物胺是微生物污染后形成的化合物，肉类产品中高浓度的生物胺是变质的指标，因此会对消费者的健康造成危害 ⁽⁴⁾。

环境监测对于维护食品安全和质量以及减少疾病通过受污染的水传播都非常重要 ⁽⁵⁾。由于电化学生物传感器操作简单、灵敏度高、体积小，因此有可能在环境监测中得到广泛应用。其中之一就是评估空气和水的质量，以确保饮用水和利用这些资源生产的食品可以安全食用。跟踪环境中的污染物不仅能提高食品质量，还有助于减少气候变化。电化学生物传感器还可用于跟踪废物的正确处理，从而减少污染和提高回收利用率 ⁽⁶⁾。

电化学生物传感器在环境监测方面的另一个应用是跟踪能源的生产和使用。电化学生物传感器的一个有前途的特点是与物联网（IoT）的整合，物联网允许协调大量传感器处理大量数据。例如，可以集成许多小型传感器来跟踪太阳能或风能，并根据需要控制能源消耗，从而优化能源使用和节约成本 (6)。物联网集成也已应用于食品传感器，以检测各批次食品的乙烯释放量（变质的标志）^（7）。

监测食品安全和环境参数对于减少疾病传播和废物产生以及应对环境污染和气候变化非常重要。电化学生物传感器非常适合这项任务，因为它们可以快速检测极少量的分析物，而且体积小、便于携带、价格低廉。它们可用于检测食品中的化学、微生物和物理污染，以及监测水质和适当的废物处理等环境因素。此外，电化学传感器还可以与物联网连接，以协调大量传感器的能源生产和消耗或食品质量数据。

有了电化学生物传感器等新技术和创新解决方案，未来可能很快就能实现随时提供安全食品和水的目标。电化学生物传感器在环境和食品加工系统监控方面的广泛应用和优势有助于推动技术进步，提高食品安全，因为它们可以解决当前食品安全面临的一些最大挑战，包括灵敏度、检测极限和成本。

参考文献

1. Zeng, L., Peng, L., Wu, D., & Yang, B. (2018). Electrochemical Sensors for Food Safety. In Nutrition in Health and Disease—Our Challenges Now and Forthcoming Time. IntechOpen.

2. Wang, X., Dong, S., Gai, P., Duan, R., & Li, F. (2016). Highly sensitive homogeneous electrochemical aptasensor for antibiotic residues detection based on dual recycling amplification strategy. Biosensors and Bioelectronics, 82, 49–54.

3. Weston, M., Geng, S., & Chandrawati, R. (2021). Food Sensors: Challenges and Opportunities. Advanced Materials Technologies, 6(5), 2001242.

4. Kannan, S. K., Ambrose, B., Sudalaimani, S., Pandiaraj, M., Giribabu, K., & Kathiresan, M. (2020). A review on chemical and electrochemical methodologies for the sensing of biogenic amines. Analytical Methods, 12(27), 3438–3453.

5. Groom. (2022). Why water testing is the next big diagnostic challenge—MedCity News. https://medcitynews.com/2022/02/why-water-testing-is-the-next-big-diagnostic-challenge/

6. Shukla, D. (2019). Novel Technologies For Environmental Monitoring And Control. Electronics For You. https://www.electronicsforu.com/technology-trends/novel-technologies-environmental-monitoring-control

7. Mitchell. (2015, July 23). Food Safety Roundup: Three Sensing Technologies for Detecting Hazards in Our Food—News. https://www.allaboutcircuits.com/news/food-safety-roundup-three-sensing-technologies-detecting-hazards-in-food/