食品安全和环境监测技术的进步：为餐桌带来创新

作者：Holly Young霍利-杨

随着人口的不断增长，世界对食品的需求也在迅速增加，在这种情况下，食品安全至关重要。被认为不安全的食品会对人类健康造成危害，因此，对危害性疾病爆发负有责任的食品生产公司可能会遭受毁灭性的后果。因此，需要能够有效监控食品安全和食品生长环境的技术，以确保食品的食用安全。

目前，食品安全领域使用的是 HPLC 或 ELISA 等传统方法，但这些方法成本高、耗时长，需要大量样本、专业设备和训练有素的人员。这对于资源有限的地区来说并不理想，因为这些地区没有那么多钱投资专业方法。消费者偏好的变化以及食品生产趋势的变化是食品安全监控需要更多技术的另一个原因。人们越来越需要更有效、快速和低成本的食品安全和环境监测方法。电化学生物传感器等技术的发展为食品安全和环境监测带来了巨大的变革前景。

各种分析技术，如高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法、拉曼色谱法和免疫检测法（包括酶联免疫吸附测定法（ELISA）），是食品安全检测方法中使用的一些传统方法。这些方法被证明是成功的，因为它们是可靠、灵敏和特异的技术，但它们也有许多缺点：这些方法耗时、昂贵，需要专业设备和训练有素的人员才能使用 ⁽¹⁾。另一个问题是，这些方法通常在食品生产过程的最后阶段进行。这是一个很大的风险，因为如果受污染的产品躲过了当前过时的检测方法，就有可能流入消费者手中 ⁽²⁾。

高效液相色谱法（HPLC）涉及对分解成单个成分的食品样本进行分析，以检测可能存在的任何添加剂或污染物。这是一种高选择性、高灵敏度的过程，也是准确检测和量化大多数食品分析物的最成功方法之一^{（3, 4）}。

电化学传感器已成为食品安全领域备受关注的话题，它在克服前面讨论过的传统方法所面临的一些局限性方面具有巨大的潜力。它们已被用于检测食品污染物，如重金属、非法添加剂、杀虫剂、生物毒素和食源性病原体。由于应用范围广泛，它们还可用于环境监测的检测，例如水质监测。

与传统方法相比，电化学生物传感器的优势包括：

• 传感材料成本低
• 在需要时快速得出结果
• 使用时不需要昂贵的专业设备或广泛的培训
• 可在现场使用，进行实时分析，只需少量样品制备
• 可生产微型电化学传感器

电化学生物传感器可用于在食品生产的各个阶段对食品样本进行筛查，因为它们更经济实惠，可为食品加工和监测提供更强大的解决方案。由于可以进行定期筛查，任何疾病的爆发都可以在早期阶段得到控制，有助于最大限度地降低有害影响的风险并提高食品质量。电化学传感器面临的主要问题是其稳定性 ⁽¹⁾。

电化学传感器的一个例子是基于纳米材料的电化学传感器，该传感器利用金纳米粒子的光学和电学特性。这种传感器被用于检测两种合成染料：甲氰基黄和快速绿（FCF）。这些染料被食品监管部门禁止使用，因为它们对人类健康构成威胁：美他尼被列为第二类毒素，与癌症的发生有关。尽管如此，这些染料仍被用于食品中，因为它们能使产品对消费者更有吸引力，而且是天然染料的廉价替代品。这种传感器显示出巨大的前景，因为它对水和果汁样品中的两种食品染料具有良好的选择性 ⁽⁵⁾。

食品生产行业在很大程度上依赖于环境监测，以确保食品种植地区的食品生产和消费安全^（6）。这有助于预防植物性食品和动物性食品中的人类疾病。监测食物垃圾也是环境监测的重要组成部分，因为食物垃圾会向大气释放有毒气体，导致全球变暖。 开发的电化学传感器能够持续监测水质以及水中的 pH 值、温度和游离氯。事实证明，它在监测泳池、水龙头和湖泊中的水质方面取得了成功，因此还有进一步向更大领域发展的空间^（8）。这只是电化学传感器成为食品生产和消费行业不可或缺技术的一个例子。

开发便携、灵敏、特异、低成本和可靠的技术，确保在整个食品生产过程中保持食品安全标准，对于确保消费者对产品的信心至关重要。对几种类型的电化学传感器的开发和研究证明，它们能够克服传统方法所面临的许多局限性，因而很受欢迎。对电化学生物传感器等更现代技术的进一步研究还有很大的空间，它们可以彻底改变食品安全和环境监测的方式。这将被证明是极其重要的，因为食品浪费也是一个重大问题，而减少浪费和提高食品质量将有助于解决这一问题。环境监测也将在提高食品质量方面发挥作用，并通过在一段时间内监测各种参数来应对气候变化。

参考文献

1. Zeng, L. et al., 2018, ‘Electrochemical Sensors for Food Safety’, in G. Mózsik, M. Figler (eds.), Nutrition in Health and Disease – Our Challenges Now and Forthcoming Time, IntechOpen, London. 10.5772/intechopen.82501.

2. Curulli A. Electrochemical Biosensors in Food Safety: Challenges and Perspectives. Molecules. 2021;26(10):2940. Published 2021 May 15. doi:10.3390/molecules26102940

3. Gratzfeld-Hüsgen, A. and Schuster, R., 2001. [online] Agilent.com. Available at: <https://www.agilent.com/cs/library/primers/Public/59883294.pdf#:~:text=High-performance%20liquid%20chromatography%20%28HPLC%29%20is%20used%20increasingly%20in,quantified%20by%20suitable%20detectors%20and%20data%20handling%20systems.>

4. Gratzfeld-Huesgen, A. and Schein, A., 2002. | Food Safety. [online] Food-safety.com. Available at: https://www.food-safety.com/articles/2098-the-application-of-hplc-in-food-analysis

5. Afzal Shah, A Novel Electrochemical Nanosensor for the Simultaneous Sensing of Two Toxic Food Dyes, ACS Omega 2020 5 (11), 6187-6193, DOI: 10.1021/acsomega.0c00354

6. Shukla, D., 2019. Novel Technologies For Environmental Monitoring And Control. [online] Electronics For You. Available at: <https://www.electronicsforu.com/technology-trends/novel-technologies-environmental-monitoring-control>

7. Groom, P., 2022. Why water testing is the next big diagnostic challenge – MedCity News. [online] MedCity News. Available at: <https://medcitynews.com/2022/02/why-water-testing-is-the-next-big-diagnostic-challenge/>

8. Alam AU, Clyne D, Jin H, Hu NX, Deen MJ. Fully Integrated, Simple, and Low-Cost Electrochemical Sensor Array for in Situ Water Quality Monitoring. ACS Sens. 2020 Feb 28;5(2):412-422. doi: 10.1021/acssensors.9b02095. Epub 2020 Feb 18. PMID: 32028771