电化学传感器如何支持食品安全分析
食品安全分析是应对人类健康危害的关键部分。目前，大部分食品分析采用传统方法，存在一些缺点。本文将探讨电化学传感器如何帮助改进食品安全分析，并讨论该领域的最新进展。
图片来源：SatawatK/Shutterstock.com
电化学传感器
电化学传感器是将电化学数据转换为可分析分析的信号的装置。电化学传感器由分析物、与分析物结合的受体和将反应转化为可检测电信号的传感器组成。
电极用作电化学传感器中的换能器。在大多数电化学传感器中，反应发生在电极表面。电极将氧化或还原分析物或样品。反应产生的电流用于计算样品浓度等关键数据。
电化学传感器的使用
电化学传感器最初用于监测工业氧气。然而，它们现在在各种应用中使用和开发。例如，气体传感器检测一氧化碳；电化学生物传感器检测食品中的非法添加剂或污染颗粒；用于水质监测的重金属传感器；用于测量润滑油劣化的碳氢化合物传感器和用于评估机油劣化的醇和酮传感器。
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食品安全和质量是食品行业的关键问题。人们越来越希望保护食物链和产品免受有害或破坏性化学物质的侵害，例如对我们的健康有害的污染物、过敏、毒素或感染。传统的方法受到冗长的研究、昂贵和复杂的程序以及缺乏称职员工的限制。
传统上，食品分析是在制造过程结束时借助质谱、色谱和紫外线检测进行的。然而，这些技术具有多种缺点。
首先，检查是在制造过程结束时进行的。因此，受污染的物体可能会在整个制造链中传播，或者甚至可以在发现污染之前销售食品。其次，这些是耗时、劳动密集型和昂贵的技术，因为它们需要大量样本和专业工人。
电化学传感器：解决食品安全分析面临的挑战
电化学生物传感器允许在整个制造过程中检查食品。此外，在毒素积累通常与时间一致的情况下，电化学生物传感器在分析速度方面具有显着优势。例如，真菌毒素是致癌的次生代谢物，会影响多种食物，包括坚果、谷物、蔬菜、面包、干果和肉类。
在这些情况下，电化学生物传感器是更好的选择，因为它们将检测时间从几天缩短到几分钟。此外，原位检测提高了分析工具的便携性，这些工具通常无需培训即可使用，还可以将实时分析集成到食品加工系统中。
目前的研究和应用
美国科学家使用气溶胶喷墨打印开发了一种基于石墨烯的电化学传感器。该传感器比标准实验室测试更快地检测食物中的毒素和组胺。科学家们发现，石墨烯生物传感器可以在缓冲溶液和鱼汤中检测到具有大量毒理学意义的组胺，组胺与人的头痛、腹泻和过敏反应有关。它们是 6.25–100 ppm 和 6.25–200 ppm，限值分别为 2.52 ppm 和 3.41 ppm。
鱼类中超过 50 ppm 的组胺水平会导致一些人严重过敏，甚至食物中毒。同样重要的是，传感器的响应时间很短（33 分钟），并且不需要对产品样品进行预处理。
孔苏埃洛等人。（2013 年）开发了一种电流亲和生物传感器，用于量化和检测 β-内酰胺类抗生素的残留。该传感器对生乳中测试的抗生素显示出低 ppb 检测限，对牛奶和乳制品中常见的其他抗生素残留物具有高选择性。
Ang、Por 和 Yam (2015) 开发了一种基于将葡萄糖氧化酶固定在固定在铂电极上的惰性壳聚糖膜上的电流型酶电化学生物传感器。
这种生物传感器的基本原理是通过电化学检测酶促释放的过氧化氢 (H 2 O 2 ) 来量化葡萄糖。电化学生物传感器测量苹果、梨、芒果、西瓜和橙组织匀浆中的葡萄糖含量。准确度与商业葡萄糖测定试剂盒大致相似，在 s/n > 3 时检测限为 0.05 mM。
未来发展
食品安全无疑是全球面临的主要挑战之一。电化学传感器被用来克服这一挑战，因为它们便宜得多并且更容易小型化。因此，可以改进食品制造中的实时监控，尤其是乳制品和酿造产品。
由于食品供应链各个阶段样品分析的准确性，电化学传感器将被广泛用作食品生产和安全的未来工具。
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