摘 要：食品添加劑在改善食品品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用，但非法添加或超量使用會危害消費者健康。電化學(xué)傳感器憑借靈敏度高、選擇性好、快速、成本低等優(yōu)點，在食品添加劑檢測中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文分析了電化學(xué)傳感器在抗氧化劑、甜味劑、色素等食品添加劑檢測方面的應(yīng)用，提出采用納米材料修飾電極、分子印跡技術(shù)構(gòu)建傳感器是其主要發(fā)展方向。新型電化學(xué)傳感器的研制有望進(jìn)一步提高食品添加劑檢測的靈敏度和選擇性，為保障食品安全提供重要的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)傳感器；食品添加劑；納米材料；分子印跡；食品安全

Abstract： Food additives play an important role in improving food quality， but the illegal addition or excessive use will harm the health of consumers. With the advantages of high sensitivity， good selectivity， high speed and low cost， the electrochemical sensor shows a broad application prospect in the field of food additives detection. In this paper， the application of electrochemical sensors in the detection of antioxidants， sweeteners， pigments and other food additives is analyzed， and the main development direction of the sensor is to use nanomaterial modified electrodes and molecular imprinting technology to construct the sensor. The development of a new electrochemical sensor is expected to further improve the sensitivity and selectivity of food additive detection， and provide important technical support for food safety.

Keywords： electrochemical sensor; food additives; nanomaterials; molecular imprinting; food safety

食品添加劑在改善食品感官品質(zhì)、延長保質(zhì)期等方面發(fā)揮著重要作用，但一些不法商家非法添加或濫用食品添加劑，對消費者健康構(gòu)成威脅。因此，發(fā)展快速、靈敏的食品添加劑檢測技術(shù)對保障食品安全至關(guān)重要。本文將聚焦電化學(xué)傳感器在食品添加劑檢測中的最新應(yīng)用，以期為食品安全檢測提供新的思路。

1 電化學(xué)傳感器的基本原理與優(yōu)勢

電化學(xué)傳感器是一類將待測物濃度轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行檢測的化學(xué)傳感器，主要由識別元件和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)元件兩部分構(gòu)成。識別元件可選擇性地與目標(biāo)物結(jié)合，引起傳感界面電荷分布或電子轉(zhuǎn)移的改變，進(jìn)而引起傳感器輸出電信號的變化[1]。電化學(xué)傳感器具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快、制作成本低和易于小型化等突出優(yōu)點，非常適合應(yīng)用于食品添加劑的檢測分析。

2 電化學(xué)傳感器在抗氧化劑檢測中的應(yīng)用

2.1 酚類抗氧化劑的危害與檢測意義

酚類抗氧化劑如丁基羥基茴香醚（Butyl Hydroxyanisole，BHA）、2，6-二叔丁基對甲酚（Butylated Hydroxytoluene，BHT）等，常被添加到油脂食品中以延緩其氧化變質(zhì)。然而，過量攝入酚類抗氧化劑可能導(dǎo)致潛在的健康風(fēng)險。動物實驗表明，高劑量BHA和BHT具有誘發(fā)腫瘤、干擾內(nèi)分泌等毒性作用。為保障食品安全，各國均對食品中酚類抗氧化劑的使用量有嚴(yán)格規(guī)定。

2.2 基于納米材料修飾電極的抗氧化劑傳感器

納米材料因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性和催化活性等，在電化學(xué)傳感器構(gòu)建中得到了廣泛應(yīng)用。將納米材料組裝到電極表面，可顯著提高傳感器的靈敏度和選擇性。例如，采用電化學(xué)沉積法在電極表面制備金納米粒子修飾層，再通過硫醇化合物將特異性識別分子固定在金表面，可制備靈敏度高、選擇性好的目標(biāo)物傳感器。此外，將金納米粒子與其他功能納米材料復(fù)合，可進(jìn)一步增強傳感器性能[2]。例如，以導(dǎo)電高分子/石墨烯復(fù)合物為基底，電沉積金納米粒子，可制得靈敏度和選擇性俱佳的電化學(xué)傳感器。這類傳感器能實現(xiàn)食品樣品中酚類抗氧化劑的痕量測定。

2.3 基于分子印跡技術(shù)的抗氧化劑傳感器

分子印跡技術(shù)是制備對目標(biāo)分子具有預(yù)定義選擇性識別位點的聚合物材料的方法。將分子印跡聚合物（Molecular Imprinted Polymer，MIP）與電化學(xué)傳感器相結(jié)合，可制備出對目標(biāo)物具有專一性識別能力的高選擇性電化學(xué)傳感器。以BHA為例，以BHA為模板分子，選擇適當(dāng)?shù)墓δ軉误w與交聯(lián)劑進(jìn)行共聚，然后將模板分子洗脫，即得到對BHA具有特異性識別位點的MIP。將MIP材料組裝到電極表面，當(dāng)BHA分子與MIP結(jié)合時，會引起MIP膜導(dǎo)電性和電荷傳遞阻抗的改變，據(jù)此可實現(xiàn)BHA的靈敏檢測。為了進(jìn)一步提高M(jìn)IP電化學(xué)傳感器的靈敏度，可在MIP中引入導(dǎo)電納米材料如金納米粒子、石墨烯等，或采用電化學(xué)聚合的方法合成MIP膜，所得傳感器可實現(xiàn)BHA的痕量檢測。除BHA外，這一策略還被成功應(yīng)用于其他酚類抗氧化劑如BHT、特丁基對苯二酚（Tert-Butyl Hydroquinone，TBHQ）等的檢測。與傳統(tǒng)方法相比，MIP電化學(xué)傳感器具有選擇性好、制備簡單、成本低廉等優(yōu)點，在食品添加劑檢測領(lǐng)域極具應(yīng)用前景[3]。

3 電化學(xué)傳感器在甜味劑檢測中的應(yīng)用

3.1 常見人工合成甜味劑及其安全性

人工合成甜味劑如糖精、安賽蜜、阿斯巴甜等因其低熱量和高甜度的特點，在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，過量攝入這些甜味劑可能引起一定的健康風(fēng)險。例如，大劑量攝入糖精鈉可能導(dǎo)致膀胱癌等疾?。话操惷酆桶⑺拱吞痣m相對安全，但也有研究提出其潛在的神經(jīng)毒性和代謝紊亂風(fēng)險。因此，對食品中甜味劑含量進(jìn)行有效監(jiān)控十分必要。然而，傳統(tǒng)的甜味劑檢測方法如高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法等存在樣品前處理煩瑣、分析周期長、儀器昂貴等不足，急需發(fā)展快速、靈敏、簡便的新型檢測技術(shù)。

3.2 基于納米復(fù)合物修飾電極的甜味劑傳感器

納米復(fù)合物兼具多種納米材料的優(yōu)異性質(zhì)，可用于構(gòu)建靈敏度高、選擇性好的電化學(xué)傳感器。將納米金屬粒子、碳納米管、石墨烯等導(dǎo)電納米材料與功能高分子復(fù)合，可得到同時具有優(yōu)良導(dǎo)電性、催化活性和生物相容性的復(fù)合功能材料。以此類納米復(fù)合物修飾電極，再偶聯(lián)上特異性識別分子，可制得高性能的甜味劑電化學(xué)傳感器[4]。例如，可先用電聚合法在電極表面制備導(dǎo)電高分子膜，再電沉積金納米粒子，所得復(fù)合膜導(dǎo)電性能優(yōu)異。將糖精或阿斯巴甜特異性適配體分子修飾到復(fù)合膜表面，即得到對相應(yīng)甜味劑具有優(yōu)異分析性能的電化學(xué)傳感器，可實現(xiàn)食品樣品中該甜味劑的快速測定。

3.3 基于適配體的甜味劑電化學(xué)傳感器

適配體是一類能夠特異性結(jié)合目標(biāo)分子的寡核苷酸或肽核酸分子，可用于構(gòu)建具有優(yōu)異選擇性的生物傳感器。將適配體固定在電極表面，再引入氧化還原活性標(biāo)記物，當(dāng)目標(biāo)物與適配體結(jié)合時，標(biāo)記物與電極之間的電子傳遞行為會發(fā)生變化，據(jù)此可實現(xiàn)對目標(biāo)物的靈敏檢測?；谶@一策略，可構(gòu)建高選擇性、高靈敏度的甜味劑電化學(xué)適配體傳感器。例如，篩選出特異性結(jié)合阿斯巴甜的適配體，將其固定在金電極表面，再以亞甲藍(lán)為信號分子標(biāo)記適配體，當(dāng)樣品中的阿斯巴甜與適配體結(jié)合時，亞甲藍(lán)的電化學(xué)信號發(fā)生變化，據(jù)此可實現(xiàn)對阿斯巴甜的特異性檢測。這類傳感器的檢出限一般可達(dá)nmol級，可滿足食品檢測的靈敏度要求。

4 電化學(xué)傳感器在食用色素檢測中的應(yīng)用

4.1 人工合成色素的使用現(xiàn)狀與安全風(fēng)險

人工合成色素因其色澤艷麗、穩(wěn)定性好、成本低廉等優(yōu)點，在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛。常見的合成食用色素包括莧菜紅、日落黃、酸性紅等。然而，一些不法商家為了降低成本，可能非法使用工業(yè)用染料作為食品添加劑，如蘇丹紅、孔雀石綠等，這些物質(zhì)具有致癌、致畸的風(fēng)險。即使是批準(zhǔn)使用的合成色素，過量攝入也可能引起過敏等健康問題。例如，有研究提出食用含檸檬黃、日落黃等色素的食品可誘發(fā)兒童多動癥。因此，嚴(yán)格監(jiān)控食品中人工色素的添加量十分必要。傳統(tǒng)的色素檢測方法如紫外-可見分光光度法、高效液相色譜法等，樣品前處理煩瑣，難以實現(xiàn)快速、在線檢測，采用電化學(xué)傳感技術(shù)有望突破這一瓶頸[5]。

4.2 基于碳納米材料的色素電化學(xué)傳感器

碳納米材料如碳納米管、石墨烯等因其優(yōu)異的導(dǎo)電性和高比表面積，在電化學(xué)傳感器構(gòu)建中得到了廣泛應(yīng)用。將碳納米材料組裝到電極表面，可大大提高電極的電活性表面積和電子傳遞速率，有利于提高傳感器的靈敏度。例如，采用層層組裝法將碳納米管和石墨烯復(fù)合物沉積在玻碳電極表面，再通過靜電吸附固定色素分子探針，所得傳感器對日落黃表現(xiàn)出優(yōu)異的電流響應(yīng)，檢出限可低至nmol水平。除了作為電極基底，碳納米材料還可用于信號放大。例如，采用石墨烯量子點對二級抗體進(jìn)行標(biāo)記，可放大免疫傳感器的響應(yīng)信號，顯著提高檢測靈敏度。碳納米材料基電化學(xué)傳感器操作簡便、靈敏度高，可用于食品中人工色素的快速篩查。

4.3 基于金屬氧化物納米材料的色素傳感器

金屬氧化物納米材料如二氧化鈦納米管、氧化鋅納米棒等具有優(yōu)異的電催化活性和高比表面積，可顯著提高電化學(xué)傳感器的靈敏度和選擇性。將金屬氧化物納米材料組裝到電極表面，再引入特異性識別分子，可構(gòu)建出高性能的色素電化學(xué)傳感器。例如，采用陽極氧化法在鈦板上制備TiO2納米管陣列，再通過硅烷偶聯(lián)劑修飾色素特異性適配體，所得適配體傳感器對日落黃和莧菜紅表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和靈敏度，檢出限可達(dá)pmol水平。這種基于定向陣列的傳感器構(gòu)建策略可有效提高傳感器的靈敏度。此外，ZnO納米棒陣列也是構(gòu)建色素傳感器的優(yōu)良材料，采用類似的方法可制得靈敏度和選擇性俱佳的色素適配體傳感器。與碳材料相比，金屬氧化物納米材料在后續(xù)的傳感器功能化改性方面具有一定優(yōu)勢。

5 其他食品添加劑的電化學(xué)傳感檢測

除了上述抗氧化劑、甜味劑和色素，防腐劑和增稠劑等其他食品添加劑的檢測也可借助電化學(xué)傳感技術(shù)實現(xiàn)。以山梨酸鉀為例，它是一種常用的防腐劑，可有效抑制食品中細(xì)菌和霉菌的生長。然而，過量使用山梨酸鉀可能引起消化不良等健康問題。因此，發(fā)展快速、靈敏的山梨酸鉀檢測方法十分必要。利用山梨酸鉀在堿性條件下的電化學(xué)氧化活性，可構(gòu)建出靈敏的山梨酸鉀電化學(xué)傳感器。例如，以碳納米管/聚吡咯復(fù)合物修飾電極，在堿性條件下，山梨酸鉀在電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的電流響應(yīng)。該傳感器對山梨酸鉀表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度和選擇性，可用于食品樣品中山梨酸鉀的快速測定。類似地，對于其他具有電化學(xué)活性的食品添加劑如苯甲酸鈉、糖精鈉等，采用電化學(xué)傳感技術(shù)也可實現(xiàn)靈敏檢測[6]。

6 電化學(xué)傳感器在食品添加劑檢測中的局限性與發(fā)展建議

①傳感器的選擇性有待進(jìn)一步提高。食品基質(zhì)成分復(fù)雜，各種干擾物質(zhì)可能影響傳感器的特異性識別。因此，在傳感器構(gòu)建過程中，需著重優(yōu)化識別分子的篩選和修飾條件，提高傳感器的抗干擾能力。②電化學(xué)傳感器的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性還需進(jìn)一步改善。納米材料在電極表面的組裝狀態(tài)會影響傳感器的性能，因此需優(yōu)化組裝條件，提高不同批次傳感器的一致性。③電化學(xué)傳感器的檢測下限與標(biāo)準(zhǔn)分析方法還存在一定差距?？赏ㄟ^信號放大、聯(lián)用技術(shù)等方式進(jìn)一步提升傳感器的靈敏度。未來，電化學(xué)傳感器在材料、結(jié)構(gòu)、集成化等方面的持續(xù)優(yōu)化，有望突破當(dāng)前局限，真正實現(xiàn)食品添加劑的現(xiàn)場快速檢測。

7 結(jié)語

電化學(xué)傳感器在食品添加劑檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。采用新型納米材料、分子印跡等技術(shù)構(gòu)建的傳感器，在靈敏度、選擇性等方面取得了很大進(jìn)步。但目前電化學(xué)傳感器在實際樣品檢測中的應(yīng)用還不夠普遍，其穩(wěn)定性、重現(xiàn)性等有待進(jìn)一步提高。未來，電化學(xué)傳感器在材料、結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)化，以及與其他分析技術(shù)的聯(lián)用，將大大拓寬其應(yīng)用范圍。電化學(xué)傳感器有望成為食品添加劑檢測的主流技術(shù)，為保障食品安全、維護(hù)消費者權(quán)益做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]賴亭潤，舒慧，楊智超，等.電化學(xué)傳感器在食品檢測中的應(yīng)用[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2021，12（16）：6424-6430.

[2]董詩詩，鄭園，常利民.電化學(xué)傳感器在食品檢測中的應(yīng)用探析[J].中國食品工業(yè)，2024（1）：89-91.

[3]史輕舟，邵高聳，許焯，等.電化學(xué)方法檢測食品添加劑研究進(jìn)展[J].食品科技，2023，48（9）：239-246.

[4]彭鋼，張凱文，孫明慧，等.黑磷基電化學(xué)傳感器在食品檢測中的研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2024，45（11）：301-313.

[5]楊凱，張洪春.電化學(xué)傳感器在食品檢測中的應(yīng)用[J].中國食品，2023（12）：70-72.

[6]吳月.電化學(xué)傳感器在食品檢測中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代食品，2023，29（10）：36-38.