摘 要：食品添加劑在改善食品品質方面發揮著重要作用，但非法添加或超量使用會危害消費者健康。電化學傳感器憑借靈敏度高、選擇性好、快速、成本低等優點，在食品添加劑檢測中展現出廣闊的應用前景。本文分析了電化學傳感器在抗氧化劑、甜味劑、色素等食品添加劑檢測方面的應用，提出采用納米材料修飾電極、分子印跡技術構建傳感器是其主要發展方向。新型電化學傳感器的研制有望進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支撐。

關鍵詞：電化學傳感器；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、延長保質期等方面發揮著重要作用，但一些不法商家非法添加或濫用食品添加劑，對消費者健康構成威脅。因此，發展快速、靈敏的食品添加劑檢測技術對保障食品安全至關重要。本文將聚焦電化學傳感器在食品添加劑檢測中的最新應用，以期為食品安全檢測提供新的思路。

1 電化學傳感器的基本原理與優勢

電化學傳感器是一類將待測物濃度轉化為電信號進行檢測的化學傳感器，主要由識別元件和信號轉導元件兩部分構成。識別元件可選擇性地與目標物結合，引起傳感界面電荷分布或電子轉移的改變，進而引起傳感器輸出電信號的變化[1]。電化學傳感器具有靈敏度高、選擇性好、響應速度快、制作成本低和易于小型化等突出優點，非常適合應用于食品添加劑的檢測分析。

2 電化學傳感器在抗氧化劑檢測中的應用

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。然而，過量攝入酚類抗氧化劑可能導致潛在的健康風險。動物實驗表明，高劑量BHA和BHT具有誘發腫瘤、干擾內分泌等毒性作用。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格規定。

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性質，如高比表面積、優異的導電性和催化活性等，在電化學傳感器構建中得到了廣泛應用。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、選擇性好的目標物傳感器。此外，將金納米粒子與其他功能納米材料復合，可進一步增強傳感器性能[2]。例如，以導電高分子/石墨烯復合物為基底，電沉積金納米粒子，可制得靈敏度和選擇性俱佳的電化學傳感器。這類傳感器能實現食品樣品中酚類抗氧化劑的痕量測定。

2.3 基于分子印跡技術的抗氧化劑傳感器

分子印跡技術是制備對目標分子具有預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）與電化學傳感器相結合，可制備出對目標物具有專一性識別能力的高選擇性電化學傳感器。以BHA為例，以BHA為模板分子，選擇適當的功能單體與交聯劑進行共聚，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BHA分子與MIP結合時，會引起MIP膜導電性和電荷傳遞阻抗的改變，據此可實現BHA的靈敏檢測。為了進一步提高MIP電化學傳感器的靈敏度，可在MIP中引入導電納米材料如金納米粒子、石墨烯等，或采用電化學聚合的方法合成MIP膜，所得傳感器可實現BHA的痕量檢測。除BHA外，這一策略還被成功應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。與傳統方法相比，MIP電化學傳感器具有選擇性好、制備簡單、成本低廉等優點，在食品添加劑檢測領域極具應用前景[3]。

3 電化學傳感器在甜味劑檢測中的應用

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，在食品工業中得到廣泛應用。然而，過量攝入這些甜味劑可能引起一定的健康風險。例如，大劑量攝入糖精鈉可能導致膀胱癌等疾病；安賽蜜和阿斯巴甜雖相對安全，但也有研究提出其潛在的神經毒性和代謝紊亂風險。因此，對食品中甜味劑含量進行有效監控十分必要。然而，傳統的甜味劑檢測方法如高效液相色譜法、氣相色譜-質譜聯用法等存在樣品前處理煩瑣、分析周期長、儀器昂貴等不足，急需發展快速、靈敏、簡便的新型檢測技術。

3.2 基于納米復合物修飾電極的甜味劑傳感器

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

適配體是一類能夠特異性結合目標分子的寡核苷酸或肽核酸分子，可用于構建具有優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記物，當目標物與適配體結合時，標記物與電極之間的電子傳遞行為會發生變化，據此可實現對目標物的靈敏檢測。基于這一策略，可構建高選擇性、高靈敏度的甜味劑電化學適配體傳感器。例如，篩選出特異性結合阿斯巴甜的適配體，將其固定在金電極表面，再以亞甲藍為信號分子標記適配體，當樣品中的阿斯巴甜與適配體結合時，亞甲藍的電化學信號發生變化，據此可實現對阿斯巴甜的特異性檢測。這類傳感器的檢出限一般可達nmol級，可滿足食品檢測的靈敏度要求。

4 電化學傳感器在食用色素檢測中的應用

4.1 人工合成色素的使用現狀與安全風險

人工合成色素因其色澤艷麗、穩定性好、成本低廉等優點，在食品工業中應用廣泛。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，可能非法使用工業用染料作為食品添加劑，如蘇丹紅、孔雀石綠等，這些物質具有致癌、致畸的風險。即使是批準使用的合成色素，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兒童多動癥。因此，嚴格監控食品中人工色素的添加量十分必要。傳統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，難以實現快速、在線檢測，采用電化學傳感技術有望突破這一瓶頸[5]。

4.2 基于碳納米材料的色素電化學傳感器

碳納米材料如碳納米管、石墨烯等因其優異的導電性和高比表面積，在電化學傳感器構建中得到了廣泛應用。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出優異的電流響應，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行標記，可放大免疫傳感器的響應信號，顯著提高檢測靈敏度。碳納米材料基電化學傳感器操作簡便、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異的電催化活性和高比表面積，可顯著提高電化學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，可構建出高性能的色素電化學傳感器。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出優異的選擇性和靈敏度，檢出限可達pmol水平。這種基于定向陣列的傳感器構建策略可有效提高傳感器的靈敏度。此外，ZnO納米棒陣列也是構建色素傳感器的優良材料，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的傳感器功能化改性方面具有一定優勢。

5 其他食品添加劑的電化學傳感檢測

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傳感技術實現。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氧化活性，可構建出靈敏的山梨酸鉀電化學傳感器。例如，以碳納米管/聚吡咯復合物修飾電極，在堿性條件下，山梨酸鉀在電極表面發生氧化反應，產生明顯的電流響應。該傳感器對山梨酸鉀表現出優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活性的食品添加劑如苯甲酸鈉、糖精鈉等，采用電化學傳感技術也可實現靈敏檢測[6]。

6 電化學傳感器在食品添加劑檢測中的局限性與發展建議

①傳感器的選擇性有待進一步提高。食品基質成分復雜，各種干擾物質可能影響傳感器的特異性識別。因此，在傳感器構建過程中，需著重優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電化學傳感器的重現性和穩定性還需進一步改善。納米材料在電極表面的組裝狀態會影響傳感器的性能，因此需優化組裝條件，提高不同批次傳感器的一致性。③電化學傳感器的檢測下限與標準分析方法還存在一定差距。可通過信號放大、聯用技術等方式進一步提升傳感器的靈敏度。未來，電化學傳感器在材料、結構、集成化等方面的持續優化，有望突破當前局限，真正實現食品添加劑的現場快速檢測。

7 結語

電化學傳感器在食品添加劑檢測領域展現出巨大的應用潛力。采用新型納米材料、分子印跡等技術構建的傳感器，在靈敏度、選擇性等方面取得了很大進步。但目前電化學傳感器在實際樣品檢測中的應用還不夠普遍，其穩定性、重現性等有待進一步提高。未來，電化學傳感器在材料、結構等方面的優化，以及與其他分析技術的聯用，將大大拓寬其應用范圍。電化學傳感器有望成為食品添加劑檢測的主流技術，為保障食品安全、維護消費者權益做出更大貢獻。

參考文獻

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