综述：纳米技术传感食品腐败的研究进展与挑战

这篇综述系统探讨了纳米技术（NT）在食品腐败检测中的创新应用，重点介绍了纳米复合材料（如金属/金属氧化物纳米颗粒、碳基材料）和凝胶结构平台作为传感基质的优势，其高灵敏度（检测限达皮摩尔级）和选择性可实时监测病原体、毒素等危害物。同时指出纳米传感器（NS）在食品安全包装、营养研究中的潜力，但需解决毒性评估（如纳米颗粒迁移）和生物降解性等挑战。

　　

纳米技术赋能食品腐败监测：从原理到挑战

1. 引言
食品腐败是全球粮食安全的核心问题，涉及微生物（如沙门氏菌、大肠杆菌）、化学（脂质氧化）和物理（水分迁移）等多重机制。纳米技术通过设计1-100 nm尺度材料，利用其独特的表面效应和量子尺寸效应，为食品腐败检测提供了突破性工具。例如，金纳米颗粒（AuNPs）和碳量子点（CDs）可通过比色或电化学信号实现病原体超敏检测（限达10²
cfu/mL）。

2. 食品腐败机制
腐败过程受水分活度（a_w
）、温度（如玻璃化转变温度T_g
）和微生物代谢共同驱动。蛋白质腐败产生生物胺（如尸胺、组胺），而脂质氧化生成挥发性硫化物（H₂
S）。纳米传感器通过捕获这些标志物（如NH₃
、CO₂
）实现早期预警。

3. 纳米材料与传感平台
3.1 纳米复合材料

• 金属基：AgNPs嵌入壳聚糖膜可抑制真菌（如曲霉菌），ZnO纳米线检测肉类TVB-N（总挥发性盐基氮）。
• 碳基：多壁碳纳米管（MWCNTs）适配体传感器对沙门氏菌的检测限达25 cfu/mL。
• 水凝胶：多孔结构负载量子点（QDs），通过溶胀响应pH变化，可视化指示腐败程度。

4. 应用与局限
纳米传感器已用于：

• 毒素检测：AFB₁
  电化学传感器灵敏度达0.6×10^–4
  ppt。
• 实时监测：智能包装集成无线传输技术，追踪冷链物流中的温度波动。
  挑战包括制造成本（如纳米压印光刻技术）、环境持久性（如CeO₂
  NPs的降解路径未明）及法规空白。

5. 未来方向
仿生降解纳米材料（如纤维素-明胶复合膜）和人工智能驱动的多标物联检系统将成为研究热点，需跨学科合作推动从实验室到产业的转化。