一种结合淀粉-KI 试纸的 96 孔顶空碘量法，用于新鲜食品接触液中甲醛的高通量筛选

《Talanta》：A 96-Well Headspace Iodometric Assay with a Starch–KI Paper for High-Throughput Screening of Formaldehyde in Fresh-Food Contacting Liquids

　　

摘要

甲醛在新鲜食品中的滥用仍然是食品安全关注的问题，需要适合食品相关水样样本的高通量筛选方法。本研究提出了一种 96 孔微孔板顶空碘量法测定，结合淀粉 - 碘化钾纸传感器和数字图像分析，用于测量样品接触液中的甲醛。经典的次碘酸盐氧化化学被改编为原位顶空碘生成系统：甲醛在碱性条件下被氧化，酸化后，溶液中形成的碘分配到顶空中，并被覆盖在孔上的淀粉 - 碘化钾浸渍纸片捕获。捕获的碘在干燥的淀粉 - 碘化钾 - 纤维素基质中产生与碘/多碘化物相关的棕色颜色响应，通过平板扫描仪图像分析进行定量。该纸传感器提供均匀的颜色响应，信号稳定性至少 60 分钟，以及出色的板内孔间重复性（0.6 mM 时 RSD 为 3%，n = 96）。在优化条件下，该测定法表现出 0.2–1.2 mM 的线性工作范围，检测限为 0.06 mM。干扰测试显示对代表性羰基化合物具有化合物依赖性耐受性。在七种海鲜、内脏、蔬菜和蘑菇基质中获得了 100–118% (n = 5) 的加标回收率。对真实样本的应用揭示了选定储存液和冲洗液中可释放甲醛的毫摩尔水平。对覆盖低、中、高浓度水平的三个代表性样本的初步比较显示，所提议的测定法与传统亚硫酸盐滴定法之间没有统计学显著差异（配对 t 检验，P > 0.05）。0.86 的 AGREE 绿色度评分表明具有有利的分析绿色度概况。与报道的基于荧光和乙酰丙酮的比色测定法相比，所提议的平台集成了简单的水基试剂、基于顶空的基质分离、无图案化纸传感和 96 孔通量，为新鲜食品接触液中可释放甲醛的常规筛选提供了实用工具。该方法针对释放到样品接触液中的甲醛，而不是可食用组织中的总甲醛。升高的响应表明需要确认性分析的筛选结果。

引言

甲醛可能以低背景水平出现在食品中，来自自然的生化过程，但它也曾在某些新鲜食品供应链中被非法用作防腐剂，以延长表观新鲜度和保质期 [1], [2], [3], [4]。由于其毒性有据可查，许多司法管辖区，包括泰国 [4], [5]，都禁止将甲醛用作食品添加剂。实用的分析工具对于食品安全监测和监管执法至关重要，特别是对于许多样本的快速、一致的常规筛选。实际上，涉嫌滥用通常涉及表面接触处理，如蘸取或浸泡，使得接触样本的液体（储存液或冲洗液）成为重要且制备最少的基质，用于许多检查中的筛选。即使是低水平也可能引起健康问题，如呼吸道刺激、皮肤敏感化和过敏反应，慢性暴露与癌症风险相关 [6], [7]。因此，检测复杂食品中甲醛的敏感、可靠方法对于安全和监管目的至关重要。这些方法应该是高通量的、易于使用的，并适合常规筛选，同时通过最小化试剂使用和避免有机溶剂来保持环境可持续性 [8]。

色谱和光谱方法为甲醛测定提供了高灵敏度和选择性，但通常需要衍生化、专用仪器、经过培训的人员和相对广泛的样品制备 [1], [2]。为了简化检测，基于智能手机的数字图像比色法已与微型化反应格式相结合，包括微管 [9]、含试剂的瓶帽 [3] 和悬浮试剂微滴 [10]。这些方法用紧凑的成像设备取代传统的光学仪器，并促进便携式或分散式分析。使用纸基分析装置 (PADs) 实现了进一步的微型化 [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]，它可以减少试剂消耗和废物，同时提供低成本的比色 [11], [12], [15], [16], [17] 或荧光读数 [13], [14]。尽管有这些优点，直接液体接触 PADs（在此定义为样品直接沉积在检测区或通过检测区运输的纸装置）可能会受到异质液体传输、不均匀颜色形成以及基质成分（如悬浮固体、色素和溶解盐）的影响。基于顶空的纸传感器可以通过物理分离样品液体和检测层来减少这些影响。如表 1 总结，报道的甲醛分析纸基方法包括具有不同反应化学、操作条件和器件制备要求的荧光和比色系统 [13], [14], [15], [16], [17]。基于荧光的方法可以实现低检测限，但可能需要荧光探针合成、衍生化反应、加热、搅拌或多步处理 [13], [14]。比色顶空方法提供简单的光学读数，包括基于甲醛与乙酰丙酮和氨的 Hantzsch 反应的系统，通常使用 Nash 试剂实现，该试剂含有醋酸铵、乙酰丙酮和醋酸，以及涉及二氧化硫生成的间接方法 [15], [16], [17]。一些报道的格式仍然需要加热、图案化或组装的纸组件、新鲜湿润的指示层或单器件到有限批量操作 [13], [14], [15], [16], [17]。纸基平台也可能涉及打印、表面改性或多层组装，增加了制造复杂性 [18]。这些局限性凸显了对更简单的蒸汽相传感方法的需求。

本研究使用的干燥淀粉 -KI 纸改编自我们之前报道的碘蒸气捕获层，并不提议作为一种新的纸传感材料 [19]。相反，本研究的主要贡献在于将这种无图案化的蘸取 - 干燥捕获层与甲醛依赖的次碘酸盐 - 碘酸盐 - 碘反应序列集成在 96 孔微孔板顶空格式中，用于新鲜食品接触液的高通量筛选。甲醛在碱性条件下被氧化，随后酸化生成碘，分配到受限的顶空中，并被淀粉 -KI 纸捕获以进行基于扫描仪的图像分析。所开发的系统用于平行测定新鲜食品接触液中可释放的甲醛，包括用于储存、浸泡和冲洗的液体。系统地评估了其反应条件、分析性能、干扰行为、对真实样本的适用性、与传统参考程序的一致性以及分析绿色度。

章节片段

化学品、试剂和制备

化学品：分析级甲醛 37 % w/v 购自 QR?C?（新西兰），碘晶体购自 VWR International Ltd. BDH（日本）。淀粉购自 VWR International Ltd. BDH（英格兰），碘化钾购自 BDH Chemicals Limited（英格兰）。氢氧化钾购自 Merck（达姆施塔特，德国），盐酸购自 RCI Labscan Limited。乙醛购自 PanReac AppliChem (ITW Reagents)。

次碘酸盐 - 碘酸盐碘生成序列

本研究中使用的碘量化学基于 Walker 专著中描述的经典 Romijn 碘方法，用于甲醛的定量测定 [21]。在碱性介质中，碘原位转化为次碘酸盐 (IO^-)，作为有效的氧化物种。甲醛 (HCHO) 发生化学计量氧化形成甲酸。同时，通过耦合的碘 - 次碘酸盐转化产生碘化物和碘酸盐物种，如表示

结论

开发了一种绿色的 96 孔微孔板顶空碘量法测定，用于快速筛选和量化新鲜食品接触液中可释放的甲醛，包括储存、浸泡和冲洗液。经典的次碘酸盐化学被改编用于原位碘生成，并与淀粉 -KI 纸捕获层和基于扫描仪的成像分析相结合。这种方法将传统的碘量反应转化为高通量顶空比色格式，具有

CRediT 作者贡献声明

Aumpika Kongsatjaviwat: 写作 – 初稿，验证，方法学，调查。 Mintra Tongdee: 调查。 Tanaporn Sribunpeng: 可视化，数据整理。 Sittisak Phoolpho: 调查。 Ananya Paojinda: 调查。 Wiboon Praditweangkum: 可视化。 Rattikan Chantiwas: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，监督，资源，方法学，资金获取，数据整理，概念化

数据可用性声明

本研究中的数据可应作者要求获得。

写作过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术声明

在准备本手稿期间，作者使用 Grammarly 和 ChatGPT-4o mini 进行语言编辑，以提高文本的流畅性和清晰度。没有使用生成式人工智能工具来生成数据、执行数据分析或解释结果。所有内容均经过作者的批判性审查和编辑，作者对工作的准确性、完整性和原创性承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明没有财务或商业利益冲突。

致谢

这项工作得到了 玛希拉大学 和 泰国国家研究委员会 的财政支持（N42A680377）。致谢玛希拉大学理学院、研究生院以及玛希拉大学校友协会研究生院和高等教育、科学、研究和创新部卓越创新中心 (PERCH-CIC)。作者感谢 Canva 提供用于元素中的免费内容许可证。

Aumpika Kongsatjaviwat|Mintra Tongdee|Tanaporn Sribunpeng|Sittisak Phoolpho|Ananya Paojinda|Wiboon Praditweangkum|Rattikan Chantiwas

玛希拉大学理学院法医科学单元，泰国曼谷