综述：分子氢作为有毒化学性食源性危害的氧化还原活性调控剂：递送技术与基质依赖性机制

《Food Research International》：Molecular hydrogen as a redox-active regulator of toxic chemical foodborne hazards: Delivery technologies and matrix-dependent mechanisms

　　

有毒化学性食源危害源于氧化还原依赖性及代谢依赖性的形成与转化网络。

H?将递送控制的可用性连接至食品基质依赖的危害调控。

H?通过限制蛋白水解、微生物活性及脱羧反应来约束生物胺的形成。

H?通过自由基化学、硝酸盐/亚硝酸盐酶平衡及微生物氮代谢来调节亚硝酸盐的积累。

H?通过调控加工阶段的转移、基质结合、形态转化及消化阶段的生物可利用性来减轻重金属风险。

**引言**

有毒化学性食源污染是一个全球性问题，对人类健康构成严重威胁，并导致全球食品行业遭受巨大的经济损失（Loewald等，2024）。《2023年世界粮食安全和营养状况》报告将食物损失和浪费确定为全球粮食和农业系统面临的核心挑战之一，其中包括与有毒化学污染物污染食品相关的损失。有毒化学性食源危害是食源性疾病的重要贡献因素。在原料、加工、运输、零售和消费的食品供应链中，食品可能受到多种有毒化学性食源危害的污染。其中，由于活性氧攻击、环境污染和微生物代谢，生物胺、亚硝酸盐和重金属等有害化学物质在各种食品基质中普遍存在，对食品安全和人类健康构成潜在威胁。传统用于减少有毒化学性食源危害的受控方法包括物理方法（热处理（Kaur等，2024））、化学技术（化学添加剂（Lin，2024））和生物策略（微生物抑制剂（Yuan等，2024））。然而，这些方法通常伴随着诸如毒性残留、营养流失和耐药性增加等不可挽回的问题。因此，全球食品行业迫切需要在减少有毒化学性食源危害方面开发绿色的、安全的和协同的新型危害防控技术。近年来，H?已成为医学、农业和食品科学等多个领域研究的焦点（Alwazeer, Bulut等，2024；Alwazeer, Hancock等，2024）。H?是最小的双原子分子，具有极高的扩散效率和跨膜渗透性，使其能够快速进入食品基质以及生物系统的水相或脂相和亚细胞结构（Gan等，2026）。此外，H?具有稳定的共价键和温和的还原反应活性，这决定了其温和但高度选择性的还原反应动力学（Ohta，2014, Ohta，2015）。这种选择性表明，H?在减轻过度氧化应激的同时，很大程度上保留了食品基质中的正常氧化还原过程。根据研究，H?与·OH和ONOO?等极强氧化剂反应迅速。其速率常数为4.2 × 10? M?1·s?1，远高于其他物质（Ria等，2025）。此外，H?与细胞代谢和信号传导中涉及的H?O?等生理氧化剂的反应性极低。因此，H?不会干扰细胞内的正常氧化信号传导（Hancock，2024）。H?独特的反应选择性可防止干扰细胞色素链和能量代谢中必需的氧化还原偶联反应，从而保持正常的细胞功能并赋予良好的生物相容性（Russell等，2024）。除了选择性抗氧化特性外，H?还有助于维持食品系统中的氧化还原稳态，并调节与氧化应激相关的劣变过程。细胞和基质氧化还原环境的稳定间接影响了涉及应激适应和代谢控制的氧化还原响应调控网络。在食品基质中，对氧化还原依赖性反应的调节表现为组织或微生物的应激耐受性、代谢活性和腐败行为的改变，最终影响有毒化学性食源危害因素的形成和积累（Zhang等，2022）。以往关于H?的综述主要集中在其生物学功能、抗氧化和氧化还原相关特性、植物应激反应以及在食品保鲜中的一般应用（Akbar等，2025；Gan等，2026；Li等，2021；Russell等，2024；Wang等，2020）。尽管这些研究极大地推进了对H?功能和应用的理解，但H?递送策略、基质依赖的H?可用性与有毒化学性食源危害控制之间的关系却鲜有被综合考量。本综述旨在弥补这一空白，建立一个递送—基质—机制框架，将H?递送技术与基质依赖的H?可用性及其后续对化学和微生物过程的氧化还原依赖性调节联系起来。这些相互关联的过程决定了生物胺、亚硝酸盐和重金属在食品系统中的形成、积累、转化和生物可利用性。本综述阐明了H?调控有毒化学性食源危害所涉及的關鍵氧化还原调控系统、细胞代谢和信号转导、微生物代谢及其他途径。H?通过调控生物化合物胺（Alwazeer等，2023）、阻断亚硝酸盐的形成与转化（Cheng等，2023）以及调节重金属的重新分布、形态、基质结合和生物可利用性（Nazir等，2020），调节了三种代表性的有毒化学性食源危害，即生物胺、亚硝酸盐和重金属。本综述总结了H?在食品系统中的递送技术。同时，阐明了H?对生物胺、亚硝酸盐和重金属等典型有毒化学性食源危害因素的形成和积累发挥靶向调控作用的途径和应用机制。进一步讨论了基于H?的食品安全保鲜策略的发展与应用。其目标是为基于H?的绿色食品安全加工与保鲜技术的创新提供理论基础和应用模型。

**文献检索与综述范围**

本文是一篇叙述性综述。通过检索主要学术数据库和搜索平台（包括Web of Science、Scopus、PubMed、ScienceDirect和Google Scholar）确定相关文献。检索使用了与分子氢、氢气、富氢水、氢改性气氛包装、氢熏蒸、生物胺、亚硝酸盐、硝酸盐、重金属、食品保鲜和食品安全相关的关键词组合。未设置严格的最低出版日期限制，文献检索更新至2026年7月。当早期研究提供相关的方法学或机制背景时予以保留。涉及H?在食品系统中的应用以及三种目标化学危害的形成、积累或调控证据的原始研究优先入选。与H?应用或所选化学危害无关的研究被排除，而非食品研究仅在提供相关支持性机制证据时予以采用。

**章节摘要**

**食品系统中H?的递送技术**

在食品系统中，H?的递送策略通常根据应用场景和递送要求分为外源物理引入和化学驱动原位生成H?两类（表1、表2）。外源物理策略通过物理手段将H?递送至食品系统中（Fang等，2024a, 2024b）。代表性的外源递送方法包括氢改性气氛包装（H?-MAP）、富氢水（HRW）、纳米气泡富氢水以及……

**H?在减少生物胺产生中的作用**

食品中生物胺的积累取决于一系列相互关联的过程，包括氨基酸前体的释放、产胺微生物的持续存在和代谢活性，以及通过脱羧反应将可用氨基酸进行转化。食品研究始终报告称，在储存或发酵期间进行H?处理后，生物胺积累较低。这些观察结果支持从三个相互关联的层面考虑H?相关的生物胺控制：

**H?在食品系统中对亚硝酸盐积累的调控**

食品系统中亚硝酸盐的积累源于化学氧化还原反应、内源性硝酸盐和亚硝酸盐转化酶以及微生物氮代谢之间依赖于基质的相互作用（Karwowska & Kononiuk，2020a, 2020b）。不同食品类别中亚硝酸盐的主要来源存在差异。在采后植物源性基质中，亚硝酸盐的积累与硝酸盐同化、硝酸盐还原酶（NR）活性、亚硝酸盐还原酶（NiR）活性、组织衰老以及……密切相关。

**H?对食品系统中重金属生物可利用性和毒性的调节**

重金属和类金属（包括砷、镉、铅、汞和锑）代表了食品中的持久性化学危害（Morgenthaler等，2025）。与生物胺和亚硝酸盐不同，金属和类金属污染物是元素残留物或类金属形态，无法在普通食品加工、储存或包装过程中降解为无害的小分子（Chen等，2026；Clemens & Ma，2016）。在食品系统中，H?相关的基质氧化还原状态变化以及……

**挑战与未来研究和应用重点**

一个主要挑战是确定H?相关的氧化还原环境变化如何转化为不同食品基质中的危害控制。目前研究表明，H?影响多个相互关联的过程，包括氧化劣变、酶活性、微生物代谢、氮转化和污染物重新分布。然而，这些过程的相对重要性因基质组成、水分分布、氧气可用性、微生物活性……而异。

**结论**

有毒化学性食源危害，包括生物胺、亚硝酸盐和重金属，仍然是食品加工、储存、发酵、包装和保鲜过程中的主要安全问题。这些危害在起源和行为上各不相同。生物胺和亚硝酸盐源于相互关联的化学、酶促和微生物过程，而重金属则以元素或类金属污染物形式持续存在，其食品安全相关性取决于重新分布、化学形态、基质结合……

**CRediT作者贡献声明**

姚英智：原稿撰写，可视化，方法论，概念化。甘卓峰：方法论，概念化。卢慧敏：形式分析。林思通：数据整理。李家英：调查。陈耀勉：软件。黄莹：软件。曾新安：验证，监督，资源。廖岚：审阅与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取。

**资金来源**

本工作得到了中国国家自然科学基金（资助号32675153）、广东省人才发展专项基金（资助号YF2025NYRC01）、国家重点研发计划（资助号2023YFD2101005-2）和广东省科技创新专项基金（资助号2022B1212010015）的支持。

**未引用参考文献**

Balali-Mood, Naseri, Tahergorabi, Khazdair and Sadeghi, 2021
Chandrangsu, Rensing and Helmann, 2017
Ding et al., 2024
食品中锑浓度及消费者风险评估文献综述，2026

**利益冲突声明**

作者声明，他们已知悉不存在可能影响本论文工作的竞争性财务利益或个人关系。

**致谢**

作者感谢佛山大学分析测试中心和广东省智能食品制造重点实验室的支持。

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