基于紙張的新技術(shù)可以可靠 低成本地檢測到強化食品中的鐵含量

許多低收入國家已轉(zhuǎn)向大規(guī)模食品強化計劃，以解決其人口中的營養(yǎng)缺乏癥。但是，這些計劃中的許多計劃都缺乏確定那些食品中是否始終存在適量營養(yǎng)素所需的資源。

伊利諾伊大學(xué)的一個研究人員團(tuán)隊開發(fā)了一種價格合理，可靠的紙質(zhì)傳感器，該傳感器可與手機應(yīng)用程序配合使用(也由I of U開發(fā))，用于檢測強化食品中的鐵含量。

這項新技術(shù)結(jié)合了化學(xué)，工程學(xué)，營養(yǎng)學(xué)和食品科學(xué)技術(shù)，開發(fā)了可以檢測食品中鐵的變色紙傳感器，并結(jié)合了信息技術(shù)，開發(fā)了易于使用的手機應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可在低收入環(huán)境中使用。

食品科學(xué)與人類營養(yǎng)學(xué)系博士候選人Anna Waller和IGNITE Lab領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，該研究結(jié)果發(fā)表在《營養(yǎng)》雜志上。

沃勒解釋說：“我們研究強化計劃，以減少低收入國家的微量營養(yǎng)素缺乏癥。” “提高這些程序的效力或成功的號召性用語之一是加大對這些程序的監(jiān)視和評估，這在許多低收入環(huán)境中是缺乏的。但是，這樣做涉及太多的實驗室基礎(chǔ)設(shè)施和這些設(shè)置中通常沒有的人員。”

該部門營養(yǎng)學(xué)副教授胡安·安德拉德(Juan Andrade)也是該研究的合著者，他解釋說，消費者，食品加工企業(yè)和監(jiān)管強化計劃的政府之間的信任至關(guān)重要。他說，新技術(shù)解決了這種信任。

“歸根結(jié)底，您擁有一個大家都認(rèn)可的有效，簡單且低成本的工具，可以在手機上為您提供結(jié)果。如果手機可以連接到云，并且云可以連接到無論是政府部門還是公司辦公室，他們都可以監(jiān)視和維護(hù)支持其索賠的記錄。所有內(nèi)容都已收集并存儲。沒有分歧的空間。這就是為什么這是一項偉大的技術(shù)。”

沃勒開始研究不同類型的生物傳感器。她補充說：“紙質(zhì)傳感器的真正優(yōu)勢在于，它似乎是使用起來最便宜，最簡單的，這符合世界衛(wèi)生組織開發(fā)此類技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。”

沃勒說，主要障礙之一是決定使用哪種紙質(zhì)基材。她在先前對基于紙的傳感器的研究中看到，最常使用吸水的親水紙。“由于我們正在測量干燥食品基質(zhì)中添加的鐵，因此需要先將其溶解在酸性溶液中。但是，當(dāng)我們使用親水性紙時，產(chǎn)生的色斑非常不一致，并且顏色不易測量因為樣品會散布在親水紙上，”沃勒說。

她繼續(xù)測試紙以支持他們測量的色點的發(fā)展，然后將其放置在疏水紙上，該紙嵌入了有機硅。這減少了紙張上色斑的異質(zhì)性，并提供了更準(zhǔn)確和可靠的輸出。

然后，根據(jù)她的化學(xué)背景，她研究了與鐵的不同反應(yīng)，這些反應(yīng)可能會在紙上產(chǎn)生可見的顏色變化，并停留在最廣泛的溫度范圍內(nèi)的鐵磁反應(yīng)中。她將溶液中的液體量減少到一微升，將其放在紙上，然后干燥。

Andrade解釋說：“這種方法[與其他營養(yǎng)素的干擾較小。它具有明亮的品紅色。因此，當(dāng)您看到紙上的污跡時，一切都集中了。這就是為什么顏色如此鮮艷，干燥快的原因。顏色非常穩(wěn)定，干燥后保持不變。

他補充說：“花了一段時間才弄清楚哪種方法，因為如果顏色消失了，我們就完成了。” “這是一個非常穩(wěn)定的反應(yīng)，顏色已經(jīng)穩(wěn)定了兩年。”

此過程導(dǎo)致了基于紙張的測定，該測定根據(jù)強化食品中的鐵而改變了顏色。研究人員使用了已經(jīng)強化的坦桑尼亞小麥粉和嬰兒配方奶粉來測試他們的傳感器。他們在研究中用鐵強化了玉米粉至世界衛(wèi)生組織推薦的水平。

該團(tuán)隊還獲得了ADM收獲后損失研究所的撥款，與I Technology Services的U部門合作開發(fā)了智能手機應(yīng)用，以使用智能手機應(yīng)用對這種顏色變化進(jìn)行量化。有了手機，那些要評估強化食品中營養(yǎng)成分的人會在顏色顯示后拍下紙質(zhì)傳感器的照片，然后該應(yīng)用程序分析其中的鐵含量。

傳統(tǒng)上，測量食物樣品中鐵的金標(biāo)準(zhǔn)方法是使用原子吸收或發(fā)射光譜法。但是，這種類型的分析可能很昂貴，需要受過訓(xùn)練的人員，并且通常僅在大學(xué)或私營企業(yè)的實驗室中才能找到。

但安德拉德(Andrade)解釋說，智能手機可以在資源匱乏的環(huán)境中使用。“研究表明，手機在低收入國家已經(jīng)普及。我們?nèi)ミ^那里，并且我們了解情況，因此將其帶入了這些基于紙張的技術(shù)的設(shè)計中。”

與傳統(tǒng)的營養(yǎng)水平評估方法相比，沃勒(Waller)乘富布賴特獎學(xué)金(Fulbright Fellowship)前往墨西哥，以驗證傳感器在使用實際防御程序中的食物檢測鐵時的準(zhǔn)確性和一致性。除了開發(fā)廉價的樣品制備套件以提供有效，準(zhǔn)確和可靠的測量結(jié)果外，她在墨西哥所做的一項實驗是比較智能手機應(yīng)用程序的結(jié)果與使用軟件在臺式計算機上的結(jié)果進(jìn)行比較。

“本文發(fā)表的方面之一是從臺式機到基于智能手機的分析的無縫過渡，而不會損害傳感器的性能和有效性，” Andrade說。“在最初的研究中，我們用手機或照相機拍攝了照片，將其數(shù)字化，然后使用計算機軟件對其進(jìn)行了分析。但是，如果電話本身進(jìn)行分析而不是將其帶到臺式計算機上怎么辦?獲得的價值將是這些都一樣嗎?那就是我們必須測試的，答案是肯定的。”

Andrade補充說，紙質(zhì)化驗的驗證是關(guān)鍵。他補充說：“許多實驗室開發(fā)了創(chuàng)新的檢測平臺，但很少有人在現(xiàn)場驗證其技術(shù)。”

論文“開發(fā)與移動電話兼容的紙質(zhì)傳感器，用于在資源有限的環(huán)境中檢測強化食品中的常見鐵配方”，已發(fā)表在Nutrient上。