氢气是氧化还原活性调节剂克服食源性有毒化学危害
要点（Highlights）
- 食源性有毒化学危害源于氧化还原与代谢依赖的生成、转化网络。
- 氢气（H₂）将可控释放供给与食品基质依赖性的危害调控关联起来。
- 氢气通过抑制蛋白质水解、微生物活性与脱羧反应，限制生物胺生成。
- 氢气通过自由基化学反应、硝酸盐‑亚硝酸盐酶系平衡以及微生物氮代谢，调控亚硝酸盐蓄积。
- 氢气通过调控加工阶段迁移、基质结合、化学形态以及消化阶段生物可利用度，降低重金属风险。
Molecular hydrogen as a redox-active regulator of toxic chemical foodborne hazards: Delivery technologies and matrix-dependent mechanisms
食品体系中的有毒化学危害，包括生物胺、亚硝酸盐与重金属，会发生生成、转化、蓄积，并具备生物可利用度与毒性；该过程受氧化还原失衡、微生物代谢以及基质微环境条件影响，因此持续带来食品安全风险。分子氢（H₂）是一种小型氧化还原活性分子，对高活性氧化剂具备选择性反应能力，作为调控上述有害化学物质的潜在手段日益受到关注。本文综述氢气针对生物胺、亚硝酸盐、重金属的最新研究进展，重点阐述食品体系中危害生成与消减背后的氧化还原依赖机制。本文进一步探讨氢气各类物理、化学供给方式：富氢水、纳米气泡富氢水、氢气熏蒸、氢气改性气调包装、化学法原位产氢；不同供给方式会改变氢气在各类食品基质中的有效浓度、留存时间与反应活性。现有证据表明，氢气通过多条相互关联的氧化还原过程消减食源性有毒化学危害：稳定氧化还原微环境；清除高活性氧化剂、抑制自由基介导反应；调控微生物生物能代谢与应激应答；调节氮素转化；改变金属化学形态、基质结合能力以及消化阶段释放行为。借助上述调控作用，氢气减少前体物质释放、抑制氨基酸脱羧，从而限制生物胺生成；同时调控参与亚硝酸盐蓄积的自由基反应、酶促反应与微生物过程；对于重金属，则影响其再分布、化学形态、基质结合以及消化阶段生物可利用度。总体而言，氢气通过调控氧化还原依赖的化学通路与微生物通路消减食源性有毒化学危害，为开发更加安全环保的食品技术提供机制理论依据。
> 图文摘要
引言
食源性化学污染是全球性问题，严重威胁人类健康，同时给全球食品行业造成巨大经济损失（Loewald 等人，2024）。《2023年世界粮食及农业状况》指出，食品损耗与浪费是全球粮食农业体系面临的核心挑战之一，其中就包含有毒化学物质污染造成的食品损失。食源性有毒化学危害是食源性疾病的重要诱因。在原材料、加工、运输、零售到消费的整条食品供应链中，食品可遭受多种有毒化学污染物侵染。其中，受活性氧攻击、环境污染以及微生物代谢影响，生物胺、亚硝酸盐、重金属等有害化学物质广泛存在于各类食品基质中，对食品安全与人体健康构成潜在威胁。
传统消减食源性化学危害的技术包含物理手段（热处理，Kaur 等人，2024）、化学手段（化学添加剂，Lin，2024）以及生物技术（微生物抑制剂，Yuan 等人，2024）。但这些技术往往伴随难以规避的缺陷：有毒物质残留、营养成分损失、微生物耐药性上升。因此全球食品行业迫切需要研发绿色安全、协同增效的新型危害防控技术。
近年来，氢气成为医学、农业、食品科学等多个领域的研究热点（Alwazeer, Bulut 等人，2024；Alwazeer, Hancock 等人，2024）。氢气是最小的双原子分子，扩散效率极高、跨膜穿透能力强，能够快速进入食品基质，也可以进入生物体系水相、脂相以及亚细胞结构（Gan 等人，2026）。同时，氢气共价键稳定，还原反应活性温和，决定了它具备温和且高选择性的还原动力学特征（Ohta，2014；Ohta，2015）。该选择性意味着氢气可以缓解过度氧化应激，同时在很大程度上保留食品基质内正常氧化还原过程。已有研究表明，氢气可以和羟基自由基（•OH）、过氧亚硝基阴离子（ONOO⁻）等高活性氧化剂快速反应，反应速率常数可达4.2 × 10⁷ M⁻¹·s⁻¹，远高于其他反应（Ria 等人，2025）。而氢气与参与细胞代谢、信号传导的生理氧化剂（如过氧化氢）反应活性极低，因此不会干扰细胞正常氧化信号（Hancock，2024）。氢气独特的反应选择性，使其不会干扰能量代谢中的细胞色素链与关键氧化还原偶联反应，保护细胞正常生理功能，生物相容性良好（Russell 等人，2024）。
除了选择性抗氧化，氢气可维持食品体系氧化还原稳态，调控氧化应激驱动的食品劣变过程。细胞与基质氧化还原微环境得到稳定后，会间接影响应激适应、代谢调控相关的氧化还原响应调控网络。在食品基质中，氧化还原响应通路被调控，会改变组织或微生物的应激耐受能力、代谢活性以及腐败行为，最终影响食源性有毒化学危害因子的生成与蓄积（Zhang 等人，2022）。
以往关于氢气的综述大多聚焦其生物学功能、抗氧化与氧化还原特性、植物胁迫应答以及食品保鲜的一般性应用（Akbar 等人，2025；Gan 等人，2026；Li 等人，2021；Russell 等人，2024；Wang 等人，2020）。虽然这些研究极大加深了人们对氢气功能与应用的理解，但很少将氢气供给策略、基质决定的氢气有效浓度、有毒化学危害防控三者整合开展论述。本文综述填补这一空白，构建「供给‑基质‑作用机制」分析框架，将氢气供给技术、基质环境下氢气的可利用度，以及后续氧化还原依赖的化学、微生物调控过程关联起来；上述相互耦合的过程，决定食品体系内生物胺、亚硝酸盐、重金属的生成、蓄积、转化以及生物可利用度。本文阐明氢气调控食源性化学危害涉及的关键氧化还原调控系统、细胞代谢与信号转导、微生物代谢等通路；氢气主要调控三类典型食源性化学危害：调控生物胺代谢（Alwazeer 等人，2023）、阻断亚硝酸盐生成与转化（Cheng 等人，2023）、调控重金属再分布、化学形态、基质结合与生物可利用度（Nazir 等人，2020）。本文总结食品体系中氢气的各类供给技术，阐明氢气靶向调控生物胺、亚硝酸盐、重金属等典型食源性有毒危害因子生成与蓄积的作用通路及应用机制，同时探讨基于氢气的食品保鲜策略的发展与应用，旨在为基于氢气的绿色食品安全加工与保鲜技术创新提供理论基础与应用范式。
文献检索与综述范围
本文属于叙述性综述。检索Web of Science、Scopus、PubMed、ScienceDirect、Google Scholar等主流学术数据库。检索关键词组合包含：分子氢、氢气、富氢水、氢气改性气调包装、氢气熏蒸、生物胺、亚硝酸盐、硝酸盐、重金属、食品保鲜、食品安全。未设置严格的文献发表时间下限，文献更新截止至2026年7月；保留具备重要方法学、机制背景价值的早期文献。优先纳入氢气在食品体系应用、与三类目标化学危害生成、蓄积、调控相关的原始研究；排除和氢气应用、目标化学危害无关的文献；非食品领域文献仅在能够提供相关机制佐证时予以引用。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自孙学军科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-41174-1552524.html?mobile=1
收藏
