生物傳感器及其在食品安全檢測方面的應(yīng)用

韓 棟，萬金萍

（山東博銳檢驗檢測有限公司，山東淄博 256400）

近年來，各式各樣的食品逐漸出現(xiàn)在人們的生活里，食品安全也越來越受到人們的重視。隨著食品安全檢測工作量越來越大，傳統(tǒng)的檢測方式已跟不上食品種類更新的步伐，所以近年來很多企業(yè)均采用了生物傳感器技術(shù)進(jìn)行食品安全檢測工作，生物傳感器能夠?qū)κ称烦煞?、食品添加劑、食品鮮度以及污染微生物等方面進(jìn)行測定和分析，并且該項技術(shù)成本低、靈活度高、高度自動化、微型化和系統(tǒng)化為食品安全檢測工作帶來了極大的便利。

1 生物傳感器的基本概述

1.1 生物傳感器

生物傳感器是一種涉及生物、化學(xué)、物理、計算機(jī)等多項專業(yè)，是一種對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器。生物傳感器則是利用固定化的生物物質(zhì)作為敏感材料（如各種酶、微生物、細(xì)胞等生物活性物質(zhì)）并進(jìn)行識別，將所需感受的生物參數(shù)信息轉(zhuǎn)換為電信號，從而進(jìn)行檢測的一類傳感器。生物膜上的成膜固定技術(shù)和傳感器的器件技術(shù)是決定生物傳感器檢測質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)用生物傳感器進(jìn)行食品安全檢測時，待檢測的食品樣品會隨著擴(kuò)散作用進(jìn)入到生物膜敏感層內(nèi)，通過分子識別后會發(fā)生一系列生物學(xué)上的反應(yīng)，從而產(chǎn)生各種類別信息，如分子濃度、光電、熱等，再被相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成可定量和處理的電信號，經(jīng)過二次儀表和電極測出它的電流值或電壓值，最后利用相關(guān)物理公式換算出被檢測的物質(zhì)的量或濃度[2]。

1.2 生物傳感器的特點

生物傳感器是一項高新的技術(shù)，擁有許多優(yōu)點，為食品安全檢測工作帶來了極大的便利。①對待檢測的食品樣品的清晰度沒有特殊要求，且不需要對檢測樣品進(jìn)行預(yù)處理或另外添加其他試劑進(jìn)行輔助，樣品的被檢測組別的分離和檢測操作能夠同步完成。②選擇性好、靈敏度高。通過生物傳感器可檢測1～10 mg/kg濃度的物質(zhì)，檢測分析的速度快，一般情況下其能夠在1 min內(nèi)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果。③利用生物傳感器進(jìn)行檢測所需要使用到的樣品較少，并且可以多次重復(fù)使用，整體的操作規(guī)程簡單，是快速實現(xiàn)大量食品樣品檢測工作的良好選擇。④專一性強(qiáng)，精確度高。因為生物傳感器上的敏感材料一般是由各種酶、細(xì)胞、核酸等活性物質(zhì)構(gòu)成，而它們只會和特定的低物發(fā)生反應(yīng)，不會受到顏色或渾濁程度的影響，相對誤差率一般可以被控制在1%。⑤成本低。在連續(xù)使用生物傳感器進(jìn)行檢測工作時，每列檢測的所需費(fèi)用僅需要幾分錢，為許多中小型企業(yè)的成本控制提供了更多的可能性。⑥生物傳感器技術(shù)能夠?qū)铙w進(jìn)行分析，并且可以完成連續(xù)在線監(jiān)測的任務(wù)，進(jìn)而實現(xiàn)高度的自動化、微型化測量，為海鮮類、家禽動物類等活體食品安全檢測提供了優(yōu)質(zhì)的保障[1]。生物傳感器也有一定的缺點，該技術(shù)在檢測結(jié)果穩(wěn)定性層面上做得還不夠理想，檢測結(jié)果比較容易受物理環(huán)境、化學(xué)環(huán)境因素的影響，使檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致最終結(jié)果失真。

2 生物傳感器的分類

生物傳感器主要分類法有分子識別元分類法和器件分類法兩種，而生物傳感器的主要構(gòu)件有換能器和生物敏感膜，由此可分為兩大類。

2.1 根據(jù)生物傳感器中的不同換能器進(jìn)行分類

換能器是生物傳感器的主要構(gòu)成部分之一，它的主要作用是將各種生物、物理、化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號[3]。換能器主要是一些電化學(xué)元件或者光學(xué)檢測元件，如電流、電位測量電極、熱敏電阻、場效應(yīng)晶體管、壓電晶體及光纖等物質(zhì)。不同類別的信號轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生生物反應(yīng)信號是存在一定差異，例如，電極式轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的生物反應(yīng)信號為氧氣、二氧化碳、氫離子、氨根離子等電極活性物質(zhì)。并且不同的信號能夠進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，熱信號轉(zhuǎn)換為電信號、光信號轉(zhuǎn)換為電信號及直接產(chǎn)生電信號的形式。

2.2 根據(jù)生物傳感器中感受器的生物敏感物質(zhì)進(jìn)行分類

感受器是生物傳感器中的分子識別元件，其是一種生物敏感膜，決定了傳感器的質(zhì)量與性能。感受器是由具有分子識別能力的生物功能物質(zhì)組成的，如酶、全細(xì)胞、抗體和核酸等物質(zhì)。每一種傳感器所能夠識別的生物敏感物質(zhì)也是不盡相同的，例如，酶傳感器能夠識別各種酶；細(xì)胞器傳感器則能識別各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)；基因傳感器所識別的敏感物質(zhì)是DNA或RNA。

3 生物傳感器在食品安全檢測中的應(yīng)用

3.1 生物傳感器在食品鮮度檢測中的應(yīng)用

食品鮮度與外觀、氣味、有無蟲蛀有關(guān)，是判定食品安全的重要因素。傳統(tǒng)的食品安全檢測在食品鮮度檢測中主要是依靠個人感官體驗去判定食品樣品的鮮度，這種方法的主觀性太強(qiáng)，因此很難得到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果。而生物傳感器在食品鮮度檢測方面應(yīng)用的是理化指標(biāo)客觀評定，可以快速、準(zhǔn)確地檢測出生鮮牛乳、魚、肉等常見食品的鮮度。過氧化氫是一種良好的食物保鮮劑，但是人們?nèi)粘Ｊ秤玫纳r牛乳中可能會存在過量的過氧化氫，所以在生鮮牛乳的食品安全檢測一般會應(yīng)用到過氧化氫電極檢測方法，該方法與過氧化氫試紙條法和淀粉-碘化鉀法相比，電極法的檢測準(zhǔn)確率和速度均更勝一籌，能夠有效避免生鮮牛乳中毒事件的發(fā)生[5]。

3.2 生物傳感器在食品成分分析檢測中的應(yīng)用

食品安全與構(gòu)成食品的成分關(guān)聯(lián)性最大，尤其在當(dāng)下這個合成食品廣泛的市場環(huán)境中，食品成分分析檢測成為必不可少的工作。例如，三聚氰胺毒奶粉事件是一個不符合食品成分安全規(guī)范的典型案例，一度讓我國的消費(fèi)者對奶制品市場的信任近乎崩塌。食品成分離不開對蛋白質(zhì)、脂肪、糖分、水分、各類維生素以及微量元素的檢測。對日常生活中的水果而言，檢測水果樣品中的葡萄糖含量是食品安全檢測的主要工作之一，利用酶電極型生物傳感器可以檢測出酒、水果汁、蜂蜜中的葡萄糖含量。另外，不同比例關(guān)系的酶和聚合物能夠?qū)Π才鄠鞲衅鞯拿舾谐潭犬a(chǎn)生影響，其主要應(yīng)用于檢測飲料中的乙醇含量，是保證食品成分安全檢測的重要節(jié)點。

3.3 生物傳感器在食品添加劑分析檢測中的應(yīng)用

我國很多地方的人喜歡吃腌制類的食品或發(fā)酵類的食品。在食品工業(yè)中，亞硫酸鹽是常用的漂白劑和防腐劑，需檢測食品樣品中亞硫酸鹽含量是否合格。利用電流型二氧化硫酶電極系生物傳感器可以檢測食品樣品中的亞硫酸鹽含量，其能夠檢測的線性范圍為0～6×10-4mol/L，亞硫酸鹽氧化酶則是該生物傳感器中的敏感材料。而且生物傳感器還能檢測飲料、陳醋、果凍等食品中的甜味素，在檢測多類食品添加劑的分析中有關(guān)鍵性作用。

3.4 生物傳感器在食品微生物污染檢測中的應(yīng)用

當(dāng)人體攝入微生物過量或攝入了特殊類別微生物的食品時，會對個人的身體健康造成傷害，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)病毒感染。其中，細(xì)菌、真菌和病毒等是主要污染的食品微生物。對此，生物傳感器能夠很好地完成污染食品微生物的檢測，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)快速檢測工作。例如，壓電晶體生物傳感器的壓電晶體表面具有Ecoli抗體，可以用于測定食品樣品中的大腸桿菌含量。整體而言，污染食品的微生物是影響食品安全質(zhì)量的重點問題，也是傳統(tǒng)食品安全檢測中比較難突破的分析層面，隨著高新技術(shù)的進(jìn)步，生物傳感器為食品微生物檢測帶來了新的應(yīng)對方法[4]。

4 結(jié)語

生物傳感器在食品安全檢測中應(yīng)用廣泛且有效，是一種非常值得推廣的食品安全檢測方法。生物傳感器是一項頗有利用價值的高新科學(xué)技術(shù)，在多個領(lǐng)域都發(fā)揮重要的作用。食品安全檢測的質(zhì)量密切關(guān)系著人們的生命安全，保證準(zhǔn)確的食品安全檢測結(jié)果是至關(guān)重要的，所以相關(guān)的工作人員要嚴(yán)格把關(guān)生物傳感器技術(shù)在食品安全檢測中的應(yīng)用，將食品樣品檢測數(shù)據(jù)正確地歸檔，切實提升生物傳感器在食品安全檢測中的作用與價值，為食品安全保駕護(hù)航。