饒鈞玥,吳任之,曹蕓榕,楊茂杰,韓國(guó)全
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,食品加工與安全研究所,四川 雅安,625014)
全球社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)之一便是由糧食危機(jī)引起的大面積饑餓致死問(wèn)題和營(yíng)養(yǎng)不良現(xiàn)象,食品工業(yè)在提供食品和食物營(yíng)養(yǎng)方面起著至關(guān)重要的作用[1]。因此,食品工業(yè)需要開發(fā)更高效、可持續(xù)的食品生產(chǎn)流程,減少對(duì)原料的浪費(fèi),同時(shí)還需要保證更高質(zhì)量的食品質(zhì)量。目前食品工業(yè)包括發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化和下游加工等多種加工技術(shù)[2-3],這些過(guò)程通常自動(dòng)化程度高,可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生化反應(yīng)產(chǎn)物來(lái)保證食品質(zhì)量。通過(guò)氣相色譜法、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法及近紅外光譜分析技術(shù)等可對(duì)食品生產(chǎn)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè),但這些分析方法設(shè)備昂貴,檢測(cè)步驟繁瑣,操作要求較高,無(wú)法在工業(yè)中大規(guī)模使用。此外,復(fù)雜化合物質(zhì)的檢測(cè)需要更具選擇性和特異性的分析方法[3]。在此基礎(chǔ)下,生物傳感器脫穎而出。生物傳感器具有器型小巧、靈敏高效、操作簡(jiǎn)單以及特異性強(qiáng)等特點(diǎn),是進(jìn)行食品生產(chǎn)加工過(guò)程的監(jiān)控和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)以及成分鑒定的一種既高效又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式。
此外,食品加工過(guò)程中不可避免的會(huì)伴有食品污染,根據(jù)食品中有害物質(zhì)的特性進(jìn)行檢測(cè),是保證食品安全的有效方法。食品檢驗(yàn)檢疫方法一般分為物理學(xué)檢測(cè)技術(shù)和生物學(xué)檢測(cè)技術(shù),前者通常采用儀器進(jìn)行檢驗(yàn),設(shè)備造價(jià)一般比較昂貴。生物傳感器雖然被分類為生物學(xué)檢測(cè)技術(shù),但生物傳感器涉及生物工程和其他技術(shù),其中電化學(xué)生物傳感器更是直接將物理技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合,具有物理學(xué)的高靈敏性、高準(zhǔn)確率和生物學(xué)的特異選擇性。鑒于電化學(xué)生物傳感器在食品生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)用性,本文討論基于酶的電化學(xué)生物傳感器的基本原理及其在食品行業(yè)中的應(yīng)用,并介紹相關(guān)最新研究進(jìn)展,為電化學(xué)生物傳感器在食品中的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。
根據(jù)國(guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)對(duì)生物傳感器的定義,即利用目標(biāo)分析物質(zhì)與酶、免疫制劑、組織、細(xì)胞器或全細(xì)胞等生物識(shí)別元件的特異性生化反應(yīng),借助傳感器將生化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電、熱、光等各種信號(hào)對(duì)目標(biāo)分析物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的一類裝置[4],是一種“自給自足”的集成設(shè)備,根據(jù)生物傳感器的作用機(jī)理,將其分為三類:生物催化基團(tuán)(酶)、生物親和性基團(tuán)(抗體、核酸)和微生物基團(tuán)(微生物)。酶生物傳感器是基于酶的固定化技術(shù)發(fā)展而來(lái),酶的固定方法主要包括物理吸附、共價(jià)結(jié)合、包埋和交聯(lián)。酶生物傳感器是間接性傳感器,由固定化酶和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成,通過(guò)測(cè)量在底物消耗或酶反應(yīng)產(chǎn)物形成過(guò)程中發(fā)生的質(zhì)子濃度(H+)、氣體(如CO2、NH3、O2等)的釋放或吸收、光吸收或反射、熱輻射等變化來(lái)檢測(cè)特定分析物的存在,然后傳感器將這些變化轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的信號(hào)(電、光或熱信號(hào))[5-6],通過(guò)這些信號(hào)間接地測(cè)量待測(cè)分析物,其中葡萄糖傳感器就是典型的酶生物傳感器(圖1)[7]。
圖1 一種典型生物傳感器的示意圖[7]
電化學(xué)生物傳感器具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作和成本低廉等特點(diǎn),即使是小型儀器也可以提供非常穩(wěn)定的電壓/電流源和檢測(cè)信號(hào)[8]。在電化學(xué)生物傳感器中因分析物存在于電極表面、由分析物直接形成電活性物質(zhì)以及通過(guò)將生物識(shí)別反應(yīng)與氧化還原探針或介導(dǎo)酶電極耦合而間接產(chǎn)生的電流、電壓、電阻或表面電荷[5, 9],都是電化學(xué)信號(hào),最常見的傳感器類型有電流法、電導(dǎo)法、電位法和阻抗法。其中電化學(xué)阻抗譜(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)是一種在特定系統(tǒng)參數(shù)下檢測(cè)電極表面分析物相互作用的方法[10],基于EIS生物傳感器的研究集中在設(shè)計(jì)適體傳感器和免疫傳感器中[11],因此在此文中不做討論。通過(guò)酶催化底物發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳遞可以增強(qiáng)電化學(xué)信號(hào),并顯著提高電化學(xué)生物傳感器的靈敏度。
在電流生物傳感器中,被測(cè)信號(hào)是由工作電極上的電活性物質(zhì)(如金、碳、鉑等)通過(guò)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流信號(hào)[9],工作電極表面產(chǎn)生的電流大小與待測(cè)分析物濃度呈正比,通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)電流大小對(duì)待測(cè)物進(jìn)行定量分析,電流生物傳感器多以酶為識(shí)別元件。通常,恒定電位下測(cè)量電流稱為安培法;電位在受控變化期間測(cè)量電流則稱為伏安法,安培法較伏安法靈敏度更高。根據(jù)用于測(cè)量生化反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移方法,基于酶的電流生物傳感器現(xiàn)已開發(fā)三代[12-13],如圖2所示[14]。第一代酶電極依賴于O2和H2O2的反應(yīng)變化來(lái)轉(zhuǎn)移電子。第一代酶電極對(duì)O2呈現(xiàn)極高的依賴性,為消除這種對(duì)氧的依賴產(chǎn)生的消極影響,第二代酶電極將人造電子介體(小分子氧化還原活性分子)引入酶電極中作為酶的活性中心與電極表面間的橋梁。目前,二代酶生物傳感器研究發(fā)展較為成熟,是常采用的酶生物傳感器。第三代酶電極基于酶活性中心到電極的直接電子轉(zhuǎn)移,這種生物傳感器的穩(wěn)定性和電子轉(zhuǎn)移速率顯著提高。
圖2 第一代、第二代和第三代電流型酶生物傳感器示意圖[14]
維生素是人體維持正常生理功能所必需的微量元素,且只能從食物中獲取,因此維生素含量是某些食品的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)之一。目前,利用電流傳感器定量檢測(cè)維生素的方法有限,僅有以釀酒酵母為載體的全細(xì)胞生物傳感器、利用含硫化合物的電催化絲網(wǎng)印刷電流傳感器和以秋葵為原料質(zhì)保的納米碳為識(shí)別元件的生物傳感器3種[19-21],都為非酶電化學(xué)生物傳感器。KA?AR等[22]結(jié)合磁性納米材料和聚合物的優(yōu)點(diǎn),將抗壞血酸氧化酶(ascorbate oxidase,AOx)固定在聚L-天冬氨酸[poly-L-aspartic acid,P(L-Asp)]膜上,并用碳納米纖維(carbon nanofiber,CNF)和納米金剛石顆粒(nanodiamond,ND)修飾玻碳電極(glassy carbon electrode,GCE),設(shè)計(jì)出電流型L-抗壞血酸生物傳感器,優(yōu)化L-Asp在CNF-ND/GCE表面的電聚合步驟(圖3),使該生物傳感器對(duì)L-抗壞血酸的定量測(cè)定更加準(zhǔn)確可靠。在優(yōu)化條件下,AOx/P(L-Asp)/ND-CNF/GCE生物傳感器對(duì)L-抗壞血酸的檢測(cè)線性范圍為2.0×10-7~1.8×10-3mol/L,檢測(cè)下限為1.0×10-7mol/L,靈敏度為105 μA mmol/(L·cm2),該生物傳感器已應(yīng)用于維生素C泡騰片和含抗壞血酸藥粉中L-抗壞血酸的測(cè)定,并獲得較好的檢測(cè)結(jié)果。
圖3 AOx/P(L-Asp)/Nd-CNF/GCE的制備工藝[22]
研究表明適量的酪胺可促進(jìn)新陳代謝,但過(guò)量的酪胺可引起心力衰竭、哮喘和蕁麻疹等健康問(wèn)題,因此監(jiān)控食品加工過(guò)程中酪胺的含量非常重要。采用酪氨酸酶(tyrosinase,Ty)電流型生物傳感器檢測(cè)乳制品和發(fā)酵飲料中的酪胺含量是一種高效、簡(jiǎn)便的分析方法。研究人員以柑橘提取物為還原劑和穩(wěn)定劑合成納米金顆粒(gold nanoparticles,AuNP),以AuNP作為介體與聚8-苯胺基-1-萘磺酸一起修飾玻碳電極,將Ty固定在玻碳電極上[23]。在優(yōu)化后的條件下,該生物傳感器在10~120 μmol/L與酪胺含量呈線性關(guān)系,檢測(cè)下限為0.71 μmol/L,具有良好的選擇性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和重現(xiàn)性,已成功應(yīng)用于乳制品和發(fā)酵飲料中酪氨酸的測(cè)定。對(duì)于干酪樣品中酪胺含量的測(cè)定,SNCHEZ-PANIAGUA等[24]將Ty固定在磷酸鈣材料上,然后與戊二醛交聯(lián),制備一種酪胺檢測(cè)的電化學(xué)生物傳感器,并檢測(cè)在整個(gè)貯藏期內(nèi)干酪中酪胺含量的變化,其中高達(dá)干酪和布里干酪的平均分析回收率分別為(95.5±5.8)%和(96.9±7.5)%,響應(yīng)時(shí)間為6 s。醬油發(fā)酵過(guò)程中也易產(chǎn)生酪胺,有研究闡述一種新型電流型酪胺生物傳感器用于醬油樣品中酪胺含量的檢測(cè)[25]。該生物傳感器將Ty固定在CNFs、殼聚糖(chitosan,CH)、離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate,IL)和AuNP復(fù)合膜修飾的玻碳電極上,由于CNFs、AuNP和離子液體的協(xié)同作用,Ty/AuNP/CNFS-IL-CH/GCE生物傳感器為酪胺檢測(cè)提供了一種準(zhǔn)確、高靈敏度和選擇性的酪胺分析方法。該方法的線性工作范圍為2.0×10-7~4.8×10-5mol/L,靈敏度為176.6 μA mmol/L,檢出下限為9.3×10-8mol/L。
雙酚A(bisphenol A,BPA)是一種內(nèi)分泌干擾物質(zhì),常被用作食品和飲料罐內(nèi)側(cè)涂層,還具有致癌的危害。對(duì)BPA的快速檢測(cè),WU等[26]將可聚合的丙烯?;鶊F(tuán)附著在Ty的表面(圖4,I),而Ty分子通過(guò)原位聚合(即aTyr)生成聚合物外殼,首次成功制備了具有單一酶分子核和薄聚合物網(wǎng)殼的酪氨酸酶納米膠囊(即nTyr),并用制備的nTyr代替?zhèn)鹘y(tǒng)的天然酪氨酸酶為生物識(shí)別元件,構(gòu)建一種新型電化學(xué)納米生物傳感器(圖4,Ⅲ),該電化學(xué)生物傳感器可保持天然Ty原有活性,檢測(cè)下限為12 nmol/L,線性范圍為5×10-8~2×10-6mol/L。作用于酚類物質(zhì),漆酶的氧化還原酶結(jié)構(gòu)較Ty更穩(wěn)定,F(xiàn)ERNANDES等[27]選擇將還原的石墨烯氧化物/氧化亞鐵納米顆粒(rGO-Fe3O4NPs)的雜化偶合物與CH和漆酶組裝成多層超結(jié)構(gòu)制成電化學(xué)生物傳感器。其中CH良好的生物相容性有望提高漆酶的穩(wěn)定性,而rGO-Fe3O4NPs的協(xié)同效應(yīng)將改善漆酶的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程,該生物傳感器在廣泛的BPA濃度范圍內(nèi)(6×10-1~228×10-1mol/L)提供線性響應(yīng),具有高靈敏度[2 080 μA μmol/(L·cm2)]、高檢出限(18 nmol/L),用于瓶裝水的實(shí)際樣品結(jié)果證明該法可行,回收率為107%~124%。
圖4 用于雙酚A檢測(cè)的nTyr和基于nTyr的生物傳感器的構(gòu)造圖解[26]
L-谷氨酸(L-glutamic acid,L-Glu)常作為風(fēng)味增強(qiáng)劑用于食品中,但其安全性仍存在爭(zhēng)議,因此對(duì)L-Glu快速且準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)是一個(gè)重要問(wèn)題。MENTANA等[28]在低成本的商用一次性絲網(wǎng)印刷鉑電極上研制一種高精度的第一代L-Glu生物傳感器,用于監(jiān)測(cè)食品中L-Glu的含量,保證食品安全。他們通過(guò)牛血清白蛋白與戊二醛交聯(lián),將谷氨酸氧化酶固定在絲網(wǎng)印刷的一次性鉑電極上,并用過(guò)氧化聚吡咯膜進(jìn)行修飾,制備出谷氨酸氧化酶(L-glutamate oxidase,GLOD)生物傳感器,通過(guò)測(cè)量O2消耗介導(dǎo)的GLOD催化反應(yīng)生成H2O2檢測(cè)L-Glu的濃度。該生物傳感器的靈敏度為18.3 mA mmol/(L·cm2),檢測(cè)線性范圍為0.005~1.8 mmol/L,檢測(cè)下限為5.4 mmol/L,能穩(wěn)定維持使用50 h,50 h后的信號(hào)強(qiáng)度為初始強(qiáng)度的25%。
食品從生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯藏到食用一系列過(guò)程中都要嚴(yán)格防止微生物的污染,因此對(duì)致病菌以及某些真菌毒素的檢測(cè)尤為重要。有研究提出了一種基于黃曲霉毒素B1(aflatoxin B1,AFB1)抑制乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)的生物傳感器檢測(cè)黃曲霉毒素的新方法,并以實(shí)收橄欖油樣品為例對(duì)該方法的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)[29]。DAZ NIETO等[30]采用類似方法研發(fā)了一種用依靠酶修飾電極的第三代生物傳感器技術(shù)定量檢測(cè)雜色曲霉毒素(sterigmatocystin,STEH),該傳感器在6.9×10-9~5.0×10-7mol/L內(nèi)呈現(xiàn)良好線性關(guān)系,檢出限為2.3×10-9mol/L。該法利用具有寬pH范圍熱穩(wěn)定性的大豆過(guò)氧化物酶(soybean peroxidase,SPE)和化學(xué)還原的氧化石墨烯的復(fù)合物修飾的玻碳電極。由于STEH是AFB1生物轉(zhuǎn)化的前體,與AFB1的產(chǎn)生有關(guān),因此可以用該生物傳感器用于谷物及其衍生產(chǎn)品、花生、玉米等易受AFB1污染食品的檢測(cè)。對(duì)添加STEH的玉米樣品進(jìn)行分析,平均回收率為96.5%,實(shí)驗(yàn)表明使用該法測(cè)定的STEH濃度與HPLC法吻合。
酶與底物反應(yīng)時(shí)的離子濃度變化會(huì)改變電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率,電導(dǎo)型生物傳感器通過(guò)在兩個(gè)平行電極之間施加電位差,測(cè)量溶液的電導(dǎo)率[31]。將膽堿酯酶、脲酶、葡萄糖氧化酶等的抑制分析用于生物傳感器中檢測(cè)有毒物質(zhì)是目前的常用方法。
在所有毒性真菌毒素中,黃曲霉毒素被認(rèn)為是毒性最大且對(duì)農(nóng)業(yè)造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)最大的一種毒素。在飽和戊二醇(glutaraldehyde,GA)蒸汽中固定AChE的電導(dǎo)型生物傳感器,測(cè)試其對(duì)不同種類毒性物質(zhì)的靈敏度,發(fā)現(xiàn)該生物傳感器可用于識(shí)別不同種類的毒素,最適合檢測(cè)黃曲AFB1(線性范圍為0.02~170 μmol/L,檢出限0.016 μmol/L)或待測(cè)樣品中的總毒性[32]。
棒曲霉毒素常存在于腐爛的蔬菜瓜果和谷物中,特別是蘋果及其加工制品,高濃度的棒曲霉素具有致突變、致癌和致畸性,因此需要嚴(yán)控食品中棒曲霉素含量。SOLDATKIN等[33]則利用脲酶,根據(jù)棒曲霉素可以使某些酶的巰基失活從而抑制酶活性的原理,設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)棒曲霉素的脲酶電化學(xué)傳感器(圖5)。該電導(dǎo)傳感器在1~50 μmol/L線性范圍內(nèi)獲得的剩余酶活性與樣品中棒曲霉素的濃度呈反比。
A-脲酶生物傳感器方案;B-導(dǎo)電裝置
赭曲霉毒素A(ochratoxin,OTA)是一種神經(jīng)毒素,防止OTA污染食品是非常必要的。目前,用于OTA檢測(cè)的酶電化學(xué)生物傳感器基本都以辣根過(guò)氧化物酶為催化劑的H2O2氧化真菌毒素[34-35]。DRIDI等[36]開發(fā)了一款直接檢測(cè)橄欖油中OTA的靈敏電導(dǎo)生物傳感器,該生物傳感器將嗜熱菌蛋白酶(thermolysin,TLN)包埋在含有金納米顆粒的聚乙烯醇/聚乙烯亞胺的基質(zhì)中,并使用GA蒸氣進(jìn)行交聯(lián)。傳感器在最佳條件下(交聯(lián)時(shí)間35 min、pH 7、25 ℃)對(duì)OTA的線性響應(yīng)高達(dá)60 nmol/L,靈敏度為597 μS μmol/L,檢測(cè)下限為1 nmol/L,此法操作簡(jiǎn)單,在分析前不需任何樣品前處理,可對(duì)橄欖油樣品進(jìn)行快速檢測(cè)。
酶與底物反應(yīng)時(shí)基本都涉及H+的釋放或吸收,從而導(dǎo)致離子濃度變化,電位法便是測(cè)量平衡狀態(tài)(無(wú)電流或無(wú)顯著電流流動(dòng)時(shí))下工作電極和參比電極間的電位差,測(cè)量信號(hào)以對(duì)數(shù)方式反應(yīng)目標(biāo)分析物濃度(圖6),該法可用于目標(biāo)分析物的定量檢測(cè)[9, 31]。電位生物傳感器分為離子選擇電極(ion selective electrodes,ISE)、酶場(chǎng)效應(yīng)晶體管(enzyme field-effect transistors,EnFET)和光尋址電位傳感器(light-addressable potentiometric sensors,LAPS)[5]。
圖6 電位測(cè)量的工作原理[37]
許多參與酶反應(yīng)的小分子都可利用酶電極進(jìn)行電位傳感,因此開發(fā)各種固定化酶的基質(zhì)和方案的研究在不斷發(fā)展。CHOU等[37]以ZnO和摻鋁氧化鋅(aluminum-doped zinc oxide,AZO)為敏感膜,采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)和濺射系統(tǒng)制備了一種電位型陣列式新型葡萄糖生物傳感器。在此傳感器中酶反應(yīng)可以導(dǎo)致ZnO納米結(jié)構(gòu)周圍離子分布的變化,從而引起電極的電位響應(yīng)。Nafion-GOx/GO/AZO/Ag傳感器的線性范圍為2~10 mmol/L,靈敏度為15.44 mV mmol/L,檢測(cè)下限為1.89 mmol/L,響應(yīng)時(shí)間為26 s,與傳統(tǒng)葡萄糖生物傳感器相比,此傳感器不僅分析性能好,還具有良好的抗干擾能力和重復(fù)性。把經(jīng)典金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的金屬柵單獨(dú)分離出來(lái),再將柵極重構(gòu)為插入到水溶液中的參比電極,即為離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ion-sensitive field-effect transistor,ISFET),當(dāng)ISFET與柵極表面的薄酶膜一起固定時(shí),它們就組成了EnFET[5]。葡萄糖ENFET基于葡萄糖形成過(guò)程中生物膜局部pH的變化,LUO等[38]將GOx和納米MnO2固定在ISFET柵極上制備葡萄糖ENFET。該葡萄糖生物傳感器表明,敏感膜的局部pH隨著葡萄糖濃度增加而顯著升高。在最佳條件下,該器件在0.025~1.90 mmol/L與葡萄糖呈線性關(guān)系,擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)上限為3.5 mmol/L,具有較好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
基于酶抑制原理,可以利用此類傳感器間接檢測(cè)重金屬離子[39]。工業(yè)中大量的磷酸鹽被用于洗滌劑和鍋爐水的處理,因此需對(duì)食品用水磷酸鹽含量進(jìn)行測(cè)定。ISE通常由離子專用膜和單獨(dú)或集成的參比電極組成,在電位傳感器中使用ISE可將待測(cè)樣品中特定離子的活度轉(zhuǎn)化成可用pH/mV計(jì)測(cè)量的電位(電壓)[9, 31]?;诟鞣N金屬和相關(guān)絡(luò)合物,ISE可以用于磷酸鹽的測(cè)定,有研究采用恒電流聚合法制備了嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleoside phosphorylase,PNP)和黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XOD)固定于聚吡咯薄膜,比較兩種電化學(xué)(電位法和電流法)磷酸鹽生物傳感器的制備方法,發(fā)現(xiàn)尿酸和抗壞血酸的干擾不會(huì)影響兩種傳感器的性能[40]。電位型生物傳感器可以檢測(cè)到最小為20 mmol/L的磷酸鹽離子,線性范圍為20~200 μmol/L;電流型生物傳感器檢測(cè)下限為0.1 mmol/L,線性范圍為0.1~1 mmol/L。
應(yīng)用于食品檢測(cè)中的電化學(xué)生物傳感器有快速靈敏、結(jié)果準(zhǔn)確、抗干擾能力好、穩(wěn)定性好及成本低等特點(diǎn),以酶為識(shí)別元件更提高了傳感器的檢測(cè)特異性。3種電化學(xué)生物傳感器中電流型在食品中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最成熟,用于定量監(jiān)測(cè)食品加工過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)含量或有害物質(zhì)產(chǎn)生,如葡萄糖、維生素或酪胺、雙酚A等,保證食品質(zhì)量。也有研究以乙酰膽堿酶為識(shí)別元件設(shè)計(jì)出第三代酶電極電流傳感器檢測(cè)AFB1,結(jié)果與HPLC法吻合,為酶基電流傳感器在食品檢測(cè)中的應(yīng)用提供新方向。電導(dǎo)型傳感器利用酶抑制原理,常應(yīng)用于定量檢測(cè)樣品中的真菌毒素,但由于復(fù)雜溶液中電導(dǎo)率檢測(cè)難度大,該傳感器適用性不強(qiáng)。電位法相比于電流法,電位法在選擇性和穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢(shì),它不需要額外的電位,因此更適合于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。電位法發(fā)展?jié)摿薮?,但目前?shí)際應(yīng)用較少,多數(shù)用于醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域(表1)。
表1 電化學(xué)生物傳感器類型比較及傳感器的分析特性
基于酶的電化學(xué)生物傳感器已成熟地運(yùn)用于食品加工過(guò)程監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制中對(duì)各種分析物進(jìn)行定性或定量分析。與傳統(tǒng)方法相比,該類生物傳感器器型小巧、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,還具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力、高靈敏度和強(qiáng)特異性等優(yōu)點(diǎn)。然而,基于酶的生物傳感器更多應(yīng)用于食品物質(zhì)分析,對(duì)食源致病菌的檢測(cè)常使用生物親和性基團(tuán)(適配體、抗體)作為識(shí)別元件。但仍有研究利用酶電極檢測(cè)真菌毒素,為此類傳感器控制食品質(zhì)量安全提供新思路。目前,將電流生物傳感器應(yīng)用于食品行業(yè)的研究較為成熟,已經(jīng)形成圍繞固定化酶的載體和固定方法進(jìn)行改進(jìn)的系統(tǒng)性體系;而電導(dǎo)生物傳感器的研究基本停留在5年前,究其原因可能是在高離子濃度介質(zhì)中測(cè)量微小電導(dǎo)率變化難度大,限制電導(dǎo)測(cè)量設(shè)備用于生物傳感器的適用性;電位生物傳感器作為一種新興技術(shù),目前研究大多在理論范圍內(nèi),實(shí)際應(yīng)用常在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域,對(duì)食品的應(yīng)用還有待開發(fā)。雖然目前已經(jīng)有大量的相關(guān)傳感器的設(shè)計(jì)研究,但要將這項(xiàng)技術(shù)引入工業(yè)水平,還需要更為全面的研究,食品加工業(yè)環(huán)境需要更好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,所以此類傳感器未來(lái)的發(fā)展需要對(duì)這些方向進(jìn)行深入研究。