生物傳感器在食品安全檢測中的應(yīng)用

王婷婷

（衡水學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河北 衡水 053000）

隨著人民生活水平穩(wěn)步提高， 對食品安全問題的關(guān)注也越來越多。 傳統(tǒng)的食品檢測技術(shù)存在一些弊端，如檢測結(jié)果不準(zhǔn)確、前處理繁瑣、儀器設(shè)備昂貴、檢測周期長、對技術(shù)人員要求高等，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會的需求。 為快速、準(zhǔn)確地現(xiàn)場檢測食品安全，新型檢測技術(shù)不斷涌現(xiàn)， 其中生物傳感器因其獨(dú)特優(yōu)勢而備受關(guān)注。 生物傳感器作為一種多學(xué)科交叉融合的新興技術(shù)，汲取多種優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于食品中微生物、毒素、農(nóng)獸藥殘留、添加劑含量、非法添加劑等關(guān)乎食品安全的指標(biāo)檢測。 現(xiàn)基于生物傳感器的主要優(yōu)勢和特點(diǎn)，探討其在食品安全檢測中的應(yīng)用， 為生物傳感器的進(jìn)一步研究和利用提供理論支持。

1 生物傳感器概述

生物傳感器以固定化酶、抗原抗體、細(xì)胞等生物敏感功能物質(zhì)為識別元件，使樣品與識別元件發(fā)生生化反應(yīng)，所產(chǎn)生的生物化學(xué)信息通過適當(dāng)?shù)男盘栟D(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可檢測的電信號、光信號等，再經(jīng)過檢測器進(jìn)行信號放大、輸出，最終實現(xiàn)農(nóng)藥殘留檢測。

生物傳感器具有專一性好、選擇性強(qiáng)、檢測速度極快、靈敏度高、操作簡便、成本低廉等顯著優(yōu)勢，在食品安全檢測領(lǐng)域備受關(guān)注。生物傳感器不具有通用性，需要根據(jù)被檢測物質(zhì)的生物學(xué)特性反應(yīng)，選擇相應(yīng)的識別元件、信號轉(zhuǎn)換元件等。 按照識別元件的不同，生物傳感器分為酶傳感器、免疫傳感器、細(xì)胞傳感器、微生物傳感器、DNA 傳感器等。 按照信號轉(zhuǎn)換器的不同，生物傳感器分為電化學(xué)生物傳感器、光生物傳感器、熱生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器等。

2 生物傳感器在食品安全檢測中的應(yīng)用

2.1 微生物檢測

食品中的致病微生物嚴(yán)重影響人體健康，常見的致病菌包括能引起中毒或疾病的沙門氏菌、 大腸桿菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌和金黃色葡萄球菌等。 傳統(tǒng)的菌落分離培養(yǎng)計數(shù)法檢測周期長、 準(zhǔn)確度低，無法適應(yīng)現(xiàn)代市場檢測需求。被微生物污染的食品最初在外觀形態(tài)、氣味、口感等方面沒有太大變化，因此，在其流入市場前進(jìn)行微生物及其分泌毒素快速準(zhǔn)確檢測顯得尤為重要。

DNA 生物傳感器不被顏色、 濁度干擾， 具有快速、敏感、高通量、可連續(xù)使用等優(yōu)勢，因此常用于檢測食品微生物。 DNA 生物傳感器基于DNA 識別技術(shù)， 通過特殊基因序列的DNA 探頭快速鑒定食品中微生物的種類。 除直接進(jìn)行DNA 檢測的生物傳感器外， 還有通過測定微生物代謝物的間接生物傳感器。例如， 程欲曉利用大腸桿菌代謝產(chǎn)物β-D-半乳糖苷酶催化底物產(chǎn)生對氨基酚反應(yīng)，根據(jù)對氨基酚在鉑納米顆粒修飾電極上的響應(yīng)電流來確定大腸桿菌濃度。

2.2 毒素檢測

食品中微生物產(chǎn)生的毒素種類很多，其中一些毒素含量很小就會發(fā)生中毒反應(yīng)。 這些毒素毒性較大，一般具有致畸、致突變、致癌的“三致”作用。為防止毒素超標(biāo)食品通過生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯藏、銷售等環(huán)節(jié)流入食物鏈，必須嚴(yán)格快速地對其檢測。

黃曲霉毒素B1 被國際癌癥研究所認(rèn)定為Ⅰ類致癌物，誤食后可引發(fā)惡性營養(yǎng)不良、急性肝炎、肝硬化、肝癌、雷氏癥候群等諸多病癥。陳璐研基于適配體技術(shù)開發(fā)一種熒光生物傳感器，用于檢測黃曲霉毒素B1， 實驗條件優(yōu)化后的檢測范圍可達(dá)5～100 ng/mL，檢出限為1.6 ng/mL。

葡萄球菌腸毒素會使人經(jīng)常發(fā)生食物中毒現(xiàn)象，它是由葡萄球菌分泌到細(xì)胞外的一種細(xì)菌外毒素。Homola J 等應(yīng)用表面質(zhì)粒共振生物傳感器檢測牛奶樣品中的葡萄球菌腸毒素B，靈敏度可達(dá)0.5 ng/mL，且可以實現(xiàn)實時監(jiān)控。

2.3 農(nóng)藥殘留檢測

為預(yù)防病蟲害和保證產(chǎn)量，農(nóng)作物生產(chǎn)過程中常超標(biāo)使用農(nóng)藥，造成環(huán)境污染，危害人民身體健康。為預(yù)防農(nóng)藥殘留超標(biāo)的食品流入市場和流向餐桌，必須對其進(jìn)行檢測，以控制農(nóng)藥施用量。

目前， 基于酶抑制的生物傳感器常被用于檢測食品中的農(nóng)藥殘留， 一般使用乙酰膽堿酯酶作為敏感元件， 根據(jù)酶抑制率測定有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的含量。 近年來，納米材料因具有表面活性位點(diǎn)多、比表面積大、吸附性強(qiáng)的獨(dú)特優(yōu)勢，被廣泛引入生物傳感器領(lǐng)域。 關(guān)樺楠研制的高效農(nóng)藥殘留物檢測酶納米生物傳感器， 對8 種農(nóng)藥具有良好響應(yīng)和較低檢出限。

2.4 獸藥殘留檢測

近年來，我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛，獸藥使用日益廣泛。不合規(guī)、長時間濫用獸藥會產(chǎn)生耐藥菌株，使人體因積蓄殘留藥物而中毒。 同時，殘留的藥物會抑制腸道有益菌群生長繁殖，致使腸道菌群失衡。

當(dāng)前獸藥殘留檢測研究材料主要集中于食用動物及其內(nèi)臟、蛋、奶產(chǎn)品等。吳貝娜構(gòu)建一種基于介孔ZSM-5 納米材料的電化學(xué)發(fā)光傳感器， 用于阿奇霉素的檢測。此方法靈敏度高，檢測線性范圍寬，重復(fù)性和穩(wěn)定性較好。高楊等構(gòu)建一種選擇性檢測鹽酸金霉素的分子印跡電化學(xué)傳感器，在牛奶和雞肉樣品中對鹽酸金霉素顯示出良好的選擇性，但對干擾物氯霉素和青霉素沒有響應(yīng)。

2.5 添加劑含量檢測

食品添加劑的種類很多，如發(fā)色劑、甜味素、防腐劑、漂白劑、抗氧化劑、酸味劑、色素、乳化劑等。 食品添加劑若超標(biāo)使用， 會對人體健康造成不同程度的危害。

亞硝酸鹽常在肉類、蔬菜腌制時作為發(fā)色劑限量使用。硝酸鹽屬于致癌物，長期超標(biāo)食用有致癌風(fēng)險。關(guān)樺楠等構(gòu)建辣根過氧化物酶脂質(zhì)體電化學(xué)生物傳感器，用于檢測亞硝酸鹽，檢出限達(dá)20.8 μmol/L，回收率范圍在92%～105%，顯示出良好的靈敏度、準(zhǔn)確度、重現(xiàn)性。

亞硫酸鹽具有還原性，常作為漂白劑、防腐劑、抗氧化劑用于食品中。 然而亞硫酸鹽對人體有致敏性，在食品中有嚴(yán)格規(guī)定的限量。段沖構(gòu)建基于苯并吡喃腈的熒光傳感器，用于檢測食品中的亞硫酸鹽，檢出限約為0.002 mg/L，遠(yuǎn)低于亞硫酸鹽的限定值。

2.6 非法添加劑檢測

非法添加劑不同于一般食品添加劑，是絕對不允許出現(xiàn)在食品中的。但一些不法商販為謀求利益和降低成本，依然會不計后果地使用。 最常見的非法添加劑有瘦肉精、三聚氰胺等。

瘦肉精是一類結(jié)構(gòu)類似的β-激動劑化合物，可提高瘦肉增長，抑制脂肪合成。 其代表物質(zhì)為沙丁胺醇、鹽酸克侖特羅。長期食用含有瘦肉精的食品，會發(fā)生中毒現(xiàn)象。劉艷構(gòu)建以醌類衍生物為探針的免標(biāo)型電化學(xué)免疫傳感器， 使食品中的沙丁胺醇檢出限達(dá)0.24 nmol/L。

三聚氰胺是一種含氮雜環(huán)有機(jī)物，會造成食品蛋白質(zhì)含量提升的假象。 三聚氰胺不能被人體代謝，極易堆積引發(fā)結(jié)石。 焦煥軍研發(fā)出一種光電化學(xué)傳感器，增強(qiáng)巰基乙酸修飾的CdS 熒光強(qiáng)度，來檢測奶制品中的三聚氰胺。 試驗表明， 這種檢測方法簡單、靈敏，檢測限達(dá)到1.0×10-9mol/L，遠(yuǎn)低于我國嬰兒奶粉中三聚氰胺的限定值。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比， 生物傳感器更加準(zhǔn)確、靈敏、快捷，有著非常大的優(yōu)勢。 隨著新技術(shù)、新材料的不斷出現(xiàn)，生物傳感器在未來食品安全檢測中將越來越重要。 現(xiàn)階段生物傳感器有一定的局限性，一些傳感器仍處于實驗室研發(fā)階段，未能大批量生產(chǎn)。 生物傳感器的巨大潛力有待挖掘， 應(yīng)努力實現(xiàn)其多樣化、微型化、智能化、集成化，應(yīng)用于包括食品安全檢測在內(nèi)的更多領(lǐng)域。