生物传感器在食品安全检测中的应用

【摘 要】随着我国经济的不断发展,人们的生活水平越来越高,对食品安全的关注度也随之提高.食品不安全事件的不断发生加快了食品安全检测技术的发展.生物传感器作为最新的检测技术之一,是一种以生物活性单元为敏感元件,结合化学、物理转换元件,对被分析物具有高度选择性的仪器,具有灵敏度高、检测速度快、成本低等优点.本文在概述生物传感器的基础上,具体分析了生物传感器是如何在食品安全中检测的,最后展望了未来生物传感器的特点.希望对促进食品安全检测技术的发展和保证食品质量安全提供一定的借鉴.

【关 键 词】生物传感器；食品安全；检测技术

1.生物传感器概述

1.1、生物传感器的含义

生物传感器（Biosensor）是以固定化生物活性物质（酶、蛋白质、微生物、DNA及生物膜等）做敏感元件与适当的物理或化学换能器有机结合而组成的一种先进分析检测技术,由生物识别元件和信号转换器组成,能够选择性地对样品中的待测物发出响应,通过生物识别系统和电化学或其他传感器把待测物质的浓度转为电信号,根据电信号大小定量测出待测物质的浓度.

生物传感器有很多中,根据不同的标准可以分为不同的类型.根据生物活性物质,生物传感器可以分为酶传感器、免疫传感器、DNA传感器、组织传感器和微生物传感器等；根据检测原理,生物传感器可分光学生物传感器、电化学生物传感器及压电生物传感器等；按照生物敏感物质相互作用,可分为亲和型和代谢型两种；此外,还可根据所监测的物理量、化学量或生物量而命名为热传感器、光传感器、胰岛素传感器等.

1.2、生物传感器的特点

生物传感器与其他传感器的最大区别在于：生物传感器的信号检测以生物活性物质作为敏感元件,具有特异识别分子的能力.与传统的分析方法相比,这种新的检测装置具备以下特点：

经济、简便：一般不需要进行样品预处理,测定时一般不需要另外添加其他试剂；

体积小便于携带,可实验连续在线检测和现场检测；

操作系统比较简单,容易实现自动分析,准确度高；

通常不需进行样品的预处理,可将样品中被测组分的分离和检测统一为一体,使整个测定过程简便迅速,容易实现自动分析；

2、生物传感器在食品安全检测中的具体应用

2.1、生物传感器在农药残留检测中的应用

随着病虫害的增加,农药成为保证蔬菜等顺利生长的必备品.但是,农药的过度使用使食品、农产品中的农药残留量超标,成为危害食品安全的重要因素之一,严重危害着使用者的身体健康.生物传感器利用农药对目标酶活性的抑制作用研制的胆碱酯酶传感器,以及利用农药与特异性抗体结合反应研制的免疫传感器,在食品农药残留检测中得到了广泛的研究.应用于农药兽药残留检测的传感器最常用的是酶传感器.单酶传感器只能测定数目有限的环境污染物,所以可通过一个生物传感器上偶联几种酶促反应来增加可测分析物的数目.

2.2、生物传感器在分析食品基本成分中的应用

生物传感器可以实现对大多数食品基本成分进行快速分析,包括蛋白质、氨基酸、糖类、有机酸、酚类、维生素、矿质元素、胆固醇等.采用亚硫酸盐光纤生物传感器可测定果蔬中亚硫酸盐的含量；利用氨基酸氧化酶传感器可测定各种氨基酸（包括谷氨酸、L广天冬氨酸、L精氨酸等十几种氨基酸）；酶电极型生物传感器可用来分析白酒苹果汁果酱和蜂蜜中的葡萄糖等；通过双电极的差分方法由生物传感器自动分析原先测定不出来的项目,包括尿素谷氨酰胺淀粉蔗糖乳糖麦芽糖等.

2.3、生物传感器在分析食品添加剂中的应用

现在,一些厂商为了追求食品的美味达到吸引顾客的目的就大量地添加食品添加剂.添加剂有些是危害身体的,所以对食品添加剂的分析很重要.

亚硫酸盐通常被用作食品工业的漂白剂和防腐剂,采用亚硫酸盐氧化酶为敏感材料制成的电流型二氧化硫酶电极可用于测定食品中的亚硫酸含量.此外,也有些生物传感器可用于测定色素和乳化剂

2.4、生物传感器在测定食品鲜度中的应用

食品的新鲜度是衡量食品是否安全的因素之一,有的食品一旦失去了新鲜度,生物成分就会转化为对人们身体有害的物质,所以要加强食品新鲜度的测定.

生物传感器作为食品鲜度评价的工具使对食物新鲜度的评价由主观变化客观,由定性走向定量.目前这方面的研究和应用主要集中在肉类鲜度的评定.食物腐败的过程都伴随着产生特定的化学物质,如微生物总数增加、生成胺类、核苷酸降解等,所以根据测定对象的不同可采用不同类型的生物传感器.Volpe等曾以黄嘌噙氧化酶为生物敏感材料,结合过氧化氢电极,通过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷、肌苷和次黄嘌呤的浓度.

3.未来生物传感器的发展趋势

食品安全越来越重要,对检测食品安全的技术研究会得到不断的深入.生物传感器从20世纪60年代中期开始研发,现在已经经历三代,但现在的生物传感器还具有敏感膜上生物分子的固定量以及固定分子的活性很难控制,导致传感器使用的一致性、可靠性差,测量精密度低；生物分子的活性保持受许多因素影响,导致传感器使用寿命不长等缺点.通过科学家们的研究预测,未来的生物传感器将具有以下特点：

智能化与集成化.未来的生物传感器将与计算机紧密结合,自动采集数据处理数据.同时,芯片技术将进入传感器领域,实现检测系统的集成化一体化.

低成本、高灵敏度、高稳定性和高寿命.生物传感器技术的不断进步必然要求不断降低产品成本,提高灵敏度稳定性和延长寿命这些特性的改善也会加速生物传感器场化商品化的进程.

4.小结

通过以上的分析可知,生物传感器以其独特的优势在食品安全检测的各方面中都得到了广泛的应用.尽管当前的生物传感器还受到稳定性、重现性和使用寿命的限制,加之食品成分多且含量差异大等问题,使得生物传感器在食品安全检测中实现商品化的进程受到制约.但是,我们相信随着生物学、信息学、材料学和微电子学的飞速发展,微型化、多功能化、智能化和集成化,开发新一代低成本、高灵敏度、高稳定性和高寿命的生物传感器将会应用到食品安全检测中来.