生物传感器及其在食品安全检测方面的应用

韩 栋，万金萍

（山东博锐检验检测有限公司，山东淄博 256400）

近年来，各式各样的食品逐渐出现在人们的生活里，食品安全也越来越受到人们的重视。随着食品安全检测工作量越来越大，传统的检测方式已跟不上食品种类更新的步伐，所以近年来很多企业均采用了生物传感器技术进行食品安全检测工作，生物传感器能够对食品成分、食品添加剂、食品鲜度以及污染微生物等方面进行测定和分析，并且该项技术成本低、灵活度高、高度自动化、微型化和系统化为食品安全检测工作带来了极大的便利。

1 生物传感器的基本概述

1.1 生物传感器

生物传感器是一种涉及生物、化学、物理、计算机等多项专业，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器则是利用固定化的生物物质作为敏感材料（如各种酶、微生物、细胞等生物活性物质）并进行识别，将所需感受的生物参数信息转换为电信号，从而进行检测的一类传感器。生物膜上的成膜固定技术和传感器的器件技术是决定生物传感器检测质量的关键环节。应用生物传感器进行食品安全检测时，待检测的食品样品会随着扩散作用进入到生物膜敏感层内，通过分子识别后会发生一系列生物学上的反应，从而产生各种类别信息，如分子浓度、光电、热等，再被相应的信号转换器转换成可定量和处理的电信号，经过二次仪表和电极测出它的电流值或电压值，最后利用相关物理公式换算出被检测的物质的量或浓度[2]。

1.2 生物传感器的特点

生物传感器是一项高新的技术，拥有许多优点，为食品安全检测工作带来了极大的便利。①对待检测的食品样品的清晰度没有特殊要求，且不需要对检测样品进行预处理或另外添加其他试剂进行辅助，样品的被检测组别的分离和检测操作能够同步完成。②选择性好、灵敏度高。通过生物传感器可检测1～10 mg/kg浓度的物质，检测分析的速度快，一般情况下其能够在1 min内得到相应的数据结果。③利用生物传感器进行检测所需要使用到的样品较少，并且可以多次重复使用，整体的操作规程简单，是快速实现大量食品样品检测工作的良好选择。④专一性强，精确度高。因为生物传感器上的敏感材料一般是由各种酶、细胞、核酸等活性物质构成，而它们只会和特定的低物发生反应，不会受到颜色或浑浊程度的影响，相对误差率一般可以被控制在1%。⑤成本低。在连续使用生物传感器进行检测工作时，每列检测的所需费用仅需要几分钱，为许多中小型企业的成本控制提供了更多的可能性。⑥生物传感器技术能够对活体进行分析，并且可以完成连续在线监测的任务，进而实现高度的自动化、微型化测量，为海鲜类、家禽动物类等活体食品安全检测提供了优质的保障[1]。生物传感器也有一定的缺点，该技术在检测结果稳定性层面上做得还不够理想，检测结果比较容易受物理环境、化学环境因素的影响，使检测结果出现偏差，导致最终结果失真。

2 生物传感器的分类

生物传感器主要分类法有分子识别元分类法和器件分类法两种，而生物传感器的主要构件有换能器和生物敏感膜，由此可分为两大类。

2.1 根据生物传感器中的不同换能器进行分类

换能器是生物传感器的主要构成部分之一，它的主要作用是将各种生物、物理、化学信号转换成电信号[3]。换能器主要是一些电化学元件或者光学检测元件，如电流、电位测量电极、热敏电阻、场效应晶体管、压电晶体及光纤等物质。不同类别的信号转换器所产生生物反应信号是存在一定差异，例如，电极式转换器所产生的生物反应信号为氧气、二氧化碳、氢离子、氨根离子等电极活性物质。并且不同的信号能够进行相互转换，热信号转换为电信号、光信号转换为电信号及直接产生电信号的形式。

2.2 根据生物传感器中感受器的生物敏感物质进行分类

感受器是生物传感器中的分子识别元件，其是一种生物敏感膜，决定了传感器的质量与性能。感受器是由具有分子识别能力的生物功能物质组成的，如酶、全细胞、抗体和核酸等物质。每一种传感器所能够识别的生物敏感物质也是不尽相同的，例如，酶传感器能够识别各种酶；细胞器传感器则能识别各种细胞结构；基因传感器所识别的敏感物质是DNA或RNA。

3 生物传感器在食品安全检测中的应用

3.1 生物传感器在食品鲜度检测中的应用

食品鲜度与外观、气味、有无虫蛀有关，是判定食品安全的重要因素。传统的食品安全检测在食品鲜度检测中主要是依靠个人感官体验去判定食品样品的鲜度，这种方法的主观性太强，因此很难得到统一的标准结果。而生物传感器在食品鲜度检测方面应用的是理化指标客观评定，可以快速、准确地检测出生鲜牛乳、鱼、肉等常见食品的鲜度。过氧化氢是一种良好的食物保鲜剂，但是人们日常食用的生鲜牛乳中可能会存在过量的过氧化氢，所以在生鲜牛乳的食品安全检测一般会应用到过氧化氢电极检测方法，该方法与过氧化氢试纸条法和淀粉-碘化钾法相比，电极法的检测准确率和速度均更胜一筹，能够有效避免生鲜牛乳中毒事件的发生[5]。

3.2 生物传感器在食品成分分析检测中的应用

食品安全与构成食品的成分关联性最大，尤其在当下这个合成食品广泛的市场环境中，食品成分分析检测成为必不可少的工作。例如，三聚氰胺毒奶粉事件是一个不符合食品成分安全规范的典型案例，一度让我国的消费者对奶制品市场的信任近乎崩塌。食品成分离不开对蛋白质、脂肪、糖分、水分、各类维生素以及微量元素的检测。对日常生活中的水果而言，检测水果样品中的葡萄糖含量是食品安全检测的主要工作之一，利用酶电极型生物传感器可以检测出酒、水果汁、蜂蜜中的葡萄糖含量。另外，不同比例关系的酶和聚合物能够对安培传感器的敏感程度产生影响，其主要应用于检测饮料中的乙醇含量，是保证食品成分安全检测的重要节点。

3.3 生物传感器在食品添加剂分析检测中的应用

我国很多地方的人喜欢吃腌制类的食品或发酵类的食品。在食品工业中，亚硫酸盐是常用的漂白剂和防腐剂，需检测食品样品中亚硫酸盐含量是否合格。利用电流型二氧化硫酶电极系生物传感器可以检测食品样品中的亚硫酸盐含量，其能够检测的线性范围为0～6×10-4mol/L，亚硫酸盐氧化酶则是该生物传感器中的敏感材料。而且生物传感器还能检测饮料、陈醋、果冻等食品中的甜味素，在检测多类食品添加剂的分析中有关键性作用。

3.4 生物传感器在食品微生物污染检测中的应用

当人体摄入微生物过量或摄入了特殊类别微生物的食品时，会对个人的身体健康造成伤害，严重时还会出现病毒感染。其中，细菌、真菌和病毒等是主要污染的食品微生物。对此，生物传感器能够很好地完成污染食品微生物的检测，同时还能够实现快速检测工作。例如，压电晶体生物传感器的压电晶体表面具有Ecoli抗体，可以用于测定食品样品中的大肠杆菌含量。整体而言，污染食品的微生物是影响食品安全质量的重点问题，也是传统食品安全检测中比较难突破的分析层面，随着高新技术的进步，生物传感器为食品微生物检测带来了新的应对方法[4]。

4 结语

生物传感器在食品安全检测中应用广泛且有效，是一种非常值得推广的食品安全检测方法。生物传感器是一项颇有利用价值的高新科学技术，在多个领域都发挥重要的作用。食品安全检测的质量密切关系着人们的生命安全，保证准确的食品安全检测结果是至关重要的，所以相关的工作人员要严格把关生物传感器技术在食品安全检测中的应用，将食品样品检测数据正确地归档，切实提升生物传感器在食品安全检测中的作用与价值，为食品安全保驾护航。