生物傳感器及其在食品安全檢測方面的應用

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均采用了生物傳感器技術進行食品安全檢測工作，生物傳感器能夠對食品成分、食品添加劑、食品鮮度以及污染微生物等方面進行測定和分析，并且該項技術成本低、靈活度高、高度自動化、微型化和系統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、物理、計算機等多項專業，是一種對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。生物傳感器則是利用固定化的生物物質作為敏感材料（如各種酶、微生物、細胞等生物活性物質）并進行識別，將所需感受的生物參數信息轉換為電信號，從而進行檢測的一類傳感器。生物膜上的成膜固定技術和傳感器的器件技術是決定生物傳感器檢測質量的關鍵環節。應用生物傳感器進行食品安全檢測時，待檢測的食品樣品會隨著擴散作用進入到生物膜敏感層內，通過分子識別后會發生一系列生物學上的反應，從而產生各種類別信息，如分子濃度、光電、熱等，再被相應的信號轉換器轉換成可定量和處理的電信號，經過二次儀表和電極測出它的電流值或電壓值，最后利用相關物理公式換算出被檢測的物質的量或濃度[2]。

1.2 生物傳感器的特點

生物傳感器是一項高新的技術，擁有許多優點，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行預處理或另外添加其他試劑進行輔助，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，檢測分析的速度快，一般情況下其能夠在1 min內得到相應的數據結果。③利用生物傳感器進行檢測所需要使用到的樣品較少，并且可以多次重復使用，整體的操作規程簡單，是快速實現大量食品樣品檢測工作的良好選擇。④專一性強，精確度高。因為生物傳感器上的敏感材料一般是由各種酶、細胞、核酸等活性物質構成，而它們只會和特定的低物發生反應，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。在連續使用生物傳感器進行檢測工作時，每列檢測的所需費用僅需要幾分錢，為許多中小型企業的成本控制提供了更多的可能性。⑥生物傳感器技術能夠對活體進行分析，并且可以完成連續在線監測的任務，進而實現高度的自動化、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質的保障[1]。生物傳感器也有一定的缺點，該技術在檢測結果穩定性層面上做得還不夠理想，檢測結果比較容易受物理環境、化學環境因素的影響，使檢測結果出現偏差，導致最終結果失真。

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件有換能器和生物敏感膜，由此可分為兩大類。

2.1 根據生物傳感器中的不同換能器進行分類

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

2.2 根據生物傳感器中感受器的生物敏感物質進行分類

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，決定了傳感器的質量與性能。感受器是由具有分子識別能力的生物功能物質組成的，如酶、全細胞、抗體和核酸等物質。每一種傳感器所能夠識別的生物敏感物質也是不盡相同的，例如，酶傳感器能夠識別各種酶；細胞器傳感器則能識別各種細胞結構；基因傳感器所識別的敏感物質是DNA或RNA。

3 生物傳感器在食品安全檢測中的應用

3.1 生物傳感器在食品鮮度檢測中的應用

食品鮮度與外觀、氣味、有無蟲蛀有關，是判定食品安全的重要因素。傳統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，因此很難得到統一的標準結果。而生物傳感器在食品鮮度檢測方面應用的是理化指標客觀評定，可以快速、準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，但是人們日常食用的生鮮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生[5]。

3.2 生物傳感器在食品成分分析檢測中的應用

食品安全與構成食品的成分關聯性最大，尤其在當下這個合成食品廣泛的市場環境中，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范的典型案例，一度讓我國的消費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、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，不同比例關系的酶和聚合物能夠對安培傳感器的敏感程度產生影響，其主要應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點。

3.3 生物傳感器在食品添加劑分析檢測中的應用

我國很多地方的人喜歡吃腌制類的食品或發酵類的食品。在食品工業中，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鍵性作用。

3.4 生物傳感器在食品微生物污染檢測中的應用

當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，嚴重時還會出現病毒感染。其中，細菌、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，同時還能夠實現快速檢測工作。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量的重點問題，也是傳統食品安全檢測中比較難突破的分析層面，隨著高新技術的進步，生物傳感器為食品微生物檢測帶來了新的應對方法[4]。

4 結語

生物傳感器在食品安全檢測中應用廣泛且有效，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技術，在多個領域都發揮重要的作用。食品安全檢測的質量密切關系著人們的生命安全，保證準確的食品安全檢測結果是至關重要的，所以相關的工作人員要嚴格把關生物傳感器技術在食品安全檢測中的應用，將食品樣品檢測數據正確地歸檔，切實提升生物傳感器在食品安全檢測中的作用與價值，為食品安全保駕護航。