生物傳感器在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用

白曉天+楊輝

摘 要：在我國(guó)目前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，一些食品生產(chǎn)企業(yè)一味追求經(jīng)濟(jì)利益，忽略了食品的安全與健康，造成我國(guó)食品安全事故不斷發(fā)生，對(duì)人們的身心健康以及社會(huì)的穩(wěn)定產(chǎn)生了十分惡劣的影響。因此，我國(guó)逐漸加強(qiáng)了對(duì)于食品行業(yè)的監(jiān)管，尤其是對(duì)食品的安全監(jiān)測(cè)。本文著重介紹生物傳感器這一先進(jìn)技術(shù)在食品安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，旨在通過(guò)對(duì)生物傳感器在食品安全監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，更好地為食品安全的檢測(cè)提供新的方式和理論的參考，更好地保障人們的食品安全。

關(guān)鍵詞：生物傳感器；食品安全檢測(cè)；應(yīng)用

生物傳感器是一種檢測(cè)食品安全的重要工具，它是一種十分特殊的傳感器，它通過(guò)集中生物學(xué)、信息科學(xué)等多門(mén)學(xué)科的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)于物質(zhì)的快速分析、追蹤和檢測(cè)，這對(duì)于食品安全的檢測(cè)有著重要意義。在人們對(duì)于食品安全問(wèn)題高度關(guān)心的大背景下，生物傳感器在食品安全的檢測(cè)中發(fā)揮著十分重要的作用，它能夠檢測(cè)食品是否安全，是否殘留農(nóng)藥，是否能夠被人們直接食用等等。生物傳感其借助其自身高靈敏度、高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)，能夠快速檢測(cè)出不合格產(chǎn)品，目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在食品安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，并正在發(fā)揮著重要的作用。

1.生物傳感器的原理和特點(diǎn)

1.1生物傳感器的原理

傳感技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，它是現(xiàn)代電子信息技術(shù)、食品檢測(cè)科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域不可缺少的功能器件，它與通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并稱(chēng)為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。生物傳感器是將生物感應(yīng)元件的敏感性、專(zhuān)一性與一個(gè)能夠產(chǎn)生和待測(cè)物濃度成比例的信號(hào)傳導(dǎo)器結(jié)合，利用各種生物材料或生物代謝產(chǎn)物如酶、抗體等做成的用于檢測(cè)、識(shí)別生物與食品的化學(xué)成分的傳感器。生物傳感器主要用于食品和生物醫(yī)學(xué)信息的檢測(cè)，利用被檢測(cè)物和分子識(shí)別元件的特異性結(jié)合，檢測(cè)物進(jìn)入生物活性材料后發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的生物學(xué)信息經(jīng)物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變?yōu)榭啥?、可處理的電信?hào)或光信號(hào)，再經(jīng)電路進(jìn)行放大或相應(yīng)的處理后輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物的分析和檢測(cè)。生物傳感器結(jié)構(gòu)上主要包括兩部分，第一部分是識(shí)別部件，即來(lái)自于生物體分子、組織部分或個(gè)體細(xì)胞的分子識(shí)別組件，如酶、微生物、細(xì)胞或組織、抗原或抗體等； 另一部稱(chēng)為轉(zhuǎn)換部件，實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)的轉(zhuǎn)換，主要由電化學(xué)或光學(xué)檢測(cè)元件，如熱電、光電壓電元件、離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管等組成。其余為輔助部分，完成系統(tǒng)測(cè)量或控制功能。

1.2生物傳感器的特點(diǎn)

生物傳感器具有選擇性好、無(wú)需試劑、操作簡(jiǎn)便、可重復(fù)使用及在線分析等優(yōu)點(diǎn)；專(zhuān)一性好，可選擇特異性強(qiáng)，只對(duì)特定的底物起反應(yīng)，且不易受到外界干擾；采用固定化生物活性物質(zhì)作催化劑，對(duì)于一些貴重的檢測(cè)試劑可重復(fù)多次使用；檢測(cè)速度快，可以在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)完成對(duì)特定成分的檢測(cè)； 測(cè)試準(zhǔn)確度高，一般相對(duì)誤差可以達(dá)到 1%以內(nèi)；成本低，由于技術(shù)的進(jìn)步，各種生物化學(xué)試劑成本不斷下降，對(duì)于多次連續(xù)測(cè)試，其單次測(cè)試成本僅幾分錢(qián)； 操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)分析。

2.生物傳感器在食品安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1對(duì)于食品添加劑及食品成分的分析

在食品工業(yè)中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和貯藏壽命的一個(gè)重要指標(biāo)。已開(kāi)發(fā)的酶電極型生物傳感器可用來(lái)分析白酒、蘋(píng)果汁、果醬和蜂蜜中的葡萄糖等。此外，還可將納米金顆粒引入到葡萄糖傳感器中，并用核微孔膜作載體制成生物活性膜進(jìn)行研究，得到高靈敏度，高特異性的新型葡萄糖傳感器。亞硫酸鹽通常用作食品工業(yè)的漂白劑和防腐劑，采用亞硫酸鹽氧化酶為敏感材料制成的電流型二氧化硫酶電極可用于測(cè)定食品中的亞硫酸含量。此外，也有些生物傳感器可用于測(cè)定色素和乳化劑。

2.2對(duì)于食品農(nóng)藥殘留和食物鮮度的分析

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者比較關(guān)注生物傳感器在農(nóng)、獸藥殘留檢測(cè)中應(yīng)用的研究，并取得了一定成果。生物傳感器的研制開(kāi)發(fā)使農(nóng)藥殘留檢測(cè)在測(cè)定方法上更加多樣化，縮短了響應(yīng)時(shí)間，提高測(cè)量靈敏度和半自動(dòng)化程度。應(yīng)用于農(nóng)藥、獸藥殘留檢測(cè)的傳感器有很多種，其中最常用的是酶?jìng)鞲衅鳌蚊競(jìng)鞲衅髦荒軠y(cè)定數(shù)目有限的環(huán)境污染物，所以可通過(guò)一個(gè)生物傳感器上偶聯(lián)幾種酶促反應(yīng)來(lái)增加可測(cè)分析物的數(shù)目。多酶?jìng)鞲衅鞯睦又痪褪翘窃姿峄概c一個(gè)堿性磷酸酶、變旋酶、葡萄糖氧化酶相結(jié)合以測(cè)定無(wú)機(jī)磷酸鹽。目前研究較多的一類(lèi)傳感器為乙酰膽堿酯酶類(lèi)傳感器。其原理是使在傳感器 ChE 的催化作用下，乙酰膽堿水解為膽堿和乙酰。有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥與乙酰膽堿類(lèi)似， 能與 ChE 的酯基活性部位發(fā)生不可逆的鍵合從而抑制酶活性，酶反應(yīng)產(chǎn)生的 pH 變化可由電位型生物傳感器測(cè)出。此法可用于檢測(cè)果蔬表面有機(jī)磷農(nóng)藥。目前，生物傳感器研究中的重要內(nèi)容之一就是研究能代替生物視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等感覺(jué)器官的生物傳感器，即仿生傳感器。美國(guó)的一個(gè)科研小組目前正在開(kāi)發(fā)一種類(lèi)似呼氣測(cè)醉器的工具，這種超級(jí)靈敏的儀器就像一個(gè)“電子鼻子”。這個(gè)電子嗅覺(jué)系統(tǒng)中有很多傳感器，是模仿人類(lèi)鼻子內(nèi)及呼吸道其他部位的接受器而制成的。這些傳感器因漂浮于空氣中的各種分子而受到刺激。經(jīng)過(guò)“訓(xùn)練”可以通過(guò)辨別氣味，鑒定食品特別是水產(chǎn)品的鮮度。有研究者將生物技術(shù)和傳感技術(shù)相結(jié)合， 用二茂鐵作為黃嘌呤氧化酶與玻碳電極之間的電子傳遞體，通過(guò)檢測(cè)魚(yú)肉中次黃嘌呤含量所對(duì)應(yīng)的氧化峰電流而間接檢測(cè)魚(yú)肉新鮮度。

3.生物傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

目前，生物傳感器技術(shù)正進(jìn)人大規(guī)模產(chǎn)業(yè)研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用時(shí)期，但仍面臨著一些困難，主要體現(xiàn)在：所需費(fèi)用較高；技術(shù)復(fù)雜，雜交特異性及自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高；結(jié)果的掃描、背景扣除、后期數(shù)據(jù)處理等技術(shù)目前還不夠完善。生物傳感器技術(shù)由于其高通量、大規(guī)模以及平行性的特點(diǎn)已成為生命科學(xué)研究及食品安全檢測(cè)中一項(xiàng)先進(jìn)的基礎(chǔ)技術(shù)。生物芯片與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的結(jié)合將會(huì)極大的拓展和發(fā)掘后者的發(fā)展空間、發(fā)展?jié)摿?，推?dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究步人發(fā)展的快車(chē)道。對(duì)于一些新的食品安全檢測(cè)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，它比較注重與生物技術(shù)融合，例如PCR技術(shù)、核酸探針技術(shù)等，例如還有些新的檢測(cè)技術(shù)需要進(jìn)一步研究，例如，生物傳感器技術(shù)、生物芯片技術(shù)等，因此要想將微生物檢測(cè)技術(shù)完全應(yīng)用在食品安全領(lǐng)域還有很長(zhǎng)的一段路要走?？傊飩鞲衅鞯臋z測(cè)專(zhuān)一、靈敏、快速、簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，使其便于在食品安全檢測(cè)中使用，既可以被市民簡(jiǎn)單地應(yīng)用于日常的食品購(gòu)買(mǎi)中，又可以被生產(chǎn)者和檢測(cè)部門(mén)特別食品進(jìn)出口部門(mén)，應(yīng)用于大規(guī)模的食品檢測(cè)中。

結(jié)語(yǔ)：食品的安全對(duì)于人們的健康和社會(huì)的穩(wěn)定有著十分重要的意義，不合格產(chǎn)品會(huì)對(duì)人們身心健康產(chǎn)生惡劣的影響，甚至?xí)斐缮ｋU(xiǎn)。因此要規(guī)范食品行業(yè)，著重對(duì)食品安全的相關(guān)檢測(cè)，多采用類(lèi)似于生物傳感器的高效率、高靈敏度的安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，更好地規(guī)范食品行業(yè)，提升食品的安全性，維護(hù)國(guó)家的穩(wěn)定。生物傳感器在本世紀(jì)有著十分好的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)生物傳感器自身也在不斷地更新，提升自身的技術(shù)，進(jìn)一步提升檢測(cè)的準(zhǔn)確性和檢測(cè)的靈敏性，這對(duì)于食品安全性的提升有著重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：

白曉天，女、漢族，1986年7月，初級(jí)，碩士，漢族，黑龍省哈爾濱市人，主要研究方向：教學(xué)管理。

楊輝，男，漢族，1986年4月，初級(jí)，本科，漢族，黑龍省哈爾濱市人，主要研究方向：實(shí)訓(xùn)（驗(yàn)）室管理。