生物傳感器在食品安全檢測中的應用

王婷婷

（衡水學院 生命科學學院，河北 衡水 053000）

隨著人民生活水平穩步提高， 對食品安全問題的關注也越來越多。 傳統的食品檢測技術存在一些弊端，如檢測結果不準確、前處理繁瑣、儀器設備昂貴、檢測周期長、對技術人員要求高等，已經不能適應現代社會的需求。 為快速、準確地現場檢測食品安全，新型檢測技術不斷涌現， 其中生物傳感器因其獨特優勢而備受關注。 生物傳感器作為一種多學科交叉融合的新興技術，汲取多種優勢，廣泛應用于食品中微生物、毒素、農獸藥殘留、添加劑含量、非法添加劑等關乎食品安全的指標檢測。 現基于生物傳感器的主要優勢和特點，探討其在食品安全檢測中的應用， 為生物傳感器的進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、細胞等生物敏感功能物質為識別元件，使樣品與識別元件發生生化反應，所產生的生物化學信息通過適當的信號轉換器轉化為可檢測的電信號、光信號等，再經過檢測器進行信號放大、輸出，最終實現農藥殘留檢測。

生物傳感器具有專一性好、選擇性強、檢測速度極快、靈敏度高、操作簡便、成本低廉等顯著優勢，在食品安全檢測領域備受關注。生物傳感器不具有通用性，需要根據被檢測物質的生物學特性反應，選擇相應的識別元件、信號轉換元件等。 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、細胞傳感器、微生物傳感器、DNA 傳感器等。 按照信號轉換器的不同，生物傳感器分為電化學生物傳感器、光生物傳感器、熱生物傳感器、半導體生物傳感器等。

2 生物傳感器在食品安全檢測中的應用

2.1 微生物檢測

食品中的致病微生物嚴重影響人體健康，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、單核細胞增生李斯特菌和金黃色葡萄球菌等。 傳統的菌落分離培養計數法檢測周期長、 準確度低，無法適應現代市場檢測需求。被微生物污染的食品最初在外觀形態、氣味、口感等方面沒有太大變化，因此，在其流入市場前進行微生物及其分泌毒素快速準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、可連續使用等優勢，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， 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物β-D-半乳糖苷酶催化底物產生對氨基酚反應，根據對氨基酚在鉑納米顆粒修飾電極上的響應電流來確定大腸桿菌濃度。

2.2 毒素檢測

食品中微生物產生的毒素種類很多，其中一些毒素含量很小就會發生中毒反應。 這些毒素毒性較大，一般具有致畸、致突變、致癌的“三致”作用。為防止毒素超標食品通過生產、運輸、貯藏、銷售等環節流入食物鏈，必須嚴格快速地對其檢測。

黃曲霉毒素B1 被國際癌癥研究所認定為Ⅰ類致癌物，誤食后可引發惡性營養不良、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開發一種熒光生物傳感器，用于檢測黃曲霉毒素B1， 實驗條件優化后的檢測范圍可達5～100 ng/mL，檢出限為1.6 ng/mL。

葡萄球菌腸毒素會使人經常發生食物中毒現象，它是由葡萄球菌分泌到細胞外的一種細菌外毒素。Homola J 等應用表面質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0.5 ng/mL，且可以實現實時監控。

2.3 農藥殘留檢測

為預防病蟲害和保證產量，農作物生產過程中常超標使用農藥，造成環境污染，危害人民身體健康。為預防農藥殘留超標的食品流入市場和流向餐桌，必須對其進行檢測，以控制農藥施用量。

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

2.4 獸藥殘留檢測

近年來，我國畜牧養殖業發展迅猛，獸藥使用日益廣泛。不合規、長時間濫用獸藥會產生耐藥菌株，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。

當前獸藥殘留檢測研究材料主要集中于食用動物及其內臟、蛋、奶產品等。吳貝娜構建一種基于介孔ZSM-5 納米材料的電化學發光傳感器， 用于阿奇霉素的檢測。此方法靈敏度高，檢測線性范圍寬，重復性和穩定性較好。高楊等構建一種選擇性檢測鹽酸金霉素的分子印跡電化學傳感器，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。

2.5 添加劑含量檢測

食品添加劑的種類很多，如發色劑、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、蔬菜腌制時作為發色劑限量使用。硝酸鹽屬于致癌物，長期超標食用有致癌風險。關樺楠等構建辣根過氧化物酶脂質體電化學生物傳感器，用于檢測亞硝酸鹽，檢出限達20.8 μmol/L，回收率范圍在92%～105%，顯示出良好的靈敏度、準確度、重現性。

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，在食品中有嚴格規定的限量。段沖構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。

瘦肉精是一類結構類似的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，會發生中毒現象。劉艷構建以醌類衍生物為探針的免標型電化學免疫傳感器， 使食品中的沙丁胺醇檢出限達0.24 nmol/L。

三聚氰胺是一種含氮雜環有機物，會造成食品蛋白質含量提升的假象。 三聚氰胺不能被人體代謝，極易堆積引發結石。 焦煥軍研發出一種光電化學傳感器，增強巰基乙酸修飾的CdS 熒光強度，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，檢測限達到1.0×10-9mol/L，遠低于我國嬰兒奶粉中三聚氰胺的限定值。

3 結語

與傳統檢測技術相比， 生物傳感器更加準確、靈敏、快捷，有著非常大的優勢。 隨著新技術、新材料的不斷出現，生物傳感器在未來食品安全檢測中將越來越重要。 現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階段，未能大批量生產。 生物傳感器的巨大潛力有待挖掘， 應努力實現其多樣化、微型化、智能化、集成化，應用于包括食品安全檢測在內的更多領域。