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摘要：生物傳感器作為一種全新的微量分析技術，具有較快的反應速度、較強的特異性以及較低的成本等優勢，目前正成為食品安全檢測技術研究的熱點。生物傳感器在食品微生物毒素、農獸藥殘留、不法添加物、食物品質等的檢測中應用廣泛。本文綜述了生物傳感器的基本原理、主要分類、在食品檢測中的應用及前景展望。
關鍵詞：生物傳感器；食品安全檢測；微生物檢測
當前，我國食品安全問題層出不窮，隨著人們生活品質的上升，食品質量安全問題也受到越來越多的關注。人們對食品檢測技術有了更高的期望。雖然傳統的食品安全檢測方法測定結果可靠、精準，但檢測過程繁瑣、時間長、成本高。生物傳感器是一個多學科融合、交叉的新技術，在疾病診斷、藥物篩選、司法鑒定、國防、航天、農作物的優育優選和食品衛生監督方面有著廣泛應用。相較于傳統的檢測方法，生物傳感器具有專一性強、靈敏度高、操作簡單、分析快速和成本低等優點，在食品安全檢測中發揮著重要作用。
1生物傳感器的原理
生物傳感器主要由生物感應元件和信號傳導器2部分構成。感應元件用來識別被分析物，是生物傳感器的關鍵元件，可與被分析物形成復合物。被分析物擴散進入生物敏感材料，經分子識別，然后發生生物學反應，產生的生物學信號轉化為易于傳輸、測量、處理的電信號，經檢測放大器放大輸出，便可對被分析物質進行分析和檢測。
2生物傳感器的分類
主要有以下3種分類方法：①按生物傳感器中的分子識別元件分：酶傳感器（enzymesensor），免疫傳感器（immunolsensor），細胞傳感器（organallsensor），組織傳感器（tis-suesensor）和微生物傳感器（microbial-sensor）。②按傳感器的信號轉換器分：生物電極傳感器（bioelectrode），半導體生物傳感器（semiconductbi-osensor），光生物傳感器（opticalbiosensor），熱生物傳感器（calorimetricbiosensor）和壓電晶體生物傳感器（piezoelectricbiosensor）。③按被分析物與分子識別元件的結合方式分有親合型生物傳感器、代謝型或催化型生物傳感器。
3在食品安全檢測中的研究及應用
3.1食品微生物檢測
食源性致病微生物的檢測：用于檢測禽流感病毒、SARS病毒、炭疽桿菌、結合桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、李斯特菌、霍亂弧菌、副溶血弧菌及各種大腸桿菌分離物等[1]。AndreaMR[2]等研制的可用于病毒檢測的生物傳感器，對MS2病毒的檢驗敏感度達到2×107PFU•mL-1。目前已研發出了一種可以對鼠傷寒沙門菌進行快速測定的光學免疫傳感器；一種新型伏安型細菌總數生物傳感器可用于食品、飲料、環境樣品中細菌總數的檢測；DNA微型傳感器也已經投入使用，它能對食品中的致病微生物類型做出快速、準確的檢測。DNA傳感器還能以特定的探頭檢測到微小的DN段，從而判定微生物種類。
3.2食品微生物毒素檢測
當前，多集中在對蓖麻毒素傳感器的研究。玉米提取物中的伏馬菌素B1含量可以用表面等離子共振免疫傳感進行快速測定；一種基于熒光免疫的傳感器，可在2min內檢測出農產物中黃曲霉毒素的濃度；基于光纖傳感的生物傳感器，可以在短時間內測定出食品中的病原微生物。以基因的反應為基礎，以光學信號為傳導信號的敏銳迅速的免疫生物分析傳感器被用來檢測奶制品中雙氫除蟲菌素的含量，可以達到16.2mg•mL-1的測定極限。
3.3農獸藥殘留檢測
3.3.1農藥殘留檢測
在農藥和獸藥殘留的檢測方面，酶傳感器和免疫傳感器最為常用，其中，研究比較廣泛的酶類傳感器是乙酰膽堿酯酶生物傳感器。國外研究人員已開發出了用來測定果蔬類食品中有機磷殘留的酶場效應晶體管生物傳感器；酶傳感器可用于氧磷、對吸磷、馬拉硫磷等的檢測，適用范圍較廣；電化學傳感器可用于克菌丹殺菌劑及其代謝產物濃度的檢測，該方法靈敏度高、檢測時間短；國外研發的一種生物傳感器用來檢測即食產品中的有機磷酸酯和氨基甲酸鹽，該傳感器操作簡單、檢測靈敏度高，檢測極限為5mg•kg-1，低于歐盟允許的即食產品中殺蟲劑的最高殘留量；利用表面等離子共振傳感器（SPR）對食品農藥殘留進行檢測，該方法靈敏度高、成本低、響應快，適用于農藥殘留的檢測[3]。
3.3.2獸藥殘留檢測
食品的獸藥殘留檢測中一般采用表面等離子共振傳感器（SPR）。Gustavsson等[4]采用SPR測定奶制品中的抗生素，測定極限為2.6g•kg-1，低于歐洲國家規定的4g•kg-1的最高殘留限；用表面等離子共振傳感器（SPR）可測定蝦類、蜜蜂和豬腎臟中的氯霉素及其代謝產物葡萄糖苷酸，該法的測定限值為0.1μg•kg-1[5]；用己烯雌酚抗體膜和過氧化氫電極組成的傳感器可以檢測食品中己烯雌酚素的含量，該類傳感器在肉類激素殘留含量的檢測方面的應用效果較好[6]。同時利用競爭酶免疫反應原理研制的生物傳感器在肉類激素殘留含量的檢測方面也有很好的應用。
3.4食品添加劑檢測
食品添加劑在現代食品工業中占有重要地位，提升了食品工業的發展，然而添加過量、濫用添加劑會造成健康風險。目前，生物傳感器在食品添加劑檢測方面也有所應用。CarlaCRosa等[7]用其研發的光學生物傳感器測定食品中亞硝酸鹽含量，測定極限為0.93mol•L-1，比歐盟所允許的最大限值低。生物傳感器還用于酸味劑、甜蜜素、色素、抗氧化劑及鮮味劑的測定。
3.5食品品質檢測
當前，研制替代生物感官的仿生物傳感器是生物傳感器開發的重點領域之一。美國研制了一種近似于呼氣測醉器的工具，該儀器模仿人類鼻子內呼吸道及其他部位的接收器研制而成，通過調試可用于鑒定水產品的鮮度。在我國，乳酸傳感器已廣泛應用于牛乳新鮮度的測定。
3.6食品工業中其他方面的檢測
用SPR生物傳感器Spreetatm對食物過敏源進行檢測，為食品過敏原的檢測提供了有效途徑[6]；一種能用來檢測蛋白質的核酸適配體生物傳感器已被開發出來；用來檢測食品中生物銨的無干擾電流式生物傳感器，能用來做食品的篩查檢測。該方法具有靈敏度高、抗感染性強、檢測速度快等的優點；LVShkotova等[8]開發的乳酸氧化酶電流式生物傳感器，可用來測定酒或發酵液中的乳酸含量。微生物發酵生產過程中，生物傳感器技術相對于傳統方法設備簡單、成本低，具有更大的優勢。同時，生物傳感器在食品毒理學研究中可以用來推斷物質的最低限量；生物傳感器還能用于研究營養素與基因表達和蛋白質之間的關系，從而揭示預防和抗病機理。
4在環境監測中的應用
已開發出的一種生物類傳感器能利用電流的改變來測定空氣中酚的含量；電化學生物傳感器也在重金屬離子Hg2+的現場快速檢測中有很好的應用前景；微生物BOD傳感器可用于水體監測和污水處理廠。相較于傳統的方法，該生物傳感器穩定性好，處理速度快，所需反應時間為5～10min。光纖生物傳感器也已經用于河水BOD的測定，該類傳感器不被重金屬離子影響，幾乎不受氯離子的影響；在水體富營養檢測方面，目前已研制出了可以檢測水中葉綠素a含量的葉綠素生物傳感器。
5前景展望
隨著生物學、化學、物理學、電子學和材料等技術的進步，生物傳感器將在食品和藥物檢測、環境檢測保護、生物技術、生物芯片、工業控制和生物芯片等研究中有廣泛的應用前景。相信在未來，生物傳感器技術會給人們的生活帶來巨大改變。
作者:李羽 單位:廣州工商學院