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在我国，人们的生活水平在不断地提高，食品安全成为社会热点问题。所以探索食品检测的新形势成为了不可避免的趋势，虽然传统的食品检测方法检测的结果准确可靠，但是繁琐的检测过程既费时又费力，也需要极高的成本，较为浪费国家资源。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。
而生物传感器是一种新型的微量检验仪器，它与其他仪器相比具有反应速度快、检测成本低以及特异性比较强等优势。目 前，食物安全检验在现代社会中的热度不断上升，同时也是食品安全检测的重心。
本文深入研究生物传感器在食品安全检测中的应用，从生物传感器技术简介入手， 详细阐述生物传感器在食品安全检测各个方面的应用，与相关研究学者一起学习和参考。
图1. 示意图
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。
图2. 示意图
一、什么是生物传感器
1.生物传感器
生物传感器是一种用于检测被分析物的分析设备，顾名思义，生物传感器就是把生物成分和物理化学检测器结合在一起的设备，是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统，目的就是为了把待分析物种类、浓度等性质通过一系列的反应转变为容易被人们接受的量化数据，便于分析。
图3. 生物传感器的组成部分
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。
图4. 生物传感器实物图
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。
二、生物传感器有多少类
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。
按换能器分类
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。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。
图5. 生物传感器的不同分类
按感受器分类
感受器是生物传感器中的分子识别元件，其实是一种生物敏感膜，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。
图6. 不同类型的生物识别元件论文发表数量
三、生物传感器食品安全的应用
1 农药的检测
对于果蔬种植行业来说，为了保证产量以及果实的质量， 在种植过程中不可避免地会使用农药来进行防护，然而农药对于人体却有着极大的危害。许多农药都会导致人们直接死亡，并且会对人体器官造成不可逆的损伤。虽然这些情况出现在大量摄入的前提下，但是果蔬上的农药通过清水进行清洗很难清除干净，许多果蔬即使经过反复的冲洗，农药仍旧会残留在果蔬上，人们通过食用果蔬会间接摄入农药，若果蔬上残留的农药严重超标，人体在摄入之后也极容易出现农药中毒的情况，患者的生命安全受到极大的威胁。
图7. 示意图
现今人们为了食用更加放心和安全，往往会选择绿色蔬菜，绿色蔬菜的农药残留相对较小，符合国家和国际安全标准，虽然价格相对昂贵，但是整体安全性极高。绿色蔬菜是现今消费者群体的主要购买趋势，许多不良商家为了保证自身果蔬的销量，并且获取更多的而经济效益，即使是农药超标的果蔬也会直接标记成绿色蔬菜进行售卖，然而实际蔬果的农药残留并不达标，这就在一定程度上增加了食品安全事件的发生概率。
图8. 示意图
生物传感器对农药的敏感性相对较高，如果果蔬的农药残留超标，生物传感器会直接发现。不同的生物传感器在检测农药残留时敏感性也存在极大的差异，一般情况下，农药检测准确性相对较高的生物传感器是酶和免疫传感器，能够准确检测出果蔬的农药残留量，进而为市场监管提供有效依据。
图9.农药生物传感器-巴西圣保罗州大学
2 成分分析检测
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。
图10. 示意图
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。
图11. 酶电极型生物传感器结构图
3 添加剂检测
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。
图12. 示意图
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 ～ 6×10-4 mol/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。
4 微生物检测
许多食物中会有少量的微生物或者是本身就带有毒素， 这些微生物和毒素都会增加食用者的患病概率，过量摄入会 导致摄入者的身体健康严重受损。许多微生物也会产生毒 素，食物中毒甚至癌症等疾病，都是因为长期摄入带有毒素的微生物而诱发。
生物传感器能够及时检测出食物中的微生物或者毒素，这就极大保障了食品的安全性。生物传感器对微生物以及毒素的检测主要体现在两个方面。
图13. 示意图
1.对肉类食品的检测：
肉类食品的存储环境较差或者是本身品质不佳的情况下，很容易被大肠杆菌所感染。大肠杆菌是一种能够长期潜伏在人体消化道中的病原性微生物， 若人体的免疫系统相对较强，大肠杆菌并不会诱发严重疾病，然而如果机体因为某些原因导致自身免疫力水平下降， 大肠杆菌得不到有效抑制，就会诱发严重疾病，甚至还会造成散播性感染，导致大规模感染，造成严重的社会恐慌。
为了从根源上杜绝这些病菌，就应该注重对肉类食品的检 测。传统的检测方法在肉类检测的时候，检测时间相对较长， 肉类在检测期间就很容易变质，肉类无法贩卖，会导致商家 经济严重受损。压电晶体生物传感器的出现极大程度上提高了检测效率，极端的时间内就能确定肉类食物中是否含有大肠杆菌或者其他的致病菌，极大程度上提高了食品安全性。
图14. 压电晶体生物传感器结构图
2.对乳制品的检测：
乳制品的原材料是牛奶，牛奶本身就很容易滋生微生物，酸奶也是乳制品的一种类型，酸奶就是在微生物作用下的发酵产物，如果酸奶不合格就会导致微生物超标，食品的安全性就不能保证，生物传感器在对各种类型乳制品检测的时候都能准确确定微生物的含量，并且确定微生物是否带有毒素，以保障乳制品的安全性。
图15. 示意图
结语
我国现今经济发展速度不断加快，人们的生活条件得到了极大的改善，并且愿意在提高生活质量方面投入更多的资 金，这反而给许多不良商家创造了契机，许多不良商家不顾及消费者的健康安全，以更少的成本仿制高品质食物，这是食品安全问题频频发生的根本原因。
为了杜绝食品安全事件的发生，在科技化力量的推动之下，更多先进的技术被研发出来，可以对食品实施有效监测，生物传感器就是其中之一， 生物传感器融入到食品安全检测中，是两者之间的一次质的飞跃。
生物传感器的出现，为食品安全提供了有力的保障。各种新型的生物传感器，将慢慢地走进人们的生活，并在食品安全检测以及对微生物的分析方面发挥越来越重要的作用。在食品安全检测领域融入生物传感器，对开展食品安全检测工作会产生积极的作用，同时也为人民群众的身体健康提供了有力的保障。