纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的应用研究

　　赵馨竹

　　( 黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆 163711)

　　摘　要：纳米酶生物传感器具有灵敏度高、特异性好、反应快速等特点，在医学诊断、食品安全监测、环境污染监测等领域具有广泛的应用前景。本文分析了纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的具体应用及未来发展趋势，以供借鉴。

　　关键词：纳米酶；传感器；食品质量；安全检测

　　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中具有高灵敏度、特异性识别、快速响应、多组分检测、低成本与易操作以及实时监测等优势，已成为一种有潜力的工具，能够提高食品行业的质量监控和安全保障水平。

　　1　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的应用优势

　　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中具有多重优势。①高灵敏度。纳米材料具有较大的比表面积和特殊的电子输运性质，可提高传感器的灵敏度。此外，酶的催化作用可以进一步放大信号，使得传感器对目标物质的检测更加敏感。②特异性识别。通过在纳米材料表面功能化特异性识别分子（如抗体、DNA 探针等），可使传感器只对目标分子进行特异性识别，减少误报率。③快速响应。纳米酶生物传感器的反应速度快，通常只需几分钟到几小时的时间即可完成检测过程，能够满足快速检测的需求，尤其适用于需要实时监测和迅速反应的场景。④多组分检测。在纳米酶生物传感器上引入不同的特异性识别分子或酶，可以实现对多组分或多目标物质的同时检测，提高检测效率和便利性。⑤低成本与易操作。纳米酶生物传感器制备相对简单、成本较低，并且操作相对容易，这意味着这种传感器可以广泛应用于实验室和现场环境。⑥实时监测。纳米酶生物传感器具备实时检测食品中污染物的能力，这对于食品生产和加工过程中的质量控制十分重要，有助于及时采取措施，避免潜在风险对公众健康造成影响[1]。

　　2　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的具体应用

　　2.1　农药残留检测

　　农药残留是导致食品卫生问题的主要因素之一，而纳米酶生物传感器可以用于农药残留检测。纳米酶生物传感器可以通过特异性识别分子捕获目标农药成分，并通过酶的催化作用产生信号变化，从而实现对农药残留的定量检测。以有机磷类农药为例，有机磷类农药中的乙酰胆碱酯酶催化而成的产物能够抑制或破坏纳米酶的结构，如果在检测物中存在有机磷类农药，纳米酶的活性会受到抑制，氧化还原反应得以进行，从而有效检测有机磷类农药。

　　2.2　食品中毒素检测

　　食品中的毒素（如黄曲霉毒素、赭曲毒素等）会对人体健康造成严重危害，纳米酶生物传感器可以利用特异性识别分子对目标毒素进行识别和捕获，同时酶的催化反应可以放大信号，从而实现对食物中毒素含量的检测。纳米酶生物传感器在食品毒素检测中的应用主要体现在以下3 个方面。①真菌毒素检测。黄曲霉毒素、赭曲霉素等是食品中常见的真菌毒素，纳米酶生物传感器可以通过特异性的抗体或适配体与这些毒素结合，然后通过纳米酶催化底物产生信号，从而实现对真菌毒素的快速检测。②细菌毒素检测。大肠杆菌产生的志贺毒素、金黄色葡萄球菌产生的肠毒素等细菌毒素，也是食品安全的威胁。纳米酶生物传感器可以利用特异性的抗体或核酸适配体识别这些毒素，并通过纳米酶的催化作用产生检测信号。③海洋生物毒素检测。麻痹性贝类毒素、神经性贝类毒素等海洋生物毒素，也会对人类健康构成威胁。纳米酶生物传感器可以通过特异性的抗体或适配体来识别这些毒素，并通过纳米酶的催化作用产生可检测的信号。在食品检测中，纳米酶生物传感器的应用有助于确保食品安全，防止食品中毒事件的发生。随着纳米技术和生物传感技术的不断进步，传感器的性能和应用范围将会进一步提升和扩大，为食品毒素的快速检测提供更加有效的工具[2]。

　　2.3　基因改造食品检测

　　转基因技术是将外源基因导入植物或动物中，以改变其遗传特征和性状的技术。基因改造食品是利用转基因技术获得的食品，其合法性和安全性一直备受关注，纳米酶生物传感器可以通过设计特异性的DNA 探针识别和捕获基因改造食品中的转基因序列，通过酶的催化作用放大信号，从而实现对基因改造食品的检测。纳米酶生物传感器在基因改造食品检测中也具有潜在的应用前景。①转基因成分检测。纳米酶生物传感器可以通过设计与转基因成分特异性识别的纳米酶，实现对转基因DNA 或蛋白质的高选择性检测，从而确定食品中是否存在转基因成分。②表面增强拉曼散射（Surface Enhancementof Raman Scattering，SERS）检测。利用金或银纳米颗粒的SERS 效应，可以设计纳米酶生物传感器来检测转基因食品中的特定分子，这些纳米颗粒可以增强目标分子的拉曼信号，从而提高检测的灵敏度。③电化学检测。纳米酶生物传感器可以通过电化学方法检测转基因成分。例如，以纳米金颗粒为电极材料，通过特定的酶标记来检测转基因DNA 或蛋白质，当目标分子存在时，会产生电化学信号变化。但就目前的情况来看，纳米酶生物传感器在基因改造食品检测过程中的应用还需要克服一系列挑战，如样品处理、检测特异性、灵敏度和可靠性等问题，因此在使用纳米酶生物传感器进行基因改造食品检测时，仍需要结合其他辅助方法进行验证和比对，以确保准确性和可靠性[3]。

　　2.4　食品微生物污染检测

　　食品中的微生物污染是导致食品腐败和食源性疾病的重要原因。纳米酶生物传感器可以利用特异性识别分子对微生物进行捕获和识别，酶的催化反应可以放大信号，从而实现对食品中微生物污染的快速检测。纳米酶生物传感器结合了纳米材料和酶的特性，能够高效地检测食品样品中存在的微生物污染，在食品微生物污染检测中具有广泛应用的潜力。①大肠杆菌检测。大肠杆菌是食品中常见的病原微生物之一，研究人员开发了一种基于纳米酶的生物传感器，可以快速检测食品样品中的大肠杆菌。这种传感器通常以金纳米颗粒或磁性纳米颗粒为信号放大器，通过特定的酶标记检测大肠杆菌的存在。②金黄色葡萄球菌检测。金黄色葡萄球菌污染是导致食物中毒的常见原因之一，纳米酶生物传感器可以利用金纳米颗粒的SERS 效应，通过特异性抗体识别金黄色葡萄球菌，并产生可检测的拉曼信号。

　　2.5　兽药残留检测

　　兽药残留是指在动物产品（如肉类和奶类）中残留的兽药，过量或长期摄入这些残留物可能对人体健康造成危害。因此，及时、准确地检测兽药残留对于食品安全至关重要。在兽药残留检测中，纳米酶生物传感器可用于兽药残留的快速筛查和定量检测。①免疫传感。将针对特定兽药的抗体固定在纳米材料上，当目标兽药存在时，其与抗体结合，导致信号变化，可以通过光谱或电化学方法进行检测。②酶活性传感。利用特定的酶催化兽药残留进行反应，产生可检测的信号变化。例如，将特定酶与纳米材料结合，当兽药残留存在时，酶活性发生改变，可以通过测量光信号或电流的变化来检测兽药残留。③ DNA/RNA 传感。利用纳米材料和DNA 或RNA探针相互作用，实现对兽药残留的选择性识别和检测，当目标兽药存在时，其与DNA或RNA 探针结合，导致信号变化，可以通过荧光或电化学方法进行检测。纳米酶生物传感器在兽药残留检测中具有较高的敏感性和特异性，并且可以快速提供可靠的结果，可以用于实验室、食品加工企业和农田等不同场所的检测，并有助于监测和管理兽药的使用，确保动物产品的安全性[4]。

　　2.6　有害金属检测

　　有害金属对人体健康有害，长时间食用有害金属超标的食物，可能会造成慢性中毒的情况，对人体的神经系统、心脑血管系统造成难以弥补的伤害，甚至会干扰人体正常的生理功能。因此，研究有害金属检测方法对于人体健康发展有着极其重要的意义。纳米酶生物传感器对于食品中的有害金属离子检测能够发挥重要作用。例如，可以利用特定的酶检测铅、汞等重金属，这些酶在受到金属离子的影响后会发生变化，从而产生可测量的信号。同时，多种重金属能够有效抑制纳米酶的活性，如具有较强过氧化物模拟酶活性的多孔纳米片的活性可以被Cd、Hg、Pb、As 等多种重金属抑制，利用此原理能够有效检测出食物中重金属的含量。纳米酶生物传感器在检测食品有害金属离子中具有广泛的应用前景，具有高灵敏度、高选择性和实时监测等优势[5]。

　　3　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的应用趋势

　　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测领域具有很大的潜力，未来的应用趋势包括以下5 个方面。①多功能集成。纳米酶生物传感器未来的发展趋势是将不同类型的纳米材料和酶结合起来，构建出具有多功能的纳米酶生物传感器，这样的传感器可以同时检测多种目标分子（如农药残留、毒素、微生物污染等），提高检测效率和准确性。②快速便携。传统的食品检测方法通常需要在实验室环境中进行，时间较长，未来的纳米酶生物传感器将更加便携，可以实现现场快速检测，缩短检测时间，满足实时监测的需求。③纳米材料的创新。未来纳米材料的研究和开发将进一步推动纳米酶生物传感器的发展。例如，引入二维材料、金属有机框架等新型纳米材料，以提高传感器的敏感度、选择性和稳定性。④智能化与自动化。随着人工智能和自动化技术的发展，未来的纳米酶生物传感器将结合智能算法和自动化系统，实现自动识别、分析和处理数据，并给出准确的结果和报告，提高检测的可靠性和操作的便捷性。⑤运用无损检测技术。传统的食品质量与安全检测方法通常需要破坏性取样分析，对食品产品造成损失，未来的纳米酶生物传感器将借助非侵入式或微侵入式的无损检测技术，实现对食品的无损检测，保持食品的完整性[6]。

　　4　结语

　　纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中具有快速、灵敏、准确等优势，可以提高食品安全监测的效率和可靠性。纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的未来应用趋势将在多功能集成、快速便携、纳米材料创新、智能化与自动化以及无损检测等方面不断发展，为食品行业提供更高效、准确和可靠的检测手段，保障公众的饮食安全。

　　参考文献

　　[1] 赵文潇, 翟飞, 杨海龙, 等. 纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的应用[J]. 食品研究与开发,2021,42(24):184-192.

　　[2] 罗福丽. 基于金属氧化物纳米生物传感器的食品质量检测研究[D]. 南宁: 广西大学,2021.

　　[3] 熊灿. 基于电解质栅控场效应晶体管的生物传感器在食品质量安全检测领域的应用研究[D]. 合肥: 合肥工业大学,2018.

　　[4] 刘俊桃, 陈晓培, 王川川, 等. 金属有机骨架材料作为纳米酶在食品安全快速检测中的应用[J]. 食品安全质量检测学报,2022,13(8):2490-2496.

　　[5] 武凤玲. 基于金属纳米酶比色传感阵列检测食品含硫化合物和抗氧化剂的研究[D]. 长春: 吉林大学,2023.

　　[6] 田冰, 武煊, 钟玉洁, 等. 基于金纳米颗粒过氧化物酶活性的比色传感器在食品安全检测中的应用[J]. 食品与发酵工业,2022,48(4):274-279.