生物传感技术在食品农药残留检测中的运用

食品安全问题一直是政府和社会普遍关注的问题，现阶段，在农业种植过程中，农药的过量使用导致食品中农药含量过高，生物传感技术的应用，可充分满足食品行业农药检测需求，且提高了食品农药残留检测精确度。 

在现代农业种植中，农作物经常受虫害、草害影响，而农药作为非常有效的治理手段，在农业种植中被普遍应用，过量使用农药，或在农作物收获前期使用多种农药，以保证农作物产量和质量，会导致农产品中农药残留过多，引起食品安全问题，需使用必要的检测手段，以确定农产品中农药含量，避免食品安全问题。

1 抑制型生物传感器

1.1 胆碱酯酶

胆碱酯酶的活性会受到农药中一些物质的抑制，主要包括有机磷、氨基甲酸酶，另外，重金属、尼古丁等也对胆碱酯酶具有抑制作用，所以利用胆碱酯酶进行农药检测时，会受到重金属、尼古丁等物质的干扰，从而影响食品农药残留检测的质量。利用胆碱酯酶进行农药残留检测时，要保证电极上胆碱酯酶活性的可靠性，对其进行固定化。

1.1.1 电化学检测型

①乙酰胆碱酯酶(AchE)电流型生物传感器，基于胆碱酯酶进行农药检测时，检测样品无需任何处理，相关研究人员使用该传感器，检测茄子、白菜、柿子中的农药残留，检测结果显示，其检测限是30.4 ng/mL;检测食品中的马拉硫磷的检测限为0.058 ng/mL，定量检测限为0.044 ng/mL;其在乙酰甲胺磷农药检测中的应用，检测限为0.194 ng/mL，定量检测限为0.147 ng/mL。②乙酰胆碱酯酶(AchE)电流型生物传感器主要测定的是pH值，通过金属氧化电极测定传感器表面酶层pH来确定农药的含量。现阶段，研究人员研发出一种便携式的电势型Ache传感器，并提升了检测的精确度，可以对0.25 ng/mL～38.5 μg/mL浓度的农药进行检测，可测定灭多虫、OP农药(乳化剂类农药);研究人员使用甲基纤维素、牛血清白蛋白作为捕获剂，将Ache膜层固定在pH电极上，制作成电势型传感器，通过检测试验证实，5种农药的检测限为10-7 mol/L。

1.1.2 荧光检测型

将胆碱酯酶传感器与荧光检测技术相结合。研究人员使用酶(AchE、胆碱氧化酶)、乙酰胆碱、量子点等制作成一种新型的生物传感器，可以检测出食品中的敌敌畏，研究人员以苹果为样品进行检测，检测原理如图1所示。如果检测样品中有敌敌畏残留，则会抑制AchE的活性，然后抑制胆碱氧化酶，从而减少H2O2的生成量，量子点上的荧光淬灭变弱，因此荧光淬灭效果与敌敌畏浓度存在一定的关联，据此可完成检测，其检测限为4.50 nmol/L。

1.2 过氧化物酶

对过氧化物酶有抑制作用的物质有很多种，包括金属、重铬酸盐、半胱氨酸、羟胺、硫化物等，借助这些物质对过氧化物酶的抑制作用，制作出的生物传感器可用于检测食品中的农药残留，一般使用的测定方法是方波伏安法，主要用于测定硫双威，从苜蓿芽中提取过氧化物酶，并将其固定在金电极上，借助L-半胱氨酸测定白菜样品中的硫双威含量，最终获取硫双威的检测限为5.81×10-7 mol/L，检测范围是2.31×10-6～4.39×10-5 mol/L。应用基于过氧化物酶的生物传感器测量方法，将过氧化物酶固定化，在检测过程中不会受到基质影响，并且在检测之前也不用进行衍生化加工，检测成本较低，且耗时较少，具有应用和推广优势。

1.3 酸性磷酸酶

利用农药对酸性磷酸酶的抑制作用，研究人员研发出电流型双酶(酸性磷酸酶、葡萄糖氧化酶)生物传感器，主要应用物理和化学方法，在安培计电极上固定两种酶，可检测农药中的有机磷类和氨基甲酸酯类农药。还有一种是混合型的生物传感器，没有将酸性磷酸酶固定在电极上，而是固定在马铃薯切片上，以提高酶的活性，应用这两种传感器，检测OP农药，获取的检测限为1 μg/L;用于检测G6P(葡萄糖-6磷酸)，两种传感器的检测限是4.9×10-5～1.3×10-3 mol/L。

2 免疫生物传感器

其主要将抗体或抗原作为检测元素，对农药中特定的分子进行检测，而大部分酶生物传感器，只能测定出农药的总含量，而不能检测出特定的分子，免疫生物传感器的出现，弥补了酶传感器的不足，并且免疫型生物传感器的体积较小、成本较低，并且可进行实时检测。应用抗体或者是抗原进行食品农药残留检测，已经成为生物传感技术发展和应用的主要方向。一般使用的测定方法是竞争法，但是这种方法操作较为复杂，所以非标记型传感器得到快速发展，并得到很好地应用，与标记型传感器相比，非标记传感器检测成本较低，以及具备实时检测能力，但是其缺点是体积较大，操作过于复杂，不适用于快速检测。

2.1 电化学式

在食品农药残留检测行业中，电化学免疫传感器类型较多。①非标记型，用于测定农药莠去津，将AuNPs(金纳米粒子)固定在金电极上，提升莠去津单克隆抗体的固载量，提高金电极的检测灵敏度，然后使用传感器进行检测，使抗体与莠去津互相作用，产生信号，接着应用微分脉冲伏安法进行测定，应用该方法检测莠去津农药含量的线性范围是0.05～0.5 ng/mL，检测限为0.015 ng/mL。②竞争型，研究人员在传感器的电极上，安装了IDuEs(集成微电极)，用来检测红酒中的莠去津含量，最大检测浓度是10-9 ng/mL，应用的是直流型传感器，所以检测的成本较低。

2.2 机械式

微悬臂梁传感器通过应力变化进行农药含量检测，将抗体固定在金电极上，然后使其与样品相互作用，从而应力发生变化，促使悬臂发生位移。将二氯苯氧乙酸和莠去津抗体固定在金电极表面，形成一个活性免疫层，农药与两种抗体之间的粘附力，需使用原子力显微镜悬臂测量。

3 结语

目前，生物传感技术在食品农药残留检测中，已得到广泛应用，且可检测复杂的农药残留样品。基于酶的生物传感器出现和应用的时间最早，也是应用最多的生物传感技术，其检测操作简便、速度快，且灵敏度高，其中，传感器灵敏度与酶的活性密切相关，所以在农药残留检测过程中，要使用技术手段，保持和提高酶的活性，增加其灵敏度，以保证检测的精确度。另外，免疫生物传感器，主要用于水溶性农药的测定，检测比较便捷，具有很强的专一性。因此，在农药残留检测工作中，需要根据检测对象选择合适的生物传感器，从而保证农药残留检测工作质量。

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