电化学传感器在食品检测中的应用
摘要: 食品安全问题一直备受国家和人民关注,尤其是随着人们生活质量不断提升,对食品安全检测工作提出更高要求,必须运用科学有效的方式方法加强食品安全检测质量,为大众提供食品安全保障。而电化学传感器的应用凸显出诸多优势,如成本低、精度高、灵敏度高,且无需较长检测时间等,从其在食品安全检测中应用实践看,效果较好,具有广阔发展前景。对此,本文从电化学传感器概述出发,具体分析了在农药和抗生素残留量检测、食用色素检测、其他有害物质检测中的具体应用,希望更好的推进电化学传感器在食品检测方面的深入研究和开发利用。

我国一直高度重视食品安全问题,意在保证食品无毒,无环境污染,在保证满足食品有机加工需要的同时,确保其不会对人体健康带去任何伤害。国家领导人也多次在会议中强调,必须给老百姓提供一份食品安全的满意答卷,这对相关部门食品安全检测工作提出巨大考验。严格意义上讲,食品安全本身涉及到多个学科领域,这其中包括了食品加工、存贮、销售等各个环节中,容易出现的安全性问题,同时,尽最大可能性降低食品致病隐患,避免食品食用后产生中毒现象,进而更好的保证食品安全。近年来,我国一直在不断加强食品安全质量管控,因此,有必要深入了解电化学传感器在食品检测中的应用。

一、电化学传感器概述

分析电化学传感器可知,包含识别系统、转换系统两部分。其中的识别系统,其主要作用就是和被检测物质产生氧化还原反应,而转换系统的功能在于有效识别系统传送出的反应信号,而后将其传送到电子系统中完成转换、放大,这时显示的数据信息可以通过仪器看到,最终得出被分析的信号[1]。事实上,电化学传感器检测原理主要就是制备的电极导体材料和待检测物质反应,而后依照明确规定,将检测到的信号转化为电流、电压或电导。通过这种线性关系,使得电化学传感器很好的实现对待测物质的定性测量、定量测量。具体划分电化学传感器,可以细化为电位型、电导型、电流型、电容型,而按照电化学传感器识别元件不同,还可以划分为电化学DNA传感器、电化学酶传感器、电化学免疫传感器、电化学细胞传感器。

二、在食品安全检测中电化学传感器的具体应用

(一)在农药和抗生素残留量检测中的应用

现代社会发展,使得我国农业生产技术日益提升,随之的各种新型农药、抗生素也广泛应用于农牧生产中。虽然能够为人们创造一定经济效益,但由此产生的食品安全问题也非常突出,给人类健康带去巨大危害,所以,加强食品安全检测,保证食品安全显得尤为重要。

而酶生物传感器的应用,可以很好的检测出食品中的农药残留情况。在具体应用中,常见两种酶,即胆碱酯酶、有机磷水解酶,分析可知,胆碱酯酶进行的有机磷农药检测,主要作用原理就是建立在酶抑制基础上。我国相关领域学者在实践研究中,运用了溶胶一凝胶法,具体操作就是将乙酰胆碱脂酶固定在醋酸纤维膜上,在此基础上再将酶膜固定在玻碳电极上,最终得到能够借助有机磷农药测定的生物传感器,从而有效检测出硫磷,其检测限可达到2.0×10-9mol/L、辛硫磷1.4×10-9mol/L、氧化乐果1.1×10-9mol/L[2]。可从实际情况看,建立在胆碱酯酶基础上的生物传感器在应用中,表现出非常明显的缺点:一是实际操作中整个程序非常复杂、繁琐,必须进行预抑制时间;二是特异性差,容易受到诸多干扰信号影响;三是不可逆抑制会导致酶严重失去活性。但有机磷水解酶的出现能够很好的改善这些问题。

我国学者通过实践研究,在胱胺溶液中浸入金电极,通过这一过程产生电活化反应,使得氮气吹干,进而产生有机磷水解酶。这一电极具有很好的选择性,在食品检测过程中,针对甲基对硫磷、氧磷的线性范围测定能够达到1~10μmol/L,而针对二者的灵敏度测定,硫磷为1.04nA/(μmol/L)、氧磷为2.29nA/(μmol/L)。在此基础上,为更好的提高电化学传感器灵敏度,有关研究人员将多孔碳、离子液体、纳米金,借助一定反应合成复合物膜,将其附着到硼掺杂的金刚石电极上,而后将乙酰胆碱脂酶固定在上述物质反应后形成的复合膜上,最终得到酶传感器完成有机磷脂类农药的检测[3],这一电极线性范围在4.5×10-13~4.5×10-9mol/L,而检测限则2.99×10-13mol/L。这一酶传感器的应用,能够很好的助力乙酰胆碱脂酶的固定,在检测有机磷脂类杀虫剂过程中,可以起到很好的灵敏度、稳定性。

而在抗生素中,包含了大量的细菌、霉菌,还有一些其他微生物产生的可以抑制、杀灭其他微生物的次级代谢产物,若是滥用抗生素而造成过量,会直接导致动物组织中存在大量该物质,如果被人食用后非常容易导致身体产生病变而直接危害健康。针对此,我国相关研究者在实践中,将存有羧肽酶活性的微生物作为受体蛋白进行探测,使得青霉素G能够和受体蛋白发生反应后,得到一种稳定复合物,在这种复合物作用下,可以起到抑制蛋白酶活性的作用,而经过测定酶活性的改变值,最终得到牛奶样品中的青霉素G。这种检测限达到了2.6μg/kg,灵敏度非常高[4]

(二)在食用色素检测中的应用

人们在购买食品过程中,容易被食物色彩影响,所以很多商家为了提高食物感官质量,往往会添加一些色素作为副食添加剂,达到吸引人们购买的效果。分析着色剂可知,既有天然着色剂,也包含了人工着色剂。其中天然色素由于是提取于动植物组织,所以绝大部分不会对人体产生危害,但人工色素往往是由苯胺染料制成,比如人工合成胭脂红、苋菜红、柠檬黄等,如果过量使用人工色素,极易引发人体出现各种问题,比如肠胃松弛、中毒,还会直接诱发癌症等。针对此,国家对食用色素的使用剂量做出了明确规定和严格管控,可由于诸多因素影响,依然有大量的商家为了一己之私,获得更多经济利益而违规违法添加食用色素[5]。所以,必须探索出有效、快速且灵敏的方法对食品色素进行检测,我国相关领域研究学者、专家们也积极深入探究、分析该问题,最终选定电化学传感器,并将其应用到食用色素检测中,提高食品食用色素检测效果。

在具体研究中,有学者提出利用金纳米棒、氧化石墨烯复合修饰玻碳电极,这种方法在实际应用中,不仅能够实现材料高比表面积、吸附性能,与此同时也表现出非常良好的电化学特性,能够满足同时对日落黄、柠檬黄这两种色素进行检测,其中日落黄的检测线性范围是1×10-8~3.0×10-6mol/L,柠檬黄则为3×10‒8~6×10‒6mol/L,而这两种色素的最低检出限分别是2.4×10‒9mol/L、8.6×10‒9mol/L。除此之外,针对果汁、果冻等一些真实样品测试回收率,可以达到89.4%~108.8%,若是将环境控制温度控制在4℃以下,存放14天后,会发现这一电化学传感器检测电流并未发生任何损失,因此,足以说明了该检测方法能够发挥出很好的稳定性[6]。对此之下,若是当10倍浓度的胭脂红、喹啉黄这两种色素同时存在时,依托该电化学传感器的作用,会致使该目标物检测峰值电流发生明显下降,这也说明其抗干扰能力应用进一步提高。

从当前食用色素检测情况看,碳糊电极与玻碳电极得到广泛应用,当中的碳糊电极在实际应用中无需较高的制作成本,同时电极表面也较为容易更新,可因为碳糊电极在制备时,会添加不导电粘合剂,所以容易造成电极电阻增大,进而降低导电性能。相比之下,玻碳电极在应用中表现出良好的导电性,同时该电极化学稳定性较高,但缺点也非常明显,就是整个实验预处理过程繁琐,同时,制作成本较高。无论是碳糊电极还是玻碳电极,二者都可以作为检测食用色素的基底材料,经过修饰能够很好的检测出电化学性能,从而更好满足检测灵敏度、稳定性、重复性等需求,不仅如此,现阶段的食用色素检测电化学传感器,也正在积极探索能够同时检测多种色素,意在更好提高食品色素检测水平[7]

(三)在其他有害物质检测中的应用

部分食品在售卖过程中,为了方便,提高整体美观性,商家往往会附加一些塑料包装,但这些塑料包装材料由于直接与食品接触,如果材料包含有害物质,必然会直接影响到食品安全,造成食品污染。比如常见的塑料包装材料中的抗氧化剂,对苯二酚、邻苯二酚,具有一定毒性,必须加强对其迁移量的检测,确保食品本身安全性。对此,相关研究者借助分子筛SBA-15为模板,并选定好碳源,即离子液体,而后利用硝酸铁进行辅助,通过催化最终合成石墨化介孔碳(GMC),再将(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)同GMC进行稳定、均匀混合,并将液体滴涂在电极上,最终制作出GMC/BMI—MPFs/GC修饰电极[8],主要测定对苯二酚、邻苯二酚的迁移量,在实际检测效果看,较为良好。

三、结束语

综上所述,通过本文针对电化学传感器在食品安全检测中的应用分析,不难发现,这种检测方法在实际操作中较为简单,具有较高灵敏度,同时也能保证进行较快的检测。可依然存在诸多不足,需要在日后加强完善和改进。首先,就目前多数电化学传感器检测稳定性、制备方法再现性看,仍有很大提升空间,并且,若想将其应用到大批量工业化生产中,还需要进一步探索和解决;其次,应当加强研究、实践,找出制备简单、成本又低的检测方法,与此同时,也可以实现高灵敏度需求,进而保证能够满足国标相关检测需求材料;最后,由于被检测样品的预处理过程较为繁琐、复杂,所以很难保证进行现场检测,还需要日后进一步完善、优化,使得检测仪器能够更加方便的携带。