生物传感技术在食品农药残留检测中的应用分析

摘 要：食品安全作为公共卫生的核心议题，农药残留的检测至关重要。传统检测方法存在范围有限、灵敏度不足及操作过程烦琐等缺陷。生物传感器凭借其高灵敏度、特异性识别及便携性，实现食品中农药残留的快速筛查、现场检测及多组分同时检测，尤其在低浓度残留准确检测方面展现出显著优势。该技术旨在为食品安全监管提供新的有效手段，保障消费者健康，促进农业绿色生产，提升国际竞争力。

关键词：生物传感技术；农药残留；食品安全；快速筛查；现场检测；多组分检测；低浓度残留

Application Analysis of Biosensing Technology in Food Pesticide Residue Detection

LI Yi

（Gansu Finance and Trade Professional College， Lanzhou 730030， China）

Abstract： Food safety is a core issue of public health， and the detection of pesticide residues is crucial. Traditional detection methods have limitations in scope， insufficient sensitivity， and cumbersome operation processes. Biosensors， with their high sensitivity， specificity， recognition， and portability， enable rapid screening， on-site detection， and simultaneous detection of pesticide residues in food， particularly demonstrating significant advantages in accurate detection of low concentration residues. This technology aims to provide new and effective means for food safety regulation， safeguard consumer health， promote green agricultural production， and enhance international competitiveness.

Keywords： biosensing technology; pesticide residues; food safety; rapid screening; on-site detection; multi-component detection; low-concentration residue

生物传感器作为一种集生物学、化学、物理学及信息技术于一体的新型检测装置，通过生物识别元件与待测物质发生特异性反应，将生物信号转换为可测量的电信号或光信号，从而实现对目标物质的快速、准确检测。在食品安全领域，农药残留作为影响食品质量的重要因素，其准确检测对于保障消费者健康、促进农业可持续发展及满足国际贸易标准具有重要意义[1]。随着人们食品安全意识的提高和国际贸易对食品标准的日益严格，农药残留检测技术成为研究的热点。传统检测方法如色谱法、质谱法等虽然准确性高，但存在检测范围局限、灵敏度不足及检测过程烦琐等局限性，难以满足快速、准确、全面的检测需求。生物传感技术凭借其独特的优势，在食品农药残留检测中展现出广阔的应用前景。

1 食品农药残留检测的重要性

1.1 保障食品安全，维护消费者健康

食品安全直接关系到人们的健康，是一项至关重要的民生问题。农药残留作为食品安全的重要指标之一，其超标可能引发一系列健康问题，如急性中毒、慢性中毒甚至致癌等。通过实施严格的农药残留检测，可以及时发现并处理含有超标农药残留的食品，从而有效保障消费者的健康权益。

1.2 控制食品中农药残留，促进农业绿色生产

农业绿色生产是当前全球农业发展的主流趋势。严格控制食品中农药残留，不仅是保障消费者健康的重要举措，也是保护农业生态环境的关键措施。通过实施农药残留检测，可以有效促使农业生产者合理使用农药，减少农药的过量使用，从而降低农药对土壤、水源等环境的污染。以我国为例，近年来政府加大对农产品中农药残留的监管力度，推动农业生产向绿色、有机方向转变，不仅提升了农产品的品质，也促进了农业的可持续发展。

1.3 满足食品国际贸易标准，提升国际竞争力

在全球化背景下，食品国际贸易日益频繁。各国对进口食品的安全标准也越来越严格，其中农药残留量是重要的检测指标之一。一旦食品中农药残留超标，将会导致退货、销毁等严重后果，甚至影响整个国家的食品出口声誉。因此，加强农药残留检测，确保食品符合国际贸易标准，是提升国家食品产业国际竞争力的必要条件。

1.4 加强食品监管，确保食品质量与安全底线

食品监管是保障食品安全的重要环节。通过农药残留检测，政府监管部门可以及时了解食品中农药残留的情况，并对超标食品进行追溯和处理，从而确保食品质量与安全底线。农药残留检测也是食品质量监管体系的重要组成部分，为政府制定相关政策和法规提供科学依据。例如，我国已建立完善的农产品质量安全监测体系，其中包括对农药残留的定期检测，这一体系的有效运行，为保障我国食品安全提供了有力支撑。

2 传统方法在食品农药残留检测中的局限性

2.1 检测范围局限，难以全面覆盖

在食品中农药残留检测领域，传统方法展现出明显的局限性，尤其体现在检测范围的有限性上，这些方法通常只针对特定种类的农药进行设计和优化，其检测能力被严格限定在已知且已被纳入检测范围的农药残留之内。例如，气相色谱法（Gas Chromatography，GC）、液相色谱法（Liquid Chromatography，LC）及其联用技术虽然具有较高的灵敏度和准确性，但其应用范围却受限于已知农药的标准品和检测方法的建立。通常需要针对每种待测农药进行单独的方法开发、优化和验证，因此无法轻易扩展到未知或新兴农药的检测。实际食品生产中使用的农药种类繁多，涵盖杀虫剂、杀菌剂、除草剂等多种类型。随着农业科技的不断进步，新农药的研发和应用速度日益加快，使得农药残留的检测范围不断扩大，而传统方法难以适应这一变化。特别是对于那些新兴或未被广泛研究的农药，由于缺乏相应的检测标准和方法，传统方法无法进行有效检测[2]。

2.2 灵敏度不足，易漏检低浓度残留

农药残留检测作为确保食品安全的重要环节，要求能够准确、敏感地识别并量化食品中微量的农药成分。传统检测方法（如GC和LC）虽然在一定程度上能够满足农药残留检测的需求，但在处理低浓度残留时，易受样品基质复杂性的干扰，如食品中的油脂、蛋白质、糖分等成分可能对农药的检测产生干扰，导致检测结果不准确。此外，检测仪器的精度也是限制传统方法灵敏度的一个重要因素。现有检测仪器在灵敏度上存在一定的局限性，难以准确检测到极低浓度的农药残留。

2.3 检测过程烦琐，耗时长

传统农药残留检测方法在实际应用中，通常要求进行一系列复杂的样品前处理步骤，以确保检测结果的准确性和可靠性。具体而言，在样品分析之前，都需要经过提取、净化、浓缩等一系列烦琐的前处理步骤。提取过程需要使用有机溶剂将农药从样品基质中分离出来，并进行多次提取以达到满意的回收率。净化步骤是为了去除提取液中的杂质和干扰物，以确保后续分析的准确性。而浓缩步骤则是为了提高农药的浓度，使其达到检测仪器的灵敏度范围。这些前处理步骤不仅耗费时间和资源，而且容易在操作过程中引入额外的误差，进而影响检测结果的准确性[3]。

此外，传统检测方法的检测周期也相对较长。从样品采集到最终结果的出具，通常需要数天甚至数周。在食品安全事件频发的背景下，这种较长的检测周期显然难以满足快速检测的需求。食品安全事件的及时应对和处理需要快速、准确的检测结果作为支撑，而传统方法的烦琐过程和长周期严重限制其在快速检测中的应用。

3 生物传感器在食品农药残留检测中的具体应用

3.1 快速筛查与现场检测

生物传感器作为一种新兴的检测技术，在食品农药残留检测中展现出其独特的优势，生物传感器便于携带，其小巧轻便的设计使得检测人员可以轻松地将其带到现场进行实时检测，极大地提高检测效率，使得在食品生产、加工、流通等各个环节都能迅速对农药残留进行筛查。例如，在农田现场，农民可以使用便携式生物传感器对刚采摘的果蔬进行快速检测，及时发现并处理潜在的农药残留问题，确保农产品的质量安全[4]。

在快速筛查方面，生物传感器凭借其高灵敏度和特异性，能够在短时间内对食品中的农药残留进行准确识别。生物传感器不需要复杂的样品前处理步骤，可直接对食品样品进行检测，大大缩短检测时间，这有助于监管部门迅速掌握食品中农药残留的情况，并及时采取措施防止不合格食品流入市场。

现场检测是生物传感器在食品农药残留检测中的另一个重要应用。在食品加工企业、农贸市场、超市等场所，检测人员可以使用生物传感器对食品进行现场检测，确保食品中的农药残留符合相关标准，这不仅提高了检测的准确性，还增强了消费者的信心，让消费者更加放心地购买和食用食品。

3.2 多组分同时检测

生物传感器在食品农药残留检测中的重要突破之一是其多组分同时检测的能力。生物传感器的特异性识别元件，如抗体、酶、DNA等，能够与目标农药发生特异性结合，从而实现对农药的准确识别。当食品样品中存在多种农药残留时，生物传感器可以通过不同的特异性识别元件同时与这些农药发生反应，生成相应的检测信号，并将这些信号转化为电信号或光信号等可测量的形式，进而实现对多种农药残留的同时检测。以抗体为基础的生物传感器为例，针对不同种类的农药设计不同的抗体，使其能够特异性地识别并结合相应的农药分子。当食品样品中含有多种农药残留时，这些抗体会同时与样品中的农药分子发生反应，生成不同的检测信号。通过测量这些信号，生物传感器可以准确地判断出食品中存在哪些农药残留及其具体含量[5]。

多组分同时检测不仅提高检测的效率，还有效降低检测的成本，增强检测的准确性和可靠性。由于生物传感器能够同时检测多种农药残留，可以更全面地反映食品中农药残留的情况，避免因漏检或误检而导致的食品安全问题。例如，在果蔬农产品检测中，生物传感器可以同时检测有机磷农药、氨基甲酸酯类农药、拟除虫菊酯类农药等多种常见农药残留，使其在果蔬农产品安全监管中发挥重要作用，有效保障消费者的健康和安全。

3.3 低浓度残留准确检测

生物传感器在食品农药残留检测中的另一优势在于其高灵敏度，这使得其能够准确检测食品中低浓度的农药残留，从而确保食品的安全性。生物传感器的高灵敏度主要得益于其特异性的生物识别元件，如抗体、酶或DNA等。这些元件能够与目标农药分子进行特异性结合，即使在极低浓度下也能产生明显的检测信号，使得生物传感器在复杂样品中能够准确识别并检测出目标农药，避免其他干扰物质的影响。以酶联免疫吸附试验（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）为基础的生物传感器为例，该技术利用抗原-抗体特异性结合的原理，可以检测到极低浓度的农药残留。当样品中的农药与传感器表面的抗体结合时，会引发一系列化学反应，产生可测量的信号。这种信号强度与农药浓度呈正相关，通过测量信号的强度，可以准确计算出样品中农药的残留量。

除了ELISA外，其他类型的生物传感器也展现出对低浓度残留物进行准确检测的能力。例如，基于荧光共振能量转移（Fluorescence Resonance Energy Transfer，FRET）的生物传感器，利用荧光染料之间的能量转移现象来检测农药残留。当农药分子与传感器中的荧光染料结合时，会改变染料之间的距离或构象，从而影响能量转移的效率。通过测量荧光信号的变化，可以实现对低浓度农药残留的准确检测。

4 结语

生物传感技术在食品农药残留检测中展现出显著的优势和应用潜力。其具备快速筛查、现场检测及多组分同时检测的能力，不仅大幅提升了检测效率和准确性，还有效降低了检测成本。生物传感器对低浓度农药残留的高度敏感性，为食品安全监管提供有力的技术支持。随着技术的不断发展和完善，生物传感技术在食品农药残留检测中的应用将更加广泛和深入。未来，生物传感技术有望成为保障食品安全、促进农业绿色生产及提升国际竞争力的重要手段之一。

参考文献

[1]覃浩，鲍蕾.食品安全快速检测方法研究进展[J].食品安全质量检测学报，2024，15（24）：3-9.

[2]左喜梅，李慧梅.快速检测技术在保障食品安全中的应用[J].中国食品工业，2024（22）：105-107.

[3]董悦洋.食品中有毒微生物的快速检测方法研究[J].中国食品，2024（22）：93-95.

[4]王雨婷，张洋，唐璐子，等.生物技术在食品检测中的应用研究进展[J].粮食与食品工业，2024，31（4）：61-64.

[5]任书芳，曹莉，吕蕊，等.MOFs改性分子印迹电化学传感器及其食品检测应用研究进展[J].化学研究与应用，2024，36（5）：921-930.

作者简介：李毅（1986—），男，甘肃兰州人，本科，讲师。研究方向：食品分析检测、食品标准法规。