王 艷，包士雷，孫立瑞，竇博鑫，辛嘉英，張 娜

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

食品檢測分析技術是保障食品質量和安全、助力食品工業(yè)發(fā)展的關鍵之一。目前，常用的方法如氣相及液相色譜法、分光光度法、固相萃取法、質譜法等多是基于大型儀器，雖然具有靈敏度高、應用廣泛等優(yōu)點，但仍然存在一些現(xiàn)實問題，如專用儀器設備價格昂貴、操作技術要求較高、檢測耗時長、檢測成本高和分析過程繁復[1]，這使得其無法實現(xiàn)便捷式的快速檢測。開發(fā)精確便捷的檢測技術，在食品行業(yè)有著廣泛的需求。相較之下，電化學技術由于其操作要求較低、精密度及靈敏度較高且設備便宜等優(yōu)點，受到廣泛關注和研究。本文從電化學檢測分析技術方法、基本原理和在食品領域中的應用現(xiàn)狀等方面進行全面的綜述和分析，為電化學技術在食品檢測中的應用與發(fā)展提供參考。

1 電化學檢測技術類型及原理

近年來，隨著電化學檢測技術不斷探究創(chuàng)新，其類型已發(fā)展出眾多檢測形式用以滿足多種環(huán)境下物質的檢測需求，根據(jù)待測物質的理化性質及檢測機理的不同，將電化學檢測技術分為兩種，一種為直接電化學檢測技術，另一種為間接電化學檢測技術。

1.1 直接電化學檢測技術

原理：基于檢測物自身結構的易氧化還原特性，比如一些含有電活性基團的物質如酚[2-3]、醇[4]、醛[5]及化合物，以及金屬離子[6]等具有優(yōu)良電活性的物質，在一定的電位條件下容易在電極上得失電子，并發(fā)生氧化或還原反應從而產(chǎn)生電化學信號，實現(xiàn)電化學相關檢測。

由于檢測條件、物質性狀的不同，使用裸電極進行檢測產(chǎn)生的電信號可能較弱，對其痕量檢測需要進行電信號的有效放大，通過研究發(fā)現(xiàn)，在裸電極上修飾不同類型的材料如納米材料[7]、金屬-有機框架材料[8]，以及一些生物材料[9]等，利用不同材料結構特征可提高電極比表面積[10]，增加電子傳遞速率并提供更多活性位點以提升催化效率[11]，優(yōu)化檢測限、靈敏度及選擇性等，從而提高對物質的直接電化學檢測性能。

1.2 間接電化學檢測技術

由于某些食品組分不具備明顯的電化學活性，導致電化學響應較弱，研究發(fā)現(xiàn)在檢測系統(tǒng)中添加如二茂鐵、鐵氰化鉀及亞甲基藍等電活性物質（即氧化還原介質），將酶、抗體、適配體或DNA等特異性識別元件固定在電極表面，利用待測物質與識別元件的特異性結合，其相互作用使電活性物質產(chǎn)生的電信號發(fā)生變化，從而達到間接檢測的目的。此類技術目前主要通過構建電化學傳感器實現(xiàn)應用，根據(jù)識別元件的不同，可分為電化學酶傳感器[12]、電化學適配體傳感器[13]、電化學免疫傳感器[14]、分子印跡傳感器[15]等。各種傳感器在食品組分檢測中的應用情況如表1所示。

表1 不同傳感器在食品電化學檢測中的應用Table 1 Application of different sensors in food electrochemical detection

2 電化學技術在食品檢測中的應用

2.1 直接電化學檢測技術在食品檢測中的應用

直接電化學檢測技術是基于物質結構中含有的電活性物質發(fā)生氧化還原反應產(chǎn)生電信號的原理進行檢測，對于檢測過程而言，由于電活性物質的直接信號表達，省去了繁瑣的識別信號原件修飾、信號轉換及復雜的反應過程，使整個檢測過程更加快速高效。但同時也存在因不同電極或物質結構等因素，導致在電極上反應的電子轉移動力學緩慢、電化學響應較弱以及過電位高等問題。針對這些問題，近年來的研究擬通過使用各種類型材料，將裸電極進行改性修飾以實現(xiàn)信號放大，可有效增強電活性物質在電極反應過程中的信號響應。根據(jù)修飾材料以及增強機制的不同，直接電化學檢測技術可分為基于酶促反應機制及非酶促反應機制兩類。

2.1.1 基于酶促反應機制的直接電化學檢測技術應用

酶促反應又稱酶催化或酵素催化作用，是以酶作為催化劑進行催化的化學反應。在直接電化學檢測技術中通過將酶修飾在電極上，催化待測物質進行氧化從而產(chǎn)生電信號實現(xiàn)檢測。近年來，基于酶促反應的直接電化學檢測技術已實現(xiàn)于第三代生物傳感器的開發(fā)應用當中。三代生物傳感器的檢測機制如圖1所示。相較于前兩代生物傳感器[32-33]，可以看出第三代傳感器在電子傳遞過程中，無需通過間接檢測O2的消耗或酶反應產(chǎn)物H2O2的生成，亦不需要使用電子媒介體進行傳遞。反應的信號全部來源于酶分子與被檢測物質之間的氧化還原反應[34]，因其電流密度大，使靈敏度升高確保電化學生物傳感器的高選擇性，提高檢測的精準度，可應用于食品中物質的檢測。

圖1 三代生物傳感器電子轉移機制圖Fig.1 Schematic diagrams of electron transfer mechanism in three generations of biosensors

基于酶促反應機制的直接電化學檢測技術應用如表2所示，通過酶促反應對食品進行直接電化學檢測的應用相對較少，現(xiàn)開發(fā)用于營養(yǎng)相關成分的檢測如葡萄糖[35-37]、果糖[38]、乳糖[39]、膽固醇[40]等，在真菌毒素[41]方面也有相關檢測。由于酶的活性中心普遍深埋于分子結構內部，電子轉移距離過遠使得酶與電極間電子轉移的效率下降，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)金屬納米材料[37,39]的高導電性、高催化性可起到增大酶與電極間電子傳遞速率的作用。通過制備如金、銀等貴金屬納米顆粒修飾電極，可有效增加電活性表面積和電子轉移速率，結合天然酶類物質進行共同修飾，可用于對營養(yǎng)物質如糖類、膽固醇等進行基于酶促反應的直接電化學檢測[37,39]，研究表明貴金屬納米材料的修飾能有效促進電子傳遞，并協(xié)同催化酶促反應使信號增強。酶生物傳感器的另一大問題在于將酶直接吸附在電極表面容易造成變性失活。有研究發(fā)現(xiàn)碳基材料[42]具有穩(wěn)定性高、比表面積大等優(yōu)點，將酶固定在上面可增加酶的穩(wěn)定性并保持原有催化活性，常用材料有碳納米管、石墨烯及其復合材料等[35,40,42]，研究表明，通過碳基材料復合制備生物傳感器可以有效提高組裝酶與電極表面之間的電子轉移能力[40]。此外，Wu Shuyao等[40]發(fā)現(xiàn)使用層層自組裝技術進行電極制備，可以在溫和條件下固定更多的酶，有利于保持酶的生物活性，可提升其對膽固醇的親和力，進一步增強傳感器檢測的穩(wěn)定性、抗干擾性。

表2 基于酶促反應的直接電化學檢測技術在食品相關組分檢測中的應用Table 2 Application of direct electrochemical detection technology based on enzymatic reaction in the detection of food components

2.1.2 基于非酶促反應機制的直接電化學檢測技術應用

基于酶促反應的直接電化學檢測技術通過天然酶對待測物進行催化反應，實現(xiàn)有效的信號放大效果。其擁有良好的選擇性及高靈敏度、抗干擾能力強等優(yōu)點。但天然酶存在易失活、固定化過程復雜費時等問題。近年來，研究發(fā)現(xiàn)通過引入碳基納米材料如石墨烯[43]、碳納米管[44]等，以及納米金屬[45]、金屬氧化物納米材料[46]、復合納米材料[47]等修飾電極，利用納米材料比表面積高、導電性好、攜帶活性基團多等特點，可實現(xiàn)檢測性能的有效提升。納米材料的修飾及催化過程如圖2所示，修飾后能有效加快電流傳遞、增加電極表面積及反應活性位點，對待測物起到良好的電催化作用[48]，催化過程產(chǎn)生電信號用于待測物的相關檢測。

圖2 納米材料修飾電極過程（A）和納米材料催化反應機制（B）Fig.2 Electrode modification by nanomaterials (A) and catalytic mechanism of nanomaterials (B)

針對某些電活性物質信號響應差、氧化過電位較高等所導致的檢測靈敏度偏低、檢測結果不理想等問題，非酶促反應機制的直接電化學檢測技術利用各種納米材料的高導電性、高催化性[11]實行有效的信號放大策略，對食品組分中電活性物質的催化及檢測有著廣泛的應用（表3）。檢測性能取決于修飾材料的響應能力、催化活性以及穩(wěn)定性等，近年來，研究者致力于將多種納米材料復合制備，以彌補單一修飾材料在檢測性能方面的不足。

表3 不同修飾材料在食品電化學檢測中的應用Table 3 Application of different modifying materials in food electrochemical detection

碳基材料的成本較低且具有良好的穩(wěn)定性，作為修飾材料廣泛應用于電化學設備的制作及檢測過程中[49-51]，但由于其選擇性和催化活性較差，部分研究通過將碳基材料進行表面改性和功能化以提升碳基材料的電活性[52]，也有研究選擇將碳基材料與其他活性材料進行復合[53-56]，利用不同材料結構的優(yōu)良性質，形成協(xié)同作用以提升傳感器的檢測性能。碳基材料也可用于解決電極的生物污染問題[57]。研究人員利用快速泡沫印章輔助聚二甲基硅氧烷圖案，控制過濾過程中單壁碳納米管在聚偏二氟乙烯膜上的區(qū)域選擇性沉積，基于碳納米管的結構特性制備了一次性防污傳感器。該傳感器可有效提高防污能力，并提升了檢測的重現(xiàn)性，可用于直接檢測咖啡、牛奶等復雜基質中的嗎啡[57]。

金屬納米粒子的比表面積高，結合其自身結構的小尺寸效應使其具有良好的電催化活性[58]，可用于食品中亞硝酸鹽[59]、重金屬等痕量污染物檢測時的信號提升，增強檢測的精密度。但此結構效應也造成了顆粒聚集、反應性差等缺點。金屬納米顆粒一般被分散或負載在載體上，因為金屬和載體之間的相互作用會影響電荷轉移、納米顆粒形貌等因素，通過選擇適當?shù)妮d體如石墨烯、碳納米管等進行復合制備[60-61]，利用碳基材料[62]的性質可增強設備的穩(wěn)定性及活性表面積。研究人員通過復合制備使材料間形成協(xié)同催化效應，有效地提高了電子傳遞速率，可進一步提升檢測靈敏度，并將其成功應用于多種醬料中偶氮染料的檢測[54]。

金屬氧化物因其成本低、易于制備且電活性高等優(yōu)點，廣泛應用于食品相關組分中化學物質的檢測[63-66]。有研究表明，使用如TiO2、Fe2O3、CuO等金屬氧化物材料修飾電極可在較寬線性范圍表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性[64,66]，有團隊發(fā)現(xiàn)過渡金屬氧化物不僅資源豐富，且具有多種氧化形態(tài)，能夠活化所吸附的物質，具有良好的催化性能。通過其豐富的活性位點和尺寸可設計性，與金屬有機框架（metal organic frameworks，MOFs）材料共同制備修飾傳感器可顯著提高催化性能，可用于牛乳中雙氧水等物質的檢測[65]。

與天然酶相比，MOFs具有結構穩(wěn)定、成本低、活性可調等優(yōu)點，合成方法眾多，如機械法、水熱法、電化學法等，經(jīng)研究證明電化學原位合成法可在電極表面原位生成目標物質，可方便傳感器的構建[67]。此法構建的傳感器具有反應速度快、條件溫和、化學試劑消耗少等優(yōu)勢，已成功用于食品中亞硝酸鹽的檢測，結果顯示可有效催化待測物質氧化并增大電流響應[67]。研究發(fā)現(xiàn)單一的MOFs催化活性相對不易顯現(xiàn)，可將MOF與其他納米材料制備成復合MOFs提高其催化活性[67-71]，如將MOF與貴金屬納米粒子進行復合，并與羧基化的碳納米管共同修飾到電極表面，利用復合納米材料的高催化性能對物質含量進行檢測，相比于裸電極，復合材料可以擴大電活性表面積并加速電子轉移，對待測物質的氧化還原過程表現(xiàn)出良好的催化性能[71]。

2.2 間接電化學技術在食品檢測中的應用

在食品相關組分檢測中，存在一些物質由于自身性質特點，無法使用直接電化學檢測技術進行定性定量檢測，于是間接電化學檢測技術開始廣泛應用。即通過檢測系統(tǒng)中其他電活性物質的信號變化，與待測物質建立聯(lián)系。一般表現(xiàn)為待測物質與修飾物特異性結合后，其反應可影響電活性物質產(chǎn)生電信號的形式進而實現(xiàn)檢測?；谔禺愋苑磻坝绊懶盘柕姆绞讲煌?，可將間接技術分為基于信號放大機制檢測技術和基于抑制信號機制檢測技術。

2.2.1 基于信號放大機制檢測技術

利用信號放大機制的食品間接電化學檢測技術在適配體傳感器中應用相對較多。通過在電極上修飾適配體或適配體-介質復合物，構建適配體電化學傳感器實現(xiàn)檢測，構建及檢測過程如圖3所示。以適配體與待測物質的特異性結合反應為基礎，檢測結果通常表現(xiàn)為使介質的電氧化還原信號增大，并建立與待測物質含量的線性關系，從而實現(xiàn)快速檢測。

圖3 適配體傳感器的構建及信號放大機制檢測原理Fig.3 Construction of aptamer-based sensors and their detection principle based on signal up-regulation

適配體通常是由指數(shù)富集進化技術篩選出的寡核苷酸序列，可以是DNA或RNA，具有特異性強、識別標靶范圍廣等特點，可輕易識別標志物的結構差異，可與蛋白、核酸及許多有機無機分子、標靶復合物等結合并發(fā)生反應，使基于信號上調機制的適配體傳感器擁有著高特異性和靈敏度。近年來，適配體傳感器在食品安全檢測中應用廣泛，基于信號上調機制的適配體傳感器在食源性有害物質檢測中的應用如表4所示，主要集中于如抗生素[72-77]、真菌毒素[20,22,78-83]、重金屬殘留[84-88]以及食源性致病菌[89-92]等天然或人工制造的食源性有害物質檢測，目前，根據(jù)檢測機制以及是否采用標記物進行標記等不同，可將電化學適配體傳感器分為標記型和非標記型。

表4 基于信號放大機制的適配體傳感器在食源性有害物質檢測中的應用Table 4 Application of aptamer-based sensors based on signal upregulation in the detection of harmful foodborne substances

標記型適配體傳感器通過將電活性物質如氧化還原活性分子、酶類物質以及納米材料與適配體結合，在檢測過程中引起適體數(shù)量或空間構型改變，或利用自身結構、催化性等引起的電信號變化進行定量檢測。根據(jù)此性質有研究發(fā)現(xiàn)，在金電極表面修飾含有電活性物質的單鏈DNA，待測物存在時會與適配體形成穩(wěn)定的復合物，從而導致適配體無法與單鏈DNA形成互補雙鏈DNA，使電極表面的單鏈DNA被體系中的核酸酶P1消化水解，抗雙鏈DNA抗體無法修飾到電極上，使空間位阻減小，電活性物質的電信號增大。結果證明，該方法可在0.1～500.0 nmol/L濃度范圍檢測抗生素，具有較低的檢測限[72]。重金屬的痕量檢測對于食品安全具有重要意義，研究發(fā)現(xiàn)利用亞甲基藍（methylene blue，MB）標記的適配體及其部分互補DNA共同修飾電化學適配體傳感器，電極表面的cDNA-適配體通過cDNA的釋放，能夠發(fā)生較大構象變化并促進MB的電子傳遞效率，從而顯著提高電化學信號，檢測限低至0.65 fmol/L[88]，相較于同類型傳感器[85,87]，檢測性能更為優(yōu)異。

對于非標記型適體傳感器，其檢測機制是通過目標物質與適體進行識別反應，導致構象或空間位阻變化，電子傳輸過程的改變使電信號變化進而實施檢測?；诖祟悪C制的適體傳感器已成功應用于食品中抗生素[74,77]、真菌毒素[79]及致病菌[90-91]的檢測中。有研究發(fā)現(xiàn)利用重金屬與胸腺嘧啶的特異性識別反應，通過修飾含有T-T堿基錯配的雙鏈互補DNA可實現(xiàn)對汞的特異性檢測[84,86]，T-T錯配會阻斷DNA雙鏈內部電荷轉移，而Hg2+通過與雙鏈DNA特異性結合會形成T-Hg2+-T配位物，能夠恢復DNA完全互補雙鏈的堿基堆積狀態(tài)，引起電極表面計時電量的變化，成功應用于魚類樣品的檢測。

電化學適配體傳感器由于兼具電化學的簡便性、適配體的準確性而得到廣泛應用，但同時也存在著以下問題：首先由于食品成分的復雜性，過多的干擾物質會導致預處理過程更加繁瑣，影響檢測的選擇性和靈敏度；在食品樣品中，許多待測物質往往以痕量形式存在，過多其他成分也會干擾檢測的準確性。近年來多數(shù)研究利用DNA[93]、酶[94]的特異性，或引入功能化納米材料[89,95]修飾電極進行信號增強，盡管生物識別原件可能存在如體系繁雜、反應條件苛刻等缺點，納米材料也相對缺乏特異性，但為解決上述問題提供了不錯的方向。對于適配體傳感器未來的發(fā)展，應更多集中于解決如檢測過程中，樣品前處理的簡化、適配體等識別原件的開發(fā)篩選、運輸保存等問題，以及深入對多種物質實現(xiàn)快速、同時檢測等，對傳感器的小型化、集成化也應是重點研究的方向之一。

2.2.2 基于抑制信號機制檢測技術

2.2.2.1 基于酶抑制作用的抑制信號機制

此類機制以酶作為識別原件修飾在電極上，通過對待測物進行特異性識別為基礎。如圖4所示，通過與待測物或耦合其他修飾物發(fā)生反應抑制酶的活性，降低酶對底物的催化能力，進而使酶催化反應產(chǎn)物的電信號降低，以達到對待測物的間接定量檢測。

圖4 酶抑制機制檢測原理Fig.4 Detection principle of sensors based on enzyme inhibition

近年來基于此類機制開發(fā)的傳感器如表5所示，主要在檢測食品中農藥殘留、重金屬污染方面有所應用。測定農藥殘留方面，在傳感元件的選擇上以乙酰膽堿脂酶和丁酰膽堿酯酶等應用居多。以乙酰膽堿作為底物，當有機磷農藥存在時，農藥中的磷酸基團會將酶的活性基團磷脂化，從而抑制酶的活性，使電信號降低。利用有機磷農藥對酶催化活性的抑制作用，實現(xiàn)對各類農作物中有機磷農藥殘留高靈敏度、高特異性的檢測[96-102]。有研究稱乙酰膽堿酯酶對農藥殘留檢測的靈敏度較高，但易受到重金屬影響[93]。通過對酶傳感器進行設計修飾可相應提升檢測性能，如通過修飾納米金屬氧化物[95]、碳納米管和導電聚合物等[96]，利用自身的結構特性增大電機的比表面積，使酶的固定化更加穩(wěn)定并提升催化性能及導電性，進而增加傳感器的檢測性能。

表5 基于酶抑制機制的傳感器在食品電化學檢測中的應用Table 5 Application of sensors based on enzyme inhibition in food electrochemical detection

基于酶抑制機制的電化學技術在食品中重金屬檢測相對較少，主要應用于水中的有毒金屬殘留如鉛、汞等[103-106]，本課題組也基于此類機制開發(fā)了一種甲烷氧化菌素（methanobactin，Mb）耦合脂肪酶生物傳感器用于Cu2+的痕量檢測，利用Mb可特異性捕獲Cu2+的特點，在電極上固定化脂肪酶，檢測脂肪酶水解底物三油酸甘油酯時電信號的響應情況。Cu2+與Mb特異性結合并在脂肪酶周圍產(chǎn)生富集現(xiàn)象，抑制脂肪酶的催化活性使反應產(chǎn)物電信號降低，實現(xiàn)對Cu2+的快速定性檢測，獲得了較低的檢測限，為食品中重金屬的痕量檢測提供了研究基礎[103]。酶抑制型傳感器盡管優(yōu)點頗多，但其不足之處也顯而易見。除了作為酶傳感器的通病如穩(wěn)定性較差、活性易受環(huán)境干擾等之外，其獨特的傳感機制也在一定程度上限制了傳感器的構建及檢測應用[96,105]。探究有效酶抑制劑以拓寬檢測范圍，研制新型材料以實現(xiàn)酶的高負載、高活性固定也逐漸成為此類機制技術的研究方向[102]。

2.2.2.2 基于門控制效應的抑制信號機制

通過利用待測物與電極修飾物的特異性結合反應，控制探針分子到達電極表面的數(shù)量，進而間接測定待測物濃度稱作門控制效應[109]。如圖5所示，該效應常用于利用分子印跡聚合物作為識別單元開發(fā)的電化學信號轉導[110]、制備分子印跡電化學傳感器，以及利用特異性反應如抗原抗體間的識別反應，控制電活性物質電信號大小的免疫傳感器[111]的開發(fā)制備等。其檢測過程如圖5所示，待測物與電極表面修飾物質特異性結合，使得體系中的氧化還原探針與電極接觸受阻，抑制其發(fā)生反應導致電信號下降，信號的下降與待測物含量呈線性關系，目前基于門控制技術開發(fā)的傳感器由于其識別元件具有特異性、高選擇性等，在食品安全相關檢測方面也得到了廣泛的應用。

圖5 門控制效應檢測原理Fig.5 Detection principle of sensors based on gate control effect

基于門控制效應的傳感器在食品組分中的檢測應用如表6所示。電化學免疫傳感器通過將抗原/抗體修飾在電極上作為識別原件，通過抗原抗體與待測物質的特異性結合反應，使電信號發(fā)生相應變化實現(xiàn)檢測。由于識別原件的免疫反應具有特異性，使其在檢測過程中具有較高的專一性和靈敏度。與適體傳感器類似，免疫傳感器可以根據(jù)分析時標記物質的有無分為標記型和非標記型，其中標記型[112-115]通過將酶、納米材料、電活性物質等修飾在二抗上，將標記物作為傳感器的檢測信號，標記物能影響檢測靈敏度及檢測限的高低。而非標記型[116-121]則在電極上修飾抗原或抗體，并通過免疫識別前后的信號變化達到檢測的目的。相較之下，非標記型由于避免了復雜的標記過程，操作更為簡便，使得檢測性能相對更優(yōu)。由于免疫傳感器的抗體一般為活體制備，且需要與載體蛋白進行結合以解決免疫原性低等問題，這使得檢測元件的活性易受環(huán)境影響，制作成本提高且降低檢測的準確性。且由于待測物質如真菌毒素[118]、抗生素殘留等的痕量存在，導致產(chǎn)生的信號微弱難以有效檢測。為優(yōu)化檢測性能，近年來研究者致力于開發(fā)功能化的復合材料，如將金屬納米材料與石墨烯進行結合制備，這是由于石墨烯具有較大的比表面積，可更好地固定金屬納米材料及免疫識別元件。復合材料在增大檢測設備反應面積的同時，其協(xié)同作用使信號高效傳遞，在肉類痕量抗生素殘留檢測中應用廣泛[117,120]。目前，通過高效的制備方式及開發(fā)新型的基質電極，可實現(xiàn)免疫反應的放大[122]，使傳感器的性能得到進一步提升。

表6 基于門控制效應的傳感器在食品電化學檢測中的應用Table 6 Application of sensors based on gate control effect in food electrochemical detection

分子印跡聚合物是以待測物質作為模板材料，通過交聯(lián)劑與功能單體完成聚合，再經(jīng)過處理洗脫模板分子后，形成與待測物質互補的聚合物，其內部孔穴在形狀、大小等空間構型以及官能團上都與待測物質互補，對待測物質具有極高的特異性識別能力。分子印跡傳感器通過利用分子印跡聚合物與待測物質的特異性結合反應，將其轉化為電化學信號，實現(xiàn)對食品中組分的檢測。分子印跡傳感器的適用對象往往是小分子物質，憑借其極高的特異性，對食品中的色素[123-124]、農藥殘留[125-127]、抗生素[128-129]及其他食源性有害物質[130-131]的痕量檢測有著深入應用。目前提升檢測靈敏度、制備更多合適的功能單體以及對大分子[132]組分進行研究檢測等是分子印跡聚合物的研究重點。

2.3 電化學-光學聯(lián)用在食品檢測中的應用

隨著電化學檢測技術的不斷發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)光化學檢測具有較高的特異性、靈敏度[133]，且制備方便。與現(xiàn)有的電化學技術結合應用，可有效提升檢測性能，并擴大電化學傳感器的應用范圍。目前在食品檢測領域，利用電化學-光學聯(lián)用技術進行檢測，可根據(jù)信號及傳感原理的不同，分為光電化學傳感器[134]和電化學發(fā)光法[135]兩類。

光電化學傳感器通過將光敏材料和識別原件共同修飾制備而成[134]，通過電極信號的變化實現(xiàn)檢測。在光照條件下，光敏材料表面會產(chǎn)生電子空穴對，通過待測物與識別原件的結合使材料本身發(fā)生變化，從而改變信號值達到檢測目的。其產(chǎn)生的電流根據(jù)傳遞位置及發(fā)生反應的不同，還可分為陰極、陽極兩種光電流。近年來在食品檢測領域，光電化學傳感器已被開發(fā)用于抗生素[136]、生物毒素[137-138]、小分子物質[139]等，并在農藥檢測方面得到了廣泛應用[134,140]。由于傳感器的特殊傳感機制及構建材料的生物親和性，使檢測具有更高靈敏度及更低的背景干擾[131,134]。檢測過程中，構建傳感器的光敏材料會改變光電效應，進而影響檢測效果。研究發(fā)現(xiàn)，利用無機半導體材料如金屬氧化物、量子點等進行修飾，并結合生物識別原件共同制備傳感器，在重金屬、真菌毒素[141]及農藥檢測[142]中，可使傳感器具有較高光催化活性及穩(wěn)定性，改善因材料氧化性過高導致的選擇性差等問題。

電化學發(fā)光法基于化學發(fā)光和電化學傳感器相結合，通過待測物質在電致發(fā)光體系中所發(fā)生的電化學反應，并檢測其生成產(chǎn)物的發(fā)光強度進行檢驗分析。在食品檢測領域，相較于光電化學傳感器，電化學發(fā)光法擁有更廣泛的檢測品類。在食品營養(yǎng)物質[143-145]、食品污染物[146-148]等食品相關組分的檢測中發(fā)揮著重要作用。電化學發(fā)光技術由于發(fā)展時間較短，自身也存在如所使用的金屬電極可吸附其他物質導致檢測的準確性下降，以及光活性材料固定化不足等問題。近年來研究人員通過結合新型納米材料、開發(fā)組裝新方式等以解決傳感器的不足[149-150]，結果表明，功能化納米材料的表面催化活性高，在晶體中的擴散通道短，利用修飾材料的結構增加固定化效率的同時，可提升生物識別能力，實現(xiàn)高效的信號傳輸，使檢測效率大幅提升[150-151]。

3 結語

目前，相較于傳統(tǒng)檢測方法而言，電化學檢測方法由于操作簡單、分析速度快、較為經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點在食品相關成分檢測方面越來越受到關注。但由于食品成分的復雜性、所含外源物質的未知性以及檢測設備的材質適用性等，電化學技術在食品檢測中的應用仍存在以下問題：一是由于食品中所含組分復雜，對待測組分的電化學反應造成干擾。特別是有的組分具有與待測物相似的氧化還原性能，會直接產(chǎn)生與待測物重疊的信號；二是現(xiàn)今的電化學檢測方法多是針對單一物質的檢測，對多組分同時檢測研究相對較少；三是電極反應對環(huán)境條件敏感，電極表面易受檢測液中雜質的污染，以及其他一些不確定因素的干擾，這使得要保證檢測信號的重現(xiàn)性，對測試操作的要求很高；四是對于電化學傳感器的構建，仍需尋找低成本、環(huán)境友好且能有效提高靈敏度的修飾材料，以及開發(fā)傳感器活性組分的新型固定化、提高活性的新技術。

鑒于上述多種因素，電化學檢測技術迄今仍多數(shù)局限于實驗室研究，能夠商品化應用的實例尚少。采取以下措施可以促進電化學檢測技術走向實際應用：1）對食品進行復雜和高效的預處理，減少多組分間的干擾；2）將色譜分離方法與電化學檢測技術相結合；3）開發(fā)一次性使用的檢測電極。此外，電化學檢測設備和方式的系統(tǒng)化、便攜化、智能化，也是一個重要的發(fā)展方向。