Биосенсоры представляют собой аналитические приборы, которые объединяют биологический элемент и физико-химический преобразователь сигнала. Биологический элемент может быть ферментом, антителом, нуклеиновой кислотой, клеткой или микроорганизмом, способным селективно взаимодействовать с определённым компонентом пищевого продукта. При этом преобразователь (трандьюсер) конвертирует биохимическое событие в измеримый сигнал — электрический, оптический, термический или акустический.
Ключевым аспектом является специфичность взаимодействия. Биологическая молекула распознаёт только целевой аналит, что позволяет выявлять низкие концентрации веществ, включая токсичные соединения, патогенные микроорганизмы и остатки пестицидов. Эффективность сенсора определяется не только чувствительностью, но и стабильностью биологического элемента и быстротой ответа.
Биосенсоры классифицируются по типу биологического элемента и способу преобразования сигнала.
1. По биологическому элементу:
2. По типу преобразователя:
Контроль безопасности пищевых продуктов Биосенсоры позволяют выявлять патогенные бактерии (Salmonella, Listeria, E. coli), вирусы и токсины на ранних стадиях производства. Электрохимические и иммуносенсорные методы обеспечивают обнаружение микроорганизмов при концентрации менее 10²–10³ КОЕ/мл, что значительно ускоряет процесс контроля по сравнению с классическими культуральными методами.
Определение химических компонентов Ферментативные биосенсоры применяются для мониторинга сахаров, органических кислот, аминокислот, витаминов и консервантов. Например, глюкозооксидазные сенсоры используют в производстве напитков для контроля уровня глюкозы и предотвращения ферментации, ведущей к порче продукта.
Контроль качества и свежести Оптические и электрохимические сенсоры определяют концентрацию летучих соединений, продуктов окисления липидов и аминов разложения белков. Эти показатели напрямую связаны с порчей продуктов и запахом, позволяя оперативно выявлять нарушение условий хранения.
Мониторинг технологических процессов В молочной и хлебопекарной промышленности биосенсоры используют для контроля ферментации. Сенсоры фиксируют концентрацию молочной кислоты, этанола и углекислого газа, что обеспечивает стабильность вкуса и текстуры продукции.
Преимущества:
Ограничения:
Разработка мультисенсорных платформ, объединяющих несколько типов биологических элементов и преобразователей, позволяет одновременно контролировать несколько показателей качества. Интеграция с цифровыми системами анализа и алгоритмами машинного обучения улучшает точность прогнозирования сроков хранения и выявления контаминации.
Важным направлением является иммобилизация биологических компонентов на наноматериалах, что повышает их стабильность и чувствительность. Использование наночастиц, графена и пористых структур расширяет диапазон обнаруживаемых концентраций аналитов и ускоряет кинетику реакций.
Еще одним перспективным направлением является создание портативных и сенсорных устройств для контроля на местах производства и распределения, что снижает риск попадания небезопасной продукции на рынок и обеспечивает оперативный контроль качества.
Биосенсоры продолжают активно развиваться как инструмент интеграции химических, биохимических и инженерных подходов, обеспечивая современную пищевую промышленность средствами для оперативного контроля безопасности, качества и технологических процессов.