生物傳感器及其在食品安全中的應(yīng)用

生物傳感器及其在食品安全中的應(yīng)用第一頁，共十一頁，2022年，8月28日簡(jiǎn)述生物傳感器及其分類

生物傳感器是指用固定化的生物體成分或生物體本身作為敏感元件的傳感器，是一種將生物化學(xué)反應(yīng)能轉(zhuǎn)換成光、電、聲等信號(hào)的分析測(cè)試裝置。

生物傳感器主要分為兩種，即分子識(shí)別元件分類法和器件分類法。根據(jù)分子識(shí)別元件的不同可以分為酶?jìng)鞲衅?、免疫傳感器、核酸傳感器、組織傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器、分子印跡生物傳感器。器件分類法是根據(jù)所用換能器不同對(duì)傳感器分為電化學(xué)生物傳感器或生物電極、光生物傳感器、熱上午傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、電導(dǎo)/阻抗生物傳感器、聲波生物傳感器、微懸臂梁生物傳感器。第二頁，共十一頁，2022年，8月28日生物傳感器的傳感原理如圖所示，主要包括生物敏感膜和換能器兩部分。待分析物擴(kuò)散進(jìn)入固定化生物敏感膜層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生信息，繼而被相應(yīng)的換能器變成可定量和可處理的電信號(hào)。第三頁，共十一頁，2022年，8月28日生物敏感膜又稱分子識(shí)別元件，決定了傳感器的功能與質(zhì)量。而換能器的作用就是將各種生物的、化學(xué)的和物理的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。第四頁，共十一頁，2022年，8月28日生物傳感器的特點(diǎn)

1待測(cè)的樣品不用經(jīng)過預(yù)先處理，也不用加入其他試劑可以同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行分離和檢測(cè)。

2所用催化劑為固定化生物活性物質(zhì)，可以重復(fù)多次使用，克服了過去酶法分析試劑費(fèi)用高和化學(xué)分析繁瑣復(fù)雜的缺點(diǎn)。

3專一性強(qiáng)，只對(duì)特定的底物起反應(yīng)，而且不受顏色濁度的影響。

4分析速度快可以在一分鐘得到結(jié)果。

5準(zhǔn)確度高，一般相對(duì)誤差可以達(dá)到1％。

6操作系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。

7成本低在連續(xù)使用時(shí)每例測(cè)定僅需要幾分錢人民幣。

8有的生物傳感器能夠可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。在產(chǎn)控制中能得到許多復(fù)雜的物理化學(xué)傳感器綜合作用才能獲得的信息。同時(shí)它們還指明了增加產(chǎn)物得率的方向。第五頁，共十一頁，2022年，8月28日生物傳感器的應(yīng)用農(nóng)藥殘留的檢測(cè)不同的農(nóng)藥殘留物與酶作用的方式不同，有些殘留物經(jīng)過酶的催化轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)；有些殘留物可特異性的抑制酶的活性；有些殘留物可作為調(diào)節(jié)因子或輔助因子對(duì)酶起到修飾作用。 通過比較幾種酶的活性并檢測(cè)不同農(nóng)藥對(duì)酶的酶活抑制率，得出結(jié)論：雞腦乙酰膽堿酶活性抑制率最高，是一種廉價(jià)易得、易于純化，可用于農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)用酶。第六頁，共十一頁，2022年，8月28日食物基本成分分析

生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大多數(shù)食物基本成分進(jìn)行快速分析,包括蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、膽固醇、有機(jī)酸、酚類、食品添加劑、維生素、礦質(zhì)元素等。 利用生物傳感器分析技術(shù)進(jìn)行非內(nèi)源性R-蛋白結(jié)合測(cè)試,可自動(dòng)檢測(cè)出牛奶、肉類、肝臟等一系列食物中的維生素B12的含量。 一個(gè)基于過氧化氫檢測(cè)的電流型酶電極可用于測(cè)定蛋白質(zhì),該傳感器能在0.1~0.4mg范圍內(nèi)測(cè)定酪蛋白，時(shí)間是5~9min。 食品添加劑的種類很多,如甜味劑、酸味劑、抗氧化劑等,生物傳感器用于食品添加劑的分析己有許多報(bào)道,如利用氨基酸氧化酶?jìng)鞲衅骺蓽y(cè)定各種氨基酸（包括谷氨酸、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十幾種氨基酸）。β-半乳糖苷酶制備蔗糖生物傳感器核微孔酶膜第七頁，共十一頁，2022年，8月28日食品發(fā)酵工業(yè) 生物傳感器用于發(fā)酵工業(yè)中最主要的優(yōu)點(diǎn)是它的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力強(qiáng)。各種生物傳感器中,微生物傳感器最適合發(fā)酵工業(yè)的測(cè)定,它可用于測(cè)量發(fā)酵工業(yè)中的原材料(如糖蜜、乙酸等)、代謝產(chǎn)物(如谷氨酸、乳酸等)及微生物細(xì)胞總數(shù)。Tkac等人將一種以鐵氰化物為媒介的葡萄糖氧化酶細(xì)胞生物傳感器用于測(cè)量發(fā)酵工業(yè)中的乙醇含量,13s內(nèi)可以完成測(cè)定。用于微生物細(xì)胞總數(shù)測(cè)定的電化學(xué)傳感器,其結(jié)果與傳統(tǒng)的菌斑計(jì)數(shù)法檢測(cè)細(xì)胞數(shù)是相同的。生物反應(yīng)器或發(fā)酵罐自動(dòng)控制，通過生物傳感器檢測(cè)相應(yīng)的生化物質(zhì)及其變化，同時(shí)測(cè)定反映菌體生長(zhǎng)情況的光密度。系統(tǒng)還備有溫度和pH等常規(guī)發(fā)酵指標(biāo)，并在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上完成發(fā)酵過程中各項(xiàng)指標(biāo)變化過程的檢測(cè)和記錄，提供發(fā)酵過程數(shù)據(jù)和直觀曲線，供技術(shù)人員分析各種因素的影響，探索最佳生化過程或發(fā)酵工藝條件。第八頁，共十一頁，2022年，8月28日生物傳感器舉例——微生物傳感器制備：選擇合適的微生物，必須活性高，性能穩(wěn)定且容易取得。與之配合的電化學(xué)裝置干擾少，靈敏度高微生物固定化第九頁，共十一頁，2022年，8月28日應(yīng)用通過對(duì)電極及其輔助測(cè)定裝置的設(shè)計(jì)，可使測(cè)定下限達(dá)3x104cells，測(cè)定周期在0.5h左右。用菌懸液抽濾制成細(xì)菌阻留膜，立即把此膜附著在無菌罩中的修飾電極上，用濾膜定位裝置將電極及起濾膜固定于彈性電解池底部，記錄伏安掃描曲線，所得峰電流值與相應(yīng)樣品的校正工作曲線相對(duì)照，計(jì)算細(xì)菌總數(shù)。第十頁，共十一頁，2022年，8月28日總結(jié)隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展，食品分析檢測(cè)技術(shù)的地位日益凸顯。生物傳感器將生物學(xué)檢測(cè)原理與傳感技術(shù)相結(jié)合，是一種新型的生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)。生物傳感器具有高選擇性、高靈