社会科学实验班1班金屹捷16307090004 食品分析中的生物传感器技术 姓名:金屹捷学号:16307090004 技术原理: 生物传感器( biosensor),是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号 进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、 微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、适当的理化换能器(如氧电极、 光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。生 物传感器具有接受器与转换器的功能 其方法包括核酸探针、聚合酶链反应、免疫分析等,在食品上应用于成分分 析、病菌毒素检测、残留农药检测等品质管理。 光纤生物传感器 图1:生物传感器实 感材料分类分子识别部分 信号转部分按物且转换分典 电化学中板 电化兰生物啥感器 做生物感器 FET 半导答生杠传感器 免度件器 抗体,扩原 光纤,光欲二极管十光字生传感器 细胞汽感 细地器 镇学生物部 蜡织管感+动,植物织 石英品体,SM 声字生粒感器 物售感器结构 图2:生物传感器结构分奏 信号转换 被测物质 学变化、物理 其它物质 电光热声 命)→ 质量 生物杆 抗原 坡感元件 信号传输 信号处理系统 抗体 细胞器 细胞 微生物等 坡感组件 L 助仪器
社会科学实验班 1 班金屹捷 16307090004 1 食品分析中的生物传感器技术 姓名：金屹捷 学号：16307090004 一、 技术原理： 生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号 进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、 微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、 光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生 物传感器具有接受器与转换器的功能。 其方法包括核酸探针、聚合酶链反应、免疫分析等，在食品上应用于成分分 析、病菌毒素检测、残留农药检测等品质管理。 图 1：生物传感器实 例 图 2：生物传感器结构分类
社会科学实验班1班金屹捷16307090004 化学物 A 热 被 洌物 物机能 光 声波 号 图3:生物传感暴运行原理 、技术运用: 生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食 品鲜度等的测定分析。 (1)食品成分分析 在食品工业中,葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标 已开发的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。 其它糖类,如果糖,啤酒、麦芽汁中的麦芽糖,也有成熟的测定传感器 Niculescu等人研制出一种安培生物传感器,可用于检测饮料中的乙醇含量。 这种生物传感器是将一种配蛋白醇脱氢酶埋在聚乙烯中,酶和聚合物的比例不同 可以影响该生物传感器的性能。在目前进行的实验中,该生物传感器对乙醇的测 量极限为1nmol/L (2)食品添加剂的分析 亚硫酸盐通常用作食品工业的漂白剂和防腐剂,采用亚硫酸盐氧化酶为敏感 材料制成的电流型二氧化硫酶电极可用于测定食品中的亚硫酸盐含量,测定的线 性范围为0~6的负四次方mol/L。又如饮料、布丁、醋等食品中的甜味素, Guibault等采用天冬氨酶结合氨电极测定,线性范围为2×10的负五次方~ 1×10的负三次方mo1/L。此外,也有用生物传感器测定色素和乳化剂的报道。 (3)农药残留量分析
社会科学实验班 1 班金屹捷 16307090004 2 二、技术运用： 生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食 品鲜度等的测定分析。 ⑴食品成分分析 在食品工业中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标。 已开发的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。 其它糖类，如果糖，啤酒、麦芽汁中的麦芽糖，也有成熟的测定传感器。 Niculescu 等人研制出一种安培生物传感器，可用于检测饮料中的乙醇含量。 这种生物传感器是将一种配蛋白醇脱氢酶埋在聚乙烯中，酶和聚合物的比例不同 可以影响该生物传感器的性能。在目前进行的实验中，该生物传感器对乙醇的测 量极限为 1nmol/L。 ⑵食品添加剂的分析 亚硫酸盐通常用作食品工业的漂白剂和防腐剂，采用亚硫酸盐氧化酶为敏感 材料制成的电流型二氧化硫酶电极可用于测定食品中的亚硫酸盐含量，测定的线 性范围为 0～6 的负四次方 mol/L。又如饮料、布丁、醋等食品中的甜味素， Guibault 等采用天冬氨酶结合氨电极测定，线性范围为 2×10 的负五次方～ 1×10 的负三次方 mol/L。此外，也有用生物传感器测定色素和乳化剂的报道。 ⑶农药残留量分析 图 3：生物传感器运行原理
社会科学实验班1班金屹捷16307090004 人们对食品中的农药残留问题越来越重视,各国政府也不断加强对食品中的 农药残留的检测工作。 Yamazaki等人发明了一种使用人造酶测定有机磷杀虫剂的电流式生物传感 器,利用有机磷杀虫剂水解酶,对硝基酚和二乙基酚的测定极限为10的负七次 方mol,在40℃下测定只要4min。 Albreda等用戊二醛交联法将乙酞胆碱醋酶 固定在铜丝碳糊电极表面,制成一种可检测浓度为10的负十次方mol/L的对氧 磷和10的负十一次方mo/的克百威的生物传感器,可用于直接检测自来水和 果汁样品中两种农药的残留。 (4)微生物和毒素的检验 食品中病原性微生物的存在会给消费者的健康带来极大的危害,食品中毒素 不仅种类很多而且毒性大,大多有致癌、致畸、致突变作用,因此,加强对食品 中的病原性微生物及毒素的检测至关重要。 食用牛肉很容易被大肠 图4:蔺数传感器结构 杆菌0157.H7.所感染,因此, 微电流计 需要快速灵敏的方法检测和 苗数传感器 防御大肠杆菌0157.H7一类 温水入 恒温水出 的细菌。 Kramer等人研究的 光纤生物传感器可以在几分 钟内检测出食物中的病原体 (如大肠杆菌0157.H7.) 而传统的方法则需要几天。这 电阴恒温含电 种生物传感器从检测出病原 体到从样品中重新获得病原 体并使它在培养基上独立生 长总共只需1天时间,而传统方法需要4天。 还有一种快速灵敏的免疫生物传感器可以用于测量牛奶中双氢除虫菌素的 残余物,它是基于细胞质基因组的反应,通过光学系统传输信号。已达到的检测 极限为16.2ng/mL。一天可以检测20个牛奶样品。 (5食品鲜度的检测 食品工业中对食品鲜度尤其是鱼类、肉类的鲜度检测是评价食品质量的一个 主要指标。 Volpe等人以黄嗦吟氧化酶为生物敏感材料,结合过氧化氢电极,通 过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷(IM)、肌苷(HXR)和次黄嘌吟(HX)的浓度 从而评价鱼的鲜度,其线性范围为5x10的负10次方~2x10的负4次方mol/L
社会科学实验班 1 班金屹捷 16307090004 3 人们对食品中的农药残留问题越来越重视，各国政府也不断加强对食品中的 农药残留的检测工作。 Yamazaki 等人发明了一种使用人造酶测定有机磷杀虫剂的电流式生物传感 器，利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测定极限为 10 的负七次 方 mol，在 40℃下测定只要 4min。Albareda 等用戊二醛交联法将乙酞胆碱醋酶 固定在铜丝碳糊电极表面，制成一种可检测浓度为 10 的负十次方 mol/L 的对氧 磷和 10 的负十一次方 mol/L 的克百威的生物传感器，可用于直接检测自来水和 果汁样品中两种农药的残留。 ⑷微生物和毒素的检验 食品中病原性微生物的存在会给消费者的健康带来极大的危害，食品中毒素 不仅种类很多而且毒性大，大多有致癌、致畸、致突变作用，因此，加强对食品 中的病原性微生物及毒素的检测至关重要。 食用牛肉很容易被大肠 杆菌 0157.H7.所感染，因此， 需要快速灵敏的方法检测和 防御大肠杆菌 0157.H7 一类 的细菌。Kramerr 等人研究的 光纤生物传感器可以在几分 钟内检测出食物中的病原体 （如大肠杆菌 0157.H7.）， 而传统的方法则需要几天。这 种生物传感器从检测出病原 体到从样品中重新获得病原 体并使它在培养基上独立生 长总共只需 1 天时间，而传统方法需要 4 天。 还有一种快速灵敏的免疫生物传感器可以用于测量牛奶中双氢除虫菌素的 残余物，它是基于细胞质基因组的反应，通过光学系统传输信号。已达到的检测 极限为 16.2ng/mL。一天可以检测 20 个牛奶样品。 ⑸食品鲜度的检测 食品工业中对食品鲜度尤其是鱼类、肉类的鲜度检测是评价食品质量的一个 主要指标。Volpe 等人以黄嗦吟氧化酶为生物敏感材料，结合过氧化氢电极，通 过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷(IMP)、肌苷(HXR)和次黄嘌吟(HX)的浓度， 从而评价鱼的鲜度，其线性范围为 5x10 的负 10 次方～2x10 的负 4 次方 mol/L。 图 4：菌数传感器结构
社会科学实验班1班金屹捷16307090004 技术优缺点: (一)优点: (1)采用固定化生物活性物质作催化剂,价值昂贵的试剂可以重复多次使用,克服 了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点 (2)专一性强,只对特定的底物起反应,而且不受颜色、浊度的影响 (3)分析速度快,可以在一分钟得到结果 (4)准确度高,一般相对误差可以达到1%; (5)操作系统比较简单,容易实现自动分析 (6)成本低,在连续使用时,每例测定仅需要几分钱人民币 ()有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产 生。在生产控制中能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息 同时它们还指明了增加产物得率的方向。 (二)缺点: (1)设备规格较大,不便携,不便于在市场上直接检测食品,也不便于普及到民用 (2)智能化集成化程度不高 (3)信号检测器及信号转换器使用寿命较短 (4)生物响应的稳定性有待提高 主要参考文献 1、胡海强《现代生物技术在食品加工中的应用》2011.5.24 2、张洪《现代生物技术在食品工业的应用》1997.8:1~3 3、5联网《什么是生物传感器》2012.3.8
社会科学实验班 1 班金屹捷 16307090004 4 三、技术优缺点： (一)优点： ⑴采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服 了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点； ⑵专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响； ⑶分析速度快，可以在一分钟得到结果； ⑷准确度高，一般相对误差可以达到 1%； ⑸操作系统比较简单，容易实现自动分析； ⑹成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币； ⑺有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产 生。在生产控制中能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息。 同时它们还指明了增加产物得率的方向。 （二）缺点： ⑴设备规格较大，不便携，不便于在市场上直接检测食品，也不便于普及到民用； ⑵智能化集成化程度不高； ⑶信号检测器及信号转换器使用寿命较短； ⑷生物响应的稳定性有待提高。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -主要参考文献： 1、胡海强 《现代生物技术在食品加工中的应用》 2011.5.24 2、张洪 《现代生物技术在食品工业的应用》 1997.8：1～3 3、5 联网 《什么是生物传感器》 2012.3.8