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1、第十章 生物技术在食品水平分析检测上的应用,第一节 生物传感器原理,一、生物传感器基本概念 二、生物传感器基本原理,一、生物传感器基本概念,（一）生物传感器 （二）生物传感器的基本组成、分类及特点,（一）生物传感器,（二）生物传感器的基本组成、分类及特点,1基本组成 2分类 3生物传感器的特点,1基本组成,2分类,3生物传感器的特点,二、生物传感器的基本原理,（一）分子识别机制 （二）生物放大 （三）信号转换,（一）分子识别机制,（二）生物放大,（三）信号转换,1将化学变化转变成电信号 2将热变化转变成电信号 3将光效应转变成电信号 4直接产生电信号,1将化学变化转变成电信号,图10-2 将化
2、学变化转变为电信号的生物传感器,图10-3 将化学变化转变为电信号的生物传感器,2将热变化转变成电信号,3将光效应转变成电信号,4直接产生电信号,第二节 生物传感器敏感膜的成膜技术,一、概述 二、活性物质的固定化技术 三、几种新的成膜技术,一、概述,二、活性物质的固定化技术,（一）吸附法 （二）包埋法 （三）交联法 （四）共价键合法,（一）吸附法,吸附法是利用带电荷酶或细胞与带电荷的载体之间的静电相互作用的机制进行细胞固定。可分物理吸附法和离子交换吸附法。物理吸附法主要通过极性键、氢键、疏水力的相互作用将生物组分吸附在不溶性的惰性载体上，常用的载体种类有多孔玻璃、活性炭、氧化铝、石英砂、纤维素
3、膜、葡萄糖、琼脂糖、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯膜等，已用此法固定的酶如脂肪酶、过氧化物酶等。离子交换吸附法是选用具有离子交换性质的载体，在适宜的pH下，使生物分子与离子交换剂通过离子键结合起来，形成固定化层，常用的这类载体有二乙胺乙基纤维素、四乙胺乙基纤维素、氨乙基纤维素、羧甲基纤维素、阴离子交换树脂等，用此法制备的固定化酶有葡萄糖淀粉酶、青霉素酰化酶、胆固醇氧化酶等。 吸附法的优点是方法简便，操作条件温和。不足之处是生物分子与固体表面结合力弱，在表面上进行任意取向的不规则分布，因此使生物传感器易发生生物分子的泄漏或解脱，灵敏度低，选择性差。,（二）包埋法,1溶胶-凝胶膜包埋法 2微胶囊包埋法,1溶
4、胶-凝胶膜包埋法,（1）水解和缩合 凝胶溶胶过程可视为三步反应组成。首先，金属或半金属醇盐前体的水解反应，形成羟基化的产物和相应的醇，其中前体多选用低分子层的硅酸甲酯、硅酸乙酯、钛酸丁酯等；其次，未羟基化的烷氧基与羟基或两羟基间发生缩合形成胶体状的混合物，该状态下的溶液被称为溶胶，水解和缩合过程常是同时进行的；最后，胶粒间发生聚合、交联，使溶胶粘度逐渐增大，酶或其它生物组分捕获于干凝胶内，见图10-7。 （2）凝胶化 在聚合反应的初始阶段，由于胶粒表面带电而使溶胶得以稳定，随着溶剂的不断蒸发和水的不断消耗，溶液被浓缩以及悬浮体系的稳定性遭到破坏，同时胶粒间聚合反应在进行，最终将形成多孔的、玻璃
5、状的、具有三维网状结构的凝胶。 （3）凝胶的陈化和干燥 随着凝胶化过程的进行，水和有机溶剂从孔穴内蒸发出来，使固体基体不断的收缩。在干燥的过程中，一些较大的孔穴被移空而一些小孔仍然存在着溶剂，由此而产生的内压梯度会导致块体的裂缝。因此，需加入一定量的表面活性剂如Triton, 甲酰胺等可以防止干凝胶的碎裂。,图10-7 凝胶溶胶过程示意图,2微胶囊包埋法,（三）交联法,（四）共价键合法,1重氮法 2叠氮法 3缩合法 4溴化氢法 5烷化法,1重氮法,2叠氮法,3缩合法,4溴化氢法,5烷化法,三、几种新的成膜技术,（一）LB膜技术 （二）自组装单分子膜技术 （三）微乳液凝胶固定化技术 （四）水蒸气
6、定量检测并结合流动技术,（一）LB膜技术,（二）自组装单分子膜技术,（三）微乳液凝胶固定化技术,（四）水蒸气定量检测并结合流动技术,第三节 生物传感器在食品工业中的应用,一、检测食品鲜度 二、检测食品滋味及熟度 三、在食品分析中的应用 四、在食品卫生检测中的应用,一、检测食品鲜度,（一）鱼鲜度传感器 （二）肉鲜度传感器 （三）牛乳鲜度传感器,（一）鱼鲜度传感器,1. 关于K值的定义 2微生物传感器,1. 关于K值的定义,（1） 酶电极传感器法的作用原理 （2）酶反应器系统,1. 关于K值的定义,（1） 酶电极传感器法的作用原理,（2）酶反应器系统,2微生物传感器,(二) 肉鲜度传感器,（三）牛
7、乳鲜度传感器,二、检测食品滋味及熟度,三、在食品分析中的应用,（一）生物传感器检测糖含量 （二） 生物传感器检测蛋白质和氨基酸 （三）生物传感器测定有机酸 （四）生物传感器测定维生素,（一）生物传感器检测糖含量,（1）传感器的制作 （2）传感器性能测试 （3）样品测定,（1）传感器的制作,（2）传感器性能测试,（3）样品测定,(二) 生物传感器检测蛋白质和氨基酸,（三）生物传感器测定有机酸,（四）生物传感器测定维生素,图10-10 酶电极的结构,四、在食品卫生检测中的应用,（一）食品中细菌和病原菌的测定 （二）食品中毒素的检测 （三）食品中农药和兽药残留的检测 （四） 食品中添加剂的检测,（一
8、）食品中细菌和病原菌的测定,（二）食品中毒素的检测,（二）食品中毒素的检测,（三）食品中农药和兽药残留的检测,（四） 食品中添加剂的检测,（1）样品预处理 （2）样品中亚硫酸盐（以SO2计）含量的测定,（1）样品预处理,（2）样品中亚硫酸盐（以SO2计）含量的测定,第四节 生物传感器应用展望,(1) 由分析单一成分的传感器向系列传感器发展 食品是由多种物质组成的复杂体系，实际分析中往往要测定多种成分。因此，要使分析测定快捷高效，一种生物传感器应具备多种功能。生物传感器阵列提供了一种直接、简便的解决方法。人们正尝试用干涉、三维高速立体喷墨、光刻、自组装和激光解吸等技术发展多功能传感器，在尽可能小
9、的面积上排列尽可能多的传感器。 (2) 应用基因工程技术 应用基因工程技术，可创造出检测能力更强的生物元件。例如，在检测有机磷时，不同来源的酶敏感性相差很大，采用定点突变可使酶敏感性大幅度提高。 (3) 与其它仪器集成 HPLC或CE与高选择性和灵敏度的生物传感器检测系统的联合已经被几个研究机构开发出来。如HPLC与生物传感器的结合，可以对7种氨基酸，5种有机醇，同化糖、醇、维生素等多种组分的混合体系进行检测。,第四节 生物传感器应用展望,（4） 向便携式、低成本、高灵敏度和高选择性的生物传感器发展 为了对食品中的痕量的残留农药或生物毒素进行分析，必须提高生物传感器的灵敏度。为了提高生物传感器的稳定性，对生物材料结构及性能的改善，尤其是生物敏感材料的研制，将是生物传感器今后发展的方向之一，为了在市场上直接检测食品成为可能，必须使之微型化。 （5）智能化集成化 未来的生物传感器必定与计算机紧密结合，自动采集数据、处理数据，更科学、更准确地提供结果，实现采样、进样、结果一条龙，形成检测的自动化系统。同时，芯片技术将加强与传感器结合，实现检测系统的集成化、一体化。,
