生物传感器及其在食品安全中的应用

生物传感器及其在食品安全中的应用第一页，共十一页，2022年，8月28日简述生物传感器及其分类

生物传感器是指用固定化的生物体成分或生物体本身作为敏感元件的传感器，是一种将生物化学反应能转换成光、电、声等信号的分析测试装置。

生物传感器主要分为两种，即分子识别元件分类法和器件分类法。根据分子识别元件的不同可以分为酶传感器、免疫传感器、核酸传感器、组织传感器、微生物传感器、细胞传感器、分子印迹生物传感器。器件分类法是根据所用换能器不同对传感器分为电化学生物传感器或生物电极、光生物传感器、热上午传感器、半导体生物传感器、电导/阻抗生物传感器、声波生物传感器、微悬臂梁生物传感器。第二页，共十一页，2022年，8月28日生物传感器的传感原理如图所示，主要包括生物敏感膜和换能器两部分。待分析物扩散进入固定化生物敏感膜层，经分子识别，发生生物学反应产生信息，继而被相应的换能器变成可定量和可处理的电信号。第三页，共十一页，2022年，8月28日生物敏感膜又称分子识别元件，决定了传感器的功能与质量。而换能器的作用就是将各种生物的、化学的和物理的信息转换成电信号。第四页，共十一页，2022年，8月28日生物传感器的特点

1待测的样品不用经过预先处理，也不用加入其他试剂可以同时对样品进行分离和检测。

2所用催化剂为固定化生物活性物质，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。

3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。

4分析速度快可以在一分钟得到结果。

5准确度高，一般相对误差可以达到1％。

6操作系统比较简单容易实现自动分析。

7成本低在连续使用时每例测定仅需要几分钱人民币。

8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。第五页，共十一页，2022年，8月28日生物传感器的应用农药残留的检测不同的农药残留物与酶作用的方式不同，有些残留物经过酶的催化转变成其他物质；有些残留物可特异性的抑制酶的活性；有些残留物可作为调节因子或辅助因子对酶起到修饰作用。 通过比较几种酶的活性并检测不同农药对酶的酶活抑制率，得出结论：鸡脑乙酰胆碱酶活性抑制率最高，是一种廉价易得、易于纯化，可用于农药残留快速检测用酶。第六页，共十一页，2022年，8月28日食物基本成分分析

生物传感器可以实现对大多数食物基本成分进行快速分析,包括蛋白质、氨基酸、糖类、胆固醇、有机酸、酚类、食品添加剂、维生素、矿质元素等。 利用生物传感器分析技术进行非内源性R-蛋白结合测试,可自动检测出牛奶、肉类、肝脏等一系列食物中的维生素B12的含量。 一个基于过氧化氢检测的电流型酶电极可用于测定蛋白质,该传感器能在0.1~0.4mg范围内测定酪蛋白，时间是5~9min。 食品添加剂的种类很多,如甜味剂、酸味剂、抗氧化剂等,生物传感器用于食品添加剂的分析己有许多报道,如利用氨基酸氧化酶传感器可测定各种氨基酸（包括谷氨酸、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十几种氨基酸）。β-半乳糖苷酶制备蔗糖生物传感器核微孔酶膜第七页，共十一页，2022年，8月28日食品发酵工业 生物传感器用于发酵工业中最主要的优点是它的现场检测能力强。各种生物传感器中,微生物传感器最适合发酵工业的测定,它可用于测量发酵工业中的原材料(如糖蜜、乙酸等)、代谢产物(如谷氨酸、乳酸等)及微生物细胞总数。Tkac等人将一种以铁氰化物为媒介的葡萄糖氧化酶细胞生物传感器用于测量发酵工业中的乙醇含量,13s内可以完成测定。用于微生物细胞总数测定的电化学传感器,其结果与传统的菌斑计数法检测细胞数是相同的。生物反应器或发酵罐自动控制，通过生物传感器检测相应的生化物质及其变化，同时测定反映菌体生长情况的光密度。系统还备有温度和pH等常规发酵指标，并在计算机平台上完成发酵过程中各项指标变化过程的检测和记录，提供发酵过程数据和直观曲线，供技术人员分析各种因素的影响，探索最佳生化过程或发酵工艺条件。第八页，共十一页，2022年，8月28日生物传感器举例——微生物传感器制备：选择合适的微生物，必须活性高，性能稳定且容易取得。与之配合的电化学装置干扰少，灵敏度高微生物固定化第九页，共十一页，2022年，8月28日应用通过对电极及其辅助测定装置的设计，可使测定下限达3x104cells，测定周期在0.5h左右。用菌悬液抽滤制成细菌阻留膜，立即把此膜附着在无菌罩中的修饰电极上，用滤膜定位装置将电极及起滤膜固定于弹性电解池底部，记录伏安扫描曲线，所得峰电流值与相应样品的校正工作曲线相对照，计算细菌总数。第十页，共十一页，2022年，8月28日总结随着现代食品工业的发展，食品分析检测技术的地位日益凸显。生物传感器将生物学检测原理与传感技术相结合，是一种新型的生物学检测技术。生物传感器具有高选择性、高灵