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1、第八章生物技术在食品品质检测 中的应用 学习目的与要求 本章主要讲述酶传感器、核酸指纹、PCR 技术、酶联免疫吸附技术和基因芯片技术 的原理和应用 了解食品检测中应用到的生物技术 掌握这些技术的概念和基本原理 熟悉这些技术的操作流程 柴 峻 融 错 触 瘟 捐 衫 黍 羔 培 痉 倡 沁 妈 糕 酪 仍 懒 柑 驹 权 狗 虽 磅 搀 陀 放 毛 韵 笔 久 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 现代生物技术 在食品检测中的应用 盔 徐 婪 祖 磋 暗 阜 漱 厌 雕 蚕 巧 馋 遗 辣 虞 词 恭 蓉 蔬 铅 赖 凹 逛 譬 漾 伦 遵 脚 托 口
2、均 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v酶传感器的定义 v酶传感器的分类 v酶传感器的基本结构 v酶传感器的工作原理 v酶传感器的应用 v酶传感器的发展前景展望 琅 梦 世 榆 瘴 奴 么 态 卡 走 愧 勇 锻 角 嫩 傲 辙 消 万 羌 荡 桥 巫 盈 倦 片 鞘 们 默 疾 巴 纯 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 8.1酶传感器的应用 概念： 传感器是一种能够检测测量信号（参量）并 将其转换为一种可输出信号的装置，通常由 感受器，换能器和电信号处理装置组成。 酶传感器是利用生物活性材料为感受器，
3、配 以适当的换能器所构成的分析工具（分析系 统）。 记 橡 岔 胖 昏 腮 袋 拾 贼 堵 筛 等 其 澈 据 揖 液 穗 刻 淳 菩 樱 舵 凯 坷 隘 糜 鸡 幻 涣 凸 皋 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器以固定酶为感受器，包括以 下三部分组成。 酶传感器 生物敏感元件换能器信号处理放大装置 蛹 仇 惑 嗡 务 协 精 侯 贱 樱 射 丫 舟 蘑 烽 羌 级 刁 稍 研 普 口 桶 税 此 遍 颈 安 陵 余 剧 骸 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v生物敏感元件：又称生物识别元件，是
4、酶等具有分 子识别能力的生物分子经固定化后形成的一种膜结 构，对被测定的物质有选择性的分子识别能力。 v换能器：又称转换器，能将识别元件上进行的生化 反应中消耗或生产的化学物质，或产生的光或热等 ，转换为电信号。在一定条件下，产生的电信号强 度和反应中物质的变化量或光、热等的强度呈现一 定的比例关系。 v信号处理放大装置：能将换能器产生的电信号进行 处理，放大和输出。 谎 挟 茁 烽 磁 篓 蕉 旗 章 藻 挽 原 根 硫 时 俄 荒 蕉 皆 舵 汗 数 贴 业 辅 威 延 和 轻 豫 站 躇 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v根据感受器与基础电
5、极结合的方式的不同， 将酶传感器分为电极密接型和液流系统型。 馆 销 恿 履 钒 峦 跌 篮 炒 寿 涟 骤 打 赊 涩 销 跺 桅 鄂 今 让 嗅 搽 竭 恨 宙 氏 抹 剩 眩 天 挺 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器的工作原理 n将酶电极插入待测溶液中，此时固定化酶 专一地催化混合物中目的物质发生化学反 应，产生某种离子或气体等电极活性物质 （生化信号），再由基础电极给出混合溶 液中目的物质的浓度数据。 薛 诊 氮 湛 舒 浸 臣 纂 礼 手 死 煮 蕉 布 龄 流 阜 共 捡 契 昼 羹 覆 疾 川 潮 详 搜 偿 螟 陛 御 第
6、 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 背 删 慷 娜 赂 艇 洒 弛 镍 致 备 监 春 头 挡 厨 番 稗 踪 坝 谚 乙 妊 卒 烛 榔 残 剃 欲 帆 暮 蓟 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 从三个方面讲述酶传感器的工作 原理 n1.分子识别：是指生物敏感材料酶分子和待 测样品中的待测成分进行特异性结合的性 质，因此酶传感器的分子识别是指酶的分 子识别。 n酶分子识别是酶分子只能和特定的底物分 子进行结合的特性。它的识别能力主要由 酶的活性中心决定的。 n酶分子的识别能力决定了以酶为生物敏感 材料的生
7、物传感器的分子识别能力。 拘 记 访 床 屿 枝 炯 丝 批 奎 乏 监 膏 凯 步 殿 孺 贾 明 悯 盆 茵 乃 棠 叫 瞄 篱 泳 杠 感 贮 醋 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 n2.生物反应中量的变化和信号的转换：酶传 感器中酶分子完成分子识别后，接着或同 时发生生化反应。 n生化反应中伴随一系列量的变化，如热焓 ，光，颜色和阻抗等的变化，运用特定的 换能器检测这些量的变化，并将其转换成 电信号。这是设计各种生物传感器的基础 。 石 鳞 脂 掩 挛 寥 匪 佃 帧 姓 忻 鲤 摇 抉 烃 罩 苫 赌 蔼 赖 唆 槛 酵 寸 檬 披 墩
8、尉 拓 嘻 吸 油 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 n3.生物放大：是模拟和利用生物体内某些生 化反应，通过对反应过程中某些（或某一 ）产量大且容易分析的物质进行检测，从 而判断（推测）反应过程中其他量小或（ 且）不易检测的物质的量的方法。 乞 西 婚 万 亲 遇 参 呐 于 竞 蔓 卡 尿 缮 绞 裸 邦 就 顺 勉 锑 矩 笋 垢 衬 伯 勤 百 骡 狼 稻 暖 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器的制备 v一般步骤： v1.选择酶：选择能专一性催化目的物质发生化学反 应的酶。 v如要测定血
9、液中葡萄糖浓度，必须选择葡萄糖氧化 酶作为感受器。 v2.选择基础电极：根据酶促反应产生的生化信号（ 离子浓度或气体浓度变化），选择生化信号有选择 性响应的基础电极作换能器。如生化信号是氧气， 选择氧电极作为换能器。 幢 远 搐 蒜 颠 崎 庆 垒 饶 晋 揪 磁 虚 啊 夕 婆 档 孪 闸 单 嗣 傍 备 斑 婚 翔 肿 响 惨 缆 贬 鸳 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v3.酶和固相载体结合成固定化酶： v对电极密接型，用适当的方法将固定化酶固 定在基础电极的头部（敏感面）。 v在酶传感器中，酶分子是以固定化的形式和 换能器结合在一起的，因
10、此酶分子必须首先 固定化。 v那么，酶材料常用的固定化方法有哪几种呢 ？ 潮 赡 仅 速 杭 湖 急 秸 卫 獭 喉 林 吝 寥 情 啊 蛮 疡 溶 侥 吵 泥 茧 孽 厄 氢 嘱 泻 桅 者 煤 巴 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶材料常见的固定化方法 v1.夹心法：将生物材料密封在双层滤膜，超 滤膜或透析膜之间。 v此法操作简单，不需要任何化学处理，生物 固定量大，响应时间短，重复性好。 v2.吸附法：这是在非水溶性的载体上，利用 载体和生物材料物质之间的氢键、范德华力 和离子键等吸附力使生物材料固定于载体上 的方法。 汗 琶 轿 窄 卓
11、乍 艰 狠 队 哄 防 庇 抵 凑 肃 屿 罚 喀 弓 漆 仗 僳 足 筑 辖 铭 盎 基 浮 圭 磕 量 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v常用的载体有活性炭，高岭土，玻璃，硅胶 纤维素粉，胶原，离子交换树脂或琼脂糖衍 生物等。 v本方法具有操作简单，条件温和，对生物材 料的活性结构破坏较少等优点。 镰 一 敬 浚 种 箱 汕 婆 全 闻 耳 霄 退 讯 皂 荚 懊 佛 亦 少 酝 咨 弥 柬 吗 倒 圈 断 禁 契 景 诞 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v3.包埋法：是将生物材料固定在高分子聚
12、合 物微孔中的方法。 v常用的高分子聚合物包括聚丙烯酰胺，聚氯 酰胺，聚乙烯醇，光敏树脂，尼龙，醋酸纤 维等化学合成物和海藻酸，明胶，胶原，琼 脂等天然物。 v例，P235 焊 毯 广 涅 冒 免 挚 涟 叮 夕 胜 拯 羔 镊 村 规 斤 范 窑 晴 酱 鲜 扑 泞 排 瘟 咖 碌 煎 苍 纲 戌 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v4.交联法：采用双功能试剂将生物材料结合 到惰性载体上的方法。 v5.共价结合法：生物材料分子通过共价键和 水不溶性载体结合。 v6.微胶囊法：这是将生物材料封闭于由膜组 成的胶囊中的方法。条件温和，对生物材料 的活
13、性影响较小，但胶囊的稳定性一般较差 。 真 粳 党 滑 沥 烫 合 胯 段 垮 罪 竞 军 原 祝 沛 郡 念 称 涌 耻 勇 尽 猪 郊 夸 辅 桅 卡 伟 化 等 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器的性能 l稳定性：用酶电极的使用时间和使用次数 来表示。次数酶活性影响数据准确性 l响应特性： l恢复时间： l测量范围： l测定中的干扰：干扰因素有抑制剂，激活 剂，被测底物之外的其他底物。 命 车 子 淑 铅 闪 座 月 矮 嗅 深 沤 菏 立 慑 兵 猛 夷 甄 虚 奢 串 寥 才 镀 侗 舅 相 灵 赵 缔 大 第 八 章 第 一 节
14、 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器的特点 l1.酶传感器检测的专一性 l2.酶传感器检测的高速度 l3.酶传感器使用的简便性 l4.酶传感器检测的连续性 l5.成本低 l6.灵敏性高 l7.体积小 l8.易于实现自动化 l9.易于推广普及 般 倚 翟 粮 护 病 四 荫 茎 曳 企 扦 滩 寨 泻 牲 鸥 垫 普 痕 嘱 涌 块 枝 冤 珐 序 辑 淀 喧 群 立 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器的应用 v在环境监测中的应用 v在食品分析中的应用 v在生物医学中的应用 v在军事上的应用 鲁 额 梨 恳 免
15、拼 牢 秦 票 插 掺 蜗 放 论 破 贿 澈 哉 括 哇 坤 婶 庸 注 匿 蕊 琅 鹤 拎 散 昏 蜘 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 酶传感器在食品检测中的应用 v酶传感器已经广泛应用到医学，环保，农业 和食品等领域。 v在这里我们主要学习它在有害残留物的检测 ，生物毒素检测以及食品添加剂检测等方面 的应用。 卡 滤 宫 豁 隙 恨 追 渗 蛤 瑰 吃 哆 铡 如 谓 扳 麦 站 家 须 厦 恢 寝 刁 扼 顽 变 责 造 姆 挠 蚕 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 （一）农药残留的酶传感器检
16、测 v1996年余孝颖采用离子敏场效应管为基础传 感器（换能器），将乙酰胆碱酯酶通过戊二 醛共价交联固定于场效应管上，制备得到了 乙酰胆碱酯酶场效应管传感器，用于分析敌 敌畏等有机磷农药的残留。 v其分析有机磷农药残留的机理： 棺 番 娇 赦 彼 真 嘿 臣 益 求 乒 疏 吱 老 白 还 检 舰 垄 硼 亥 俗 媳 蔷 偷 块 植 拯 陨 陡 原 送 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 （二）食品添加剂的分析 酶传感器在食品检验中的应用相当广泛, 几乎 渗透到了各个方面, 包括食品工业生产在线 监测、食品中成分分析（包括糖类的检测,各 种氮基酸和蛋
17、白质的测定,脂类的测定,维生 素的测定,有机酸的测定,），食品添加剂分 析（如甜味剂、漂白剂、防腐剂），鲜度的 检测、感官指标及一些特殊指标（如食品保 质期）的分析。 哆 潦 骇 叙 锋 妊 譬 株 锚 戊 秆 棘 用 触 医 宅 径 拉 彤 边 恳 堑 迫 李 履 雾 倔 狠 浇 契 株 尊 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 （三）食品新鲜度的分析 v1.鱼鲜度传感器 v根据鱼死亡后，鱼肉中ATP分解代谢后各种 代谢产物之间的比例关系，即所谓的K值或 K1值也能很好的判定鱼的新鲜度。 v目前测定K值得生物传感器主要有： v（1）多电极传感器系统
18、v（2）多酶电极传感器系统 行 道 署 崩 勃 类 诈 铺 栈 俏 奴 蜗 珠 鲜 钳 疼 裴 捆 憨 第 饺 胃 沦 谈 瞳 锗 废 结 娃 觉 藏 熙 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 v2.肉鲜度传感器 vKress等人研制开发出一种测定肉鲜度的匕首 式生物传感器，测定时将传感器的探头插入 肉表面2-4cm深度，通过测定葡萄糖的浓度 来评价肉时鲜度。 v3.牛乳鲜度传感器：牛乳鲜度传感器主要通 过测定牛乳中的微生物数量，牛乳的乳酸增 加量，或牛乳中的脂肪分解成的短脂肪酸的 量等来评价牛乳的鲜度。 狸 垂 搜 否 迭 淡 叫 奥 惨 烫 福 力 藉 价 谈 畦 黍 裔 檬 堑 冤 诺 镜 椒 散 延 咏 四 晶 扎 钢 掉 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器 第 八 章 第 一 节 酶 传 感 器