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• 在多底物反应时，微生物比单纯酶更适宜作催化 剂
• 细胞本身能提供酶促反应所埯的各种辅酶和辅基 • 微生物细胞比酶的来源更方便，价格低
4 生物学反应中的物理量变化 热焓变化 生物发光 颜色反应 阻抗变化
（四）生物传感器的特点
• 由于敏感物质经固定化，可重复使用 • 样品无需预处理，可直接分析 • 响应快，样品用量微 • 分析操作简单 • 除缓冲液无需添加试剂 • 不要求样品的清晰度 • 可连续分析，联机操作，易于实现自动化测量 • 传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器
3 Ag+Ab=AgAb
• Ag：抗原 • Ab：抗体
3 微生物反应
• 利用微生物作为天然的生物催化剂进行的 反应。
• 微生物细胞是一个极其复杂的、完整的生 命系统，数以千计的酶在系统中高度协调 地行使其功能
• 微生物细胞的膜系统为酶反应提供了天然的适宜 环境，细胞可以在相当长的时间内保持一定的催 化活性
• 能将识别元件上进行的生化反应中消耗或生成的 化学物质，或产生的光或热等转换为电信号，并 且在一定条件下，产生的电信号强度和反应中物 质的变化量呈现一定的比例关系
• 信号处Leabharlann 放大装置 • （singal ampligication system）
• 能将换能器产生的电信号进行处理、放大和输出。
（二）生物传感器的基本组成和分类
• 病原菌
（四）生物毒素的检测
• 细菌毒素:由细胞分泌产生于细胞外或存在 于细胞内的致病性物质
• 真菌毒素：真菌分泌产生的有毒次生代谢 产物
（五）食品新鲜度的分析
• 利用鱼死亡后，鱼肉中ATP分解代谢后各种代谢产物之间 的比例关系做成生物传感器
• 肉鲜度传感器：单胺氧化酶固定于氧电极 • 牛乳鲜度传感器：牛乳中的微生物数量，乳酸增加量，或
• 属于化学传感器的范围
• 生物传感器的基本组成单位：
• 生物敏感元件/生物识别元件 • (biological sensing element) • 是酶、抗原（体）和微生物细胞等具有分子识别
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
• 换能器/转换器（transducer）
或抗体，没有被吸附的被洗涤除去，然后加入酶
标记抗体或抗原形成酶标记的抗得抗体复合物固 定在微孔或试管上
（三）免疫沉淀反应
• 将可溶抗原与相应抗体在适量的电解质存 在的条件下发生特异性结合，形成抗原抗 体复合物并出现肉眼可见的沉淀 ，这种沉 淀只有在抗原抗体比例适合时才能形成。
（四）免疫凝集反应
• 颗粒抗原（细菌、血红细胞）或可溶性抗 原（抗体）结合于不溶性的载体微粒上后 与相应的抗体（抗原）在适当的条件下， 经一定时间后凝集成肉眼可见的凝聚物的 反应
量 • 抗体酶区轭物为敏感材料结合光度分析法
检测了牛奶中青霉素的含量
（二）食品添加剂的分析
• 亚硫酸氧化酶固定于玻璃电极上，结合流 动注射分析系统制成了测定亚硫酸盐的生 物传感器
• 天冬氨酸酶固定于氨电极上，制成生物传 感器
• 烟碱酸
（三）污染微生物的检测
• 利用微生物在代谢过程中产生电子，电子 直接在阳极上放电产生电流，通过测定电 流大小从而测定微生物浓度的传感器，检 测酿酒酵母、乳酸菌
1 生物传感器的基本组成
样品生物 生物识别元件 换能器
信号处理装 置
被测物 识别部位
电信号
2 生物传感器的分类
生物敏感材料
酶传感器 微生物传感器 免疫传感器 细胞器传感器 细胞传感器 组织传感器 DNA传感器
换能器不同
电化学生物传感器 介体生物传感器 测光型生物传感器 测热型生物传感器 半导体生物传感器 压电晶体生物传感器
三、生物传感器在食品工业中的应用
（一）农药和抗生素残留的分析
• 乙酰胆碱酯场效应管传感器，用于分析敌敌畏等有机磷 农药的残留
• 乙酰胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸，当存 在有机磷农药残留时，能够抑制乙酰胆碱酯酶的活性， 使胆碱和乙酸的产生减少，乙酸的减少量可以通过离子 场效应管来测定
• 抗生素残留的分析 • 免疫传感器测定牛奶中硫胺二甲嘧啶的含
检测的元器件。 • 被转换的信号通常包括磁、力、热、光、电、化学，这些
信号可以转换成声、光、电等信号以便分析和检测。
从传感器对不同能量进行变换的功能分类：
• 光（辐射）传感器 • 磁传感器 • 力（压力和加速度）传感器 物理传感器 • 温度传感器 • 化学传感器
生物传感器（biosensor）
• 以传感器为基础，由生物学、电化学、光 学、热力学及计算机等学科相互渗透和融 合的产物，是多学科的交叉领域。
（一）酶免疫分析（EIA）
• 抗原（抗体）被酶标记后与相应的抗体 （抗原）反应，通过测定酶催化反应的产 物量来计算抗原抗体的结合量，进而计算 出待检测物质（抗原或抗体）量的方法。
（二）酶联免疫吸附方法（ELISA）
• 酶标板为载体，在适当条件下使抗原或抗体上包 被或吸附在酶标记板微孔的内壁上成为固相抗原
二 生物传感器的基本原理
（一）生物传感器的反应基础及分子识别机理 • 生物敏感材料中生物分子能选择性的和待测样
品中的待测成分进行特异性结合的性质 • 包括酶、抗原、微生物细胞、组织切片、DNA等
1 酶促反应
E+S→ES →P+E
• E:酶 • S:底物 • ES:中间络合物 • P:反应产物
2 免疫化学反应
第七章 生物技术与食品安全和品质控制
• 第1节 生物传感器及其在食品检测中的应用 • 第2节 免疫学技术与食品安全检测 • 第3节 分子生物学技术及其在食品安全检测中的应用 • 第4节 生物芯片及其食品安全检测中的应用
第1节 生物传感器及其在食品检测中的应用
一、生物传感器的基本概念
（一）生物传感器的定义 传感器 一种把一种信号转换成另一种信号以实现信号
牛乳中的脂肪分解成的短脂肪酸的量来评价
第2节 免疫学技术与食品安全检测 一、常用的免疫学方法
• 所有的免疫学方法都是以抗原抗体特异性结合为 基础发展起来的，这种特异结合可以发生在生物 体内也可以发生在体外，用于食品卫生和安全检 测的都是体外反应，必须使用含有特异性抗体的 血清，又称为血清学反应或血清学方法
• 细胞本身能提供酶促反应所埯的各种辅酶和辅基 • 微生物细胞比酶的来源更方便，价格低
4 生物学反应中的物理量变化 热焓变化 生物发光 颜色反应 阻抗变化
（四）生物传感器的特点
• 由于敏感物质经固定化，可重复使用 • 样品无需预处理，可直接分析 • 响应快，样品用量微 • 分析操作简单 • 除缓冲液无需添加试剂 • 不要求样品的清晰度 • 可连续分析，联机操作，易于实现自动化测量 • 传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器
3 Ag+Ab=AgAb
• Ag：抗原 • Ab：抗体
3 微生物反应
• 利用微生物作为天然的生物催化剂进行的 反应。
• 微生物细胞是一个极其复杂的、完整的生 命系统，数以千计的酶在系统中高度协调 地行使其功能
• 微生物细胞的膜系统为酶反应提供了天然的适宜 环境，细胞可以在相当长的时间内保持一定的催 化活性
• 能将识别元件上进行的生化反应中消耗或生成的 化学物质，或产生的光或热等转换为电信号，并 且在一定条件下，产生的电信号强度和反应中物 质的变化量呈现一定的比例关系
• 信号处Leabharlann 放大装置 • （singal ampligication system）
• 能将换能器产生的电信号进行处理、放大和输出。
（二）生物传感器的基本组成和分类
• 病原菌
（四）生物毒素的检测
• 细菌毒素:由细胞分泌产生于细胞外或存在 于细胞内的致病性物质
• 真菌毒素：真菌分泌产生的有毒次生代谢 产物
（五）食品新鲜度的分析
• 利用鱼死亡后，鱼肉中ATP分解代谢后各种代谢产物之间 的比例关系做成生物传感器
• 肉鲜度传感器：单胺氧化酶固定于氧电极 • 牛乳鲜度传感器：牛乳中的微生物数量，乳酸增加量，或
• 属于化学传感器的范围
• 生物传感器的基本组成单位：
• 生物敏感元件/生物识别元件 • (biological sensing element) • 是酶、抗原（体）和微生物细胞等具有分子识别
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
• 换能器/转换器（transducer）
或抗体，没有被吸附的被洗涤除去，然后加入酶
标记抗体或抗原形成酶标记的抗得抗体复合物固 定在微孔或试管上
（三）免疫沉淀反应
• 将可溶抗原与相应抗体在适量的电解质存 在的条件下发生特异性结合，形成抗原抗 体复合物并出现肉眼可见的沉淀 ，这种沉 淀只有在抗原抗体比例适合时才能形成。
（四）免疫凝集反应
• 颗粒抗原（细菌、血红细胞）或可溶性抗 原（抗体）结合于不溶性的载体微粒上后 与相应的抗体（抗原）在适当的条件下， 经一定时间后凝集成肉眼可见的凝聚物的 反应
量 • 抗体酶区轭物为敏感材料结合光度分析法
检测了牛奶中青霉素的含量
（二）食品添加剂的分析
• 亚硫酸氧化酶固定于玻璃电极上，结合流 动注射分析系统制成了测定亚硫酸盐的生 物传感器
• 天冬氨酸酶固定于氨电极上，制成生物传 感器
• 烟碱酸
（三）污染微生物的检测
• 利用微生物在代谢过程中产生电子，电子 直接在阳极上放电产生电流，通过测定电 流大小从而测定微生物浓度的传感器，检 测酿酒酵母、乳酸菌
1 生物传感器的基本组成
样品生物 生物识别元件 换能器
信号处理装 置
被测物 识别部位
电信号
2 生物传感器的分类
生物敏感材料
酶传感器 微生物传感器 免疫传感器 细胞器传感器 细胞传感器 组织传感器 DNA传感器
换能器不同
电化学生物传感器 介体生物传感器 测光型生物传感器 测热型生物传感器 半导体生物传感器 压电晶体生物传感器
三、生物传感器在食品工业中的应用
（一）农药和抗生素残留的分析
• 乙酰胆碱酯场效应管传感器，用于分析敌敌畏等有机磷 农药的残留
• 乙酰胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸，当存 在有机磷农药残留时，能够抑制乙酰胆碱酯酶的活性， 使胆碱和乙酸的产生减少，乙酸的减少量可以通过离子 场效应管来测定
• 抗生素残留的分析 • 免疫传感器测定牛奶中硫胺二甲嘧啶的含
检测的元器件。 • 被转换的信号通常包括磁、力、热、光、电、化学，这些
信号可以转换成声、光、电等信号以便分析和检测。
从传感器对不同能量进行变换的功能分类：
• 光（辐射）传感器 • 磁传感器 • 力（压力和加速度）传感器 物理传感器 • 温度传感器 • 化学传感器
生物传感器（biosensor）
• 以传感器为基础，由生物学、电化学、光 学、热力学及计算机等学科相互渗透和融 合的产物，是多学科的交叉领域。
（一）酶免疫分析（EIA）
• 抗原（抗体）被酶标记后与相应的抗体 （抗原）反应，通过测定酶催化反应的产 物量来计算抗原抗体的结合量，进而计算 出待检测物质（抗原或抗体）量的方法。
（二）酶联免疫吸附方法（ELISA）
• 酶标板为载体，在适当条件下使抗原或抗体上包 被或吸附在酶标记板微孔的内壁上成为固相抗原
二 生物传感器的基本原理
（一）生物传感器的反应基础及分子识别机理 • 生物敏感材料中生物分子能选择性的和待测样
品中的待测成分进行特异性结合的性质 • 包括酶、抗原、微生物细胞、组织切片、DNA等
1 酶促反应
E+S→ES →P+E
• E:酶 • S:底物 • ES:中间络合物 • P:反应产物
2 免疫化学反应
第七章 生物技术与食品安全和品质控制
• 第1节 生物传感器及其在食品检测中的应用 • 第2节 免疫学技术与食品安全检测 • 第3节 分子生物学技术及其在食品安全检测中的应用 • 第4节 生物芯片及其食品安全检测中的应用
第1节 生物传感器及其在食品检测中的应用
一、生物传感器的基本概念
（一）生物传感器的定义 传感器 一种把一种信号转换成另一种信号以实现信号
牛乳中的脂肪分解成的短脂肪酸的量来评价
第2节 免疫学技术与食品安全检测 一、常用的免疫学方法
• 所有的免疫学方法都是以抗原抗体特异性结合为 基础发展起来的，这种特异结合可以发生在生物 体内也可以发生在体外，用于食品卫生和安全检 测的都是体外反应，必须使用含有特异性抗体的 血清，又称为血清学反应或血清学方法