食品生物技术

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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
• 2001年,《science》,将酿酒酵母5800 个基因克隆并表达产生对应的蛋白质,分 离纯化这些蛋白质,将它们固定于载体膜 上得到蛋白质芯片
• 应用时将其他蛋白质或小分子物质与芯片 进行反应,可以分析蛋白质之间或蛋白质 与小分子之间的相互作用。
3、生物芯片在食品安全检测中应用的前景 食品中毒事件的调查 食品污染生物毒素的检测 食品中污染病原菌的检测 食品中残留农药和抗生素的分析
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
• 将未知序列的单链DNA片段和DNA芯片进行杂 交,互补序列形成双链,通过分析鉴定双链体的 情况可以得出未知DNA的序列
DNA多态性的分析
• 检测生物群体中,个体间基因核酸序列的 差异。
• 采用等位基因特异性的DNA探针固定在玻 璃片上形成DNA芯片,采用PCR技术扩增 待检测的基因组的DNA,得到荧光樗的单 链DNA片段,将其与DNA芯片杂交,最后 得到多态性的分析
(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
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
4、信号检测和结果分析
• 杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧 光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像, 将荧光转换成数据,即可以获得有关生物信息。 基因芯片技术发展的最终目标是将从样品制备、 杂交反应到信号检测的整个分析过程集成化以获 得微型全分析系统
(二)、生物芯片的应用
1、DNA芯片应用 DNA序列测定
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
酶传感器 微生物传感器 免疫传感器 生物敏感材细料胞器传感器 细胞传感器 组织传感器 DNA传感器
电化学生物传感器 介体生物传感器 换能器不测测同光热型型生 生物 物传 传感 感器 器 半导体生物传感器 压电晶体生物传感器
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。
二、免疫技术在食品安全检测中的应用
(一)在食品污染细菌及其毒素检测方面 • 沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、
气单胞菌、霍乱弧菌
(二)食品中污染真菌及其毒素的免疫分析 • 地菌属、根霉属、青霉属、曲霉属、毛霉
属、分枝霉属、腐质霉属等
(三)食品中农药残留的免疫学方法检测 • 农用抗生素残留、除草剂残留和有机磷、
• 将待测样品加在芯片表面,由于生物分子牧民性亲和反应, 检测样品中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分 子结合反应,从而实现对样品的分析和检测
• 分类: • DNA芯片、蛋白质(肽)芯片
DNA芯片的制备方法:
1、芯片制备
• 目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体,采用原位合成 和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序 排列在载体上。芯片的制备除了用到微加工工艺外,还需 要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯 片上的指定位置。
DNA突变检测 表达分析
2、蛋白质芯片的应用
• 2000年9月,《science》,蛋白质芯片研究蛋 白质之间以及蛋白质与小分子之间的相互作用。
• 用于制备无烟煤各种蛋白质溶液中加入甘油,以 防止蛋白变性,将蛋白质直接点接于载体膜上并 固定化,之后以牛血清白蛋白进行封闭,降低膜 上的背景,即得到蛋白质芯片。
2、样品制备
• 生物样品往往是复杂的生物分子混合体,除少数 特殊样品外,一般不能直接与芯片反应,有时样 品的量很小。所以,必须将样品进行提取、扩增, 获取其中的蛋白质或DNA、RNA,然后用荧光
标记,以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。
3、杂交反应
• 杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行 的反应产生一系列信息的过程。选择合适的反应 条件能使生物分子间反应处于最佳状况中,减少 生物分子之间的错配率。
多重PCR
• 同一反应中采用多对引物对基因的不同片 段同时扩增,可以同时扩增多个DNA片段
巢式PCR
• 采用两对引物,一对在DNA外侧,为外引 物,另一对在内侧,称为内引物,实现对 模板DNA含量很少的样品的分析和检测
内引物
内引物
外引物
外引物
锚定PCR
• 只知道DNA片段一端的序列,在基因未知 端添加已知的PolyA尾,人为的赋予基因未 知末端特定的序列
• 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
第3节 分子生物学技术及其在 食品安全检测中的应用
(一)分子杂交技术
液相杂交 核酸的分子杂交
固相杂交
原位杂交 膜杂交
斑点印迹杂交 Souther杂交 Northern杂交
• 膜杂交:
(二)PCR技术
不对称PCR
• 两引物浓度不同,经过若于轮循环,低浓 度的引物被用尽,产生大量由高浓度引物 引导产生的单链DNA,可以作为探针或 DNA测序的核酸
• 抗昆虫农作物的安全性 • 引入病毒外壳蛋白基因的抗病毒农作物可能对人体健康产
生危害
(二)对环境和生态的影响
• 转基因作物本身可能变为杂草甚至导致超级杂草的产生 • 转入毒蛋白基因的作物的花粉可能有安全问题 • 有可能污染人类的食品供应 • 有可能产生超级病毒或新病害 • 未来破坏环境的可能 • 会威胁生物多样性 • 利益驱动可能导致农业崩溃
• 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)
• 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
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
第八章 转基因食品的发展和食品安全
一、转基因食品的概念
• 使一种生物体具有其他生物体自然生长所 没有的特点,由这种技术产生的食品可以 分为原料类和加工成品类,我国习惯上将 他们统称为转基因食品
二、人们对转基因食品的争论
(一)对人类健康产生影响
• 食品携带的抗生素有可能使动物与人的肠道 病原微生物 产生耐药性
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

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
用凝胶过滤
2 食品中污染微生物的分子生物学技术检测
• 细菌:亲水气单胞菌、肉毒梭菌=肠道 致病性大 肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌
• 病毒:轮状病毒、肝炎病毒、肠病毒 • 寄生虫、隐孢球虫、内阿米巴虫、梨形鞭毛虫
第四节 生物芯片及其在食品安全检测中的应用
(一)生物芯片
• 按预先的设置排列固定有大量生物识别分子(例如DNA片段、 RNA片段、抗原抗体分子或蛋白质、肽分子)的面积很小的 载体(硅片、载玻片等)
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
(三)在食品安全检测中的应用
1 样品前处理
2
靶微生物的富集:
• 培养增殖法采用特定的选择性培养基通过培养 增殖的方式来提高样品中的靶微生物数量,还 可以降低样品中PCR抑制剂的浓度以利于靶 DNA的PCR扩增
PCR抑制剂的去除:
• 靶微生物的富集培养、凝胶过滤 • 土壤样品中微量的腐殖酸对PCR的抑制采
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
• 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
• 信号处理放大装置 • (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
有机氯、氨基甲酸酯类等
(四)食品中抗生素残留的免疫检测 • 农用抗生素、畜用抗生素
(五)食品中掺Baidu Nhomakorabea物的免疫学识别
• 绵羊奶或山羊奶奶酪的生产中,掺杂有牛 奶成分将影响绵羊(山羊)奶奶酪的品质 和加工特性,因此在加工过程中应避免牛 奶的掺入。
(六)免疫学方法在分析样品净化中的应用
• 抗黄曲霉毒素、伏马素等的抗体包被在葡 萄糖凝胶或琼脂凝胶颗粒上,形成免疫亲 和层析柱
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