葡萄糖、谷氨酸、乳酸这三种生物传感器已成为中国生物传感器应用的基本品种,每年消费的固定化酶膜超过一仟多个,年分析样品量达100多万次。谷氨酸传感器,预期能与现有的谷氨酸钠(GB
8967)和味精(QB 1500-98)【1】中的分析方法互相补充,可以准确快速地解决对市场上味精产品的质量监控问题,尤其是对市场上含盐味精检测,只需要一分钟应能完成,大大减少有关人员的工作量。L-乳酸传感器是1989年研制成的我国第一种实用化的生物传感器【6】,已有体育界的用户140多家。它在谷氨酸发酵过程中的应用也是国际上独一无二的,可以说是我国谷氨酸行业技术进步的另一项重要成果,为我国这几年中谷氨酸发酵产率的持续提高提供了保证条件。近年来,L-乳酸传感器也已在食品添加剂L-乳酸的发酵生产中得到应用。L-乳酸传感器也已用在对保健食品的评价实验上,比常规化学方法方便得多。另一项生物传感器的重要成果是在3分钟内精确得到糖化酶的活力【7】,这是应用葡萄糖传感器和微型计算机控制的程序在SBA-系列的生物传感分析仪上完成的国内外独创的先进方法,经中国食品工业发酵研究院和无锡、江阴等酶制剂厂初步应用,取得了与传统常规方法完全一致的结果。
葡萄糖、谷氨酸、乳酸等生物传感器有以下特征:
(1)采用固定化生物活性物质作催化剂,价值昂贵的试剂可以重复多次使用,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。
(2)专一性好,只对特定的底物起反应,而且不受颜色、浊度的影响。
(3)分析速度快,可以在一分钟得到结果。(葡萄糖、谷氨酸、乳酸三种生物传感器的响应仅需要20秒钟;乙醇、次黄嘌呤、以及用二种以上酶复合成的生物传感器,如尿素、蔗糖、乳糖、糖化酶等响应时间也一般不超过2分钟)。
(4)准确度高,一般相对误差可以达到1%。
(5)操作系统比较简单 ,容易实现自动分析。
(6)成本低,在连续使用时,对葡萄糖、谷氨酸、L-乳酸等每例测定仅需要几分钱---1角钱人民币。
SBA-系列生物传感器关键器件是酶膜圈,它们是配套试剂盒的组成之一,可以贮存运送,连续使用寿命为1个月左右,更换也很方便。
SBA-系列生物传感分析仪有以下类型
(1) SBA-50型单电极生物传感分析仪,本机是1995年推出的作为SBA-30型更新换代的新机种,与SBA-30型相比较,自动化程度更高,它不仅可以测定乳酸,而且可以通过更换酶膜,测定葡萄糖等其它底物及有关的酶,还可以设置多种参数:1996年1月鉴定的SBA-
50 型糖化酶活力快速测定仪,就是在葡萄糖传感器的基础上,设置了特殊的采样程序而实现的。用它来测定工业用糖化酶活力仅需要3分钟;测定葡萄酒中的残余糖,只需要1分钟。
(2) SBA-40 型双电极生物传感分析仪, 本机1992 年研制成功,共进行双指标分析, 用于谷氨酸和葡萄糖快速分析,列为1993年国家级新产品.并获得1995年山东省科技进步奖。它被誉为谷氨酸发酵生产中的眼睛,已普及应用于中国的味精工厂,可以在一天24小时中不停机地连续使用【4】。
(3) SBA-60 型四电极生物传感分析系统,这是生物传感在线分析系统的主机,1996年通过专家鉴定,本机能同时接配四种生物传感器,在设计上直接采用PC微机作中央控制,并附有电脑稀释器,可以联接发酵罐和生化反应器作在线跟踪分析其成分变化。
综上所述,生物传感器用于食品分析是对现有分析方法的一项革新,以葡萄糖传感器列入国家食品分析标准为标志,将有越来越多的生物传感器进入食品分析的应用领域,这表明了,我国的生物传感器的研究开发已获得突破【8】,并将在我国国民经济的许多领域里发挥重要的作用。
四、 生物传感器用于食品分析领域的展望
生物传感器测定食品成分有许多优越性:可以使食品分析专业技术人员从繁琐的常规分析中解放出来,由于采用了专一性高的酶法分析,在分析中不受颜色和其它成分的干扰,速度快。因此有广泛的应用前景。它们不仅可以直接应用在食品成分的直接分析上,而且在许多场合可以用作打击假冒食品的主要工具。现举以下实例加以说明。
蜂蜜中惨杂使假中一些特殊成分的鉴别:当掺假物质为:蔗糖、饴糖、面粉、人工转化糖等的时候,用葡萄糖传感器测定:①未加以转化的蜂蜜中葡萄糖量,②加糖化酶转化后的葡萄糖量,③及采用稀酸转化后的葡萄糖量。分析结果表明:葡萄糖量超过稀酸转化后的葡萄糖量的50%时,可能掺有转化糖、面粉、饴糖等成分。当加入蔗糖时,则表现为未加以转化的葡萄糖含量远于酸转化后的葡萄量的50%。用糖化酶处理后的蜂蜜,如葡萄糖明显增高,则表明其中掺有饴糖、面粉等。
类似的分析测定方法也可以用在乳品、含糖酒品等许多食品的分析上。比如用乳酸传感器可以测定牛乳鲜度,用葡萄糖传感器鉴别奶中的糊精。
其它的生物传感器如尿素、蔗糖、酒精、谷氨酸、乳酸等都可以在鉴别食品成分和打假中。这些生物传感器与食品专业分析人员的日常工作结合,不仅可以产生很大的社会效益,而且可以丰富和发展食品分析科学,并且发展和制订我国的食品分析法规。
参考文献
1. 中国国家标准全集,第五卷 食品工业标准 CD-ROM光盘版。1997年2 月,中国标准出版社。
2. 中国食品工业企业大全,中国食品工业协会编,1995年11月,中国商业出版社。
3. 冯德荣,生物工程进展,1996,.16(3),13-14,生物传感器的开发和应用进展。
4. 冯德荣,发酵科技通讯,1996,25(3),10-13,生物传感器和谷氨酸发酵生产。
5. 冯德荣,,尚雪芹,周万里等,食品与发酵工业, 1993(4),33-37. SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪的研制。
6. 冯德荣, 冯云水,周万里等,山东科学,1990,3(3)1-6固定化乳酸酶膜圈的研制
7. 史建国,周凤臻,杨明慧等,生物工程学报,1996,12(增刊),226-231,用葡萄糖酶电极法测定葡萄糖淀粉酶活性的研究。
8. 徐闻,科技日报,1996年3 月25日头版,生物传感器研究应用获得突破。
关键词:国家标准,生物传感器,酶电极,葡萄糖分析。
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