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1、食品安全检测技术第1页，本讲稿共41页 内容目录内容目录n n第一节第一节 概述概述n n第二节第二节 理化仪器检测技术理化仪器检测技术n n第三节第三节 现代生物学检测技术现代生物学检测技术第2页，本讲稿共41页n食品安全的检测对象：食品安全的检测对象：农药、兽药、有害重金属、生物毒素、食品添加剂、农药、兽药、有害重金属、生物毒素、食品添加剂、致病菌等致病菌等n食品安全检测技术分类食品安全检测技术分类：理化仪器分析技术，现代生物学检测技术理化仪器分析技术，现代生物学检测技术 定性、定量、在线监测定性、定量、在线监测 第一节 概述第3页，本讲稿共41页第二节第二节 理化仪器检测技术理化仪器检测
2、技术样品采集样品采集提取净化提取净化索氏提取、液液、固液、索氏提取、液液、固液、微波、超声、柱层析等微波、超声、柱层析等仪器分析仪器分析根据目标物的性质根据目标物的性质选择不同方法选择不同方法仪仪器器方方法法的的检检测测流流程程第4页，本讲稿共41页仪仪器器检检测测技技术术痕量无机物定量痕量无机物定量无机元素形态分析无机元素形态分析气相色谱或液相色谱气相色谱或液相色谱电感耦合等离子体质谱联用电感耦合等离子体质谱联用电感耦合等离子体质谱电感耦合等离子体质谱(ICP-MS）原子发射光谱（原子发射光谱（AES）原子吸收光谱（原子吸收光谱（AAS）毛细管电泳毛细管电泳质谱（质谱（CE-MS）气相色谱气
3、相色谱串联质谱串联质谱(GC-MS/MS)色色谱谱质质谱谱联联用用高效液相色谱高效液相色谱串联质谱（串联质谱（LC-MS/MS）高效液相色谱高效液相色谱质谱（质谱（LC-MS）气相色谱气相色谱质谱质谱（GC-MS）色谱色谱液相色谱液相色谱气相色谱气相色谱第5页，本讲稿共41页俄国植物学家Tswett于1901年发现：利用吸附原理分离植物色素。1906年Tswett创立“chromatography”“色谱法”新名词；1907年在德国生物会议上第一次向世界公开展示显现彩色环带的柱管；1930年R.Kuhn用色谱柱分离出胡萝卜素。色谱分析法的历史色谱分析法的历史色谱分析法的历史色谱分析法的历史第6
4、页，本讲稿共41页1935年AdamsandHolmes发明了苯酚-甲醛型离子交换树脂，进一步发明了离子色谱1938年Izmailov发明薄层色谱1941年Martin&Synge发明了液-液分配色谱1944年Consden,Gordon&Martin发明纸色谱1952年Martin&Synge发明气-液色谱1953年Janak发明气-固色谱1954年Ray发明热导检测器1955年世界第一台商品化气相色谱仪1957年Martin&Golay发明毛细管色谱1959年Porath&Flodin发明凝胶色谱1960年液相色谱技术完善第7页，本讲稿共41页高选择性高选择性 分离单组份定性定量分离单组份
5、定性定量 高效能高效能高灵敏度高灵敏度 检出限量低至检出限量低至10-11 g/kg的物质，适于微量和痕量分析的物质，适于微量和痕量分析色谱法的特点色谱法的特点色谱法的特点色谱法的特点第8页，本讲稿共41页2.1气相色谱分析气相色谱分析系统构成系统构成:气路系统，进样系统，分离系统，检测系统气路系统，进样系统，分离系统，检测系统工作原理工作原理:样品高温瞬间汽化样品高温瞬间汽化-色谱柱分离色谱柱分离-检测检测适用适用:易挥发的小分子有机物易挥发的小分子有机物 难挥发性成分经衍生化检测难挥发性成分经衍生化检测第9页，本讲稿共41页气相色谱气相色谱-分离系统分离系统n色谱柱色谱柱：填充柱，毛细管柱
6、：填充柱，毛细管柱n色谱柱选择色谱柱选择：按样品极性按样品极性 弱极性样品，可选弱极性样品，可选OV-1，SE-30，OV-101，SE-52，SE-54 中极性样品，可选中极性样品，可选OV-17，OV-1701，XE-60，OV-225，OV-210 极性样品，可选极性样品，可选PEG-20M,FFAP,OV-275,DEGS 第10页，本讲稿共41页气相色谱气相色谱-检测系统检测系统n氢火焰离子化检测器（氢火焰离子化检测器（FID）：破坏型，含碳的有机物）：破坏型，含碳的有机物n电子捕获检测器（电子捕获检测器（ECD）：非破坏型，选择性）：非破坏型，选择性 电负性强的化合物电负性强的化合
7、物n火焰光度检测器（火焰光度检测器（FPD）：破坏型，选择性）：破坏型，选择性 含硫磷的化合物含硫磷的化合物n热导池检测器（热导池检测器（TCD）：非破坏型，选择性）：非破坏型，选择性 永久性气体永久性气体第11页，本讲稿共41页气相色谱在食品安全检测中的应用气相色谱在食品安全检测中的应用n反式脂肪酸的检测（衍生反式脂肪酸的检测（衍生，FID)n苯，氯苯，氯酚类（直接进样，苯，氯苯，氯酚类（直接进样，FID）n有机氯农药（有机氯农药（ECD)n有机磷农药（有机磷农药（FPD)第12页，本讲稿共41页气相色谱分离与质谱定性定量结合气相色谱分离与质谱定性定量结合1.1.对食品中残留物进行分析对食品
8、中残留物进行分析 MS是一个通用型检测器，对大多数有机化合物都有是一个通用型检测器，对大多数有机化合物都有比较好的响应，根据特征离子强度定量比较好的响应，根据特征离子强度定量,适合大批量农残适合大批量农残检测。检测。2.对未知物分析对未知物分析 准确测定未知组分的相对分子质量准确测定未知组分的相对分子质量。2.22.2气相色谱与质谱的联用分析气相色谱与质谱的联用分析气相色谱与质谱的联用分析气相色谱与质谱的联用分析第13页，本讲稿共41页n食品中食品中42种农药的气相色谱种农药的气相色谱-质谱选择离子测定质谱选择离子测定n样品处理方法样品处理方法 液液萃取液液萃取-固相萃取联用：固相萃取联用：样
9、品中农药经二氯甲烷提取后，样品中农药经二氯甲烷提取后，Envi-Carb柱和柱和Sep-Pak-NH2柱双柱双柱净化，净化后直接进样分析柱净化，净化后直接进样分析n色谱条件色谱条件 色谱柱色谱柱:HP-5MS(30 m 0.125 mm 0.125m);载气载气:高纯氦气高纯氦气,流量流量1 ml/min;柱温柱温:70,保持保持2 min,以以25/min升至升至150,再以再以3/min升至升至200,再以再以8/min升至升至260,保持保持10 min;进样口温度进样口温度:250;进样方式进样方式:不不分流进样分流进样,1.15 min后打开分流阀和隔垫吹扫。后打开分流阀和隔垫吹扫。
10、n 质谱条件质谱条件 离子源离子源(EI)温度温度:230,电子轰击能量电子轰击能量70 ev,GC-MS接口温度接口温度:280。气相色谱与质谱的联用气相色谱与质谱的联用-分析实例分析实例第14页，本讲稿共41页n分析特征量分析特征量 42中农药的线性范围中农药的线性范围:0.0011.0g/mL 样品的加标回收率：样品的加标回收率：89%-94%,RSD 10%方法的最低检出限：方法的最低检出限：0.0010.005 mg/kg(S/N=3)n 检测农药种类检测农药种类 有机磷、拟除虫菊酯、有机有机磷、拟除虫菊酯、有机氯、氨基甲酸酯和除草剂氯、氨基甲酸酯和除草剂n 检测的样品种类检测的样品
11、种类 肉类，蛋类，乳品，蔬菜和水果肉类，蛋类，乳品，蔬菜和水果气相色谱与质谱的联用气相色谱与质谱的联用-分析实例分析实例第15页，本讲稿共41页2.3高效液相色谱高效液相色谱n高效液相色谱法是继气相色谱之后，高效液相色谱法是继气相色谱之后，70年代初年代初期发展起来的一种以液体做流动相的新色谱技期发展起来的一种以液体做流动相的新色谱技术。术。n高效液相色谱仪由高效液相色谱仪由 高压输液系统、进样系统、高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统分离系统、检测系统、记录系统 等五大部分等五大部分组成。组成。第16页，本讲稿共41页第17页，本讲稿共41页液相色谱在食品安全中的应用液相色谱
12、在食品安全中的应用n食品添加剂及农药残留的检测（苏丹食品添加剂及农药残留的检测（苏丹I号、拟除虫菊酯等）号、拟除虫菊酯等）n食品中兽药残留的检测（瘦肉精、磺胺类药物等）食品中兽药残留的检测（瘦肉精、磺胺类药物等）n食品加工过程中的毒素残留（黄曲霉素等）食品加工过程中的毒素残留（黄曲霉素等）第18页，本讲稿共41页第三节第三节 现代生物学检测技术现代生物学检测技术nPCR技术n酶联免疫技术（ELISA）n基因芯片技术n生物传感器技术第19页，本讲稿共41页3.1PCR技术引物引物3555基因组基因组第20页，本讲稿共41页 333变性、退火延伸变性、退火、延伸3PCR 原理第21页，本讲稿共41
13、页PCR技术在食品安全中的应用n食品中有害微生物的检测（沙门菌、大肠杆菌O157、金黄色葡萄球菌等）n转基因食品RiboPrinter 全自动微生物鉴定系统全自动微生物鉴定系统BAX系系统目前可目前可检测：沙门氏菌，大肠杆菌O157:H7,单增李斯特菌，李斯特菌，板歧肠杆菌可鉴定到菌株可鉴定到菌株。开放式的数据库（菌库）内有5700多种基因指纹模式，归属180余属，1200余种。包括腐败菌、病原菌、有益菌及环境微生物。另外，用户可自建菌库。第22页，本讲稿共41页3.2ELISA原理n它采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜它采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，
14、然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。测定的对象可以是抗体也可以是抗原。色反应，用于定量测定。测定的对象可以是抗体也可以是抗原。n测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性，然后加一种测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性，然后加一种抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保留其原免疫活性抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保留其原免疫活性与酶活性，当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结合后，再加上酶的相与酶活性，当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结合后，再加上酶的相应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。应底物，
15、即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。第23页，本讲稿共41页ELISAELISA的种类和变化的种类和变化 （一）双抗体夹心法（一）双抗体夹心法（二）间接法（二）间接法（三）竞争法（三）竞争法 （四）双位点一步法（四）双位点一步法（五）捕获法测（五）捕获法测IgMIgM抗体抗体（六）应用亲和素和生物素的（六）应用亲和素和生物素的ELISAELISA 第24页，本讲稿共41页双抗体夹心法双抗体夹心法第25页，本讲稿共41页间接法是检测抗体最常用的方法，其原理为利用酶标间接法是检测抗体最常用的方法，其原理为利用酶标记的抗抗体以检测已与固相结合的受检抗体，故称为记的抗抗体以检测已与固相结合的受检抗体，
16、故称为间接法。间接法。第26页，本讲稿共41页此法可用于抗原和半抗原的定量测定，也可用于测定抗体此法可用于抗原和半抗原的定量测定，也可用于测定抗体。第27页，本讲稿共41页ELISA在食品安全中的应用 食品中农药、兽药的测定食品中农药、兽药的测定 食品中毒素的测定（主要包括黄曲霉毒素，食品中毒素的测定（主要包括黄曲霉毒素，简曲简曲霉毒素霉毒素 ）食品中有害微生物的快速筛检食品中有害微生物的快速筛检 （如沙门氏菌（如沙门氏菌 ）第28页，本讲稿共41页3.3基因芯片技术第29页，本讲稿共41页Different DNA probes (各种 DNA 探针)Clinical DNA Samples
17、(临床样本)Microarray(微阵列过程)Hybridization(杂交过程)Scanning(扫描过程)Glass slide(玻片)Image Image analysis (芯片图象分析)基因芯片的制造与检测技术基因芯片的制造与检测技术Luminescence orelectrochemical detection第30页，本讲稿共41页 Gene Expression(1)Identificationofallcommonvariants(2)Simultaneousmonitoringoftheexpressionofallgenes(3)Generictoolsformani
18、pulatingcellcircuitry(4)Re-sequencingofmegabaseregions(5)Monitoringthelevelsandmodificationstateofallproteins(6)Systematiccataloguesofproteininteractions(7)IdentificationofallbasicproteinshapesSYT13第31页，本讲稿共41页Mutation detectionSNP:Single Nucleotide Polymorphysm-gtacatcaggatcgatacgtagctagctagctaaaat
19、cgatcatccacatccgtac-cgtagctaactagctaaaatcgatcatccaca-cgtagctagctagctagaatcgatcatccaca-cgtagctagctagctaaaatcgattatccaca-cgtagctagctagctaa labelinghybridizationcgtagctaactagctaaWild:Mutant1:Mutant2:Mutant3:aatcgatcatccacaaatcgattatccacatagctaaaatcgatagctagaatcga第32页，本讲稿共41页Fabrication of DNA Microarra
20、y(DNA芯片制作技术类型芯片制作技术类型)In situ DNA probe synthesis on chip surface -Photolithography(光光 刻刻 技技 术术)Direct deposition of DNA probes on chip surface -Microspotting/ink-jet printing(打印技术打印技术)第33页，本讲稿共41页高密度点样机高密度点样机Designed Density:20,000-100,000 probes in one glass slide(每玻片最多可排列100000个探针)Printhead can h
21、old up to 32print pins to carry 32 samples第34页，本讲稿共41页生物芯片在食品安全中的应用n农药、兽药检测n毒素检测n微生物检测第35页，本讲稿共41页3.4生物传感器技术n生物传感器定义生物传感器定义 生物传感器(biosensor)是用生物活性材生物活性材料料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理换能器物理换能器有机结合的器械或装置，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。第36页，本讲稿共41页生物传感器的原理生物传感器的原理 待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别分子识别
22、，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。图示生物传感器原理：电信号电信号待检测物待检测物生生物物敏敏感感膜膜物理变化物理变化此界面发生此界面发生生物学反应生物学反应(分子识别过分子识别过程程)此界面发生此界面发生能量转换能量转换(转换成电转换成电信号信号)此处发生信号此处发生信号转换转换(模拟信号模拟信号转换成数字信转换成数字信号号)换换 能能 器器计计 算算 机机第37页，本讲稿共41页Ultrasensitive electrochemical detection of n
23、ucleic acid based on the isothermal strand-displacement polymerase reaction and enzyme dual amplification第38页，本讲稿共41页生物传感器在食品分析中的应用生物传感器在食品分析中的应用 n食品成分分析食品成分分析 n食品添加剂的检测食品添加剂的检测 n农药残留分析农药残留分析n微生物和毒素的检验微生物和毒素的检验第39页，本讲稿共41页食品检测未来发展趋势食品检测未来发展趋势n1.检测与控制一体化（在线检测、传感器与农检测与控制一体化（在线检测、传感器与农业业/食品生产）食品生产）n2.无损检测无损检测 电子鼻电子鼻 n3.形态分析形态分析 n4.多技术融合多技术融合 （色谱质谱（色谱质谱 串联质谱）串联质谱）n5.速测化速测化 n6.便携化便携化 第40页，本讲稿共41页第41页，本讲稿共41页