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微生物測量在食品、臨床醫學(xué)和環(huán)境檢測等諸多領(lǐng)域具有非常重要的意義，對微生物活細胞的快速檢測更是一個(gè)令人關(guān)注的課題。國內外的微生物學(xué)家、物理學(xué)家、電子信息和化學(xué)科學(xué)家充分利用微生物的熱學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)，提出了一系列新型的微生物快速檢測方法。測量生活飲品的細菌含量，國際上公認的有標準平板培育法和顯微鏡直接觀(guān)察法。但這兩種方法都存在一定的缺點(diǎn)，除了需要熟練的操作技能外，標準平板培育法的培育時(shí)間長(cháng)達數日，而顯微鏡觀(guān)察法則要一直觀(guān)測到細菌死亡。因此，對于要求迅速和多體的檢測對象，顯然不適宜采用上述兩種方法。 1 已有的檢測儀器 近兩年來(lái)，國外一些科技公司相繼研制開(kāi)發(fā)了食品和奶乳制品微生物快速檢測的相關(guān)檢測儀器，并在我國設立了代理商。其具有代表性的有美國Hygiena生產(chǎn)的Pi一102食品細菌快速測定儀，該食品細菌含量快速測定儀主要利用ATP生物發(fā)光法，配合高靈敏光電倍增管和專(zhuān)用試劑，可在10分鐘內對食品樣品(經(jīng)前處理)中所含微生物總數做出快速估算，將該檢測結果數據與國家相應標準對應，可初步判斷食品樣品中的微生物情況，如是否超標。ATP是三磷酸腺苷的簡(jiǎn)稱(chēng)，是細胞內供能分子。Pi一102食品細菌快速測定儀通過(guò)檢測樣品中的ATP與熒光素酶的發(fā)光反應來(lái)得出光單位讀數，經(jīng)換算即可估算出ATP的總數水平，然后進(jìn)一步間接判斷樣品中的微生物總數，以為食品衛生監督現場(chǎng)檢測提供參考。該檢測儀在中國的銷(xiāo)售價(jià)為7．9萬(wàn)元人民幣。但因ATP生物發(fā)光反應受各類(lèi)因素(溫度、酸堿、稀釋濃度等)影響，結果與常規培養所得的CFU (colonvformine unit，菌落形成單位)存在一定偏差，所以該檢測建議用戶(hù)設定臨界值做參考。 其次，BactoCount IBC—M是美國B(niǎo)ENTLEY公司最新推出的一款半自動(dòng)牛奶細菌計數儀。該儀器是針對中小型實(shí)驗室設計的�？焖俚臋z測結果是其成為牛奶加工廠(chǎng)或牛奶制品實(shí)驗室的工具，從而填補了對奶源的微生物快速檢測的空白。該儀器的檢測步驟和原理首先是培養(樣品準備)，即在奶樣中加入由凈化緩沖液、水解蛋白酶和熒光標記液組成的培養試劑，以溶解奶樣中的體細胞、穩定脂肪球和蛋白、滲透細菌并沾染DNA。在培養過(guò)程中，熒光標記液可以快速滲入到所有雙層核酸的細菌中。同時(shí)超聲波降解器可對干擾粒子進(jìn)行化學(xué)降解、瓦解剩余的細菌菌落并減少背景熒光。該檢測儀在中國的銷(xiāo)售價(jià)為72萬(wàn)人民幣。 另外，就是丹麥福斯公司(Foss)的BactoScan FC型系列牛奶細菌總數快速分析儀。利用該檢測系統，用戶(hù)可在一分鐘內獲得原料奶中的細菌總數量，可為牧場(chǎng)和乳品加工企業(yè)提供快速、可靠的數據。依靠這些快速準確的信息，牧場(chǎng)就可及時(shí)改進(jìn)其衛生狀況，提高所售產(chǎn)品的質(zhì)量。特別是乳品加工廠(chǎng)，可用其快速的優(yōu)勢實(shí)時(shí)對現場(chǎng)進(jìn)廠(chǎng)的原料進(jìn)行有效檢測，以將細菌指標不合格的原料奶擋在加工廠(chǎng)之外，從而避免給加工企業(yè)造成損失。而可靠的數據又可為牧場(chǎng)和乳品廠(chǎng)按質(zhì)計價(jià)提供公平全面的分析手段。 目前，Flow Cytometry(流氏細胞計數原理／對流動(dòng)中的細胞、細菌或顆粒計數和特性認定)技術(shù)已被生物化學(xué)和醫學(xué)科技界廣泛應用。其原理是將被測定的細胞／顆粒染色并置于懸浮液體之中，然后強迫細胞／顆粒逐一通過(guò)一個(gè)非常窄小的縫隙／管道。同時(shí)向其發(fā)出特殊光束，使得每一個(gè)被染色后的細胞／顆粒在通過(guò)測定點(diǎn)時(shí)也發(fā)出回應光束脈沖信號，然后采用電子技術(shù)再將其脈沖信號記錄下來(lái)。該檢測儀在中國的銷(xiāo)售價(jià)為140萬(wàn)元人民幣。 2 信息采集及放大電路設計 近年來(lái)，國內的微生物學(xué)、生物醫學(xué)、物理和電子信息等學(xué)科的相關(guān)專(zhuān)家在食品的農藥殘余、有害化學(xué)成分和有害微生物的檢測等方面也進(jìn)行了廣泛而深入的研究，發(fā)表了大量的相關(guān)學(xué)術(shù)論文。其具有代表性的微生物檢測生物電化學(xué)方法是蔡豪斌2000年發(fā)表在《華夏醫學(xué)》上的文章“微生物活細胞檢測生物傳感器的研究”和盧智遠等2005年發(fā)表在《傳感技術(shù)學(xué)報》上的文章“一種微生物檢測的生物電化學(xué)方法研究”，但是在國內尚沒(méi)有見(jiàn)到該方面微生物檢測實(shí)際應用的報導。 在前期研究的基礎上，本文對于有關(guān)文獻中的試驗數據進(jìn)行了信息采樣與數據處理，同時(shí)進(jìn)行了微生物快速檢測儀的設計制作。表1所列是盧智遠等人在其文獻中給出的25℃時(shí)的鮮牛奶細菌含量與傳感器的試驗數據。 由表1可見(jiàn)，傳感器輸出的電流和電壓十分微弱，這樣，在信息的模數轉化和信號處理過(guò)程中可能會(huì )產(chǎn)生誤差，故應設計如圖1所示的具有微電流放大作用的放大電路。該放大電路采用具有高增益、高共模抑制比、失調小和漂移較低的ICL7650作為運算放大器，并考慮了相位補償、電源波動(dòng)及干擾濾除等因素。該放大器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，閉環(huán)放大倍數為50。生物電池盒輸出的信號經(jīng)微電流放大器可以進(jìn)行有效的放大。 該檢測儀只要通過(guò)點(diǎn)擊圖中的Start按鍵，就可以開(kāi)始進(jìn)行電流值的數據采集，然后經(jīng)過(guò)程序中的函數運算，直接得出牛奶中對應的細菌數目。當點(diǎn)擊按鍵Stop時(shí)，曲線(xiàn)靜止，對應的電流值及細菌數目數值顯示即為點(diǎn)擊時(shí)的瞬時(shí)值。圖3所示是該檢測儀的實(shí)物圖。 3 結束語(yǔ) 本文介紹的生物電池盒與該軟件系統構成的微生物檢測儀，可用Matlab對多次重復測量所得的各條曲線(xiàn)進(jìn)行擬和處理，從而得出傳感器輸出電壓與細菌含量的最終曲線(xiàn)，并根據該曲線(xiàn)數據編寫(xiě)程序，即可得到傳感器輸出電壓與乳制品細菌含量的對應數據。然后再用該測試儀對無(wú)菌袋裝鮮牛奶的細菌含量進(jìn)行測定，便可驗證該電化學(xué)生物傳感器的有效性。該檢測儀的數據檢測誤差為百分之五，故其相關(guān)的技術(shù)還需要改進(jìn)和提高。但該檢測儀已極大的提高了微生物檢測的速度和效率。而且檢測輸出的數據直觀(guān)明了，從而改變了細菌人工計數或用顯微鏡觀(guān)察統計計數的傳統方法。 |
