山东省科学院生物研究所 冯德荣

一、葡萄糖生物传感器和国家标准
　　
1996年12月开始实施新国家标准食品中葡萄糖测定方法酶比色法酶电极法，这是在国家标准中第一次出现的生物分析方法的法规，它表明我国在食品分析这一领域已进入为数不多的国际先进行列。该标准不仅仅采用了常规的酶法分析方法，还同时采用了比常规酶法分析更进步的生物传感器分析法(固定化酶和酶电极法)，这说明了我国的生物传感器已发展到进入国家标准的时代。

国家标准中食品分析方法必须通用和可靠。而所谓通用、可靠是相对的概念，随着科学技术的进步，新分析技术总会逐渐补充、取代和淘汰旧的不完全合理的分析技术。以前的方法分析得到的葡萄糖值是用化学氧化原理得到还原糖值，它不仅仅包括葡萄糖，而且还可能包括其它具有还原性的物质（单糖、麦芽糖等），因此原有类似标准在应用中表现出种种缺陷。其影响最大的实例是淀粉糖深加工业：许多利用碳水化合物深度加工工业都离不开葡萄糖的分析，而原标准只能分析得到糖的DE值(总还原糖/总干物质),不能得到糖的DX(总葡萄糖/总干物质)。这对于这一领域的产品的流通，更进一步提高加工水平，开发新品种，节约粮食、提高收得率和产品质量十分不利。

1996年发布的葡萄糖分析方法是以前国标中从未出现过的，它填补了我国食品分析法规上的一项空白，实际上取代了原有的一些以还原糖测定代替葡萄糖测定的法规标准【1】（表一）。

表一 有关葡萄糖分析的标准或法规



新标准的发布后，为与葡萄糖成分直接有关的营养成分和商品生产、流通中的供需双方及食品监督和管理机构提供了一个科学的成分分析依据。葡萄糖不仅是生物体的重要的成分，它本身也是一种重要的商品，它是淀粉质原料的水解产物，很多物质水解后也产生葡萄糖，仅列入中国食品大全的生产纯葡萄糖或淀粉转化糖厂家有122家【2】（见表2），这些厂家的产品都可以直接按照GB/T16285-96中的酶电极法来测定其产品中葡萄糖的含量。蔗糖的生产厂家有439家，它可按国标GB-500.8-85的方法处理,然后再依据国标GB/T16285-96中的酶电极法直接测定其含量。淀粉业共有厂家525家，淀粉含量的测定原先是按照ＧＢ 12099－87的方法，测定的是还原糖而不是葡萄糖，应用酶电极法测定葡萄糖可以取代还原糖的测定方法，简化其测定程序，结果更加科学而可靠。表二 与葡萄糖分析有关的行业及厂家数



酶电极测定葡萄糖样品采用了生物新技术，具有许多其它测定方法无法比拟的优越性：用固定化酶代替了传统酶比色法中的一次性消耗酶试剂，每使用一个固定化酶膜圈可以连续分析1000次以上，测定的成本只有几分钱。分析精度高于其它方法，相对误差达到1％左右。它的分析速度快，20秒钟得到测定结果。操作简单方便，操作人员经简单训练就能顺利进行工作。这些优点，为国标的普及，提供了有利的条件。

二、葡萄糖生物传感器在食品分析中的应用的普遍性

与葡萄糖分析直接、间接有关的国家标准和法规十分多,都可以在实用中进一步开发应用,表3列出了从新出版的食品工业标准CD-ROM光盘系统中检索到的可以应用葡萄糖传感器的部分有关国标名称【1】：



如以分析样品的类型来划分，可以用葡萄糖传感器分析物质包括以下各类：

1、 葡萄糖：直接分析。
2、 乳糖：用一支葡萄糖传感器及一支乳糖传感器（由葡萄糖氧化酶与乳糖酶复合组成）同时分析，采用差分法直接得到结果；也可先水解乳糖后，测定葡萄糖。
3、 麦芽糖：用葡萄糖传感器及麦芽糖传感器（由糖化酶与葡萄糖氧化酶复合组成）。也可以先测定一次葡萄糖含量，然后加酶水解麦芽糖，再测定葡萄糖含量，二次测定的差值乘以2，就是麦芽糖的含量。
4、 蔗糖：先按国标方法处理，然后直接测定，可以省却许多酶复杂处理。
5、 果糖：要用酶法把果糖转化成葡萄糖再测定。
6、 转化糖：先测定葡萄糖，然后进行转化处理，再测定葡萄糖，从二次结果中换算出转化度。
7、 淀粉。按国标水解处理后用葡萄糖传感器直接测定。
8、 糖化酶。按照SBA-50型仪器上专门设定的程序，直接测定，可在3分钟内得到结果
9、 糊精和低聚糖。同6。

用葡萄糖传感器对各种食品加工品和农副产品进行分析中，要尽可能依据有关食品标准法规处理，没有标准或法规的可以根据葡萄糖的传感器特点来设计处理程序，每一类食品或农副产品的分析方法都是今后开发食品新标准法规的研究课题，需要食品分析单位的科技人员逐一加以解决。

三、可用于食品分析的生物传感器及其分析仪
　　
各种生物传感器的开发成功，为食品分析加工提供了新测定方法和更加有效的监控手段。但是仅仅有了新传感器并不意味着它们立刻就可以在分析中实用，食品分析是一种要求很高的精确的定量分析，没有合理的分析仪的设计，就达不到既方便又有一定的精度。

SBA-系列生物传感器研究从1983年开始, 15年来构建成的生物传感器见下表：

 开发的SBA-系列生物传感器



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。

来源：生物传感器应用网