专利名称：一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，属于食品安全和环境保护的技术领域。
背景技术：
·食品安全是世人关注的热点和敏感问题，关乎着人民群众的人身财产安全。近年来，食品安全问题频发，三聚氰胺、苏丹红、致癌毒米、阜阳大头娃娃奶粉、台塑剂以及瘦肉精等数十起食品安全事件被查处曝光后，引起了人们的极大关注。目前，食品安全问题主要包括以下几个方面化学性危害、生物毒素、微生物性危害、食品掺假、生物转基因食品以及生物恐怖事件等。针对这些方面我国也纷纷出台了各种食品安全标准和一系列的食品安全通用分析方法。所检测的项目主要包括抗生素残留量、重金属含量以及食品添加剂量等等，所采用的方法则多为化学分析法，包括色谱、质谱分析和光谱分析，以及现代分子生物技术等。虽然这些方法可靠、结果稳定，但检测时间长、操作繁琐、仪器昂贵且携带不便，而且由于检测获得结果的时间过长，对于新鲜食品可能是在食品上市之后才出来检测结果。由于目前缺乏对食品进行事前监督监测的有效手段，对食品是否对人体有急性毒性尚不能作出快速的判断，特别是对于食品中可能存在多种有毒有害物质的情况，常规监测方法不能快速有效地反映食品的综合急性毒性，这就严重威胁了食用者的健康和安全。因此，迫切需要研究和开发快速、方便、可靠的食品综合急性毒性检测技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，具有检测迅速、使用寿命长，抗干扰能力强，敏感度高，监测范围广，日常管理简单以及运行费用低等特点。为了达到上述目的，采取的技术方案是一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，包括食品样品预处理单元(I)、电化学检测单元(2)和控制单元(3)，其特征在于食品样品预处理单元(I)包括固体食品样品粉碎机(4)，培养液储液罐(5)，微量元素、维生素储液罐(6 )，pH缓冲液储液罐(7 )，混液罐(8 )和磁力搅拌器(9 );电化学检测单元(2 )由6-24个微生物燃料电池(10)组成；控制单元(3)包括电压信号采集模块(11)和计算机
(12)组成。所述的食品样品预处理单元(1)，其特征在于可用于预处理固体或者液体状食品样品，对于固体食品样品，首先由固体食品样品粉碎机(4)进行粉碎，随后定量取粉碎后样品于混液罐(8)中，置于磁力搅拌器(9)上，分别从培养液储液罐(5)，微量元素、维生素储液罐(6)和pH缓冲液储液罐(7)中量取定量的培养液、微量元素、维生素液和pH缓冲液加入混液罐(8)，并通过磁力搅拌器(9)带动搅拌子与检测固体样混合均匀，混合后样品悬液在IOOOOrpm的转速下离心lOmin，取上清液分成等量的3份，作为3个平行样品上清液，备用，控制样品量使得上清液有机物浓度为100-1000mg/L，pH为6. 0-8. O ;对于液体样品，则直接定量量取液体样品，加入定量的培养液、微量元素、维生素液和PH缓冲液后，由磁力搅拌器(9)混合均匀后分成等量的3份，作为待检测样品的3个平行样，备用，同样控制液体样品量使得最终待检测样品的有机物浓度为100-1000mg/L，pH为6. 0-8. O ;对照分别选用国家质量体系认证的免检固体或者液体食品样品，用上述样品预处理方法同样处理，获得对照样品的3个平行样，备用。本发明中，所述的快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，其特征在于电化学检测单元(2)由6-24个空气阴极微生物燃料电池(10)组成，微生物燃料电池的阳极上附着具有高电化学活性的微生物；备用的待检测样品和对照样品由进样口(10-1)加入到微生物燃料电池(10)中，检测完成后从出样口(10-2)排出；每个微生物燃料电池的阴阳级分别以导线与控制单元(3)的电压信号采集模块(11)连接，以实时监测微生物燃料电池产生的电压信号；每3个微生物燃料电池为I组，用于检测同一个待检样品或者对照样品的3个平行样，获得各自的电压值，由计算机(12)分别计算3个平行样的平均电压值以及相应对照
的3个平行样的平均电压值，以获得相对电·数
算机(12)对每个微生物燃料电池的电压值、3个平行样的平均电压值以及相对电压指数等监测数据进行直观显示，并且对待检测的食品样品的综合毒性给出评价。本发明基于微生物燃料电池原理。微生物燃料电池是一种以具有电化学活性的微生物为阳极催化剂，将化学能直接转化成电能的装置，微生物燃料电池中的电化学活性微生物可进行胞外呼吸，它可将食品中的有机物生物氧化过程产生的电子直接传递至电极，通过回路形成电流，而在一定范围内，食品样品上清液中有毒物质种类和浓度与微生物燃料电池的产电抑制率呈线性关系，通过检测微生物燃料电池的电压输出信号可实现食品综合毒性的快速检测。本发明的有益效果是可以实现食品综合毒性的快速检测，并具有使用寿命长，抗干扰能力强，敏感度高，监测范围广，日常管理简单以及运行费用低等优点。
图I是本发明快速检测食品综合毒性的生物电化学装置的示意图。图中1是食品样品预处理单元；2是电化学检测单元；3是控制单元；4是固体食品样品粉碎机；5是培养液储液罐；6是微量元素、维生素储液罐；7是pH缓冲液储液罐；8是混液罐；9是磁力搅拌器；10是微生物燃料电池；10-1是进样口 ；10-2是出样口 ；11是电压信号采集模块；12是计算机。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。实施例I :如图I所示，本发明装置包括食品样品预处理单元(I)、电化学检测单元(2)和控制单元(3)三部分。其中食品样品预处理单元(I)包括固体食品样品粉碎机(4)，培养液储液罐(5)，微量元素、维生素储液罐(6)，pH缓冲液储液罐(7)，混液罐(8)和磁力搅拌器
(9)，；电化学检测单元(2)由6-24个微生物燃料电池(10)组成；控制单元(3)包括电压信号采集模块(11)和计算机(12)组成。当检测的食品样品为固体样品时，首先由固体食品样品粉碎机(4)进行粉碎，随后定量取粉碎后样品于混液罐(8)中，置于磁力搅拌器(9)上，分别从培养液储液罐(5)，微量元素、维生素储液罐(6)和pH缓冲液储液罐(7)中量取定量的培养液、微量元素、维生素液和PH缓冲液加入混液罐(8)，并通过磁力搅拌器(9)带动搅拌子与检测固体样混合均匀，混合后样品悬液在IOOOOrpm的转速下离心IOmin,取上清液分成等量的3份,作为3个平行样品上清液，备用，控制样品量使得上清液有机物浓度为100-1000mg/L，pH为6. 0-8. O。当检测的食品样品为液体样品时，则直接定量量取液体样品于混液罐(8)中，加入定量的培养液、微量元素、维生素液和PH缓冲液后，由磁力搅拌器(9)混合均匀后分成等量的3份，作为待检测样品的3个平行样，备用，同样控制液体样品量使得最終待检测样品的有机物浓度为100-1000mg/L，pH为6. 0-8. O。并且，对照分别选用国家质量体系认证的免检固体或者液体食品样品，用上述样品预处理方法同样处理，获得对照样品的3个平行样，备用。
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随后，随机选择电化学检测单元(2)中的6个微生物燃料电池，微生物燃料电池的阳极上已经附着好具有高电化学活性的微生物Geobactor，将待检测样品的3个平行样分别从进样ロ(10-1)中加入到其中3个微生物燃料电池的阳极室，将相应的对照样品的3个平行样加入到另外3个微生物燃料电池的阳极室中；每个微生物燃料电池的阴阳级分别以导线与控制单元(3 )的电压信号采集模块(11)连接，以实时监测微生物燃料电池产生的电压信号；计算机(12)对每个微生物燃料电池的电压值、3个平行样的平均电压值以及相对电压指数等监测数据进行直观显示，并且对待检测的食品样品的综合毒性给出评价当相对电压指数在80%和120%之间时，可判定待检测样品的综合毒性等级为安全；当相对电压指数在50%和80%之间时,则判定待检测样品的综合韋性等级为可疑，应进彳丁进一步检验分析；当待检测样品的相对电压指数低于50%吋，则判定待检测样品的综合毒性等级为不安全。检测完成的样品从出样ロ(10-2)排出。
权利要求
1.一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，包括食品样品预处理单元(I)、电化学检测单元(2)和控制单元(3)，其特征在于食品样品预处理单元(I)包括固体食品样品粉碎机(4)，培养液储液罐(5)，微量元素、维生素储液罐(6)，pH缓冲液储液罐(7)，混液罐(8 )和磁力搅拌器(9 );电化学检测单元(2 )由6-24个微生物燃料电池(10 )组成；控制单元(3 )包括电压信号采集模块(11)和计算机(12 )组成。
2.根据权力要求I所述的食品样品预处理单元(1)，其特征在于可用于预处理固体或者液体状食品样品，对于固体食品样品，首先由固体食品样品粉碎机(4)进行粉碎，随后定量取粉碎后样品于混液罐(8)中，置于磁力搅拌器(9)上，分别从培养液储液罐(5)，微量元素、维生素储液罐(6)和pH缓冲液储液罐(7)中量取定量的培养液、微量元素、维生素液和PH缓冲液加入混液罐(8 )，并通过磁力搅拌器(9 )带动搅拌子与检测固体样混合均匀，混合后样品悬液在IOOOOrpm的转速下离心IOmin,取上清液分成等量的3份,作为3个平行样品上清液，备用，控制样品量使得上清液有机物浓度为100-1000mg/L，pH为6. 0-8. O ;对于液体样品，则直接定量量取液体样品，加入定量的培养液、微量元素、维生素液和PH缓冲液后，由磁力搅拌器(9)混合均匀后分成等量的3份，作为待检测样品的3个平行样，备用，同样控制液体样品量使得最终待检测样品的有机物浓度为100-1000mg/L，pH为6. 0-8. O ;对照分别选用国家质量体系认证的免检固体或者液体食品样品，用上述样品预处理方法同样处理，获得对照样品的3个平行样，备用。
3.根据权力要求I所述的快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，其特征在于电化学检测单元(2)由6-24个空气阴极微生物燃料电池(10)组成，微生物燃料电池的阳极上附着具有高电化学活性的微生物；备用的待检测样品和对照样品由进样口(10-1)加入到微生物燃料电池(10)中，检测完成后从出样口(10-2)排出；每个微生物燃料电池的阴阳级分别以导线与控制单元(3)的电压信号采集模块(11)连接，以实时监测微生物燃料电池产生的电压信号；每3个微生物燃料电池为I组，用于检测同一个待检样品或者对照样品的3个平行样，获得各自的电压值，由计算机(12)分别计算3个平行样的平均电压值以及相应对照的3个平行样的平均电压值，以获得相对电f IrfH5计算机(12)对每个微生物燃料电池的电压值、3个平行样的平均电压值以及相对电压指数等监测数据进行直观显示，并且对待检测的食品样品的综合毒性给出评价。
全文摘要
本发明公开了一种快速检测食品综合毒性的生物电化学装置，属于食品安全和环境保护的技术领域。装置主要包括食品样品预处理单元、电化学检测单元和控制单元。其中食品样品预处理单元由固体食品样品粉碎机，培养液储液罐，微量元素、维生素储液罐，pH缓冲液储液罐，混液罐和磁力搅拌器组成；电化学检测单元由6-24个微生物燃料电池组成；控制单元则包括电压信号采集模块和计算机。本装置可以实现食品综合毒性的快速检测，并具有使用寿命长，抗干扰能力强，敏感度高，监测范围广，日常管理简单以及运行费用低等优点。
文档编号G01N27/26GK102778485SQ20121024146
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者刘红, 谢倍珍 申请人:北京航空航天大学