sự phát quang sinh học và ứng dụng

BÁO CÁO CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM Sự phát quang sinh học ứng dụng ĐẶT VẤN ĐỀ  Ánh sáng phát từ khúc gỗ, gốc hay đống mục Có thể thấy phát sáng từ đom đóm vào đêm hè thân quen, bạn phải trầm trồ trước xanh tự phát sáng đêm hay nhiều sinh vật khác với khả phát sáng kì lạ Tất tượng ví dụ phát quang  Sự phát quang nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực đem lại hiệu Sự hiếu kỳ cộng thêm nhu cầu người nguyên nhân thúc đẩy người tìm kiếm vật liệu phát quang hữu hiệu hơn, ứng dụng mang tính đột phá hiệu hơn, cải thiện chất lượng sống người, có ứng dụng ngành thực phẩm Vậy phải hiểu phát quang nào, chế trình có ứng dụng cụ thể ngành công nghệ thực phẩm vấn đề tìm hiểu tiểu luận “Sự phát quang ứng dụng” 1  II Nội Dung GIỚI THIỆU VỀ SỰ PHÁT QUANG Sự phát quang số chất (ở thể rắn, lỏng, khí) hấp thu lượng có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy  o o Đặc điểm phát quang Mỗi chất phát quang có quang phổ riêng Khi ngừng kích thích phát quang tiếp tục kéo dài tùy thuộc vào chất phát quang o Sự phát quang xảy nhiệt độ thường GiỚI THIỆU VỀ SỰ PHÁT QUANG  Phân loại : o Hiện tượng phát huỳnh quang o Sự phát lân quang o Sự phát quang hóa học o Phát quang sinh học ATP  Một số phát quang tự nhiên CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT QUANG SINH HỌC  Là phản ứng oxi hóa – khử, gồm thành phần chủ yếu : o Cơ chất phản ứng luciferin o Enzyme xúc tác phản ứng luciferase o Oxygen  Ngoài loài cần thêm nhân tố khác để hoạt hóa cung cấp lượng phản ứng ion Mg 2+ 2+ Ca …… a) CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT QUANG SINH HỌC Tiến trình phản ứng ) Enzyme luciferase xúc tác phản ứng luciferin (đã nạp lượng) oxi tạo dạng luciferin hoạt hóa Dạng phân tử hoạt hóa có điện tử bị kích hoạt mức lượng cao, điện tử trở trạng thái ban đầu giải phóng lượng ánh sáng photon ) Trong phát quang sinh học, ánh sáng O2 phóng thích bẻ gãy nhiều chất hữu có sử dụng O2 b)   CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT QUANG SINH HỌC Quang phổ Những bước sóng ánh sáng khác phát sinh vật sống khác môi trường khác Ánh sáng phát sinh vật bước sóng định mà có khoảng dao động, khoáng có bước sóng phát chủ yếu đặc trưng cho loài 2 CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT QUANG SINH HỌC c) Cường độ )Cường độ ánh sáng sinh học thấp ánh sáng ban ngày Chỉ trời tối mắt ta thích nghi với bóng tối ta nhìn thấy rã ánh sáng phát quang sinh học d) ) Về động học Một số sinh vật phát ánh sáng liên tục nấm, vi khuẩn Nhưng hầu hết phát tia chớp phạm vi 0,1 giây đến 10 giây • Luciferin đom đóm luciferin dùng hệ thống luciferin-luciferase yêu cầu ATP Bởi vậy, dùng định sinh học xác định lượng sống Luciferin coelenterata • coelenterazine luciferin phổ biến biển, tìm thấy nhiều loài Dạng phần tử tiếng với vật tạo ánh sáng sinh vật photoprotein (aequorin) Lucifein vi khuẩn Luciferase nhóm enzyme oxi-hóa (oxigenase) dùng õi để oxi hóa chất luciferin phản ứng phát sáng Tuy nhiên,trong số loài, phát sáng không phản ứng enzyme Có loại Các dạng lucifein luciferin vi khuẩn dạng khử ribofarin mononucleotit (FMNH 2), bị oxi hóa CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT QUANG SINH HỌC • ) ) e) kết hợp với andehyl mạch dài, oxi enzyme luciferase tạo ánh sáng 3 VAI TRÒ PHÁT QUANG SINH HỌC TRONG TỰ NHIÊN  Vai trò phát quang sinh học tự nhiên số loài chưa biết rõ ràng Người ta cho khả phát quang sinh học số loài giúp chúng tồn đấu tranh sinh tồn  Sự phát sáng đom đóm số loài giáp xác giúp chúng tìm mùa sinh sản  Một số loài cá biển sâu phát ánh sáng để nhìn thấy hay dụ mồi, dọa kẻ thù chúng  Có loài mực ống bị công, chúng phun đám vi khuẩn phát sáng đánh lạc hướng kẻ thù 3 VAI TRÒ PHÁT QUANG SINH HỌC TRONG TỰ NHIÊN  Một số loài cá mực nước nông tạo đốm sáng vật ngụy trang, cho phép chúng ẩn nấp, lẩn tránh tia sáng mặt trời nước  Những động vật biển sâu tiến hóa tạo ánh sáng chúng, ánh sáng mặt trời xuyên xuống 100m  Ở loài cá khác cá vây chân, sử dụng vi khuẩn phát quang để bắt mồi Khi cá khác bị hấp dẫn đến ánh sáng gần hàm chúng bị xơi tái Một số loài cá sử dụng vi khuẩn phát sáng để giúp chúng tìm cho việc giao phối giúp giữ chúng bên đàn  Một số sinh vật phát ánh sáng chúng bị lung túng 4 ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM a ) Đánh giá mức độ vệ sinh phương pháp ATP quang Ứng dụng chế phát quang đom đóm: Cơ chế phát quang đom đóm sử dụng lượng ATP, ứng dụng phương pháp kiểm tra nhanh nhiễm khuẩn thực phẩm ) Nguyên lí )Sự xuất ATP bề mặt trơ hay phận trang thiết bị cho thấy xuất vi sinh vật, không cho biết loài vi sinh vật )Một lượng đáng kể ATP bề mặt thiết bị trình ● Dùng que đo (swab) lấy mẫu bề mặt thiết bị quét lên vùng cần kiểm tra Sau enzyme luciferase đưa vào Nếu có vi sinh vật enzyme luciferase xúc tác cho phản ứng ATP luciferrin tạo tượng phát quang b) ) ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nghiên cứu tạo phức hợp kháng thể hạt nano silica phát quang để phát nhanh vi khuẩn gây bênh ( phát xác nồng độ thấp): Ứng dụng loại vật liệu nano phát quang hạt silica chứa tâm màu hay chấm lượng tử QD chứa nhóm chức sinh học bề mặt chất đánh dấu huỳnh quang để phát nhanh xác số lượng vi khuẩn gây bệnh thực phẩm kỹ thuật miễn dịch huỳnh quang )a phức hợp hạt nano silica-kháng thể )b vi khuẩn gắn với phức hợp kháng thể-silica )c vi khuẩn gắn với phức hợp kháng thể-QDs ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM c) Ứng dụng phát quang phát độc tố thực phẩm: )Gần nhà nghiên cứu đưa phương pháp dung để sang lọc chủng nấm mốc sinh độc tố Aflatoxin cách them cyclodextrin vào môi trường nuôi cấy nấm mốc để kích thích phát huỳnh quang Aflatoxin Sự phát huỳnh quang quan sát trực tiếp môi trường nuôi cấy đền UV với bước song 365nm )Khả phát huỳnh quang Aflatoxin có hình thành cấu trúc dị vòng bị oxy hóa Cyclodextrin phân tử hình thành phản ứng enzyme cyd-transglycolase lên dextrans Các phân tử cyclodextrin có kích thước khác nhau, phân tử dung làm tăng khả phát huỳnh quang Aflatoxin 4 ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM d) ) Ứng dụng công nghệ thực phẩm Thực phẩm phát sáng Các viên kẹo bổ sung protein phát sáng, tiếp xúc với oxygen dung dịch nước ( nước bọt chúng ta) gây phản ứng giải phóng photon (quang tử) ) o) Bảo đảm an toàn thực phẩm Sử dụng Vi khuẩn tái tổ hợp mang gen mã hóa cho enzyme luciferase III KẾT LUẬN Sự phát quang sinh học có nhiều loài khác nhau, enzyme luciferase xúc tác phản ứng luciferin (đã nạp lượng) oxi tạo dạng luciferin hoạt hóa Dạng phân tử hoạt hóa có điện tử bị kích hoạt mức lượng cao, điện tử trở trạng thái ban đầu giải phóng lượng ánh sáng photon Sự phát quang có nhiều ứng dụng to lớn hữu ích cho ngành công nghệ thực phẩm, đặc biệt việc đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, phát vi khuẩn, độc tố thiết bị, máy móc, sản phẩm…Trong tương lai chắn tượng nghiên cứu có nhiều ứng dụng tuyệt vời nữa, góp phần đảm bảo cho ngành thực phẩm ngày phát triển  ... thích phát quang tiếp tục kéo dài tùy thuộc vào chất phát quang o Sự phát quang xảy nhiệt độ thường GiỚI THIỆU VỀ SỰ PHÁT QUANG  Phân loại : o Hiện tượng phát huỳnh quang o Sự phát lân quang o Sự. .. Sự phát quang hóa học o Phát quang sinh học ATP  Một số phát quang tự nhiên CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT QUANG SINH HỌC  Là phản ứng oxi hóa – khử, gồm thành phần chủ yếu : o Cơ chất phản ứng. .. số sinh vật phát ánh sáng chúng bị lung túng 4 ỨNG DỤNG CỦA SỰ PHÁT QUANG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM a ) Đánh giá mức độ vệ sinh phương pháp ATP quang Ứng dụng chế phát quang đom đóm: Cơ chế phát