牛乳體細胞快速檢測系統的設計

付文斌　王春興　孟慶田

摘 要： 牛乳中體細胞含量的快速檢測有利于牛乳行業的發展，通過測量熒光的強度反向推出牛乳中體細胞的數目比傳統的測量方法更加快捷方便。通對反應環境溫度控制模塊，試劑加注模塊，發光模塊，光補償模塊，光電轉換模塊，光電倍增模塊這幾個方面的改進，很大程度上提高了牛乳中體細胞含量測量精度。經過計算得到相關系數R為0.981 1，發光值Y和白細胞數X的關系式Y=2.428 5X+10.001，在測量過程上也比傳統的測量方法省時省力。在此設計的產品以便攜，操作方便，省時省力，價格便宜等優點，具有一定的市場應用價值。

關鍵字： ATP生物發光； 牛乳體細胞； 白細胞； PMT

中圖分類號： TN918?34； TH79 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）12?0110?03

Abstract： Rapid detection of somatic cell content in milk is beneficial to the development of the milk industry. A rapid detection system for somatic cell quantity in milk was designed in this paper. The exprimental results show that the improved detection equipment can improve the measuring accuracy of the somatic cell content in milk much more than that of other market instruments. Since experimental reagents is automatically added， the device simplifies the operation process and is easy to operate. The correlation coefficient R obtained by calculating the experimental data is 0.9811. The relational expression of luminescence value Y and leukocyte number X is Y=2.428 5X+10.001. In the measuring process， the method can save both time and labour much more than those of conventional methods.

Keywords： ATP bioluminescence； milk somatic cell； leukocyte； PMT

牛乳中的體細胞數（Somatic Cell Count，SCC）是指每毫升牛乳中的細胞總數。牛乳中的體細胞主要是白細胞和部分脫落的上皮體細胞。當奶牛受乳腺炎炎性刺激的時候，過量的白細胞就會進入牛乳中，從而牛乳中體細胞數量明顯上升，這樣就影響了牛乳的品質[1]。傳統的體細胞含量檢測方法操作繁瑣[2]、消耗大量人力物力，普通人員很難操作。本文根據ATP生物發光技術[3]，研制了一臺專門用于快速測量牛乳中體細胞含量儀器。

1 檢測器設計

1.1 檢測原理

各種活的體細胞中ATP的含量大致相當，體細胞在體細胞裂解劑的作用下裂解，體細胞內的ATP釋放，與熒光素酶發生反應能夠產生熒光，通過測量熒光的強度，就可以推算出牛乳中體細胞的含量。

1.2 檢測儀器系統結構

本儀器主要包括熒光檢測模塊和電路系統，系統框架圖見圖1。熒光檢測模塊主要采用了光電倍增管和生物傳感器[4?5]；電路系統包括CPU，信號采集和處理，存儲，顯示屏和鍵盤等輔佐進行操作的器件。ATP[6?10]與熒光素酶反應產生熒光，所有的熒光被熒光檢測模塊采集，經過電路系統的處理加工轉換成數字信號進行處理，根據預設的算法，顯示屏就可以顯示最終的檢測結果。

1.3 電路模塊

微控制單元選擇AD公司的ADUC824，其優點是該芯片內部集成了高分辨率的A/D轉換模塊，自帶能夠減少外圍器件，降低成本。芯片自帶24位高精度A/D轉換模塊和12位D/A轉換模塊，能夠滿座實驗中的A/D和D/A轉換需求，芯片自帶的存儲也能滿足實驗數據的存儲和處理。分別用TPS61045和MAX179333為光電倍增管和CPU及外圍設備供電，電路模塊結構圖見圖2。

2 試劑改進

實驗過程中參加反應的試劑和熒光素酶活性受溫度和被測溶液酸堿度影響比較大，這樣也就影響發光的強度，本文測量了不同pH值下白細胞濃度為12.1×104 mL-1時發光值與pH值的關系見圖3。當pH<4和pH>10的時候，發光值為0，這是因為強酸和強堿導致熒光素酶變性失活，4

由圖3可以看出，在pH=7.6左右時發光值達到最大值，這個pH值也是最佳測量值。經過測量，牛奶的pH值約為6.5，為了達到最佳測量效果，在實驗前將牛奶與pH=8.3的NaOH溶液按照1∶2的比例混合，這樣就使得酶活性最大，可以達到最佳測量效果，提高測量準確性。

3 實驗過程

選用純凈的牛乳，并且依次加入不同濃度的白細胞，加入白細胞的濃度依次成系列濃度。將待測牛奶與pH=8.3的NaOH溶液按照1∶2的比例混合均勻待測。使用本論文設計的設備對各種不同白細胞濃度的牛乳進行檢測。將儀器測得的熒光強度和牛乳中白細胞加注濃度比較，得到熒光強度和白細胞濃度的關系曲線，根據本曲線，推導出儀器測量基準方程，經過大量實驗，多次測量，修正基準方程，提高設備的精度。表1是實驗中測量的數據，對應的圖4是發光值與白細胞數關系曲線。

4 結 論

從實驗結果可以看出本文設計的儀器可以在短時間內快速測量出牛乳中體細胞的數量，比一般的培養皿計數法大大提高了效率。該設備不需要專業技術人員操作，實驗過程簡便快捷，測量結果與實際白細胞數目相關系數R達到0.981 1，精度高，能很好的滿足各種牧場和衛生部門的需求。該產品以低廉的價格，食品安全市場迫切的需求，簡單的操作過程，輕巧便捷，檢測快速等優勢，具有很好的市場前景。

參考文獻

[1] 雷曉薇，王根林，韓趙玉.應用體細胞計數監測奶牛隱性乳房炎[J].畜牧與獸醫.2003，35（12）：53?55.

[2] 劉海霞.牛乳體細胞數的檢測方法[J].中國乳品工業，2004，32（6）：31?34.

[3] 王慧鋒，秦添.微弱熒光信號檢測電路抗噪聲能力對時間分辨熒光免疫分析儀測量精度的影響[J].中國組織工程研究與臨床，2009（4）：705?707.

[4] 余帆，李德華，薛雷.光學和圖像處理設備中的電磁兼容性設計[J].光學精密工程，2004，12（1）：100?106.

[5] 羅金平，田青，岳偉偉，等.快速檢測細菌總數的便攜式生物熒光傳感器[J].分析化學，2009，37（2）：306?310.

[6] CHAPPELLE E W， LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria [J]. Biochemical Medicine， 1968， 41（2）： 41?52.

[7] YUE Wei?wei， ZHOU Ai?yu， HE Bao?shan， et al. A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor [J]. Sensors and Actuators B， 2008， 130： 21?24.

[8] 何艷.ATP生物發光法中ATP提取劑的研究[D].上海：華東師范大學，2007.

[9] YU A H C， KUNIAKI H. ATP regeneration by cyclic photo?phosphorylation using spinach thylakoid [J]. Biotechnol Letters， 1991， 13（6）： 411?416.

[10] FREDERICKS I N， DU T M， KRUGEL M. Efficacy of ultraviolet radiation as an alternative technology to inactivate microorganisms in grape juices and wines [J]. Food Microbial， 2011， 28： 510?517.

4 結 論

從實驗結果可以看出本文設計的儀器可以在短時間內快速測量出牛乳中體細胞的數量，比一般的培養皿計數法大大提高了效率。該設備不需要專業技術人員操作，實驗過程簡便快捷，測量結果與實際白細胞數目相關系數R達到0.981 1，精度高，能很好的滿足各種牧場和衛生部門的需求。該產品以低廉的價格，食品安全市場迫切的需求，簡單的操作過程，輕巧便捷，檢測快速等優勢，具有很好的市場前景。

參考文獻

[1] 雷曉薇，王根林，韓趙玉.應用體細胞計數監測奶牛隱性乳房炎[J].畜牧與獸醫.2003，35（12）：53?55.

[2] 劉海霞.牛乳體細胞數的檢測方法[J].中國乳品工業，2004，32（6）：31?34.

[3] 王慧鋒，秦添.微弱熒光信號檢測電路抗噪聲能力對時間分辨熒光免疫分析儀測量精度的影響[J].中國組織工程研究與臨床，2009（4）：705?707.

[4] 余帆，李德華，薛雷.光學和圖像處理設備中的電磁兼容性設計[J].光學精密工程，2004，12（1）：100?106.

[5] 羅金平，田青，岳偉偉，等.快速檢測細菌總數的便攜式生物熒光傳感器[J].分析化學，2009，37（2）：306?310.

[6] CHAPPELLE E W， LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria [J]. Biochemical Medicine， 1968， 41（2）： 41?52.

[7] YUE Wei?wei， ZHOU Ai?yu， HE Bao?shan， et al. A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor [J]. Sensors and Actuators B， 2008， 130： 21?24.

[8] 何艷.ATP生物發光法中ATP提取劑的研究[D].上海：華東師范大學，2007.

[9] YU A H C， KUNIAKI H. ATP regeneration by cyclic photo?phosphorylation using spinach thylakoid [J]. Biotechnol Letters， 1991， 13（6）： 411?416.

[10] FREDERICKS I N， DU T M， KRUGEL M. Efficacy of ultraviolet radiation as an alternative technology to inactivate microorganisms in grape juices and wines [J]. Food Microbial， 2011， 28： 510?517.

4 結 論

從實驗結果可以看出本文設計的儀器可以在短時間內快速測量出牛乳中體細胞的數量，比一般的培養皿計數法大大提高了效率。該設備不需要專業技術人員操作，實驗過程簡便快捷，測量結果與實際白細胞數目相關系數R達到0.981 1，精度高，能很好的滿足各種牧場和衛生部門的需求。該產品以低廉的價格，食品安全市場迫切的需求，簡單的操作過程，輕巧便捷，檢測快速等優勢，具有很好的市場前景。

參考文獻

[1] 雷曉薇，王根林，韓趙玉.應用體細胞計數監測奶牛隱性乳房炎[J].畜牧與獸醫.2003，35（12）：53?55.

[2] 劉海霞.牛乳體細胞數的檢測方法[J].中國乳品工業，2004，32（6）：31?34.

[3] 王慧鋒，秦添.微弱熒光信號檢測電路抗噪聲能力對時間分辨熒光免疫分析儀測量精度的影響[J].中國組織工程研究與臨床，2009（4）：705?707.

[4] 余帆，李德華，薛雷.光學和圖像處理設備中的電磁兼容性設計[J].光學精密工程，2004，12（1）：100?106.

[5] 羅金平，田青，岳偉偉，等.快速檢測細菌總數的便攜式生物熒光傳感器[J].分析化學，2009，37（2）：306?310.

[6] CHAPPELLE E W， LEVIN G V.Use of the firefny bioluminescent reaction for rapid detection and counting of bacteria [J]. Biochemical Medicine， 1968， 41（2）： 41?52.

[7] YUE Wei?wei， ZHOU Ai?yu， HE Bao?shan， et al. A portable biochemical detection device based on fibre optic sensor [J]. Sensors and Actuators B， 2008， 130： 21?24.

[8] 何艷.ATP生物發光法中ATP提取劑的研究[D].上海：華東師范大學，2007.

[9] YU A H C， KUNIAKI H. ATP regeneration by cyclic photo?phosphorylation using spinach thylakoid [J]. Biotechnol Letters， 1991， 13（6）： 411?416.

[10] FREDERICKS I N， DU T M， KRUGEL M. Efficacy of ultraviolet radiation as an alternative technology to inactivate microorganisms in grape juices and wines [J]. Food Microbial， 2011， 28： 510?517.