分子生物學技術在食品檢驗中的應用

劉雪 宋菁景 林小暉

摘 要：食品安全事關人們的生命健康，受到人們的廣泛關注，食品檢驗是保證人們飲食安全的重要環節。近年來，現代分子生物學技術發展迅速，因其快速、靈敏、高效等特點，在食品檢驗方面的應用廣泛。本文主要對分子生物學技術在食品檢驗領域中的應用進行探討，以期為食品檢驗技術的發展提供依據。

關鍵詞：分子生物學技術;食品檢驗;聚合酶鏈式反應（PCR）

Application of Molecular Biology Technology in Food Inspection

LIU Xue， SONG Jingjing， LIN Xiaohui

（Jinan Food and Drug Inspection Center， Jinan 250000， China）

Abstract： Product safety is related to people’s life and health， by wide attention， food inspection is an important link to ensure people’s food safety. In recent years， modern molecular biology technology has developed rapidly， because of its rapid， sensitive， efficient and other characteristics， it is widely used in food inspection.This paper mainly discusses the application of molecular biology technology in the food inspection field， in order to provide a basis for the development of food inspection technology.

Keywords： molecular biology technique; food inspection; Polymerase Chain Reaction（PCR）

1 分子生物學技術對食品檢驗的意義

食品是人們生存和發展的物質基礎，與人們的身體健康息息相關。食品原料真偽的鑒別、轉基因食品檢測、微生物污染等是影響食品質量和安全的關鍵因素，對這些項目進行嚴格檢驗，從而將安全理念貫徹落實于食品產銷的全過程，對保證居民飲食安全具有重要意義。隨著科技的不斷進步，分子生物學技術在食品檢驗檢測領域得到了更多的關注和應用，該檢測技術以核酸、蛋白質等生物大分子作為目標檢測物，可以克服傳統顯微鏡檢、理化鑒別和生化分析等方法靈敏度低、操作煩瑣、特異性差等不足，能夠更加快速、高效地檢測食品相關指標，對食品安全性作出準確判定。鑒于其檢測結果靈敏度更高、特異性更強的特點，在食品安全檢驗中，應發揮好分子生物學技術的優勢，繼續提升其與新技術的融合，提升食品安全檢測的高效性和準確性，給食品安全提供有力的技術支持和保障。

2 食品檢驗常用的分子生物學技術

2.1 聚合酶鏈式反應技術

該技術原理是在DNA聚合酶的作用下，通過特異性引物，在體外高速擴增特定DNA分子片段，實現在生物體外的DNA復制，再根據其基因序列比對確定生物的基因型。該技術由于具有快速、靈敏等優勢，被廣泛用于食品檢驗的各項領域，但在檢驗微生物時，存在死亡細菌的情況下容易出現檢測誤差。近年來，與新技術相融合形成的熒光實時定量聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）技術、多重PCR技術、微滴式數字PCR技術等，能有效解決特異性和定量性問題，在食品檢驗中應用更加深入，在未來的食品檢驗中發揮更重要的作用。

2.2 基因探針技術

基因探針技術是利用被標記物標記的已知序列的單鏈核酸片段，能與之互補的核酸序列配對，標記物釋放信號，從而對某一特異性的序列進行探查，可用于樣品中特定基因序列的檢測。基因探針技術廣泛應用于微生物的檢測，將某微生物特異性的核酸序列片段通過分離標記后制成核酸探針，通過特異性配對反應，即可檢測出食品中是否存在特定病原微生物。這種檢測方法操作難度較低、靈敏度高，但設備成本高，得出檢測結果的速度較慢。

2.3 生物芯片技術

生物芯片技術是借助生物分子的親和反應，研究被檢測生物是否具有不同種類的生物分子并精確計算其含量。基本原理是借助微電子和微加工技術，將已知序列、固定標記的探針集成在固態基片表面形成生物芯片，通過雜交分析待檢標本的相應成分，實現對DNA、蛋白質等生物成分的高通量檢測。這是集化學、物理、計算機學科于一體的學科交叉的新技術，流程化和自動化水平較高，能同時在一個芯片上檢測多種生物分子，適用于大規模檢測，被廣泛應用于篩選檢測藥物、尋找新基因、檢測微生物以及臨床診斷，是當前常用的檢驗技術之一[1]。

2.4 酶聯免疫分析技術

酶聯免疫分析技術將免疫學和酶學進行結合，制作既有免疫活性又有酶活性的酶標抗體，可與抗原發生反應，也具有酶底物催化的功能，抗原抗體反應后，添加酶反應底物，通過底物的顯色程度進行定性或定量分析。酶的高催化效率可有效放大反應程度，提高檢測結果的靈敏度和穩定性。該技術可以對食品中農藥殘留、致病微生物等進行精準檢測，且具有高靈敏度、快捷方便、分析容量大及檢測成本低等優勢，在世界各國的食品安全檢測中得到了廣泛應用。大腸桿菌、李斯特氏菌和沙門氏菌等常見食品源性致病菌都使用此技術進行檢測。

2.5 生物傳感器技術

生物傳感器是將生物活性物質酶、蛋白質、DNA等固定化為敏感原件與適當的理化換能器（氧電極、光敏管、壓電晶體等）及信號放大器組成分析檢測裝置。待測物質與分子識別元件特異性結合產生生化反應，通過信號轉換元件將生化反應信號轉化為可定量處理的光信號或電信號，信號強弱與待測物的濃度成比例[2]。該技術可以檢測食品的口味、成熟度及奶、肉制品的新鮮程度，且具有靈敏度高、操作簡單、維護方便的優點，有助于食品檢測自動化水平的提升。目前葡萄糖傳感器可獲取葡萄糖成分及含量，有比較成熟的應用;免疫傳感器基于抗體或抗原作為特定的生物傳感元素，可以專一性檢驗特定物質，且具有小型化、價格低廉的優點，具備實時監測的潛能。

3 分子生物技術在食品檢驗中的應用

3.1 食品中微生物檢驗

食品從生產加工到批發銷售環節較多，存在微生物污染的風險，對食品安全存在危害。傳統檢驗微生物的生化培養方法，操作繁雜、用時長、靈敏度不高。PCR技術通過基因測序最快可在8 h內提供檢測結果，能精確鑒定到菌株水平且可追溯污染源，有快速化、自動化、標準化的優勢。可通過PCR技術快速準確檢測食物源性微生物，如牛奶制品中單核細胞增生李斯特氏菌、肉制品中肉毒梭菌、海鮮中副溶血弧菌等典型的食源致病菌等。Lee等[3]通過多重PCR方法在同一反應體系中檢測大腸桿菌O157：H7、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌、單核細胞增生李斯特氏菌及副溶血性弧菌，在對食品的模擬檢測中，細菌經過12 h的富集，靈敏度都達到1 CFU/mL，縮短了檢測時間、提高了檢測效率。劉瑩[4]將基因芯片技術應用在食源性致病菌大腸桿菌的檢測中，能夠明顯檢測出熒光標記的病原菌，比傳統方法有更高的靈敏度。酶聯免疫反應和PCR聯合的PCR-ELISA技術在大腸桿菌檢測中已得到較為普遍的應用。

3.2 食品原料摻假檢驗

用廉價肉代替牛羊肉、用雞血代替鴨血等食品摻雜摻假等違法問題，嚴重損害了消費者的利益，有效快速定量檢測食品中摻假成分的技術十分重要，當前PCR技術因其靈敏度和準確度都相對較好，是摻雜物質檢測中較為常用的技術。微滴式數字PCR是將樣本進行微滴化處理后進行PCR反應，檢測器逐個檢測后計算出DNA分子的濃度，對起始樣品進行絕對定量。苗麗等[5]建立了羊源性成分的微滴數字PCR定量檢測體系，用此方法準確檢測出不同樣品中羊肉的含量，發現可能存在的摻假現象，其含量偏差最大為1.52%，具有較強的抗干擾能力，可用于肉制品中羊源性成分含量檢測。染料法熒光定量PCR根據不同物種DNA片段擴增熔解溫度（Melting Temperature，Tm）不同，可同時鑒別多個指標。LOPEZ-OCEJA等[6]利用此方法，通過擴增Cytb基因148 bp片段，能夠同時對牛、羊、馬、雞、家豬、野生火雞及鵪鶉肉類進行鑒別。ALDEGUER等[7]設計了一種基于雙重探針的實時PCR分析方法來鑒別橙汁中的柑橘成分，耗時短、結果精準。

3.3 食品中農藥、獸藥殘留檢驗

在農業和畜牧業生產中，使用農藥和獸藥減少病蟲害的同時，農藥、獸藥超標或殘留問題嚴重危害飲食安全。用于檢測食品中農藥、獸藥殘留的光譜法、色譜法存在操作步驟復雜的問題，且檢測有機磷以外的農藥成分靈敏度較低。以生物傳感器法、酶聯免疫分析法為代表的分子生物學技術，具有結果準確、操作簡單、用時短等優點，在藥物殘留中應用較廣，對食品安全質量控制有重要意義。Wang等[8]通過電化學傳感器檢測樣品中的氯霉素殘留，該方法靈敏度很高且具有較好的穩定性和可重復性，并已成功用于牛奶樣品中氯霉素的檢測。生物傳感器具有試劑消耗低、靈敏度高、省時省力等優點。Ivanov[9]使用酶免疫吸附法檢測牛奶中有機磷農藥殘留量，結果顯示此法可用于分離樣品中結合抗原和非結合抗原，且具有免疫分析靈敏度高、速度快的優點。

3.4 轉基因食品檢驗

轉基因食品逐漸走進了人們的生活，其具有的潛在安全問題備受關注，轉基因食品的安全性存在爭議。在食品轉基因的檢測中，分子生物學技術通過對活性酶及特定基因進行檢測，能高效快速地獲得檢測結果。酶聯免疫吸附法在轉基因食品檢測中具有穩定性高、特異性強、靈敏性高的優點，但只適用于原料性食品，難用于加工產品。以PCR為基礎的核酸檢測應用較為廣泛，基于DNA雜交原理的生物芯片-SPR傳感器，可以監控探針與目的成分序列的雜交，PCR擴增后通過SPR生物芯片檢測可對轉基因成分進行定量。張玲等[10]將多重PCR擴增與高通量檢測結合起來，在傳統PCR的基礎上引入熒光標記的公共引物，實現多個擴增產物的定量檢測，此多重檢測體系能夠準確鑒別6種轉基因大豆，檢測靈敏度可達到為1 ng/μL。

4 應用趨勢與展望

分子生物學技術極大地促進了食品安全檢測技術的進步，與常規方法合并使用能顯著提高檢驗效率和質量，在食品檢驗中發揮重要的作用，未來將會與化學、材料、物理等學科進行更加深入的交叉聯合，開發更加快捷、準確的食品檢驗新型技術。食品檢驗實驗室加大對分子生物技術的應用是必然趨勢，相關機構需要跟上科技發展的步伐，提高分子生物技術應用水平，提高檢驗質量和效率，保證檢測數據的準確性、科學性，構建食品安全屏障，保護人們的身體健康。

參考文獻

[1]徐斌，郝俊.氣質聯用色譜技術在食品檢驗中的應用[J].中國醫療器械信息，2019，25（19）：208-209.

[2]馬莉萍，范增杰，韓根亮，等.新型生物傳感器在食品安全檢測中的應用[C]//第四屆中國北京國際食品安全高峰論壇論文集.北京：北京食品協會，2011：188-190.

[3]Lee N，Kwon K Y，Oh S K，et al. A multiplex PCR assay for simultaneous detection of Escherichia coli O157：H7，Bacillus cereus，Vibrio parahaemolyticus，Salmonella spp.Listeria monocytogenes，and Staphylococcus aureus in Korean ready-to-eat food [J]. Foodborne Pathogens and Disease，2014，11（7）：574-580.

[4]劉瑩.應用基因芯片技術檢測食源性腹瀉致病大腸桿菌[J].食品安全質量檢測學報，2020，11（3）：915-919.

[5]苗麗，張秀平，陳靜，等.肉制品中羊源性成分微滴數字PCR法定量檢測方法的研究[J].食品工業科技，2016，37（4）：73-76.

[6]LOPEZ-OCEJA A，NUNEZ C，BAETA M，et al. Species identification in meat products： a new screening method based on high resolution melting analysis of cytb gene[J].Food Chemistry，2017，237（15）：701-706.

[7]ALDEGUER M， LOPEZ-ANDREO M， GABALDON J A， et al. Detection of mandarin in orange juice by single-nucleotide polymorphism qPCR assay[J].Food Chem，2014，145：1086-1091.

[8]Wang K P，Zhang Y C， Zhang X， et al.Green preparation of chlorinedoped graphene and its application in electrochemical sensor for chloramphenicol detection [J].SN Applied Sciences，2019，1（2）：1-9.

[9]Ivanov Y. Development of MNPs based enzyme immuno sorbent analysis for the determination of organophosphorus pesticides in milk[J]. The Open Biotechnology Journal，2019，13（1）：146-154.

[10]張玲，錢利祥，陶靜，等.公共引物介導的多重定量PCR技術在轉基因大豆檢測中的應用研究[J].食品安全質量檢測學報，2021，12（6）：2057-2067.