生物技術在食品檢測中的應用研究

黃紅云

（廣西安全工程職業(yè)技術學院，廣西南寧 530100）

近年來我國經濟水平持續(xù)增長、城鄉(xiāng)結構優(yōu)化調整，居民的平均收入升高，生活品質得到極大改善，食品品種更加多樣，滿足差異化物質需求的同時，也增加了食品安全隱患。一些農戶、廠家為達到提升產量、延長保質期的目的，過量使用農藥、添加劑，或因食品存儲、運輸不當出現(xiàn)腐敗、發(fā)霉等情況。這些有害物質一旦進入人們體內，會導致嚴重的健康問題，因此有必要對其檢測技術、控制方法進行深入探究。

1 食品檢測中融入生物技術的優(yōu)勢

1.1 高效

以微生物檢測為例，對于大腸桿菌接種量為1.30×104CFU/50 mL 的食品樣本來說，傳統(tǒng)檢測方法約需3 d，而應用生物技術檢測大約僅需7 h，檢測周期明顯縮短，可保證檢測的實時性和高效性。

1.2 多樣

現(xiàn)階段生物檢測技術不斷發(fā)展、更新，在原有免疫法檢測技術基礎上，又出現(xiàn)了聚合酶鏈式反應（Polymease Chain Reaction，PCR）檢測、DNA 探針檢測等，可對金黃色葡萄球菌、沙門氏菌等多種菌群進行精準檢測，特異性明顯提高，能為食品安全管理提供助力。

1.3 靈敏

傳統(tǒng)食品檢測方法對于微量毒素的反應不夠敏感，很容易出現(xiàn)假陽性、假陰性的問題，生物技術的應用可較好地規(guī)避這種情況，以沙門氏菌檢測為例，利用PCR 改進技術、敏感度可達30 CFU，較好地降低了檢測誤差風險。

2 食品檢測中常用的生物技術類別及特征

2.1 PCR 生物檢測技術

PCR 技術主要借助酶促作用，以待擴增DNA 片段為依托，采用人工手段合成互補引物，并在體外進行酶促、擴增，整個擴增過程呈現(xiàn)周期循環(huán)態(tài)勢，待檢DNA 進入系統(tǒng)后，需先經過高溫變性處理，轉化為單鏈模板結構，后期經過低溫退火、適溫延伸完成互補，生成部分雙鏈結構。通常情況下設定25 ～35 循環(huán)即可滿足需求，能實現(xiàn)100 萬～200 萬的基因拷貝，從而為食品有害菌、營養(yǎng)成分等檢測提供助力[1]。

2.2 生物芯片檢測技術

生物芯片學是現(xiàn)代科技持續(xù)進步、理念持續(xù)更新的產物，它在分子生物學、免疫學基礎上融合了更多微機械學、微電子學等，給食品檢驗自動化創(chuàng)造了條件。該技術最早出現(xiàn)在20 世紀90年代，Affymetrix 公司推出的首塊寡核苷酸芯片標志了它的誕生，其實現(xiàn)主要依托于原位合成、微量點樣技術，可將核酸片段、多肽片等提取出來，按照一定順序固定在支持物表面，最終構成密集二維分子排列，檢測環(huán)節(jié)樣本中存在較多靶分子，可借助激光共聚掃描等方式，實現(xiàn)更高效、高質量的檢測。該技術在應用過程中需重視生物芯片的制備問題，可采用原位合成和微矩陣點樣兩種方法，前者借助了光導化學技術，比較適用于突變檢測場景，對于雜交測序等試驗也能表現(xiàn)出較高的適用性；后者則借助液相化學理論，可合成寡核苷酸鏈探針，經過陣列機、點樣儀等完成固定。

2.3 基因探針技術

基因探針技術又被稱為核酸分子雜交技術，起源于20 世紀70年代，靈敏性較高，可測出10-12～10-9分子量單位內的核酸，操作時無需進行復雜的純化培養(yǎng)，也無需擴增菌輔助，因此準確性比較有保障。其原理建立在生物工程、細胞工程基礎上，假設兩條不同來源的核酸鏈中，堿基序列是互補的，那么這兩條核酸鏈原料就可結合為分子雜交鏈，操作時提前對已知片段進行標記，就可通過探針檢測是否存在互補序列。探針型式較為多樣，對于已知DNA 靶序列，推薦采用短針法進行檢測，通過自動化學分析方式對判定DNA 進行識別。與短針法不同，DNA 克隆技術的原理更復雜，需將DNA 提取出來，克隆、繁殖并標識，費用較高但專一性更好，操作環(huán)節(jié)需提取適量細菌樣本，使其在培養(yǎng)基上存活并形成克隆體，用無菌膜復制并釋放單一DNA 鏈，再使用探針進行微生物鑒別和計數(shù)。

2.4 生物傳感器技術

生物傳感器是以電信號為依托進行識別、檢測的特殊裝置，內部同時配備接收器、轉換器，可對酶膜、線粒體電子等進行選擇性識別，其采用固定化生物活性物質作為催化劑，待檢測物質進入系統(tǒng)后，會在擴散作用輔助下進入生物活性材料，并經過生物學反應生成可識別信息，最終以電信號方式輸出和放大，完成待測物濃度測量。即使對于價格昂貴的試劑，生物傳感器也可實現(xiàn)反復、多次應用，規(guī)避了傳統(tǒng)酶法分析中試劑費用高且分析煩瑣的問題，檢測結果的相對誤差可控制在1%以內。

2.5 免疫學檢測技術

免疫學檢測技術在食品檢測領域發(fā)展歷史較為悠久，現(xiàn)階段已經衍生出諸多分支，其中免疫熒光分析（Immunological Fluorescence Assay，IFA）技術應用十分廣泛，需借助底物對待測目標進行標記，該底物本身不會出現(xiàn)熒光反應，但受到酶催化作用后，卻可轉變?yōu)闊晒馕铮罱K提升熒光強度，保障檢測精確性。此外，還有酶聯(lián)免疫吸附技術、放射免疫技術等，前者利用了抗原抗體特異性，可在不分離食品的情況下，開展系統(tǒng)化的定量定性分析，在試驗中對鐮刀菌表現(xiàn)出了較高的特異性，檢測下限可達到102～103CFU·mL-1；后者則采用放射性核素作為標記物，尤其適用于蛋白質、激素等的檢測，3H、14C 等是最為常見的同位素標記物[2]。

3 食品檢測中生物技術的應用策略及路徑

3.1 食品致病菌檢測

食品致病菌種類多樣，如常見的沙門氏菌是腸桿菌科的典型代表，具有人畜共患的鮮明特征，可借助蛋、家畜等渠道傳播，在傳統(tǒng)食品檢測模式中，通常使用選擇性、非選擇性增菌[3]。整個過程耗時較長，需4 ～7 h 得到結果，而應用生物檢測技術中的PCR 技術、基因探針技術等，可更快捷地獲取檢測結果。近年來PCR 技術發(fā)展迅速，除常規(guī)PCR 外，還出現(xiàn)了半套式PCR，可對沙門氏菌中16SrRNA 進行擴增，片段為555 np，檢測敏感度高達30 CFU。除沙門氏菌外，金黃色葡萄球菌也是食品中常見的致病病原菌，當其進入人體后，會牢牢吸附在胃腸道黏膜上，并在增殖作用輔助下生成腸毒素，引發(fā)肌肉痙攣、循環(huán)衰竭等癥狀。傳統(tǒng)食品檢測多采用免疫學方法檢測，但部分菌株基因表達性較差，檢測精確度很難保證，時常出現(xiàn)假陰性問題，而已有試驗采用PCR 技術對腸毒素中的SEB 基因開展檢測，結果發(fā)現(xiàn)技術特異性極強，可在24 h 內出具相關報告，檢測效率明顯提升，對致病性大腸桿菌的檢測中，同樣可靈活運用PCR 技術、DNA 探針技術，但需做好引物的設計和選擇。此外，生物芯片、免疫檢測法等對致病菌同樣有著極高的檢出效率，其中寡核苷酸芯片檢定效果良好，對炭疽桿菌等表現(xiàn)尤為靈敏，檢測限低至10-15[4]。

3.2 轉基因食品檢測

近年來我國科技產業(yè)成長迅速，以高效、高產為特征的轉基因技術也得到了快速發(fā)展。轉基因品種增多、性能更加優(yōu)良，在滿足食品物質需求的同時，也帶來了新的隱患，亟需通過食品檢測技術強化管控。生物技術的出現(xiàn)恰好為該問題的解決提供了新思路，免疫試紙條法就是其中的重要代表。該技術以硝化纖維為載體，可在極短時間內完成檢測，整個時長約5 ～10 min，可在應急狀況下使用。PCR檢測法同樣有著極高的適用性，在定性分析環(huán)節(jié)可對特異DNA 片段進行提取、擴增，借助瓊脂糖凝膠電流分離技術培養(yǎng)產物，完成目標物的檢測識別。相關試驗中，以轉基因常用花椰菜病毒啟動子CaMV為材料，設計了針對性的雙鏈探針，試驗發(fā)現(xiàn)檢測結果優(yōu)良，系統(tǒng)對于35S片段表現(xiàn)出了較高的靈敏性。近年來食品檢測領域研究成果涌現(xiàn)，針對轉基因檢測的生物芯片也獲得了諸多學者關注，部分研究中以DNA 雜交原理為依托，研制出了新型SPR 生物芯片，表層裝設有單鏈DNA 探針，可定量測定轉基因大豆粉含量，檢測下限可達2%[5]。該芯片被投產應用后，進一步加入了CaMV-CP 基因，可檢測大豆、玉米等轉基因品種情況，判斷其是否受到病毒污染，保證食品安全和品質。

3.3 農藥及添加劑檢測

農藥是現(xiàn)代化學發(fā)展演變的產物，其推廣應用使農產品產量大幅上升，果品、蔬菜等不再受病蟲害侵襲、干擾，整體品質也獲得了明顯優(yōu)化，但受到種類、用量等問題影響，農藥殘留問題始終困擾著現(xiàn)代食品安全管理，農藥附著在食品表面并隨著食用過程進入人體，很容易危害身體健康。以已經禁用的DDT 農藥為例，其物化性質相當穩(wěn)定，在環(huán)境中留存時間長且不易分解，進入人體后直接影響酶活性，導致代謝紊亂、內分泌失調等問題。現(xiàn)階段農藥品種增多，低毒害性農藥得到推廣應用，但用量控制不當同樣會造成含量超標問題，影響食用者的身體健康。借助生物傳感器進行農藥殘留檢測，提取單克隆抗體應用蛋白，借助專業(yè)機械將之固定于壓電晶體上，食品經過傳感器范圍內時，農藥分子會在吸附作用下發(fā)生飄散、位移，并引發(fā)石英晶體異常振蕩，通過進一步分析實現(xiàn)濃度檢測目標，研究表明該方法的農藥下限可達1.5 ng·mL-1。同時，對農藥、添加劑進行檢測的免疫檢測技術也在不斷完善，如單克隆抗體檢測可較為精確地檢測食品中有機磷、有機氯類農藥含量以及氨基甲酸酯類藥品含量，檢測時長不超過10 min，對于磺胺二甲嘧啶也有較好的檢出效果，靈敏度可達50 ng·mL-1。此外，放射免疫也是藥物殘留檢測的重要手段，可對水產品、肉類產品等農藥進行精準檢測，實踐環(huán)節(jié)要結合需求進行選取。

4 結語

綜上所述，生物技術具有特異性強、檢測靈敏度高等優(yōu)勢，能夠較好地適應差異化、多元化的食品檢測需求，在實踐環(huán)節(jié)務必要正視其功能價值，結合目標物特性、含量等選擇適宜的檢測方法，充分發(fā)揮DNA 探針檢測、PCR 檢測技術、生物芯片檢測技術等優(yōu)越性，合理控制食品中的致病菌、農藥含量，科學評估轉基因食品成分的危害性，為食品安全保駕護航。