生物檢測技術在食品檢驗中的應用分析

作者簡介：趙浩（1987—），男，內蒙古通遼人，本科，工程師。研究方向：食品檢測。

摘 要：本文通過對酶聯免疫吸附技術、聚合酶鏈式反應技術、生物傳感器技術和生物芯片技術等主流生物檢測技術的原理和特點進行介紹，并結合這些技術在食品農藥殘留檢測、食品中微生物檢測、食品過敏原檢測和食品營養物質檢測方面的具體應用實例進行分析，揭示了生物檢測技術憑借其高效、靈敏、特異、快速等優點在食品安全檢測領域的廣闊應用前景。研究表明，生物檢測技術的應用極大地提高了食品安全檢測的效率和準確性，為保障食品安全、維護消費者健康提供了有力的技術支撐。

關鍵詞：生物檢測技術；食品安全；酶聯免疫吸附；聚合酶鏈式反應

Application Analysis of Biological Detection Technology in Food Inspection

ZHAO Hao

（Kailu Market Inspection and Testing Center， Tongliao 028400， China）

Abstract： This article introduces the principles and characteristics of mainstream biological detection technologies such as enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA）， polymerase chain reaction （PCR）， biosensor technology， and biochip technology， and analyzes the specific application examples of these technologies in food pesticide residue detection， microbial detection in food， food allergen detection and food nutrient detection. It reveals the broad application prospects of biological detection technology in the field of food safety detection with its advantages of high efficiency， sensitivity， specificity， and speed. Research has shown that the application of biological detection technology has greatly improved the efficiency and accuracy of food safety testing， providing strong technical support for ensuring food safety and maintaining consumer health.

Keywords： biological detection technology; food safety; enzyme linked immunosorbent assay; polymerase chain reaction

食品安全問題一直以來都是全社會關注的焦點。隨著經濟的發展和生活水平的提高，人們對食品安全和質量的要求日益提升[1]。然而，食品可能受到各種有害物質的污染，如農藥殘留、微生物污染、過敏原和非法添加物等，嚴重威脅著消費者的身體健康。傳統的食品檢驗方法，如化學分析法、物理分析法等，存在著操作復雜、耗時長、靈敏度不高等缺點，已經不能完全滿足現代食品安全檢測的需求。近年來，生物檢測技術憑借其高效、靈敏、特異和快速等優點，在食品檢驗領域得到了廣泛的應用和發展，并且在食品農藥殘留檢測、微生物檢測、過敏原檢測、營養物質檢測和食品添加劑檢測等方面發揮著重要作用。

1 食品檢驗中的生物檢測技術類型

1.1 酶聯免疫吸附技術

酶聯免疫吸附技術（Enzyme Linked Immunosorbent

Assay，ELISA）是一種基于抗原-抗體特異性結合反應和酶催化反應的高靈敏度、高特異性的生物檢測技術[2]。其基本原理是將抗原或抗體固定在固相載體上，然后與酶標記的抗體或抗原進行特異性結合，通過酶促反應生成可測信號，根據信號強度來定量或定性分析待測物質。ELISA具有操作簡便、靈敏度高、特異性強以及可實現自動化等優點，已廣泛應用于食品中農藥殘留檢測、微生物毒素檢測、過敏原檢測等。然而，ELISA也存在一些局限性，如抗原抗體的制備和純化較為復雜，容易受到基質效應的干擾，某些小分子物質（如農藥）與抗體結合力較弱，導致檢測靈敏度降低。此外，ELISA檢測通常需要專用的儀器設備和訓練有素的操作人員，對實驗室條件要求較高。盡管如此，ELISA憑借其獨特的優勢，仍然是當前食品檢驗領域最常用、最成熟的生物檢測技術之一。

1.2 聚合酶鏈式反應技術

聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）技術是一種基于DNA分子擴增原理的高靈敏度、高特異性的核酸檢測技術[3]。其基本原理是通過設計特異性引物，在聚合酶的作用下，對目標DNA片段進行循環擴增，每個循環包括變性、退火和延伸3個步驟，經過多個循環后，目標DNA片段被指數級擴增，從而實現對微量目標物的檢測。PCR技術具有靈敏度高、特異性強、檢測速度快以及可實現自動化等優點，已廣泛應用于食品中病原微生物、轉基因成分、食品摻假等方面的檢測。然而，PCR技術也存在一些局限性，如容易受到樣品中PCR抑制物質（如多糖、脂肪等）的干擾，導致假陰性結果；引物設計不當可能導致非特異性擴增，產生假陽性結果；PCR產物易受污染，需要嚴格的實驗環境和操作規范。此外，PCR技術只能檢測到目標物的核酸片段，無法直接反映其活性和毒性，因此在某些應用中需要與其他檢測方法聯用。

1.3 生物傳感器技術

生物傳感器技術是一種集生物識別元件和物理化學傳感器為一體的高靈敏度、高選擇性的生物檢測技術。其基本原理是利用生物識別元件（如酶、抗體、核酸探針等）與待測物質發生特異性生物學反應，產生的物理化學信號被傳感器轉化為可測量的電信號，通過信號處理和數據分析實現對待測物質的定性或定量檢測[4]。生物傳感器技術具有靈敏度高、選擇性強、響應速度快、操作簡便和可實現在線實時檢測等優點，已廣泛應用于食品中農藥殘留、重金屬、微生物毒素和過敏原等物質的檢測。然而，生物傳感器技術也存在一些局限性，如生物識別元件的制備和固定化過程較為復雜，穩定性和重現性有待提高；容易受到溫度、pH值等因素的影響，導致檢測性能下降；某些食品基質成分可能對傳感器產生干擾，需要進行樣品預處理。此外，生物傳感器的商業化應用還面臨成本較高、批量生產難度大等挑戰。

1.4 生物芯片技術

生物芯片技術是一種集成了生物學、電子學、材料學等多學科前沿成果的高通量、微型化、自動化分析技術。其基本原理是在芯片表面固定大量的生物分子探針（如核酸、蛋白質、多肽等），通過探針與靶標分子（待測物）的特異性相互作用，實現對靶標分子的高通量、并行檢測和分析。生物芯片技術的最大優勢在于其高通量和微型化特性，可在單張芯片上同時分析成千上萬個生物分子，大大提高了檢測效率；同時，生物芯片所需樣品量少，靈敏度高，可實現痕量物質檢測。此外，生物芯片的分析過程可高度自動化，減少了人為操作誤差，提高了檢測的重現性和可靠性。然而，生物芯片技術也存在一些局限性，如芯片制備成本高，對實驗環境和操作人員的要求高，數據分析和解釋復雜等。此外，由于生物分子種類眾多，不同類型分子的芯片制備和分析方法差異較大，標準化程度不高，在實際應用中還需要進一步優化和改進。

2 生物檢測技術在食品檢驗中的具體應用

2.1 食品農藥殘留檢測

生物檢測技術在食品農藥殘留檢測領域得到了廣泛應用，極大地提高了農藥殘留檢測的靈敏度、特異性和效率。酶聯免疫吸附技術是應用最為成熟和廣泛的生物檢測技術之一，其利用農藥殘留物與特異性抗體的高親和力結合，通過酶促反應將結合信號放大，從而實現對農藥殘留的高靈敏度檢測。例如，文孟棠等[5]利用ELISA技術建立了蔬菜中擬除蟲菊酯類農藥檢測的方法，實現了對擬除蟲菊酯類農藥的靈敏、準確檢測。與此同時，生物傳感器技術得到了快速發展，生物傳感器通過將農藥特異性抗體或酶固定在電極表面，農藥殘留物與之結合后引起電信號變化，從而實現對農藥的快速、靈敏檢測。例如，田川川等[6]基于核酸適配體開發了用于檢測大米中丙溴磷殘留的生物傳感器，實現了對丙溴磷的特異性檢測。此外，新興的納米材料如量子點、納米金等，也為提高農藥殘留檢測的靈敏度和選擇性提供了新的途徑。生物芯片技術憑借其高通量、微型化、自動化等特點，有望實現對多種農藥殘留的同時快速檢測。隨著生物檢測技術的不斷創新和完善，多種技術聯用、微型化集成化等已成為發展趨勢，必將為食品農藥殘留檢測提供更加高效、靈敏、便捷的檢測手段。

2.2 食品中的微生物檢測

生物檢測技術在食品微生物檢測中得到了廣泛應用，極大地提高了食源性致病菌的檢測靈敏度、特異性和速度。①聚合酶鏈式反應技術是食品微生物檢測中最常用的核酸擴增技術，其通過特異性引物將目標微生物的特征基因片段進行指數擴增，結合熒光探針或者瓊脂糖凝膠電泳即可實現對目標微生物的定性或定量檢測。例如，張娟等[7]利用擴增阻滯突變系統-聚合酶鏈式技術對牛奶中的金黃色葡萄球菌進行了快速、特異性檢測，為控制乳制品中金黃色葡萄球菌污染提供了有效的檢測手段。②生物傳感器技術近年來在食品微生物檢測領域也展現出獨特的優勢。例如，基于核酸適配體的生物傳感器可實現對食品中沙門氏菌、大腸桿菌O157：H7等致病菌的快速、靈敏檢測。此外，免疫磁性分離技術與核酸檢測技術聯用，可有效解決食品基質復雜、致病菌濃度低等問題，實現對致病菌的高靈敏度富集和檢測。

2.3 食品過敏原檢測

食品過敏原檢測是食品安全監管的重要內容，而生物檢測技術則在食品過敏原檢測中扮演著至關重要的角色。酶聯免疫吸附測定是目前應用最為廣泛的過敏原檢測方法之一，其原理是利用過敏原與特異性抗體的高親和力，通過酶促反應將結合信號放大，從而實現對過敏原的高靈敏度、特異性檢測。例如，利用ELISA技術可建立花生過敏原Ara h 1的檢測方法，為防控花生及其制品中的過敏原提供有力工具。

PCR技術，尤其是多重PCR技術，可同時檢測多種過敏原基因，是食品過敏原篩查的另一重要手段。例如，程芳[8]開發了一種復合PCR方法，可同時檢測花生、大豆、小麥和芝麻等10種常見食品過敏原的特異性基因序列。該方法以過敏原特異性引物和探針為核心，通過優化PCR反應條件，在單次PCR反應中實現了多種過敏原DNA的同時擴增和檢測，為食品中過敏原的快速篩查提供了有力工具。

核酸適配體生物傳感器憑借其穩定的化學性質和類似抗體的特異性識別能力，可以克服加工因素的干擾，實現食品過敏原的靈敏檢測。例如，王晶晶[9]基于核酸適配體開發的牛奶過敏原β-乳球蛋白的電化學生物傳感器，實現了對超高溫滅菌乳中β-乳球蛋白的特異性檢測。此外，新興的生物芯片技術也在食品過敏原多組分同時檢測中展現出獨特優勢。基于過敏原特異性抗體或適配體芯片，可對多種食品中的主要過敏原進行高通量篩查。

2.4 食品營養物質檢測

生物檢測技術在食品營養物質檢測中具有廣泛的應用，為食品營養強化及膳食營養評估提供了重要的技術支持。酶聯免疫吸附測定技術憑借其高靈敏度和特異性的優勢，在食品蛋白質、維生素等營養物質定量檢測中發揮著重要作用。例如，武傳香等[10]利用競爭ELISA法建立了雞蛋中維生素B1含量的檢測方法，實現了對維生素B1的特異性、靈敏度檢測。

近年來，核酸適配體生物傳感器在食品營養物質檢測領域也得到了廣泛關注。與傳統抗體相比，核酸適配體具有易于人工合成、化學性質穩定、易于修飾等優點，特別適合用于食品基質復雜、營養物質含量較低的檢測。張建國等[11]基于核酸適配體開發了嬰兒食品添加劑中維生素B2的熒光傳感器，實現了對維生素B2含量的實時監測。

食品營養物質種類繁多，傳統的單一營養素檢測方法已無法滿足營養評估的需求。基于微流控芯片的多重營養素生物傳感器的出現，為食品營養綜合評價提供了新的途徑。通過在芯片表面固定多種營養物質特異性識別分子（如抗體、適配體等），可實現對蛋白質、維生素、礦物質等多種營養標志物的同時檢測，大大提高了檢測效率。此外，生物檢測技術與其他分析技術的聯用，如免疫親和-液相色譜聯用技術，可進一步提高食品復雜基質中營養物質的檢測靈敏度和準確性。

3 結語

生物檢測技術憑借其高效、靈敏、特異、快速等優點，在食品安全檢測領域發揮著越來越重要的作用。酶聯免疫吸附技術、聚合酶鏈式反應技術、生物傳感器技術和生物芯片技術等先進生物檢測技術在食品農藥殘留檢測、微生物檢測、過敏原檢測和營養物質檢測等方面展現出廣闊的應用前景。隨著生物學、電子學、材料學等多學科的交叉融合，新型生物檢測技術不斷涌現，檢測的靈敏度、特異性和通量不斷提高。未來，生物檢測技術有望進一步實現微型化、集成化和智能化，為食品安全提供更加快速、準確、經濟、便捷的檢測手段，進而維護消費者健康。相信通過產學研各界的共同努力，生物檢測技術必將在食品安全領域發揮更大的作用，為保障食品安全、促進食品產業健康發展做出貢獻。

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