分子生物學(xué)技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了分子生物學(xué)中Southern印跡雜交、免疫印跡法、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、基因芯片等技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的多方面應(yīng)用，包括品種鑒定、過敏原檢測、安全檢測、食品溯源等，同時對該領(lǐng)域的未來發(fā)展進(jìn)行了展望，旨在為食品安全領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；食品安全；安全檢測；食品溯源

Application of Molecular Biology Techniques in the Field of Food Safety

FAN Qiujia， DENG Rui

（Market Supervision Administration of Tangshan Municipality， Tangshan 063000， China）

Abstract： This paper introduces the application of molecular biology such as Southern blot hybridization， immunoblotting， polymerase chain reaction， and gene chips and other technologies in the field of food safety， including variety identification， allergen detection， safety testing， and food traceability， and also looks forward to the future developments in this area， which aims to provide a reference for innovative development in the field of food safety.

Keywords： biological preservation; food safety; safety testing; food traceability

隨著科技發(fā)展，分子生物學(xué)技術(shù)大量應(yīng)用于食品科學(xué)領(lǐng)域。在品種鑒定方面，可通過分析基因序列差異，精準(zhǔn)鑒別品種，助力食品安全溯源。在功能分析中，研究關(guān)鍵基因表達(dá)差異不僅能揭示營養(yǎng)成分差別，還能調(diào)控和提升食品品質(zhì)。用于基因改良時，可通過修改基因表達(dá)來提高食品品質(zhì)、產(chǎn)量。在食品安全檢測上，可檢測致病微生物、病原體基因信息。在新型食品材料研發(fā)方面，可合成食品用色素香精，制備小分子肽等。分子生物學(xué)技術(shù)為食品安全檢測提供了高效、準(zhǔn)確、靈敏的方法，對于保障公眾健康、維護(hù)食品市場秩序具有不可替代的重要作用。

1 分子生物學(xué)概述

分子生物學(xué)是一門從分子水平研究生物大分子（核酸、蛋白質(zhì)等）的結(jié)構(gòu)與功能，從而闡明生命本質(zhì)的科學(xué)，主要研究遺傳信息的傳遞與表達(dá)，包括DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，以及基因的調(diào)控機(jī)制。分子生物學(xué)還關(guān)注生物大分子之間的相互作用，如蛋白質(zhì)與核酸的結(jié)合，以及這些相互作用如何影響細(xì)胞的生理過程和生物體的發(fā)育、生長、衰老等。

分子生物學(xué)核心技術(shù)包括核酸提取與純化、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）擴(kuò)增、基因克隆、DNA測序、蛋白質(zhì)分離與鑒定等。通過應(yīng)用這些技術(shù)，科學(xué)家能夠深入探究生命的奧秘，為疾病診斷、藥物研發(fā)、農(nóng)作物改良等眾多領(lǐng)域提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持[1]。分子生物學(xué)的發(fā)展極大地推動了現(xiàn)代生命科學(xué)的進(jìn)步。

2 分子生物學(xué)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用

分子生物學(xué)的眾多方法能夠應(yīng)用于食品安全領(lǐng)域。①PCR可用于檢測食品中的致病微生物，還能在食品真?zhèn)舞b別中應(yīng)用。②核酸測序能夠準(zhǔn)確檢測食品中病原體的基因序列，有助于深入了解病原體的特性和進(jìn)化方向，也能用于確認(rèn)食品中是否存在特定的突變基因，如在肉類檢測中確定特定品種的基因特征。③基因芯片技術(shù)可以檢測基因表達(dá)模式的變化，從而對食品的品質(zhì)進(jìn)行評估。④核酸分子雜交中，Southern雜交可用于檢測食品中特定DNA片段，如轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因；Northern雜交能檢測食品加工過程中特定RNA的變化。⑤單鏈構(gòu)象多態(tài)性（Single Strand Conformation Polymorphism，SSCP）分析可檢測食品中微生物或動植物基因的突變情況，為優(yōu)質(zhì)食材篩選提供信息。⑥免疫印跡法能夠檢測食品中的過敏原。這些方法為食品檢測提供了高靈敏度、高特異性和快速準(zhǔn)確的手段，有助于保障食品安全和質(zhì)量。

2.1 PCR技術(shù)在食品真?zhèn)舞b別中的應(yīng)用

PCR技術(shù)具有高度的靈敏性，能夠檢測出微量的非預(yù)期物種成分。這對于防止非法添加或摻雜其他動物肉的行為具有重要意義，在肉制品真?zhèn)螜z驗(yàn)中具有廣泛的應(yīng)用。①精準(zhǔn)鑒定肉制品的物種來源。通過設(shè)計(jì)針對特定物種基因的引物，PCR可以準(zhǔn)確區(qū)分牛肉、豬肉、羊肉等不同種類的肉，防止以次充好或假冒偽劣。②對于經(jīng)過加工處理的肉制品，如香腸、肉丸等，PCR技術(shù)依然能夠發(fā)揮作用。即使肉品的形態(tài)和特性發(fā)生改變，其基因信息仍能被檢測出來，從而確定其中所含肉的真實(shí)種類[2]。在一些市場監(jiān)管案例中，PCR技術(shù)成功檢測出標(biāo)注為純牛肉的制品中混入了豬肉成分，保障了消費(fèi)者的權(quán)益和食品安全。PCR技術(shù)憑借其準(zhǔn)確、靈敏、可靠的特點(diǎn)，成為肉制品真?zhèn)螜z驗(yàn)的有力手段。

2.2 Southern技術(shù)在轉(zhuǎn)基因成分測定中的應(yīng)用

Southern印跡雜交在轉(zhuǎn)基因成分測定中具有廣泛應(yīng)用，能夠檢測特定DNA序列在基因組中的存在、拷貝數(shù)和完整性。在轉(zhuǎn)基因成分測定中，通過設(shè)計(jì)針對轉(zhuǎn)基因特有序列的探針，Southern雜交可以準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)基因片段是否整合到受體基因組中，以及整合的位置和拷貝數(shù)[3]。其過程主要分為3個步驟：①先提取待檢測樣品的基因組DNA，然后用限制性內(nèi)切酶進(jìn)行消化，使DNA片段化；②通過瓊脂糖凝膠電泳分離這些片段，將其轉(zhuǎn)移到固相支持膜（如硝酸纖維素膜或尼龍膜）上；③用標(biāo)記的特異性探針與膜上的DNA進(jìn)行雜交，通過檢測探針的信號，判斷轉(zhuǎn)基因成分的存在和相關(guān)特性。例如，檢測含有抗蟲基因的轉(zhuǎn)基因玉米，設(shè)計(jì)與該抗蟲基因序列互補(bǔ)的探針，如果雜交結(jié)果顯示有陽性信號，就表明樣品中含有這種轉(zhuǎn)基因成分。Southern技術(shù)在轉(zhuǎn)基因食品檢測中的優(yōu)勢在于它能夠特異性地檢測外源基因的存在、拷貝數(shù)以及在基因組中的整合位置等信息，具有較高的準(zhǔn)確性和特異性。

2.3 免疫印跡法在過敏原檢測中的應(yīng)用

免疫印跡法指蛋白質(zhì)印跡法，是分子生物學(xué)、生物化學(xué)和免疫遺傳學(xué)中常用的一種實(shí)驗(yàn)方法。以過敏原檢測為例，其主要過程如下[4]。①獲取可能含有過敏原的食品樣品，提取樣品中的蛋白質(zhì)并進(jìn)行電泳，使不同分子量的蛋白質(zhì)得到分離。②將凝膠中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到固相膜（硝酸纖維素膜或尼龍膜等）上后，用針對特定過敏原的抗體與膜上的蛋白質(zhì)進(jìn)行混合、孵育。如果樣品中存在該過敏原，抗體就會與之發(fā)生特異性結(jié)合。洗去未結(jié)合的抗體后，加入酶標(biāo)記的第二抗體，再次孵育并洗去未結(jié)合的二抗。③加入顯色底物，通過顯色反應(yīng)或熒光檢測來判斷是否存在與抗體結(jié)合的過敏原蛋白，從而確定樣品中是否含有相應(yīng)的過敏原。例如，檢測牛奶中的酪蛋白過敏原時，可使用針對酪蛋白的特異性抗體進(jìn)行免疫印跡法實(shí)驗(yàn)。若實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示有色帶或熒光信號出現(xiàn)，則表明樣品中存在酪蛋白過敏原。免疫印跡法具有較高的特異性和靈敏度，可以檢測到特定的過敏原蛋白，有助于確定引起過敏反應(yīng)的具體成分。

2.4 DNA指紋技術(shù)在食品溯源中的應(yīng)用

DNA指紋技術(shù)是一種通過分析生物個體基因組DNA中存在的特異性片段來鑒定個體或區(qū)分不同個體之間差異的分子生物學(xué)技術(shù)。在食品溯源領(lǐng)域，DNA指紋技術(shù)通過檢測和分析生物體內(nèi)基因組DNA的多態(tài)性來實(shí)現(xiàn)溯源。不同個體或物種的基因組存在特定的差異區(qū)域，這些區(qū)域包括短串聯(lián)重復(fù)序列（Short Tandem Repeats，STR）、單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）等。提取食品樣本中的DNA后，利用特定的引物通過PCR擴(kuò)增這些多態(tài)性區(qū)域，然后通過電泳、基因測序等方法對擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行分析。由于每個個體或物種的這些多態(tài)性區(qū)域的組合具有獨(dú)特性，就像人的指紋一樣獨(dú)一無二，因此可以通過比對這些“DNA指紋”來確定食品的來源和歸屬。

DNA指紋技術(shù)在以下食品溯源領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。①水產(chǎn)品溯源：確定魚類、蝦類等水產(chǎn)品的物種、捕撈區(qū)域以及養(yǎng)殖環(huán)境。②果蔬溯源：區(qū)分不同品種、產(chǎn)地的水果和蔬菜。③乳制品溯源：明晰牛奶、羊奶等乳制品的動物來源和牧場信息。

2.5 單鏈構(gòu)象多態(tài)性在食品原料篩選中的應(yīng)用

單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù)原理為DNA或RNA單鏈構(gòu)象與堿基序列相關(guān)，堿基序列變化會導(dǎo)致單鏈構(gòu)象改變。進(jìn)行SSCP分析時，先對待檢測片段進(jìn)行PCR擴(kuò)增并變性為單鏈，然后在非變性聚丙烯酰胺凝膠中電泳，因單鏈構(gòu)象差異，不同單鏈分子遷移速率不同，通過觀察電泳條帶位置和數(shù)量可判斷樣品是否存在突變基因。SSCP在食品原料篩選中具有較高的應(yīng)用價值，可用于檢測食品原料中動植物基因的突變情況，從而篩選出優(yōu)質(zhì)的原料。

例如，在農(nóng)作物篩選中，SSCP能夠檢測出與品質(zhì)、抗逆性等相關(guān)基因的突變情況，幫助選擇具有優(yōu)良性狀的種子或植株，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。在肉類原料篩選中，可檢測與肉質(zhì)、營養(yǎng)成分等相關(guān)基因的突變情況，確保肉類原料的品質(zhì)和安全性。此外，對于水產(chǎn)品等其他食品原料，SSCP也能發(fā)揮類似的作用，篩選出符合要求的原料，為食品安全和品質(zhì)提供保障。

2.6 基因芯片技術(shù)在食品品質(zhì)評估中的應(yīng)用

基因芯片技術(shù)，又稱DNA芯片或微陣列技術(shù)，是一種將大量特定的DNA片段（探針）有序地固定在固相支持物（如玻璃片、硅片等）上所形成的高密度DNA微陣列。基因芯片包含了大量已知序列的DNA探針，這些探針被固定在芯片表面特定的位置上。在進(jìn)行食品品質(zhì)評估時，從食品樣本中提取RNA并進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄得到cDNA，將這些cDNA與基因芯片上的探針進(jìn)行雜交。由于不同品質(zhì)狀態(tài)下食品的基因表達(dá)模式有所不同，所以雜交后的信號強(qiáng)度和模式也會相應(yīng)變化。通過檢測和分析這些雜交信號，可以了解與食品品質(zhì)相關(guān)的基因表達(dá)情況，從而對食品的品質(zhì)進(jìn)行評估[5]。

例如，在檢測水果成熟度時，與成熟過程相關(guān)的基因表達(dá)會發(fā)生改變，基因芯片通過檢測這些變化判斷水果是否達(dá)到最佳成熟度。基因芯片在食品品質(zhì)評估中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面。①新鮮度檢測：評估肉類、水果、蔬菜等食品在儲存過程中的新鮮程度變化。②成熟度判斷：確定水果、谷物等的成熟階段，以保證食用或加工時機(jī)最佳。③營養(yǎng)成分分析：檢測食品中關(guān)鍵營養(yǎng)成分相關(guān)基因的表達(dá)，評估其營養(yǎng)價值。

3 結(jié)語

在當(dāng)今社會，食品安全已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為食品安全領(lǐng)域帶來了全面的變化。然而，分子生物學(xué)技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，檢測成本較高，對實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作人員的技術(shù)水平要求較高，限制了其在一些基層檢測機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。此外，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性可能會受到樣品處理和實(shí)驗(yàn)操作過程等因素的影響。

未來，分子生物學(xué)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用有望取得更顯著的進(jìn)展。①技術(shù)創(chuàng)新方面，隨著納米技術(shù)、微流控技術(shù)和人工智能的融合，將開發(fā)出更加便捷、高效、低成本和智能化的檢測設(shè)備和方法。新的分子標(biāo)記和檢測靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)將進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性和特異性。②應(yīng)用范圍的拓展方面，不僅可對其在傳統(tǒng)的微生物污染和轉(zhuǎn)基因檢測方面的應(yīng)用不斷進(jìn)行優(yōu)化，還有望在食品添加劑的安全評估、食品加工過程中的化學(xué)變化監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。③隨著分子生物學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，相關(guān)的法律法規(guī)和檢測標(biāo)準(zhǔn)也將不斷更新和完善，以確保檢測結(jié)果的合法性。

參考文獻(xiàn)

[1]汪佳豪，趙卿堯，周月玲，等.基因芯片在畜禽遺傳育種中的應(yīng)用及展望[J].遺傳，2023，45（12）：1114-1127.

[2]霍勝楠，孟靜，楊振東，等.3種食源性致病菌的實(shí)時熒光PCR快速檢測[J].食品研究與開發(fā)，2016，37（16）：143-147.

[3]姜永均.Southern印跡雜交及其他相關(guān)印跡技術(shù)簡介[J].生物學(xué)教學(xué)，2010，35（11）：64-65.

[4]張旭東，向莉，李啟亮，等.熒光酶聯(lián)免疫法和免疫印跡法檢測過敏原特異性免疫球蛋白E一致性分析[J].標(biāo)記免疫分析與臨床，2024，31（1）：151-156.

[5]白瑞.PCR技術(shù)在食品檢測領(lǐng)域的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用現(xiàn)狀及應(yīng)用進(jìn)展[J].工業(yè)微生物，2024，54（2）：66-68.