生物技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用研究

黃紅云

（廣西安全工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530100）

近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)增長(zhǎng)、城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，居民的平均收入升高，生活品質(zhì)得到極大改善，食品品種更加多樣，滿足差異化物質(zhì)需求的同時(shí)，也增加了食品安全隱患。一些農(nóng)戶、廠家為達(dá)到提升產(chǎn)量、延長(zhǎng)保質(zhì)期的目的，過量使用農(nóng)藥、添加劑，或因食品存儲(chǔ)、運(yùn)輸不當(dāng)出現(xiàn)腐敗、發(fā)霉等情況。這些有害物質(zhì)一旦進(jìn)入人們體內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題，因此有必要對(duì)其檢測(cè)技術(shù)、控制方法進(jìn)行深入探究。

1 食品檢測(cè)中融入生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 高效

以微生物檢測(cè)為例，對(duì)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(cè)方法約需3 d，而應(yīng)用生物技術(shù)檢測(cè)大約僅需7 h，檢測(cè)周期明顯縮短，可保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和高效性。

1.2 多樣

現(xiàn)階段生物檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展、更新，在原有免疫法檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymease Chain Reaction，PCR）檢測(cè)、DNA 探針檢測(cè)等，可對(duì)金黃色葡萄球菌、沙門氏菌等多種菌群進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，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(cè)方法對(duì)于微量毒素的反應(yīng)不夠敏感，很容易出現(xiàn)假陽(yáng)性、假陰性的問題，生物技術(shù)的應(yīng)用可較好地規(guī)避這種情況，以沙門氏菌檢測(cè)為例，利用PCR 改進(jìn)技術(shù)、敏感度可達(dá)30 CFU，較好地降低了檢測(cè)誤差風(fēng)險(xiǎn)。

2 食品檢測(cè)中常用的生物技術(shù)類別及特征

2.1 PCR 生物檢測(cè)技術(shù)

PCR 技術(shù)主要借助酶促作用，以待擴(kuò)增DNA 片段為依托，采用人工手段合成互補(bǔ)引物，并在體外進(jìn)行酶促、擴(kuò)增，整個(gè)擴(kuò)增過程呈現(xiàn)周期循環(huán)態(tài)勢(shì)，待檢DNA 進(jìn)入系統(tǒng)后，需先經(jīng)過高溫變性處理，轉(zhuǎn)化為單鏈模板結(jié)構(gòu)，后期經(jīng)過低溫退火、適溫延伸完成互補(bǔ)，生成部分雙鏈結(jié)構(gòu)。通常情況下設(shè)定25 ～35 循環(huán)即可滿足需求，能實(shí)現(xiàn)100 萬～200 萬的基因拷貝，從而為食品有害菌、營(yíng)養(yǎng)成分等檢測(cè)提供助力[1]。

2.2 生物芯片檢測(cè)技術(shù)

生物芯片學(xué)是現(xiàn)代科技持續(xù)進(jìn)步、理念持續(xù)更新的產(chǎn)物，它在分子生物學(xué)、免疫學(xué)基礎(chǔ)上融合了更多微機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)等，給食品檢驗(yàn)自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。該技術(shù)最早出現(xiàn)在20 世紀(jì)90年代，Affymetrix 公司推出的首塊寡核苷酸芯片標(biāo)志了它的誕生，其實(shí)現(xiàn)主要依托于原位合成、微量點(diǎn)樣技術(shù)，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(gòu)成密集二維分子排列，檢測(cè)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(shí)現(xiàn)更高效、高質(zhì)量的檢測(cè)。該技術(shù)在應(yīng)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(diǎn)樣兩種方法，前者借助了光導(dǎo)化學(xué)技術(shù)，比較適用于突變檢測(cè)場(chǎng)景，對(duì)于雜交測(cè)序等試驗(yàn)也能表現(xiàn)出較高的適用性；后者則借助液相化學(xué)理論，可合成寡核苷酸鏈探針，經(jīng)過陣列機(jī)、點(diǎn)樣儀等完成固定。

2.3 基因探針技術(shù)

基因探針技術(shù)又被稱為核酸分子雜交技術(shù)，起源于20 世紀(jì)70年代，靈敏性較高，可測(cè)出10-12～10-9分子量單位內(nèi)的核酸，操作時(shí)無需進(jìn)行復(fù)雜的純化培養(yǎng)，也無需擴(kuò)增菌輔助，因此準(zhǔn)確性比較有保障。其原理建立在生物工程、細(xì)胞工程基礎(chǔ)上，假設(shè)兩條不同來源的核酸鏈中，堿基序列是互補(bǔ)的，那么這兩條核酸鏈原料就可結(jié)合為分子雜交鏈，操作時(shí)提前對(duì)已知片段進(jìn)行標(biāo)記，就可通過探針檢測(cè)是否存在互補(bǔ)序列。探針型式較為多樣，對(duì)于已知DNA 靶序列，推薦采用短針法進(jìn)行檢測(cè)，通過自動(dòng)化學(xué)分析方式對(duì)判定DNA 進(jìn)行識(shí)別。與短針法不同，DNA 克隆技術(shù)的原理更復(fù)雜，需將DNA 提取出來，克隆、繁殖并標(biāo)識(shí)，費(fèi)用較高但專一性更好，操作環(huán)節(jié)需提取適量細(xì)菌樣本，使其在培養(yǎng)基上存活并形成克隆體，用無菌膜復(fù)制并釋放單一DNA 鏈，再使用探針進(jìn)行微生物鑒別和計(jì)數(shù)。

2.4 生物傳感器技術(shù)

生物傳感器是以電信號(hào)為依托進(jìn)行識(shí)別、檢測(cè)的特殊裝置，內(nèi)部同時(shí)配備接收器、轉(zhuǎn)換器，可對(duì)酶膜、線粒體電子等進(jìn)行選擇性識(shí)別，其采用固定化生物活性物質(zhì)作為催化劑，待檢測(cè)物質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)后，會(huì)在擴(kuò)散作用輔助下進(jìn)入生物活性材料，并經(jīng)過生物學(xué)反應(yīng)生成可識(shí)別信息，最終以電信號(hào)方式輸出和放大，完成待測(cè)物濃度測(cè)量。即使對(duì)于價(jià)格昂貴的試劑，生物傳感器也可實(shí)現(xiàn)反復(fù)、多次應(yīng)用，規(guī)避了傳統(tǒng)酶法分析中試劑費(fèi)用高且分析煩瑣的問題，檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差可控制在1%以內(nèi)。

2.5 免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)

免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展歷史較為悠久，現(xiàn)階段已經(jīng)衍生出諸多分支，其中免疫熒光分析（Immunological Fluorescence Assay，IFA）技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，需借助底物對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，該底物本身不會(huì)出現(xiàn)熒光反應(yīng)，但受到酶催化作用后，卻可轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒馕?，最終提升熒光強(qiáng)度，保障檢測(cè)精確性。此外，還有酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)、放射免疫技術(shù)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(yàn)中對(duì)鐮刀菌表現(xiàn)出了較高的特異性，檢測(cè)下限可達(dá)到102～103CFU·mL-1；后者則采用放射性核素作為標(biāo)記物，尤其適用于蛋白質(zhì)、激素等的檢測(cè)，3H、14C 等是最為常見的同位素標(biāo)記物[2]。

3 食品檢測(cè)中生物技術(shù)的應(yīng)用策略及路徑

3.1 食品致病菌檢測(cè)

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(cè)模式中，通常使用選擇性、非選擇性增菌[3]。整個(gè)過程耗時(shí)較長(zhǎng)，需4 ～7 h 得到結(jié)果，而應(yīng)用生物檢測(cè)技術(shù)中的PCR 技術(shù)、基因探針技術(shù)等，可更快捷地獲取檢測(cè)結(jié)果。近年來PCR 技術(shù)發(fā)展迅速，除常規(guī)PCR 外，還出現(xiàn)了半套式PCR，可對(duì)沙門氏菌中16SrRNA 進(jìn)行擴(kuò)增，片段為555 np，檢測(cè)敏感度高達(dá)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(dāng)其進(jìn)入人體后，會(huì)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(cè)多采用免疫學(xué)方法檢測(cè)，但部分菌株基因表達(dá)性較差，檢測(cè)精確度很難保證，時(shí)常出現(xiàn)假陰性問題，而已有試驗(yàn)采用PCR 技術(shù)對(duì)腸毒素中的SEB 基因開展檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)技術(shù)特異性極強(qiáng)，可在24 h 內(nèi)出具相關(guān)報(bào)告，檢測(cè)效率明顯提升，對(duì)致病性大腸桿菌的檢測(cè)中，同樣可靈活運(yùn)用PCR 技術(shù)、DNA 探針技術(shù)，但需做好引物的設(shè)計(jì)和選擇。此外，生物芯片、免疫檢測(cè)法等對(duì)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(duì)炭疽桿菌等表現(xiàn)尤為靈敏，檢測(cè)限低至10-15[4]。

3.2 轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)

近年來我國(guó)科技產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)迅速，以高效、高產(chǎn)為特征的轉(zhuǎn)基因技術(shù)也得到了快速發(fā)展。轉(zhuǎn)基因品種增多、性能更加優(yōu)良，在滿足食品物質(zhì)需求的同時(shí)，也帶來了新的隱患，亟需通過食品檢測(cè)技術(shù)強(qiáng)化管控。生物技術(shù)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(shù)以硝化纖維為載體，可在極短時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)，整個(gè)時(shí)長(zhǎng)約5 ～10 min，可在應(yīng)急狀況下使用。PCR檢測(cè)法同樣有著極高的適用性，在定性分析環(huán)節(jié)可對(duì)特異DNA 片段進(jìn)行提取、擴(kuò)增，借助瓊脂糖凝膠電流分離技術(shù)培養(yǎng)產(chǎn)物，完成目標(biāo)物的檢測(cè)識(shí)別。相關(guān)試驗(yàn)中，以轉(zhuǎn)基因常用花椰菜病毒啟動(dòng)子CaMV為材料，設(shè)計(jì)了針對(duì)性的雙鏈探針，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果優(yōu)良，系統(tǒng)對(duì)于35S片段表現(xiàn)出了較高的靈敏性。近年來食品檢測(cè)領(lǐng)域研究成果涌現(xiàn)，針對(duì)轉(zhuǎn)基因檢測(cè)的生物芯片也獲得了諸多學(xué)者關(guān)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(shè)有單鏈DNA 探針，可定量測(cè)定轉(zhuǎn)基因大豆粉含量，檢測(cè)下限可達(dá)2%[5]。該芯片被投產(chǎn)應(yīng)用后，進(jìn)一步加入了CaMV-CP 基因，可檢測(cè)大豆、玉米等轉(zhuǎn)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(zhì)。

3.3 農(nóng)藥及添加劑檢測(cè)

農(nóng)藥是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展演變的產(chǎn)物，其推廣應(yīng)用使農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅上升，果品、蔬菜等不再受病蟲害侵襲、干擾，整體品質(zhì)也獲得了明顯優(yōu)化，但受到種類、用量等問題影響，農(nóng)藥殘留問題始終困擾著現(xiàn)代食品安全管理，農(nóng)藥附著在食品表面并隨著食用過程進(jìn)入人體，很容易危害身體健康。以已經(jīng)禁用的DDT 農(nóng)藥為例，其物化性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，在環(huán)境中留存時(shí)間長(zhǎng)且不易分解，進(jìn)入人體后直接影響酶活性，導(dǎo)致代謝紊亂、內(nèi)分泌失調(diào)等問題?，F(xiàn)階段農(nóng)藥品種增多，低毒害性農(nóng)藥得到推廣應(yīng)用，但用量控制不當(dāng)同樣會(huì)造成含量超標(biāo)問題，影響食用者的身體健康。借助生物傳感器進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測(cè)，提取單克隆抗體應(yīng)用蛋白，借助專業(yè)機(jī)械將之固定于壓電晶體上，食品經(jīng)過傳感器范圍內(nèi)時(shí)，農(nóng)藥分子會(huì)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(jìn)一步分析實(shí)現(xiàn)濃度檢測(cè)目標(biāo)，研究表明該方法的農(nóng)藥下限可達(dá)1.5 ng·mL-1。同時(shí)，對(duì)農(nóng)藥、添加劑進(jìn)行檢測(cè)的免疫檢測(cè)技術(shù)也在不斷完善，如單克隆抗體檢測(cè)可較為精確地檢測(cè)食品中有機(jī)磷、有機(jī)氯類農(nóng)藥含量以及氨基甲酸酯類藥品含量，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)不超過10 min，對(duì)于磺胺二甲嘧啶也有較好的檢出效果，靈敏度可達(dá)50 ng·mL-1。此外，放射免疫也是藥物殘留檢測(cè)的重要手段，可對(duì)水產(chǎn)品、肉類產(chǎn)品等農(nóng)藥進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，實(shí)踐環(huán)節(jié)要結(jié)合需求進(jìn)行選取。

4 結(jié)語

綜上所述，生物技術(shù)具有特異性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)勢(shì)，能夠較好地適應(yīng)差異化、多元化的食品檢測(cè)需求，在實(shí)踐環(huán)節(jié)務(wù)必要正視其功能價(jià)值，結(jié)合目標(biāo)物特性、含量等選擇適宜的檢測(cè)方法，充分發(fā)揮DNA 探針檢測(cè)、PCR 檢測(cè)技術(shù)、生物芯片檢測(cè)技術(shù)等優(yōu)越性，合理控制食品中的致病菌、農(nóng)藥含量，科學(xué)評(píng)估轉(zhuǎn)基因食品成分的危害性，為食品安全保駕護(hù)航。