生物檢測(cè)技術(shù)在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用分析

作者簡(jiǎn)介：趙浩（1987—），男，內(nèi)蒙古通遼人，本科，工程師。研究方向：食品檢測(cè)。

摘 要：本文通過(guò)對(duì)酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)、生物傳感器技術(shù)和生物芯片技術(shù)等主流生物檢測(cè)技術(shù)的原理和特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并結(jié)合這些技術(shù)在食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)、食品中微生物檢測(cè)、食品過(guò)敏原檢測(cè)和食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)方面的具體應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，揭示了生物檢測(cè)技術(shù)憑借其高效、靈敏、特異、快速等優(yōu)點(diǎn)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。研究表明，生物檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了食品安全檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，為保障食品安全、維護(hù)消費(fèi)者健康提供了有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：生物檢測(cè)技術(shù)；食品安全；酶聯(lián)免疫吸附；聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

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(wèn)題一直以來(lái)都是全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)食品安全和質(zhì)量的要求日益提升[1]。然而，食品可能受到各種有害物質(zhì)的污染，如農(nóng)藥殘留、微生物污染、過(guò)敏原和非法添加物等，嚴(yán)重威脅著消費(fèi)者的身體健康。傳統(tǒng)的食品檢驗(yàn)方法，如化學(xué)分析法、物理分析法等，存在著操作復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、靈敏度不高等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代食品安全檢測(cè)的需求。近年來(lái)，生物檢測(cè)技術(shù)憑借其高效、靈敏、特異和快速等優(yōu)點(diǎn)，在食品檢驗(yàn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，并且在食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)、微生物檢測(cè)、過(guò)敏原檢測(cè)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)和食品添加劑檢測(cè)等方面發(fā)揮著重要作用。

1 食品檢驗(yàn)中的生物檢測(cè)技術(shù)類型

1.1 酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)

酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)（Enzyme Linked Immunosorbent

Assay，ELISA）是一種基于抗原-抗體特異性結(jié)合反應(yīng)和酶催化反應(yīng)的高靈敏度、高特異性的生物檢測(cè)技術(shù)[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(biāo)記的抗體或抗原進(jìn)行特異性結(jié)合，通過(guò)酶促反應(yīng)生成可測(cè)信號(hào)，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)定量或定性分析待測(cè)物質(zhì)。ELISA具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、特異性強(qiáng)以及可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)、微生物毒素檢測(cè)、過(guò)敏原檢測(cè)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(fù)雜，容易受到基質(zhì)效應(yīng)的干擾，某些小分子物質(zhì)（如農(nóng)藥）與抗體結(jié)合力較弱，導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度降低。此外，ELISA檢測(cè)通常需要專用的儀器設(shè)備和訓(xùn)練有素的操作人員，對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件要求較高。盡管如此，ELISA憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，仍然是當(dāng)前食品檢驗(yàn)領(lǐng)域最常用、最成熟的生物檢測(cè)技術(shù)之一。

1.2 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）技術(shù)是一種基于DNA分子擴(kuò)增原理的高靈敏度、高特異性的核酸檢測(cè)技術(shù)[3]。其基本原理是通過(guò)設(shè)計(jì)特異性引物，在聚合酶的作用下，對(duì)目標(biāo)DNA片段進(jìn)行循環(huán)擴(kuò)增，每個(gè)循環(huán)包括變性、退火和延伸3個(gè)步驟，經(jīng)過(guò)多個(gè)循環(huán)后，目標(biāo)DNA片段被指數(shù)級(jí)擴(kuò)增，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微量目標(biāo)物的檢測(cè)。PCR技術(shù)具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、檢測(cè)速度快以及可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品中病原微生物、轉(zhuǎn)基因成分、食品摻假等方面的檢測(cè)。然而，PCR技術(shù)也存在一些局限性，如容易受到樣品中PCR抑制物質(zhì)（如多糖、脂肪等）的干擾，導(dǎo)致假陰性結(jié)果；引物設(shè)計(jì)不當(dāng)可能導(dǎo)致非特異性擴(kuò)增，產(chǎn)生假陽(yáng)性結(jié)果；PCR產(chǎn)物易受污染，需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作規(guī)范。此外，PCR技術(shù)只能檢測(cè)到目標(biāo)物的核酸片段，無(wú)法直接反映其活性和毒性，因此在某些應(yīng)用中需要與其他檢測(cè)方法聯(lián)用。

1.3 生物傳感器技術(shù)

生物傳感器技術(shù)是一種集生物識(shí)別元件和物理化學(xué)傳感器為一體的高靈敏度、高選擇性的生物檢測(cè)技術(shù)。其基本原理是利用生物識(shí)別元件（如酶、抗體、核酸探針等）與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生特異性生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的物理化學(xué)信號(hào)被傳感器轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的定性或定量檢測(cè)[4]。生物傳感器技術(shù)具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便和可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品中農(nóng)藥殘留、重金屬、微生物毒素和過(guò)敏原等物質(zhì)的檢測(cè)。然而，生物傳感器技術(shù)也存在一些局限性，如生物識(shí)別元件的制備和固定化過(guò)程較為復(fù)雜，穩(wěn)定性和重現(xiàn)性有待提高；容易受到溫度、pH值等因素的影響，導(dǎo)致檢測(cè)性能下降；某些食品基質(zhì)成分可能對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾，需要進(jìn)行樣品預(yù)處理。此外，生物傳感器的商業(yè)化應(yīng)用還面臨成本較高、批量生產(chǎn)難度大等挑戰(zhàn)。

1.4 生物芯片技術(shù)

生物芯片技術(shù)是一種集成了生物學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科前沿成果的高通量、微型化、自動(dòng)化分析技術(shù)。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(zhì)、多肽等），通過(guò)探針與靶標(biāo)分子（待測(cè)物）的特異性相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶標(biāo)分子的高通量、并行檢測(cè)和分析。生物芯片技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于其高通量和微型化特性，可在單張芯片上同時(shí)分析成千上萬(wàn)個(gè)生物分子，大大提高了檢測(cè)效率；同時(shí)，生物芯片所需樣品量少，靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)痕量物質(zhì)檢測(cè)。此外，生物芯片的分析過(guò)程可高度自動(dòng)化，減少了人為操作誤差，提高了檢測(cè)的重現(xiàn)性和可靠性。然而，生物芯片技術(shù)也存在一些局限性，如芯片制備成本高，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作人員的要求高，數(shù)據(jù)分析和解釋復(fù)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(biāo)準(zhǔn)化程度不高，在實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

2 生物檢測(cè)技術(shù)在食品檢驗(yàn)中的具體應(yīng)用

2.1 食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)

生物檢測(cè)技術(shù)在食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，極大地提高了農(nóng)藥殘留檢測(cè)的靈敏度、特異性和效率。酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)是應(yīng)用最為成熟和廣泛的生物檢測(cè)技術(shù)之一，其利用農(nóng)藥殘留物與特異性抗體的高親和力結(jié)合，通過(guò)酶促反應(yīng)將結(jié)合信號(hào)放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥殘留的高靈敏度檢測(cè)。例如，文孟棠等[5]利用ELISA技術(shù)建立了蔬菜中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥檢測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的靈敏、準(zhǔn)確檢測(cè)。與此同時(shí)，生物傳感器技術(shù)得到了快速發(fā)展，生物傳感器通過(guò)將農(nóng)藥特異性抗體或酶固定在電極表面，農(nóng)藥殘留物與之結(jié)合后引起電信號(hào)變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的快速、靈敏檢測(cè)。例如，田川川等[6]基于核酸適配體開(kāi)發(fā)了用于檢測(cè)大米中丙溴磷殘留的生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)丙溴磷的特異性檢測(cè)。此外，新興的納米材料如量子點(diǎn)、納米金等，也為提高農(nóng)藥殘留檢測(cè)的靈敏度和選擇性提供了新的途徑。生物芯片技術(shù)憑借其高通量、微型化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)多種農(nóng)藥殘留的同時(shí)快速檢測(cè)。隨著生物檢測(cè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善，多種技術(shù)聯(lián)用、微型化集成化等已成為發(fā)展趨勢(shì)，必將為食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)提供更加高效、靈敏、便捷的檢測(cè)手段。

2.2 食品中的微生物檢測(cè)

生物檢測(cè)技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，極大地提高了食源性致病菌的檢測(cè)靈敏度、特異性和速度。①聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)是食品微生物檢測(cè)中最常用的核酸擴(kuò)增技術(shù)，其通過(guò)特異性引物將目標(biāo)微生物的特征基因片段進(jìn)行指數(shù)擴(kuò)增，結(jié)合熒光探針或者瓊脂糖凝膠電泳即可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)微生物的定性或定量檢測(cè)。例如，張娟等[7]利用擴(kuò)增阻滯突變系統(tǒng)-聚合酶鏈?zhǔn)郊夹g(shù)對(duì)牛奶中的金黃色葡萄球菌進(jìn)行了快速、特異性檢測(cè)，為控制乳制品中金黃色葡萄球菌污染提供了有效的檢測(cè)手段。②生物傳感器技術(shù)近年來(lái)在食品微生物檢測(cè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，基于核酸適配體的生物傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中沙門氏菌、大腸桿菌O157：H7等致病菌的快速、靈敏檢測(cè)。此外，免疫磁性分離技術(shù)與核酸檢測(cè)技術(shù)聯(lián)用，可有效解決食品基質(zhì)復(fù)雜、致病菌濃度低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)致病菌的高靈敏度富集和檢測(cè)。

2.3 食品過(guò)敏原檢測(cè)

食品過(guò)敏原檢測(cè)是食品安全監(jiān)管的重要內(nèi)容，而生物檢測(cè)技術(shù)則在食品過(guò)敏原檢測(cè)中扮演著至關(guān)重要的角色。酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定是目前應(yīng)用最為廣泛的過(guò)敏原檢測(cè)方法之一，其原理是利用過(guò)敏原與特異性抗體的高親和力，通過(guò)酶促反應(yīng)將結(jié)合信號(hào)放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)敏原的高靈敏度、特異性檢測(cè)。例如，利用ELISA技術(shù)可建立花生過(guò)敏原Ara h 1的檢測(cè)方法，為防控花生及其制品中的過(guò)敏原提供有力工具。

PCR技術(shù)，尤其是多重PCR技術(shù)，可同時(shí)檢測(cè)多種過(guò)敏原基因，是食品過(guò)敏原篩查的另一重要手段。例如，程芳[8]開(kāi)發(fā)了一種復(fù)合PCR方法，可同時(shí)檢測(cè)花生、大豆、小麥和芝麻等10種常見(jiàn)食品過(guò)敏原的特異性基因序列。該方法以過(guò)敏原特異性引物和探針為核心，通過(guò)優(yōu)化PCR反應(yīng)條件，在單次PCR反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了多種過(guò)敏原DNA的同時(shí)擴(kuò)增和檢測(cè)，為食品中過(guò)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(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和類似抗體的特異性識(shí)別能力，可以克服加工因素的干擾，實(shí)現(xiàn)食品過(guò)敏原的靈敏檢測(cè)。例如，王晶晶[9]基于核酸適配體開(kāi)發(fā)的牛奶過(guò)敏原β-乳球蛋白的電化學(xué)生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超高溫滅菌乳中β-乳球蛋白的特異性檢測(cè)。此外，新興的生物芯片技術(shù)也在食品過(guò)敏原多組分同時(shí)檢測(cè)中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?；谶^(guò)敏原特異性抗體或適配體芯片，可對(duì)多種食品中的主要過(guò)敏原進(jìn)行高通量篩查。

2.4 食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)

生物檢測(cè)技術(shù)在食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用，為食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化及膳食營(yíng)養(yǎng)評(píng)估提供了重要的技術(shù)支持。酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定技術(shù)憑借其高靈敏度和特異性的優(yōu)勢(shì)，在食品蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)定量檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。例如，武傳香等[10]利用競(jìng)爭(zhēng)ELISA法建立了雞蛋中維生素B1含量的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)維生素B1的特異性、靈敏度檢測(cè)。

近年來(lái)，核酸適配體生物傳感器在食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域也得到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)抗體相比，核酸適配體具有易于人工合成、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易于修飾等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于食品基質(zhì)復(fù)雜、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較低的檢測(cè)。張建國(guó)等[11]基于核酸適配體開(kāi)發(fā)了嬰兒食品添加劑中維生素B2的熒光傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)維生素B2含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)種類繁多，傳統(tǒng)的單一營(yíng)養(yǎng)素檢測(cè)方法已無(wú)法滿足營(yíng)養(yǎng)評(píng)估的需求?；谖⒘骺匦酒亩嘀貭I(yíng)養(yǎng)素生物傳感器的出現(xiàn)，為食品營(yíng)養(yǎng)綜合評(píng)價(jià)提供了新的途徑。通過(guò)在芯片表面固定多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特異性識(shí)別分子（如抗體、適配體等），可實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)標(biāo)志物的同時(shí)檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率。此外，生物檢測(cè)技術(shù)與其他分析技術(shù)的聯(lián)用，如免疫親和-液相色譜聯(lián)用技術(shù)，可進(jìn)一步提高食品復(fù)雜基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

生物檢測(cè)技術(shù)憑借其高效、靈敏、特異、快速等優(yōu)點(diǎn)，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)、生物傳感器技術(shù)和生物芯片技術(shù)等先進(jìn)生物檢測(cè)技術(shù)在食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)、微生物檢測(cè)、過(guò)敏原檢測(cè)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)檢測(cè)等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。隨著生物學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，新型生物檢測(cè)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，檢測(cè)的靈敏度、特異性和通量不斷提高。未來(lái)，生物檢測(cè)技術(shù)有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微型化、集成化和智能化，為食品安全提供更加快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、便捷的檢測(cè)手段，進(jìn)而維護(hù)消費(fèi)者健康。相信通過(guò)產(chǎn)學(xué)研各界的共同努力，生物檢測(cè)技術(shù)必將在食品安全領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為保障食品安全、促進(jìn)食品產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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