DNA條形碼技術(shù)在食品真?zhèn)舞b定中的應(yīng)用研究

Research on the Application of DNA Barcoding Technology in Food Authenticity Identification

LI Xiaoyue （Yunnan Sanzheng Testing Technology Co.，Ltd.， Kunming 650106， China）

Abstract： This paper elaborates on the specific application scenarios of DNA barcoding technology in the authenticityidentificationofdiferent foodcategories suchas meat，aquatic products，fruits，vegetables and processed products.It analyzes the core challnges faced by the current technology promotion，including detection costs， standard systems and talent reserves，and puts forward targeted solutions，aiming to provide theoretical reference for promoting the standardized application of this technology in the food field.

Keywords： DNA barcoding technology; food authenticity identification; food safety

食品摻假、以次充好等亂象嚴(yán)重威脅消費(fèi)者的身體健康與市場公平，傳統(tǒng)理化檢測方法在物種鑒別和加工食品溯源中存在局限性。DNA條形碼技術(shù)通過比對特定基因序列能夠精準(zhǔn)識別物種，為食品真?zhèn)舞b定提供新思路。本文聚焦該技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用、挑戰(zhàn)及對策，以期為技術(shù)優(yōu)化和行業(yè)監(jiān)管提供參考。

1DNA條形碼技術(shù)在不同食品真?zhèn)舞b定中的應(yīng)用

1.1肉類食品真?zhèn)舞b定

DNA條形碼技術(shù)在肉類食品真?zhèn)舞b定中展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢，尤其在應(yīng)對復(fù)雜加工條件下物種成分的精準(zhǔn)鑒別方面具有不可替代性[]。肉類摻假問題普遍存在于混合肉制品或深加工產(chǎn)品中，傳統(tǒng)方法難以區(qū)分高度相似的動物源性成分，而DNA條形碼技術(shù)通過提取并擴(kuò)增樣本中穩(wěn)定的線粒體COI基因片段，能夠有效識別不同物種的特異性序列差異[2]。針對市場上常見的牛羊肉摻假現(xiàn)象，該技術(shù)可快速甄別出豬肉、鴨肉等低價肉類的非法添加，甚至可追溯至特定地理種群或品種，為打擊以次充好的商業(yè)欺詐行為提供科學(xué)依據(jù)[3]。

1.2水產(chǎn)品真?zhèn)舞b定

水產(chǎn)品因其種類繁多且形態(tài)特征易在加工過程中發(fā)生變化，成為食品真?zhèn)舞b定的重點(diǎn)對象。DNA條形碼技術(shù)通過比對魚類、貝類等水產(chǎn)品的特定基因序列，可準(zhǔn)確識別冷凍、腌制或罐裝制品的真實(shí)物種組成。在魚類制品檢測中，DNA條形碼技術(shù)通常選取細(xì)胞色素氧化酶亞基I基因作為標(biāo)準(zhǔn)條形碼，有效區(qū)分外形相近但經(jīng)濟(jì)價值差異顯著的物種，如將高價鱈魚與低價油魚進(jìn)行鑒別，避免消費(fèi)者因錯誤標(biāo)識遭受經(jīng)濟(jì)損失[4]。在貝類制品檢測中，該技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)方法對完整殼體形態(tài)的依賴，通過分析COI基因、16SrRNA基因等線粒體標(biāo)記，即使樣本經(jīng)過去殼、切碎或調(diào)味處理，仍可精準(zhǔn)判定牡蠣、扇貝等軟體動物的種屬信息。對于魚糜、魚丸等深加工水產(chǎn)品，通過添加蛋白酶K和離液鹽等方法優(yōu)化DNA提取流程，DNA條形碼技術(shù)可有效克服加工過程中核酸片段斷裂、抑制劑殘留等技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中目標(biāo)物種的穩(wěn)定檢出[5]。此外，該技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖品與野生捕撈產(chǎn)品的溯源區(qū)分方面也具有潛在應(yīng)用價值，為規(guī)范市場秩序和生態(tài)資源保護(hù)提供雙重支撐[。

1.3果蔬及加工制品真?zhèn)舞b定

果蔬及其加工制品的真?zhèn)舞b定長期面臨原料形態(tài)破壞、成分混合度高以及加工工藝干擾等挑戰(zhàn)。DNA條形碼技術(shù)通過分子層面的物種特異性識別，為果蔬及加工制品的真?zhèn)舞b定提供了創(chuàng)新解決方案。在鮮果蔬菜領(lǐng)域，該技術(shù)可精準(zhǔn)鑒別外觀相似但品種差異顯著的經(jīng)濟(jì)作物，區(qū)分不同產(chǎn)地的蘋果品種。針對果汁、果醬等加工制品，DNA條形碼技術(shù)能夠有效檢測摻假行為，如通過檢測柑橘類飲品中是否摻入廉價柚類成分，或識別聲稱純天然的混合果汁中隱藏的合成添加劑來源[。在橄欖油、香料粉末等深加工產(chǎn)品的原料瀕源中，DNA條形碼技術(shù)可突破傳統(tǒng)理化分析對特征成分的依賴，直接通過植物細(xì)胞殘留的DNA片段判定原料的真實(shí)物種，如鑒別特級初榨橄欖油中是否摻雜低質(zhì)油橄欖品種[8]

2食品真?zhèn)舞b定中應(yīng)用DNA條形碼技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

2.1檢測成本較高，普及推廣難度大

DNA條形碼技術(shù)在食品真?zhèn)舞b定中的廣泛應(yīng)用受到檢測成本的制約。技術(shù)實(shí)施需依賴高精度測序設(shè)備、專用試劑及配套分析軟件，其初期投入與日常維護(hù)費(fèi)用給中小型食品企業(yè)及基層檢測機(jī)構(gòu)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。以高通量測序?yàn)槔?，單次檢測涉及的樣本制備、基因擴(kuò)增及序列分析環(huán)節(jié)均需消耗大量耗材，而針對復(fù)雜加工食品的檢測還需額外增加DNA純化與富集等步驟，進(jìn)一步增加成本[。此外，技術(shù)推廣過程中的人員培訓(xùn)與實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證等隱性支出也不容忽視。在資源有限的地區(qū)，檢測機(jī)構(gòu)往往因成本壓力被迫縮減檢測頻次或降低樣本覆蓋率，導(dǎo)致長期存在監(jiān)管盲區(qū)。對于市場價格敏感的低附加值食品而言，高昂的檢測成本與產(chǎn)品利潤之間的不平衡也進(jìn)一步削弱了企業(yè)主動采用該技術(shù)的意愿，使得技術(shù)普及陷入“需求迫切但應(yīng)用受限”的困境。

2.2相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善統(tǒng)一

當(dāng)前DNA條形碼技術(shù)在食品真?zhèn)舞b定領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程滯后于技術(shù)發(fā)展，嚴(yán)重制約檢測結(jié)果的權(quán)威性與可比性。不同國家或行業(yè)組織針對同一類食品采用的基因標(biāo)記片段存在差異，部分標(biāo)準(zhǔn)推薦使用COI基因，而另一些則主張ITS或rbcL序列作為核心條形碼，這種差異直接導(dǎo)致跨區(qū)域檢測報告互認(rèn)困難[10]。此外，參考數(shù)據(jù)庫的覆蓋度與更新頻率不足問題突出，許多區(qū)域性特色物種或新鑒定的雜交品種缺乏標(biāo)準(zhǔn)序列數(shù)據(jù)，致使檢測結(jié)果出現(xiàn)“假陰性”風(fēng)險。在加工食品檢測中，DNA降解程度與檢測限閾值缺乏統(tǒng)一界定標(biāo)準(zhǔn)，不同實(shí)驗(yàn)室對同一樣本可能得出矛盾結(jié)論。此外，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對新興食品形態(tài)，如植物基合成肉、細(xì)胞培養(yǎng)水產(chǎn)等創(chuàng)新產(chǎn)品的適應(yīng)性不足，標(biāo)準(zhǔn)體系更新滯后無法匹配食品工業(yè)快速迭代的需求，嚴(yán)重削弱技術(shù)應(yīng)用的時效性與前瞻性。

2.3 檢測人員專業(yè)知識和能力要求高

DNA條形碼技術(shù)的全流程實(shí)施高度依賴檢測人員的專業(yè)化水平，這對技術(shù)推廣形成顯著人才壁壘。從樣本采集環(huán)節(jié)開始，需嚴(yán)格避免外源DNA污染或目標(biāo)核酸降解，操作者必須熟練掌握不同食品基質(zhì)的預(yù)處理方法，如針對高脂肪肉類或高溫滅菌果汁的差異化DNA提取策略。在基因擴(kuò)增階段，引物設(shè)計優(yōu)化與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PolymeraseChainReaction，PCR）條件調(diào)控需要扎實(shí)的分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)，以避免非特異性擴(kuò)增或引物二聚體干擾。數(shù)據(jù)解析環(huán)節(jié)則要求人員具備生物信息學(xué)分析能力，能準(zhǔn)確比對公共數(shù)據(jù)庫并排除近緣物種的序列相似性干擾。然而，當(dāng)前食品檢測領(lǐng)域從業(yè)者多集中于傳統(tǒng)理化分析方向，兼具分子檢測技能與食品科學(xué)背景的復(fù)合型人才嚴(yán)重短缺。部分機(jī)構(gòu)因人員操作失誤導(dǎo)致的假陽性或假陰性結(jié)果，不僅降低了檢測機(jī)構(gòu)的公信力，還可能引發(fā)法律糾紛。此外，技術(shù)更新速度與人員繼續(xù)教育機(jī)制不匹配的問題日益凸顯，許多地區(qū)檢測機(jī)構(gòu)仍沿用陳舊的實(shí)驗(yàn)方案，難以適應(yīng)快速迭代的檢測需求。

3解決食品真?zhèn)舞b定中DNA條形碼技術(shù)應(yīng)用挑戰(zhàn)的建議

3.1加強(qiáng)檢測技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，降低技術(shù)應(yīng)用門檻

推動DNA條形碼技術(shù)在食品真?zhèn)舞b定中的廣泛應(yīng)用，急需通過技術(shù)創(chuàng)新破解成本與效率的制約。① 優(yōu)先研發(fā)模塊化集成檢測系統(tǒng)，將核酸提取、擴(kuò)增、測序及數(shù)據(jù)分析功能整合至單一設(shè)備平臺，通過自動化操作減少人工干預(yù)與設(shè)備占地面積，同時縮短檢測周期以提升單位時間樣本處理量。 ② 針對高油脂、高溫加工等復(fù)雜食品基質(zhì)，開發(fā)新型磁珠吸附法或微流控芯片技術(shù)，利用表面修飾材料增強(qiáng)對降解DNA片段的捕獲效率，降低試劑消耗并提升低濃度樣本檢出率[11-12]。 ③ 構(gòu)建區(qū)域性技術(shù)共享網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)合高校、科研院所與第三方檢測機(jī)構(gòu)建立公共實(shí)驗(yàn)平臺，通過設(shè)備租賃、技術(shù)外包等形式降低中小企業(yè)的初期投入成本。 ④ 探索基于便攜式恒溫擴(kuò)增裝置的現(xiàn)場快速檢測模式，結(jié)合智能手機(jī)圖像識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)即時結(jié)果判讀，為基層市場監(jiān)管部門提供經(jīng)濟(jì)可行的移動解決方案。 ⑤ 推進(jìn)人工智能算法在序列比對環(huán)節(jié)的應(yīng)用，訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型識別近緣物種的細(xì)微序列差異，減少對高精度測序設(shè)備的依賴，逐步形成適用于不同應(yīng)用場景的技術(shù)梯度體系。

3.2進(jìn)一步完善并動態(tài)更新檢測技術(shù)全流程標(biāo)準(zhǔn)

提升DNA條形碼技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性與普適性，需建立全鏈條標(biāo)準(zhǔn)化體系。 ① 由國家級標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)牽頭，聯(lián)合食品科學(xué)、分子生物學(xué)及法律領(lǐng)域?qū)＜?，制定覆蓋樣本采集、DNA提取、序列分析與結(jié)果判讀的標(biāo)準(zhǔn)化操作指南，明確不同食品類別的最優(yōu)基因標(biāo)記選擇原則。 ② 構(gòu)建開放式參考數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新機(jī)制，定期納入新發(fā)現(xiàn)物種、人工選育品種及跨境貿(mào)易常見物種的基因序列，并通過區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)溯源與全球共享。 ③ 針對深加工食品設(shè)立分級檢測標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)DNA降解程度設(shè)定差異化的檢測限閥值，并建立加工工藝與DNA穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)模型以指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)修訂[13]。 ④ 強(qiáng)化國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同，通過參與國際食品法典委員會等組織推動檢測方法互認(rèn)，減少技術(shù)壁壘對跨境食品貿(mào)易的制約。

3.3定期組織專業(yè)技能培訓(xùn)，組建專業(yè)人才隊伍

破解人才短缺困境需構(gòu)建多層次人才培養(yǎng)與能力提升機(jī)制。 ① 聯(lián)合高校與檢測機(jī)構(gòu)開設(shè)食品分子檢測技術(shù)專項課程，將DNA條形碼技術(shù)理論、實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)分析納入食品科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)核心培養(yǎng)體系。 ② 依托國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)立技術(shù)培訓(xùn)中心，分層次開展檢測人員技能提升計劃。針對基層操作人員設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化操作模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還原復(fù)雜樣本的處理場景；面向高級技術(shù)人員開設(shè)引物設(shè)計優(yōu)化、種屬進(jìn)化樹構(gòu)建等進(jìn)階課程。 ③ 建立行業(yè)資格認(rèn)證制度，通過定期考核與繼續(xù)教育學(xué)分制確保從業(yè)人員知識體系與技術(shù)水平的同步更新。 ④ 實(shí)施人才梯度引進(jìn)計劃，對掌握跨學(xué)科技能的復(fù)合型人才提供專項補(bǔ)貼與職業(yè)發(fā)展通道，同時通過國際學(xué)術(shù)交流引入先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，逐步打造兼具科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)服務(wù)能力的專業(yè)檢測團(tuán)隊。

4結(jié)語

綜上所述，DNA條形碼技術(shù)在肉類、水產(chǎn)品、果蔬及加工制品等各類食品的真?zhèn)舞b定中展現(xiàn)出顯著成效，能精準(zhǔn)判別食品來源、追蹤流通路徑以及鑒定加工制品成分。然而，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中面臨檢測成本高、標(biāo)準(zhǔn)不完善以及對檢測人員專業(yè)要求高的挑戰(zhàn)。通過加強(qiáng)檢測技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)、完善并動態(tài)更新檢測標(biāo)準(zhǔn)以及定期組織專業(yè)技能培訓(xùn)等舉措，有望突破這些障礙。展望未來，隨著技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化與推廣，DNA條形碼技術(shù)將在保障食品安全、維護(hù)市場穩(wěn)定方面發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用，為食品行業(yè)的健康發(fā)展保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

[1]朱秀敏，王彩君.DNA條形碼技術(shù)在牛肉及其制品鑒別中的應(yīng)用[J].邢臺學(xué)院學(xué)報，2017，32（2）：180-182.

[2]勵炯，江海，吳瓊，等.基于COI序列的DNA微條形碼技術(shù)鑒別熟肉制品中11種肉摻假的研究[J].食品工業(yè)科技，2021，42（2）：99-104.

[3]劉昊，陳淑賢.DNA宏條形碼技術(shù)成為肉類成分鑒定的新方法[J].湖南農(nóng)業(yè)，2022（7）：50-51.

[4]黃曼虹，熊雄，袁方穎，等.微型DNA條形碼在水產(chǎn)類物種摻假檢測中的應(yīng)用[J]生物加工過程，2021，19（3）：337-344.

[5]黃玉，王正亮，潘海波，等.基于DNA檢測的動物性水產(chǎn)品鑒偽技術(shù)研究進(jìn)展[J].水產(chǎn)科學(xué)，2021，40（6）：934-942.

[6]余海軍，王茜.DNA條形碼在水生動物物種鑒定中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（16）：1-3.

[7]趙玲，張娟，蘇健裕.分子生物技術(shù)在果汁鑒偽中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀[J].中國釀造，2020，39（11）：16-20.

[8]張欣，于瑞祥，方曉明，等.橄欖油摻假檢測技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國油脂，2013，38（3）：67-71.

[9]牛家樂，費(fèi)鑫楊，傅寅旭，等.DNA條形碼技術(shù)在加工食品鑒定中的應(yīng)用[J].山東化工，2019，48（10）：61-64.

[10]邢冉冉，吳亞君，陳穎.宏條形碼技術(shù)在食品物種鑒定中的應(yīng)用及展望[J].食品科學(xué)，2018，39（13）：280-288.

[11]徐毅，鐘鵬，趙崗，等.食品真實(shí)性鑒別技術(shù)研究進(jìn)展[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，42（3）：108-119.

[12]甘永琦，盧曼曼，賴青鳥，等.高通量測序技術(shù)在肉類摻假檢測中的應(yīng)用進(jìn)展[J].生物工程學(xué)報，2022，38（2）：411-426.

[13]勵炯，吳瓊，江海，等.DNA條形碼技術(shù)在食用血制品摻雜成分鑒別中的應(yīng)用[J].食品與機(jī)械，2023，39（5）：43-48.