分子生物学技术在食品检验中的应用

刘雪 宋菁景 林小晖

摘 要：食品安全事关人们的生命健康，受到人们的广泛关注，食品检验是保证人们饮食安全的重要环节。近年来，现代分子生物学技术发展迅速，因其快速、灵敏、高效等特点，在食品检验方面的应用广泛。本文主要对分子生物学技术在食品检验领域中的应用进行探讨，以期为食品检验技术的发展提供依据。

关键词：分子生物学技术;食品检验;聚合酶链式反应（PCR）

Application of Molecular Biology Technology in Food Inspection

LIU Xue， SONG Jingjing， LIN Xiaohui

（Jinan Food and Drug Inspection Center， Jinan 250000， China）

Abstract： Product safety is related to people’s life and health， by wide attention， food inspection is an important link to ensure people’s food safety. In recent years， modern molecular biology technology has developed rapidly， because of its rapid， sensitive， efficient and other characteristics， it is widely used in food inspection.This paper mainly discusses the application of molecular biology technology in the food inspection field， in order to provide a basis for the development of food inspection technology.

Keywords： molecular biology technique; food inspection; Polymerase Chain Reaction（PCR）

1 分子生物学技术对食品检验的意义

食品是人们生存和发展的物质基础，与人们的身体健康息息相关。食品原料真伪的鉴别、转基因食品检测、微生物污染等是影响食品质量和安全的关键因素，对这些项目进行严格检验，从而将安全理念贯彻落实于食品产销的全过程，对保证居民饮食安全具有重要意义。随着科技的不断进步，分子生物学技术在食品检验检测领域得到了更多的关注和应用，该检测技术以核酸、蛋白质等生物大分子作为目标检测物，可以克服传统显微镜检、理化鉴别和生化分析等方法灵敏度低、操作烦琐、特异性差等不足，能够更加快速、高效地检测食品相关指标，对食品安全性作出准确判定。鉴于其检测结果灵敏度更高、特异性更强的特点，在食品安全检验中，应发挥好分子生物学技术的优势，继续提升其与新技术的融合，提升食品安全检测的高效性和准确性，给食品安全提供有力的技术支持和保障。

2 食品检验常用的分子生物学技术

2.1 聚合酶链式反应技术

该技术原理是在DNA聚合酶的作用下，通过特异性引物，在体外高速扩增特定DNA分子片段，实现在生物体外的DNA复制，再根据其基因序列比对确定生物的基因型。该技术由于具有快速、灵敏等优势，被广泛用于食品检验的各项领域，但在检验微生物时，存在死亡细菌的情况下容易出现检测误差。近年来，与新技术相融合形成的荧光实时定量聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）技术、多重PCR技术、微滴式数字PCR技术等，能有效解决特异性和定量性问题，在食品检验中应用更加深入，在未来的食品检验中发挥更重要的作用。

2.2 基因探针技术

基因探针技术是利用被标记物标记的已知序列的单链核酸片段，能与之互补的核酸序列配对，标记物释放信号，从而对某一特异性的序列进行探查，可用于样品中特定基因序列的检测。基因探针技术广泛应用于微生物的检测，将某微生物特异性的核酸序列片段通过分离标记后制成核酸探针，通过特异性配对反应，即可检测出食品中是否存在特定病原微生物。这种检测方法操作难度较低、灵敏度高，但设备成本高，得出检测结果的速度较慢。

2.3 生物芯片技术

生物芯片技术是借助生物分子的亲和反应，研究被检测生物是否具有不同种类的生物分子并精确计算其含量。基本原理是借助微电子和微加工技术，将已知序列、固定标记的探针集成在固态基片表面形成生物芯片，通过杂交分析待检标本的相应成分，实现对DNA、蛋白质等生物成分的高通量检测。这是集化学、物理、计算机学科于一体的学科交叉的新技术，流程化和自动化水平较高，能同时在一个芯片上检测多种生物分子，适用于大规模檢测，被广泛应用于筛选检测药物、寻找新基因、检测微生物以及临床诊断，是当前常用的检验技术之一[1]。

2.4 酶联免疫分析技术

酶联免疫分析技术将免疫学和酶学进行结合，制作既有免疫活性又有酶活性的酶标抗体，可与抗原发生反应，也具有酶底物催化的功能，抗原抗体反应后，添加酶反应底物，通过底物的显色程度进行定性或定量分析。酶的高催化效率可有效放大反应程度，提高检测结果的灵敏度和稳定性。该技术可以对食品中农药残留、致病微生物等进行精准检测，且具有高灵敏度、快捷方便、分析容量大及检测成本低等优势，在世界各国的食品安全检测中得到了广泛应用。大肠杆菌、李斯特氏菌和沙门氏菌等常见食品源性致病菌都使用此技术进行检测。

2.5 生物传感器技术

生物传感器是将生物活性物质酶、蛋白质、DNA等固定化为敏感原件与适当的理化换能器（氧电极、光敏管、压电晶体等）及信号放大器组成分析检测装置。待测物质与分子识别元件特异性结合产生生化反应，通过信号转换元件将生化反应信号转化为可定量处理的光信号或电信号，信号强弱与待测物的浓度成比例[2]。该技术可以检测食品的口味、成熟度及奶、肉制品的新鲜程度，且具有灵敏度高、操作简单、维护方便的优点，有助于食品检测自动化水平的提升。目前葡萄糖传感器可获取葡萄糖成分及含量，有比较成熟的应用;免疫传感器基于抗体或抗原作为特定的生物传感元素，可以专一性检验特定物质，且具有小型化、价格低廉的优点，具备实时监测的潜能。

3 分子生物技术在食品检验中的应用

3.1 食品中微生物检验

食品从生产加工到批发销售环节较多，存在微生物污染的风险，对食品安全存在危害。传统检验微生物的生化培养方法，操作繁杂、用时长、灵敏度不高。PCR技术通过基因测序最快可在8 h内提供检测结果，能精确鉴定到菌株水平且可追溯污染源，有快速化、自动化、标准化的优势。可通过PCR技术快速准确检测食物源性微生物，如牛奶制品中单核细胞增生李斯特氏菌、肉制品中肉毒梭菌、海鲜中副溶血弧菌等典型的食源致病菌等。Lee等[3]通过多重PCR方法在同一反应体系中检测大肠杆菌O157：H7、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特氏菌及副溶血性弧菌，在对食品的模拟检测中，细菌经过12 h的富集，灵敏度都达到1 CFU/mL，缩短了检测时间、提高了检测效率。刘莹[4]将基因芯片技术应用在食源性致病菌大肠杆菌的检测中，能够明显检测出荧光标记的病原菌，比传统方法有更高的灵敏度。酶联免疫反应和PCR联合的PCR-ELISA技术在大肠杆菌检测中已得到较为普遍的应用。

3.2 食品原料掺假检验

用廉价肉代替牛羊肉、用鸡血代替鸭血等食品掺杂掺假等违法问题，严重损害了消费者的利益，有效快速定量检测食品中掺假成分的技术十分重要，当前PCR技术因其灵敏度和准确度都相对较好，是掺杂物质检测中较为常用的技术。微滴式数字PCR是将样本进行微滴化处理后进行PCR反应，检测器逐个检测后计算出DNA分子的浓度，对起始样品进行绝对定量。苗丽等[5]建立了羊源性成分的微滴数字PCR定量检测体系，用此方法准确检测出不同样品中羊肉的含量，发现可能存在的掺假现象，其含量偏差最大为1.52%，具有较强的抗干扰能力，可用于肉制品中羊源性成分含量检测。染料法荧光定量PCR根据不同物种DNA片段扩增熔解温度（Melting Temperature，Tm）不同，可同时鉴别多个指标。LOPEZ-OCEJA等[6]利用此方法，通过扩增Cytb基因148 bp片段，能够同时对牛、羊、马、鸡、家猪、野生火鸡及鹌鹑肉类进行鉴别。ALDEGUER等[7]设计了一种基于双重探针的实时PCR分析方法来鉴别橙汁中的柑橘成分，耗时短、结果精准。

3.3 食品中农药、兽药残留检验

在农业和畜牧业生产中，使用农药和兽药减少病虫害的同时，农药、兽药超标或残留问题严重危害饮食安全。用于检测食品中农药、兽药残留的光谱法、色谱法存在操作步骤复杂的问题，且检测有机磷以外的农药成分灵敏度较低。以生物传感器法、酶联免疫分析法为代表的分子生物学技术，具有结果准确、操作简单、用时短等优点，在药物残留中应用较广，对食品安全质量控制有重要意义。Wang等[8]通过电化学传感器检测样品中的氯霉素残留，该方法灵敏度很高且具有较好的稳定性和可重复性，并已成功用于牛奶样品中氯霉素的检测。生物传感器具有试剂消耗低、灵敏度高、省时省力等优点。Ivanov[9]使用酶免疫吸附法检测牛奶中有机磷农药残留量，结果显示此法可用于分离样品中结合抗原和非结合抗原，且具有免疫分析灵敏度高、速度快的优点。

3.4 转基因食品检验

转基因食品逐渐走进了人们的生活，其具有的潜在安全问题备受关注，转基因食品的安全性存在争议。在食品转基因的检测中，分子生物学技术通过对活性酶及特定基因进行检测，能高效快速地获得检测结果。酶联免疫吸附法在转基因食品检测中具有稳定性高、特异性强、灵敏性高的优点，但只适用于原料性食品，难用于加工产品。以PCR为基础的核酸检测应用较为广泛，基于DNA杂交原理的生物芯片-SPR传感器，可以监控探针与目的成分序列的杂交，PCR扩增后通过SPR生物芯片检测可对转基因成分进行定量。张玲等[10]将多重PCR扩增与高通量检测结合起来，在传统PCR的基础上引入荧光标记的公共引物，实现多个扩增产物的定量检测，此多重检测体系能够准确鉴别6种转基因大豆，检测灵敏度可达到为1 ng/µL。

4 应用趋势与展望

分子生物学技术极大地促进了食品安全检测技术的进步，与常规方法合并使用能显著提高检验效率和质量，在食品检验中发挥重要的作用，未来将会与化学、材料、物理等学科进行更加深入的交叉联合，开发更加快捷、准确的食品检验新型技术。食品检验实验室加大对分子生物技术的应用是必然趋势，相关机构需要跟上科技发展的步伐，提高分子生物技术应用水平，提高检验质量和效率，保证检测数据的准确性、科学性，构建食品安全屏障，保护人们的身体健康。

参考文献

[1]徐斌，郝俊.气质联用色谱技术在食品检验中的应用[J].中国医疗器械信息，2019，25（19）：208-209.

[2]马莉萍，范增杰，韩根亮，等.新型生物传感器在食品安全检测中的应用[C]//第四届中国北京国际食品安全高峰论坛论文集.北京：北京食品协会，2011：188-190.

[3]Lee N，Kwon K Y，Oh S K，et al. A multiplex PCR assay for simultaneous detection of Escherichia coli O157：H7，Bacillus cereus，Vibrio parahaemolyticus，Salmonella spp.Listeria monocytogenes，and Staphylococcus aureus in Korean ready-to-eat food [J]. Foodborne Pathogens and Disease，2014，11（7）：574-580.

[4]刘莹.应用基因芯片技术检测食源性腹泻致病大肠杆菌[J].食品安全质量检测学报，2020，11（3）：915-919.

[5]苗丽，张秀平，陈静，等.肉制品中羊源性成分微滴数字PCR法定量检测方法的研究[J].食品工业科技，2016，37（4）：73-76.

[6]LOPEZ-OCEJA A，NUNEZ C，BAETA M，et al. Species identification in meat products： a new screening method based on high resolution melting analysis of cytb gene[J].Food Chemistry，2017，237（15）：701-706.

[7]ALDEGUER M， LOPEZ-ANDREO M， GABALDON J A， et al. Detection of mandarin in orange juice by single-nucleotide polymorphism qPCR assay[J].Food Chem，2014，145：1086-1091.

[8]Wang K P，Zhang Y C， Zhang X， et al.Green preparation of chlorinedoped graphene and its application in electrochemical sensor for chloramphenicol detection [J].SN Applied Sciences，2019，1（2）：1-9.

[9]Ivanov Y. Development of MNPs based enzyme immuno sorbent analysis for the determination of organophosphorus pesticides in milk[J]. The Open Biotechnology Journal，2019，13（1）：146-154.

[10]張玲，钱利祥，陶静，等.公共引物介导的多重定量PCR技术在转基因大豆检测中的应用研究[J].食品安全质量检测学报，2021，12（6）：2057-2067.