生物技术在食品检测中的应用研究

黄红云

（广西安全工程职业技术学院，广西南宁 530100）

近年来我国经济水平持续增长、城乡结构优化调整，居民的平均收入升高，生活品质得到极大改善，食品品种更加多样，满足差异化物质需求的同时，也增加了食品安全隐患。一些农户、厂家为达到提升产量、延长保质期的目的，过量使用农药、添加剂，或因食品存储、运输不当出现腐败、发霉等情况。这些有害物质一旦进入人们体内，会导致严重的健康问题，因此有必要对其检测技术、控制方法进行深入探究。

1 食品检测中融入生物技术的优势

1.1 高效

以微生物检测为例，对于大肠杆菌接种量为1.30×104CFU/50 mL 的食品样本来说，传统检测方法约需3 d，而应用生物技术检测大约仅需7 h，检测周期明显缩短，可保证检测的实时性和高效性。

1.2 多样

现阶段生物检测技术不断发展、更新，在原有免疫法检测技术基础上，又出现了聚合酶链式反应（Polymease Chain Reaction，PCR）检测、DNA 探针检测等，可对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等多种菌群进行精准检测，特异性明显提高，能为食品安全管理提供助力。

1.3 灵敏

传统食品检测方法对于微量毒素的反应不够敏感，很容易出现假阳性、假阴性的问题，生物技术的应用可较好地规避这种情况，以沙门氏菌检测为例，利用PCR 改进技术、敏感度可达30 CFU，较好地降低了检测误差风险。

2 食品检测中常用的生物技术类别及特征

2.1 PCR 生物检测技术

PCR 技术主要借助酶促作用，以待扩增DNA 片段为依托，采用人工手段合成互补引物，并在体外进行酶促、扩增，整个扩增过程呈现周期循环态势，待检DNA 进入系统后，需先经过高温变性处理，转化为单链模板结构，后期经过低温退火、适温延伸完成互补，生成部分双链结构。通常情况下设定25 ～35 循环即可满足需求，能实现100 万～200 万的基因拷贝，从而为食品有害菌、营养成分等检测提供助力[1]。

2.2 生物芯片检测技术

生物芯片学是现代科技持续进步、理念持续更新的产物，它在分子生物学、免疫学基础上融合了更多微机械学、微电子学等，给食品检验自动化创造了条件。该技术最早出现在20 世纪90年代，Affymetrix 公司推出的首块寡核苷酸芯片标志了它的诞生，其实现主要依托于原位合成、微量点样技术，可将核酸片段、多肽片等提取出来，按照一定顺序固定在支持物表面，最终构成密集二维分子排列，检测环节样本中存在较多靶分子，可借助激光共聚扫描等方式，实现更高效、高质量的检测。该技术在应用过程中需重视生物芯片的制备问题，可采用原位合成和微矩阵点样两种方法，前者借助了光导化学技术，比较适用于突变检测场景，对于杂交测序等试验也能表现出较高的适用性；后者则借助液相化学理论，可合成寡核苷酸链探针，经过阵列机、点样仪等完成固定。

2.3 基因探针技术

基因探针技术又被称为核酸分子杂交技术，起源于20 世纪70年代，灵敏性较高，可测出10-12～10-9分子量单位内的核酸，操作时无需进行复杂的纯化培养，也无需扩增菌辅助，因此准确性比较有保障。其原理建立在生物工程、细胞工程基础上，假设两条不同来源的核酸链中，碱基序列是互补的，那么这两条核酸链原料就可结合为分子杂交链，操作时提前对已知片段进行标记，就可通过探针检测是否存在互补序列。探针型式较为多样，对于已知DNA 靶序列，推荐采用短针法进行检测，通过自动化学分析方式对判定DNA 进行识别。与短针法不同，DNA 克隆技术的原理更复杂，需将DNA 提取出来，克隆、繁殖并标识，费用较高但专一性更好，操作环节需提取适量细菌样本，使其在培养基上存活并形成克隆体，用无菌膜复制并释放单一DNA 链，再使用探针进行微生物鉴别和计数。

2.4 生物传感器技术

生物传感器是以电信号为依托进行识别、检测的特殊装置，内部同时配备接收器、转换器，可对酶膜、线粒体电子等进行选择性识别，其采用固定化生物活性物质作为催化剂，待检测物质进入系统后，会在扩散作用辅助下进入生物活性材料，并经过生物学反应生成可识别信息，最终以电信号方式输出和放大，完成待测物浓度测量。即使对于价格昂贵的试剂，生物传感器也可实现反复、多次应用，规避了传统酶法分析中试剂费用高且分析烦琐的问题，检测结果的相对误差可控制在1%以内。

2.5 免疫学检测技术

免疫学检测技术在食品检测领域发展历史较为悠久，现阶段已经衍生出诸多分支，其中免疫荧光分析（Immunological Fluorescence Assay，IFA）技术应用十分广泛，需借助底物对待测目标进行标记，该底物本身不会出现荧光反应，但受到酶催化作用后，却可转变为荧光物，最终提升荧光强度，保障检测精确性。此外，还有酶联免疫吸附技术、放射免疫技术等，前者利用了抗原抗体特异性，可在不分离食品的情况下，开展系统化的定量定性分析，在试验中对镰刀菌表现出了较高的特异性，检测下限可达到102～103CFU·mL-1；后者则采用放射性核素作为标记物，尤其适用于蛋白质、激素等的检测，3H、14C 等是最为常见的同位素标记物[2]。

3 食品检测中生物技术的应用策略及路径

3.1 食品致病菌检测

食品致病菌种类多样，如常见的沙门氏菌是肠杆菌科的典型代表，具有人畜共患的鲜明特征，可借助蛋、家畜等渠道传播，在传统食品检测模式中，通常使用选择性、非选择性增菌[3]。整个过程耗时较长，需4 ～7 h 得到结果，而应用生物检测技术中的PCR 技术、基因探针技术等，可更快捷地获取检测结果。近年来PCR 技术发展迅速，除常规PCR 外，还出现了半套式PCR，可对沙门氏菌中16SrRNA 进行扩增，片段为555 np，检测敏感度高达30 CFU。除沙门氏菌外，金黄色葡萄球菌也是食品中常见的致病病原菌，当其进入人体后，会牢牢吸附在胃肠道黏膜上，并在增殖作用辅助下生成肠毒素，引发肌肉痉挛、循环衰竭等症状。传统食品检测多采用免疫学方法检测，但部分菌株基因表达性较差，检测精确度很难保证，时常出现假阴性问题，而已有试验采用PCR 技术对肠毒素中的SEB 基因开展检测，结果发现技术特异性极强，可在24 h 内出具相关报告，检测效率明显提升，对致病性大肠杆菌的检测中，同样可灵活运用PCR 技术、DNA 探针技术，但需做好引物的设计和选择。此外，生物芯片、免疫检测法等对致病菌同样有着极高的检出效率，其中寡核苷酸芯片检定效果良好，对炭疽杆菌等表现尤为灵敏，检测限低至10-15[4]。

3.2 转基因食品检测

近年来我国科技产业成长迅速，以高效、高产为特征的转基因技术也得到了快速发展。转基因品种增多、性能更加优良，在满足食品物质需求的同时，也带来了新的隐患，亟需通过食品检测技术强化管控。生物技术的出现恰好为该问题的解决提供了新思路，免疫试纸条法就是其中的重要代表。该技术以硝化纤维为载体，可在极短时间内完成检测，整个时长约5 ～10 min，可在应急状况下使用。PCR检测法同样有着极高的适用性，在定性分析环节可对特异DNA 片段进行提取、扩增，借助琼脂糖凝胶电流分离技术培养产物，完成目标物的检测识别。相关试验中，以转基因常用花椰菜病毒启动子CaMV为材料，设计了针对性的双链探针，试验发现检测结果优良，系统对于35S片段表现出了较高的灵敏性。近年来食品检测领域研究成果涌现，针对转基因检测的生物芯片也获得了诸多学者关注，部分研究中以DNA 杂交原理为依托，研制出了新型SPR 生物芯片，表层装设有单链DNA 探针，可定量测定转基因大豆粉含量，检测下限可达2%[5]。该芯片被投产应用后，进一步加入了CaMV-CP 基因，可检测大豆、玉米等转基因品种情况，判断其是否受到病毒污染，保证食品安全和品质。

3.3 农药及添加剂检测

农药是现代化学发展演变的产物，其推广应用使农产品产量大幅上升，果品、蔬菜等不再受病虫害侵袭、干扰，整体品质也获得了明显优化，但受到种类、用量等问题影响，农药残留问题始终困扰着现代食品安全管理，农药附着在食品表面并随着食用过程进入人体，很容易危害身体健康。以已经禁用的DDT 农药为例，其物化性质相当稳定，在环境中留存时间长且不易分解，进入人体后直接影响酶活性，导致代谢紊乱、内分泌失调等问题。现阶段农药品种增多，低毒害性农药得到推广应用，但用量控制不当同样会造成含量超标问题，影响食用者的身体健康。借助生物传感器进行农药残留检测，提取单克隆抗体应用蛋白，借助专业机械将之固定于压电晶体上，食品经过传感器范围内时，农药分子会在吸附作用下发生飘散、位移，并引发石英晶体异常振荡，通过进一步分析实现浓度检测目标，研究表明该方法的农药下限可达1.5 ng·mL-1。同时，对农药、添加剂进行检测的免疫检测技术也在不断完善，如单克隆抗体检测可较为精确地检测食品中有机磷、有机氯类农药含量以及氨基甲酸酯类药品含量，检测时长不超过10 min，对于磺胺二甲嘧啶也有较好的检出效果，灵敏度可达50 ng·mL-1。此外，放射免疫也是药物残留检测的重要手段，可对水产品、肉类产品等农药进行精准检测，实践环节要结合需求进行选取。

4 结语

综上所述，生物技术具有特异性强、检测灵敏度高等优势，能够较好地适应差异化、多元化的食品检测需求，在实践环节务必要正视其功能价值，结合目标物特性、含量等选择适宜的检测方法，充分发挥DNA 探针检测、PCR 检测技术、生物芯片检测技术等优越性，合理控制食品中的致病菌、农药含量，科学评估转基因食品成分的危害性，为食品安全保驾护航。