黃曉云，黃永震，姜艷芬，郭抗抗，王晶鈺，張彥明，賀 花*

(1.西北農林科技大學動物醫(yī)學院，陜西楊凌 712100；2.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100；3.西北農林科技大學動物科技學院，陜西楊凌 712100)

隨著人們食品安全意識的提高，人們對食品質量的要求越來越高，政府的監(jiān)管部門也對食品檢測技術不斷地進行更新。傳統(tǒng)的檢測技術已經逐漸落后于社會發(fā)展需求，因此在食品檢測當中充分應用現代科技手段以提高檢測結果的速度、準確度和靈敏度是時代的需求。而將生物技術與食品檢測相結合，能夠很好地滿足這些要求，在大多數食品檢測機構中已經被廣泛應用。筆者介紹了在當前食品檢測中應用的幾種主要生物技術，分別是PCR技術、免疫技術、生物芯片技術和生物傳感器技術，這些技術相比傳統(tǒng)的檢測技術，其檢測速度、靈敏度和準確度更高，檢測應用的范圍主要針對食品中的病原微生物，這些前沿生物技術的應用為人類的食品安全提供了可靠保障。

1 食品檢測中應用生物技術的意義

在現代社會，保障食品安全、提高食品質量都離不開食品檢測。但是傳統(tǒng)的物理化學檢測手段有很大的局限性，比如物理檢測所需的儀器昂貴而且對環(huán)境和操作水平有一定的要求，這使得傳統(tǒng)技術已經不能滿足現代社會食品產業(yè)發(fā)展的需求。隨著科技水平的不斷發(fā)展，生物技術在食品檢測中所具備的優(yōu)勢逐漸展露，并得到了大范圍的推廣與應用，許多食品檢測部門已經逐漸用生物檢測技術取代了傳統(tǒng)的物理化學儀器等檢測技術。

事實上，生物技術并不是將以往的物理化學檢測方式完全摒棄，而是將它們互相結合，綜合兩者的優(yōu)勢，從而得到簡單、快速、靈活、準確而又低成本的組合檢測方法。生物檢測技術能夠高效地檢測出食品中攜帶的病原微生物，從而為人們能夠購買到安全的食品做出了極大的貢獻。不僅如此，生物檢測還可以精準地檢測出食品中所殘留的農藥，在很大程度上避免了安全隱患。生物科技在食品檢測中的運用已經得到了廣泛地認可，占據的地位也越來越重要，為食品安全提供更全面更可靠的保障。

2 食品檢測中的主要生物技術

2.1PCR技術聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction，簡稱PCR)，最早應用在基因克隆上，因為其獨特的微量和精度優(yōu)勢，被廣泛應用于各個領域。經過不斷的實踐與檢驗發(fā)現，食品檢測的關鍵在于對基因序列的檢驗和遺傳因子的檢驗，這也剛好符合PCR技術的獨特優(yōu)勢。PCR檢測技術主要分為常規(guī)PCR檢測、多重PCR檢測和熒光定量PCR檢測。多重PCR檢測和熒光定量PCR檢測均是由常規(guī)PCR技術衍生出的技術。這3種方法的基本原理是一樣的，但是在應用過程中展現了不同的特點，所以有各自適用的應用范圍。

常規(guī)PCR技術的主要原理是以熱穩(wěn)定DNA聚合酶作為催化劑，以引物、DNA模板、dNTPs、緩沖液與MgCl2溶液作為反應混合物，擴增一對核苷酸物所引導的特定DNA片段[1]。DNA經過多次擴增之后，PCR復制出的DNA可多達體內的2倍，從而滿足多方面分析，所以PCR技術只需要采用少量的物質就可以擴增到需要的DNA片段數量，為分析人員定量分析提供了便利條件。目前為止，常規(guī)PCR技術可以有效地檢測食品中的致病菌，如沙門氏菌、致病性大腸桿菌等。尤其是水體病原微生物的檢測也可應用常規(guī)PCR技術，所以近幾年逐漸開始將其應用于生活用水的檢測。

多重PCR技術是對常規(guī)PCR技術進行改動，加入多對特異性引物，使得多重PCR技術在一次反應中能擴增出多條目的DNA片段，從而同時檢測確認多個基因。這也讓多重PCR技術有快速、價廉、易操作等特點，是適用于檢測食源性微生物的技術。多重PCR技術廣泛地應用于加工食品中的檢測，該技術不僅可以檢測韓國泡菜中的乳酸菌，也可以對肉類加工食品中的李斯特氏菌、伊氏李斯特氏菌等進行檢測[2]。

熒光定量PCR檢測技術是近幾年興起的在常規(guī)PCR的基礎上發(fā)展而來的一種新的實時定量檢測特定核酸的技術，其主要原理是將熒光能量傳遞技術應用于常規(guī)多聚酶鏈式反應儀中，通過受體發(fā)色團之間偶極-偶極相互作用來產生效果。從檢測PCR的過程得知靶序列初始濃度，能量從供體發(fā)色團轉移到受體發(fā)色團，受體熒光染料發(fā)射出的熒光訊號強度與DNA成正比，從而達到定量的目的[3]。熒光定量PCR技術所具有的環(huán)保性和靈敏性使得它在食源性致病菌檢測中具有舉足輕重的地位。同時由于其在分子水平上檢測轉基因成分準確性更高，熒光定量PCR技術也被廣泛地應用在轉基因食品的檢測中[4]。

此外，反轉錄PCR等技術也比較常見。但是由于PCR檢測技術較復雜，難度高，儀器成本貴，因此對PCR檢測的實驗室要求比較嚴格，對技術人員的要求也很高，使得PCR技術不能快速的廣泛應用。

2.2免疫技術免疫技術是生物檢測方法中最受歡迎的一種檢測技術，原理是根據抗原和抗體的特異性結合反應進行工作。與其他檢測技術相比，免疫技術具備一些其他方法所不具備的優(yōu)勢，例如檢測靈敏度高、特異性強、成本低、分析容量大。特別是在食品檢測中，這些優(yōu)勢得以全部發(fā)揮，尤其是應用在蛋白質結構分析時。在此主要介紹免疫熒光技術、酶聯免疫吸附技術和免疫磁珠分離技術。

免疫熒光技術就是將不影響抗原抗體活性的熒光色素標記在抗體或抗原上，與其相應的抗原或抗體結合后，在熒光顯微鏡下會產生一種特異性熒光反應，可用來快速檢測沙門氏菌、李斯特菌等[5]。這個方法具有特異性強、靈敏度高和速度快的優(yōu)點，但是仍存在結果判斷有主觀因素的影響、技術操作步驟較為復雜等問題。

酶聯免疫吸附技術是將抗原或抗體吸附于某種固相載體表面，在載體上進行免疫酶染色。底物顯色后通過定量分析有色產物的量(即顏色的深淺)就可確定樣品中待測物質的含量。通過酶的催化可以極大地放大反應效果，從而使檢測方法的敏感度極大提高[6]。該技術的優(yōu)點是可定量分析、靈敏準確、適用范圍廣、判斷結果客觀、簡單迅速、費用低，而且可以同時進行大量樣品的分析。但是由于此檢測技術對試劑的選擇性較高，使得其很難同時分析多種成分[7]。當被測樣品蛋白質濃度較低時此方法也不適用。目前酶聯免疫吸附技術已成為食品檢測中應用最廣泛的檢測方法之一，在檢測農藥獸藥殘留中發(fā)揮了重要作用。

免疫磁珠分離技術是將磁珠特有的磁響應性與免疫反應的特異性結合的一種方法。作為抗體載體的磁珠由人工合成，含有鐵元素，可被磁鐵吸引，且外部有可以結合抗體的功能基團。當磁珠上的抗體與特異性抗原結合后會形成抗原-抗體-磁珠免疫復合物[8]。由于磁珠的磁響應性，該復合物在磁鐵的吸引下可以定向移動，從而將復合物從其他物質中分離出來，借此達到將特異性抗原分離、濃縮、純化的目的。免疫磁珠分離技術可以快速地從食品中分離出靶細胞，克服了選擇性培養(yǎng)基的抑制問題?，F在已經大范圍應用于檢測和鑒定食品中的大腸桿菌和沙門氏菌。

2.3生物芯片技術生物芯片技術是指利用光導原位合成或微量點樣的方式，把大量生物大分子有序固化在玻璃片、硅片等載體的表面，組成密集的二維分子排列，然后與標記過的樣品分子進行雜交，利用特定儀器(如電荷耦連相機、激光共聚掃描設備等)對雜交信號的強度進行快速、并行、高效的檢測分析，從而來判斷樣品中靶分子的數量，通過與標準樣品進行對比來達到分析比較的目的[9]。因為這項技術需要硅片等作為支持物，并且在制備過程中需要模擬計算機芯片的制備技術，由此稱為生物芯片技術。生物芯片的制備包括4個要點，分別是芯片的構建、樣品的制備、生物分子相互反應和結果分析[10]。

自從轉基因食品誕生以來，轉基因食品的安全問題也隨之產生。尤其是近幾年，人們對轉基因食品的安全性越來越關心。因此對轉基因食品的檢測和鑒定也變得十分重要。生物芯片可以判斷樣品當中是否含有轉基因成分、是否在安全限度內。利用這項技術檢測轉基因食品簡單快速、假陽性低、特異性強且自動化程度高。

在檢測食品中病原性微生物時，傳統(tǒng)的生化培養(yǎng)檢測法需要較長的時間去培養(yǎng)微生物和計數，不僅操作復雜，靈敏度低，而且不能及時反映生產過程中或銷售過程中的污染情況，使得食品檢測存在潛在風險，給消費者帶來威脅。而利用生物芯片技術，將常見致病菌的特異基因制備成基因芯片，利用堿基互補配對原則雜交檢測待測樣品，對數據進行分析比對判定樣品中致病菌的含量，以確定食品是否有被病原性微生物污染。這樣可以及時地反映食品被污染的情況，從而避免這類食品流入市場，危害公民健康，同時可以防止巨大經濟損失和社會危害的發(fā)生。

在食品毒理學中應用生物芯片技術也得到了廣泛的認可。傳統(tǒng)毒理學研究必須通過動物試驗來進行模糊評估。這不僅要消耗大量的動物，而且費時費力。再考慮到動物模型由于種屬差異，得出的結果往往并不適合外推至人[11]。而且動物試驗中的毒物劑量遠大于人的暴露水平，不能反映真實的情況。所以傳統(tǒng)的動物試驗不僅不精確，而且不符合人道主義。而生物芯片可以同時對數千個基因的表達進行分析，為研究新型食品對人體的免疫系統(tǒng)影響機理提供完整的技術資料；并通過對單個或多個混合體有害成分進行分析，以確定該化學物質在低劑量條件下的毒性，分析出該物質的最低限量。這使得許多生物試驗可以被免去，降低了動物的消耗，節(jié)約了大量經費和時間，并且可以避免試驗結果外推至人時所產生的誤差，更真實地反映暴露水平下人體對化學物質的反應。

生物芯片存在的主要缺點是檢測靈敏度低，假陽性和假陰性仍然影響結果的準確性，這極大地限制了這項技術從實驗室走向臨床應用。傳統(tǒng)的免疫檢測技術中所有的檢測程序都是一體化的，但是當前生物芯片尚未形成有效統(tǒng)一的制備、檢測和數據處理標準，對芯片結果的可重復性有較大影響[12]。而且芯片制作系統(tǒng)價格昂貴，嚴重限制了這種方法的普及推廣。

2.4生物傳感器技術生物傳感器是把具有分子識別功能的生物活性材料比如抗原、抗體、蛋白質、酶、細胞、生物膜等作為敏感元件固定在特定轉換器上進行測定的一類傳感器[13]，由生物接收器、換能器和測量系統(tǒng)構成[14]，其工作原理是待測物質和分子識別原件特異性結合，產生離子強度變化、顏色變化、pH變化、熱焓變化等信號。產生的信號通過信號轉換器轉化為能夠進行定量處理的光、電信號，經過二次儀表放大輸出，用電極測定電壓或電流值，可以換算出被測物質的濃度或物質的量[15]。

這類方法分析簡單、迅速、準確、靈敏度高、價廉，不僅可以在生產中和部門檢測中大規(guī)模應用，還能夠現場在線檢測，因此在食品成分分析、食品保鮮期預測、食品生產過程中的質量控制具有廣闊的應用前景[16]。但是由于穩(wěn)定性、重現性、使用壽命的限制，以及食品成分眾多且含量差異大等問題，在食品檢測中實現生物傳感器的商業(yè)化仍受到制約[17]。

生物傳感器可以對蛋白質、氨基酸、有機酸、酚類、糖類、膽固醇、維生素、礦物質元素等大多數食品的基本成分進行快速分析。而且針對食品中的添加劑、有害微生物、農藥獸藥殘留、生物毒素、重金屬也能實現快速檢測。此外還可以檢測食品是否合乎品質指標、是否含有轉基因成分。

3 展望

運用生物技術進行食品安全檢測對人們的身體健康和生活質量都起著十分重要的作用，保障食品安全提高食品質量離不開生物檢測技術的應用和推廣。通過PCR檢測技術、免疫學檢測技術、生物芯片技術、生物傳感器技術，還有其他的一些生物檢測技術對食品進行安全、科學、可靠的檢驗，極大地提高了食品質量。生物檢測技術作為一項復雜的研究，涉及的內容多且雜，這需要在今后的實踐中加強對生物技術的重視，不斷完善改進現有的技術手段，以促進生物檢測技術的應用和推廣，不斷推動我國食品檢測技術的發(fā)展，為人們能夠享受安全的食品做出貢獻。

[1] 呂艷芳，馬春穎，勵建榮.實時熒光定量PCR技術在食源性致病菌檢測中的應用[J].食品與發(fā)酵科技，2014，50(2)：80-84.

[2] 劉賽.PCR技術在食品檢測中的應用探究[J].現代食品，2016(17)：44-46.

[3] 孫吉浩.基于PCR技術探究食品檢測新技術的應用[J].食品安全導刊，2016(9)：83-84.

[4] 程海星，郭月英，任霆，等.實時熒光定量PCR技術原理及在食品檢測中的應用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2015，41(3)：243-247.

[5] 王峰，潘贏，王學濤，等.食品微生物快速檢測技術研究進展[J].中國微生態(tài)學雜志，2013，25(8)：128-131.

[6] 陳發(fā)榮，羅舜菁，劉成梅，等.酶聯免疫快速檢測方法在食品安全中的應用[J]．江西食品工業(yè)，2009(3)：49-51.

[7] 張也，劉以祥.酶聯免疫技術與食品安全快速檢測[J].食品科學，2003，24(8)：200-204.

[8] 王輝，張偉，王燕，等.食品病原微生物快速檢測技術及研究進展[J].糧食與油脂，2012，25(4)：1-5.

[9] 付華.生物芯片技術及其在食品檢測中的應用[J].現代食品，2016(16)：14-15.

[10] 張奇志，鄧歡英.生物芯片技術在食品檢測中的應用[J].食品研究與開發(fā)，2006，27(8)：206-209.

[11] 朱杰.生物芯片技術在食品科學中應用研究[J].糧食與油脂，2005(2)：6-8.

[12] 劉曉鵬，尚丹.常用分子生物學技術在食品病原微生物檢測中的應用[J].河北醫(yī)藥，2015，37(9)：1391-1393.

[13] 白冰，趙玲，王程程，等.生物傳感器在檢測食品品質及其質量安全中的應用[J].食品安全質量檢測學報，2012，3(5)：414-420.

[14] 王凱，殷涌光.SPR生物傳感器在食品安全領域的應用研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2007，26(5)：12-14.

[15] 孟邵華，高麗娟，羅馬慧，等.生物傳感器在食品安全中的應用[J].食品研究與開發(fā)，2012，33(9)：197-200.

[16] 張煥新，徐春仲.生物傳感器在食品分析中的應用[J].食品科技，2008，33(6)：200-203.

[17] 劉榮，徐致，李保國，等.生物傳感器在食品分析檢測中的應用[J].乳業(yè)科學與技術，2005，27(6)：246-249.