基于生物技術(shù)的食品快速檢測(cè)技術(shù)研究

郭國(guó)棟 張曉燕 馮琦

食品安全是重要的民生話題，新時(shí)代下各種新食品原料和添加劑層出不窮，給食品安全帶來(lái)了安全隱患。為了保障食品安全，就需要強(qiáng)化食品質(zhì)量安全檢驗(yàn)，尤其要加強(qiáng)應(yīng)用快速檢測(cè)技術(shù)，有效防控安全風(fēng)險(xiǎn)。目前，基于生物技術(shù)開(kāi)展食品快速檢測(cè)工作，具有樣品前處理簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求不高、分析方法簡(jiǎn)便、檢驗(yàn)效率高等特點(diǎn)，值得積極實(shí)施并推廣，進(jìn)一步提高食品安全保障水平。

一、生物技術(shù)在食品檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

1.提高檢測(cè)效率。隨著我國(guó)的食品種類不斷增加，相關(guān)檢驗(yàn)人員的工作任務(wù)量大幅提升，為充分保障食品質(zhì)量安全，降低不良食品對(duì)食用者健康造成的危害，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提高檢測(cè)效率。生物技術(shù)可以縮短食品檢測(cè)時(shí)間，避免檢驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致食品在流通和銷售過(guò)程中出現(xiàn)變質(zhì)，從而發(fā)揮出快速檢驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。

2.豐富檢測(cè)內(nèi)容?，F(xiàn)代社會(huì)工業(yè)快速發(fā)展，由于不重視保護(hù)環(huán)境，對(duì)大氣、土壤及水源等造成了不良影響，也給食品生產(chǎn)加工原料的質(zhì)量安全帶來(lái)了威脅，使原料出現(xiàn)多種污染物和藥物殘留。在開(kāi)展食品快速檢測(cè)工作時(shí)，通過(guò)利用生物技術(shù)可豐富檢測(cè)內(nèi)容，提高食品檢驗(yàn)工作的精確性、針對(duì)性和全面性。

3.提升檢測(cè)靈敏度。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用取得了巨大進(jìn)步，在靈敏度方面有大幅提升，有助于對(duì)食品中含有的農(nóng)藥殘留量和污染物開(kāi)展檢驗(yàn)，確保流通和銷售環(huán)節(jié)中的食品具有較好的質(zhì)量安全保障。

二、基于生物技術(shù)的食品快速檢測(cè)方法

1.酶抑制技術(shù)。酶抑制技術(shù)是根據(jù)某些物質(zhì)對(duì)酶產(chǎn)生抑制作用的原理開(kāi)展分析，能夠有效識(shí)別農(nóng)產(chǎn)品中殘留的有機(jī)磷、氨基甲酸脂類農(nóng)藥。在具體實(shí)踐中，可選用膽堿脂酶、羧酸脂酶等物質(zhì)，充分發(fā)揮出簡(jiǎn)便、快速、靈敏、對(duì)儀器設(shè)備要求低、檢測(cè)范圍廣等優(yōu)勢(shì)。例如，針對(duì)牛奶中的農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以建立一套快速測(cè)定的酶抑制反應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留檢出限在0.5-1.0mg/kg。不過(guò)，酶抑制技術(shù)快速檢測(cè)方法在準(zhǔn)確度、選擇性等方面具有一定局限性，當(dāng)前僅可用于有機(jī)磷與氨基甲酸脂類農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。

近年來(lái)，為提升食品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)質(zhì)量和效率，相關(guān)研究人員對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化，研發(fā)了乙酰膽堿酯酶抑制分析方法，利用有機(jī)溶劑萃取結(jié)合自發(fā)性原位溶劑蒸發(fā)的紙基微流控分析系統(tǒng)，能夠大幅提升檢驗(yàn)效率。同時(shí)，也可將酶抑制技術(shù)與金納米材料相結(jié)合，建立一種比色方法，通過(guò)觀察金顆粒在不同價(jià)態(tài)形式下的顏色，有效判斷有機(jī)磷等農(nóng)藥的濃度。如在最佳檢驗(yàn)條件下，觀察最小比色濃度為0.7mg/L，有效提升了檢驗(yàn)靈敏度。另外，結(jié)合金納米與酶抑制技術(shù)，可建立一種快速檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥的檢驗(yàn)方法。例如，在農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測(cè)中，將三唑磷作為模型，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)限為4.69nmol/L。因此，借助金納米材料的高靈敏度能夠?qū)γ敢种萍夹g(shù)的預(yù)處理方法進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，在食品快速檢測(cè)工作中具有良好的應(yīng)用效果。

2.生物傳感器技術(shù)。該檢驗(yàn)方法將生物體內(nèi)分離的酶、組織、免疫系統(tǒng)、細(xì)胞等介導(dǎo)的生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電、熱、光信號(hào)，通過(guò)觀察信號(hào)變化對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行檢測(cè)。通常情況下，生物傳感器技術(shù)可分為生物識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)換兩部分，在檢驗(yàn)活動(dòng)中可利用光學(xué)、化學(xué)、機(jī)械生物傳感器，省略復(fù)雜的前處理環(huán)節(jié)，對(duì)農(nóng)藥和獸藥殘留、微生物等進(jìn)行檢驗(yàn)，具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的選擇性。現(xiàn)階段，可將生物傳感器技術(shù)與新型生物識(shí)別元件、轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)等聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的便捷化和小型化，有利于提升食品檢驗(yàn)效率。如在碳納米顆粒的基礎(chǔ)上研發(fā)一種適配體生物傳感器，能夠?qū)εＤ痰仁称愤M(jìn)行快速檢測(cè)，有效識(shí)別卡那霉素殘留等。

3.酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法。近幾年來(lái)，我國(guó)的免疫學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，為食品快速檢驗(yàn)提供了一定的技術(shù)支持，酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法就是其中之一。該方法基于抗原-抗體結(jié)合的特異性和酶高效催化底物的特性，通過(guò)觀察酶作用后的顏色顯色深淺程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的定性或定量檢測(cè)。在利用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法時(shí)，可結(jié)合運(yùn)用直接或間接競(jìng)爭(zhēng)法、雙抗夾心法等，有效發(fā)揮出該技術(shù)操作簡(jiǎn)單、成本低、預(yù)處理速度快等優(yōu)勢(shì)，并且能夠進(jìn)行高通量分析。比如，對(duì)動(dòng)物源性產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可利用間接競(jìng)爭(zhēng)法，有效檢驗(yàn)出牛奶、雞肉等食品中的抗菌增效劑等，其檢出限可分別達(dá)到0.06-0.80μg/kg、0.05-0.60μg/kg。另外，在現(xiàn)有研究中，基于綿羊多克隆抗體可建立間接競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)法，有效檢驗(yàn)出生鮮乳中的敵敵畏、對(duì)氧磷等殘留，實(shí)現(xiàn)快速篩查。除此之外，利用間接競(jìng)爭(zhēng)法還需用到酶標(biāo)二抗，但其在實(shí)踐中存在操作步驟復(fù)雜等問(wèn)題，鑒于此又研發(fā)出了直接競(jìng)爭(zhēng)法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氯霉素殘留的準(zhǔn)確檢驗(yàn)。

運(yùn)用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法時(shí)，主要運(yùn)用的是通用抗體、廣譜抗體等。制備通用抗體時(shí)，對(duì)免疫原的設(shè)計(jì)要求相對(duì)較高，并且無(wú)法保障抗體對(duì)待測(cè)物產(chǎn)生一致的親和力。而在制備廣譜抗體時(shí)，多數(shù)情況下可采用多半抗原策略，其所獲得的抗體對(duì)待測(cè)物的親和力相對(duì)較低。所以，基于抗原-抗體的酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法在現(xiàn)階段的食品檢驗(yàn)工作中具有一定的局限性，必須要開(kāi)發(fā)容易獲取、高效穩(wěn)定、特異性強(qiáng)的識(shí)別元件，以彌補(bǔ)抗體制備技術(shù)存在的不足。此外，在食品檢驗(yàn)行業(yè)中，為提高食品快速檢驗(yàn)效率和質(zhì)量，出現(xiàn)了一種基于適配體的酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法，能夠有機(jī)結(jié)合適配體的生物識(shí)別功能和酶信號(hào)放大功能，對(duì)蔬菜、水果等食品中的水胺硫磷進(jìn)行識(shí)別，其檢出限可達(dá)到0.05ng/mL，相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，該方法的靈敏度更高。隨著酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定技術(shù)的不斷發(fā)展，還出現(xiàn)一種分子印跡聚合物，將其作為仿生抗體，可對(duì)動(dòng)物源性產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)恩諾沙星的檢出限為1.1ng/mL，檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確率與高效液相色譜檢測(cè)技術(shù)相近，可作為食品快速檢測(cè)技術(shù)之一。而且，該方法的適配體與分子印跡聚合物能夠組成新型的識(shí)別元件，可實(shí)現(xiàn)快速制備，具有良好的穩(wěn)定性和特異性，且易于保存，有利于進(jìn)一步擴(kuò)大檢測(cè)適用范圍。

4.生物芯片法。生物芯片法其實(shí)是酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法中的一種，主要利用硅芯片、玻璃芯片、高分子聚合物薄片等作為載體，借助DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子間的特性進(jìn)行相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的快速檢測(cè)。在食品檢驗(yàn)中，該技術(shù)能夠?qū)我粯悠分械亩喾N待測(cè)物進(jìn)行檢驗(yàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體待測(cè)物的不同選擇免疫芯片法、基因芯片法、細(xì)胞芯片法等多種方法。生物芯片檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)七種農(nóng)藥殘留的檢驗(yàn)，檢出限可達(dá)到0.02-6.45ng/mL。近年來(lái)，隨著生物芯片技術(shù)的不斷研發(fā)創(chuàng)新，已出現(xiàn)一種免疫芯片快速檢驗(yàn)方法，能夠同時(shí)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中含有的10余種農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)，檢驗(yàn)過(guò)程僅需1.5h，獲取結(jié)果較快且效率較高，檢出限能達(dá)到1.49-15.72μg/L，具有廣闊的發(fā)展前景。但生物芯片的制備工藝較為復(fù)雜，在樣品檢測(cè)分析環(huán)節(jié)很難對(duì)不同的待測(cè)物產(chǎn)生一致的良好靈敏度，因此還存在較大的局限性。

5.PCR技術(shù)。PCR技術(shù)即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)，能夠?qū)μ囟ǖ幕蚱芜M(jìn)行放大擴(kuò)增，作為一種分子生物技術(shù)，其具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的特異性。近年來(lái)，隨著多學(xué)科交叉研究的不斷發(fā)展，PCR技術(shù)逐漸被應(yīng)用到食品的快速檢測(cè)中，能夠進(jìn)行品種溯源、真?zhèn)舞b別、病原微生物測(cè)定以及轉(zhuǎn)基因食品判斷等。目前，常用的PCR技術(shù)包括直接PCR技術(shù)、多重PCR技術(shù)、RPA技術(shù)、實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)等，其中實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)應(yīng)用最為普遍，無(wú)需進(jìn)行凝膠電泳等后續(xù)分析環(huán)節(jié)，依靠熒光信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)增子拷貝數(shù)量的增加，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。當(dāng)前有一種適用于檢測(cè)豬肉摻加情況的PCR技術(shù)，檢驗(yàn)原理是將家豬基因組中的特異性重復(fù)LINE-1基因作為目標(biāo)片段，通過(guò)改進(jìn)基因組DNA的提取效率，提高檢測(cè)方法的特異性、靈敏度和穩(wěn)健性。另外，在檢驗(yàn)實(shí)踐中，可利用綠色飽和熒光染料構(gòu)建快速檢測(cè)體系，適用于對(duì)食品中沙門(mén)氏菌的快速檢測(cè)。該方法主要將石墨烯量子點(diǎn)作為放大系統(tǒng)，通過(guò)增強(qiáng)方法的特異性，有效提升陽(yáng)性檢出率，縮短檢驗(yàn)時(shí)間。

三、生物技術(shù)在食品快速檢測(cè)中的具體應(yīng)用

在當(dāng)前的食品快速檢測(cè)中，生物技術(shù)主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面。

1.檢測(cè)食品藥物殘留。為避免食品中殘留的藥物成分對(duì)食用者健康造成嚴(yán)重危害，可采用生物酶技術(shù)、生物傳感器技術(shù)等，對(duì)藥物殘留進(jìn)行檢測(cè)，有效測(cè)定樣本中含有的有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑等成分，具有檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)。

2.檢測(cè)有害微生物。食品中的部分有害微生物會(huì)對(duì)食用者的健康造成一定的負(fù)面影響，在快速檢測(cè)工作中，可利用生物酶聯(lián)免疫分析法，對(duì)奶制食品開(kāi)展沙門(mén)氏菌檢測(cè)，具有敏感性和特異性較高等優(yōu)點(diǎn)。

3.檢測(cè)轉(zhuǎn)基因食品。目前轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人類健康和環(huán)境的影響尚不明確，通過(guò)酶檢測(cè)方法、酶活性檢測(cè)法、蛋白質(zhì)檢測(cè)法等方法，可有效開(kāi)展轉(zhuǎn)基因食品檢驗(yàn)，幫助人們識(shí)別轉(zhuǎn)基因食品。

綜上所述，在食品安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻的情況下，運(yùn)用生物技術(shù)來(lái)提升食品檢驗(yàn)效果至關(guān)重要，未來(lái)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)酶抑制技術(shù)、酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定方法、生物芯片測(cè)定法、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)等技術(shù)的研究與應(yīng)用，結(jié)合食品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與要求，不斷完善并優(yōu)化各項(xiàng)生物檢測(cè)技術(shù)，從而使檢驗(yàn)結(jié)果更具準(zhǔn)確性和有效性。

作者簡(jiǎn)介：郭國(guó)棟（1978-），男，漢族，山東菏澤人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槭称窓z驗(yàn)。

張曉燕（1979-），女，漢族，山東菏澤人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槭称窓z驗(yàn)。

馮琦（1974-），男，漢族，山東菏澤人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槭称窓z驗(yàn)。