生物技术在食品安全检测中的最新应用研究

2018-02-16曹喜春黄文锋陈绪军

现代食品 2018年23期

◎ 曹喜春，黄文锋，陈绪军

（1.江西省食品检验检测研究院，江西南昌 330001；2.南昌大学，江西南昌 330001）

随着科学技术的不断发展，人们的生活水平也逐渐提升。食品作为一种人们生活中必不可少的物品，其所具有的丰富多样性也使得传统食品安全检测技术无法满足其安全检测需求。生物技术是目前应用于食品检测中的一种新兴技术，该技术可以借助食品本身的生物特征，对食品进行检测和评定，同时运用检测试剂的配制，满足不同类型食品的安全检测需要。

1 生物传感器技术

1.1 生物传感器技术的技术手段

在食品安全检测过程中，检测人员需要借助试剂来完成对于食品安全水平的判断，而随着技术的发展，传统的试剂分析方式已经无法满足多样化场景下的食品安全检测需求，因此科研人员研发了具有微小、便携特性的装置，通过这种装置来完成对于食品内部状态的传感，并间接地实现生物技术下的食品观察，这种装置便是目前广泛应用于生物技术中的生物传感器装置。

常见的应用于食品安全检测中的生物传感器装置主要根据食品检测的不同内容，分为不同类型。例如，酶传感器主要检测食品中的生物酶含量，而微生物传感器则面对食品中的微生物进行判断[1]。此外，组织传感器、细胞传感器等，也都是直接应用于食品安全检测当中的传感器类型。在实际应用中，检测人员会将传感器装置安装在检测样品中，利用生物体自身的电信号与检测装置相互连接。食品内部的生物体一旦与目标物体在特定条件下发生反应，那么传感器装置就会在第一时间完成反应信号的接收，同时利用信号转换装置进行信号的分析和传递，帮助检测人员完成对于食品内部生物电信号的有效判断。

相比于传统的生物检测技术，生物传感器技术能够更加精准地完成生物电信号的判断，以此来实现对于食品状态的有效观察。同时在实际运用中，生物传感器应用简便，操作过程清晰，受到的影响相对较小。检测人员在检测过程中仅需要注意传感器装置、仪器等的保养方法和使用寿命，并合理控制检测环境即可完成十分精准的食品安全检测工作。

1.2 生物传感器技术的检测内容

生物传感器装置由于类型多种多样，因此在食品安全检测中，可以满足不同类型、不同食品污染问题的有效判断。在实际应用中，生物传感器装置能够应对肉制品、蔬菜食品中的食品成分检测工作[2]。以牛奶产品的检测为例，检测人员在应用生物传感器技术时，可以采用高蛋白分子检测装置，对牛奶产品中可能存在的内酰胺类抗生素含量情况进行分析，同时还可以借助离子共振传感器装置，判断牛奶产品中的活性标准值，以此来完成对于牛奶产品的安全判断，避免牛奶产品中含有过量的食品添加剂对于食用者的身体健康造成威胁和损害。

1.3 膜免疫芯片法的检测内容

运用膜免疫芯片方法检测牛奶、猪肝样品中所含有的磺胺类药物总量，在研究检测磺胺药物膜免疫分析法时使用的固相物质是PVDF膜，研究的方法是优化包被抗原浓度和抗体的工作浓度。从检测的结果中发现，牛奶和猪肝样品中含有的药物除了磺胺嘧啶之外，还有磺胺对甲氧嘧啶和磺胺二甲嘧啶，以及磺胺甲基嘧啶，该检测方法可以用来筛查磺胺药物总量[3]。同期有将这种方法用于检测谷物中真菌毒素[4-5]。

2 生物芯片技术

2.1 生物芯片技术的技术手段

生物芯片技术主要通过微距点阵的方法，构建基因片段、多肽分子细胞、基因探针等多元素的硅胶片，在硅胶片中，生物大分子、基因片段、抗原抗体等与食品安全有着密切关系，主要以二维分子形态呈现排列[3]。在实际运用中，硅胶片本身会与待标记的食品样品进行靶分子杂交，此时检测人员会借助高精度的扫描仪器对其进行光学扫描，记录靶分子杂交全过程的详细数据信息。计算机软件再对数据信息进行模拟，从而判断食品样品中的靶分子情况，完成对于食品安全性的有效判断。

在整个食品安全检测过程中，最为困难的处理步骤为硅胶片芯片的制备。硅胶片芯片是一项精度、密度均要求极高的制作环节，为了满足生物技术对于食品安全判断检测的实际需求，芯片载体和应用方式的选择都需要进行仔细处理。在目前的技术当中，生物芯片装置根据其应用类型可以分为电子芯片和分析芯片两种类型，前者主要依靠电能驱动的方式，完成对于待测样品的杂交工作，而后者则是通过对杂交类型的设置来完成分析。检测人员在制备芯片时，首先需要对载体硅胶片进行化学处理，使其表面状态能够满足芯片矩阵点制的需求，随后再利用固定配基的方法完成芯片矩阵制备，最后再对芯片进行封阻。

2.2 食品检测中生物芯片技术的检测内容

生物芯片技术能够完成的食品安全检测类型十分广泛，除了能够针对食品污染、有害物残留以及病原微生物情况进行观察和判断之外，还能够对转基因食品进行检测，完成安全识别。

食品内部富含的大肠杆菌、沙门氏菌、阪崎肠杆菌、假单胞杆菌等，是严重影响食品安全的病原微生物，这些微生物需要借助生物技术手段进行判断和识别。传统生物技术主要借助酶联免疫法和聚合酶链式反应等方法进行微生物检测，但是检测效率相对低下。而生物芯片技术本身所具有的高通量以及高灵敏度等特点，使得其在检测精度和检测效率等方面远高于前两种常规检测方式。

除了病原微生物之外，食品中由于食品生产、食品加工过程所带来的影响，可能会残留有农药污染、抗生素污染以及非法添加物危害等。生物芯片技术能够借助靶分子杂交的方式，更加高效、准确地完成食品污染情况的分析，做出精准的生物学判断。例如在实际应用当中，检测人员通过微阵列芯片，利用蛋白质、青霉素酶探针策略，可以对食品当中所包含的青霉素、抗生素、可卡因、赭曲霉素等污染物含量做出判断，并结合相关安全标准，对其是否超标进行识别。

农产品转基因工程的开展，也使得部分农产品转基因安全问题进入到人们的视线。事实上，目前市场中存在的转基因农产品主要可以分为基因修饰食品以及直接生产食品两种。对于生物芯片技术来说，通过芯片阵列的方式，可以有效对食品所采用的转基因方式进行识别，帮助消费者更清楚地认识到所选食品的转基因情况，保障消费者的知情权[6]。

3 PCR技术

3.1 PCR技术的技术手段

相比于前两种生物技术而言，PCR技术发展时间相对较长，最早的PCR技术可以追溯到20世纪80年代，作为一种具有一定历史的食品检测技术，传统PCR技术并不是目前食品安全检测技术中的最新应用技术。但是随着生物DNA技术的发展，传统的PCR技术也得到了充分的发展和创新，目前应用于食品安全检测当中的PCR技术已经与传统PCR技术在检测原理、检测方法以及检测效率方面存在较大差异。目前。生物技术领域所采用的PCR技术主要借助生物DNA体外扩增来实现检测工作，在检测中，检测人员需要对PCR过程中的不同温度阶段进行控制，从而汇总到某一个食品微生物中，PCR再通过对该微生物的检测完成对其的复制，最终实现对于食品安全性的判断。在现代信息技术的影响下，PCR技术能够与计算机应用系统相互结合，从而实现自动化检测能力，提高检测效率。在应用当中，PCR自动化技术能够大幅度降低检测过程繁琐度，从而降低人工检测参与情况，避免因人工检测存在误差造成的检测精度不足等问题。新技术的应用，使得传统的PCR技术迎来了新的发展契机。

3.2 PCR技术的检测内容

食品病原微生物检测是食品安全检测中重点环节，与前两种技术一样，生物PCR技术同样可以高效完成食品病原微生物的检测工作。以沙门氏菌的检测为例，检测人员可以利用计算机自动化系统对PCR检测进行特异性设置，根据特异性对沙门氏菌的DNA片段进行复制，从而完成对于检测样品食品当中沙门氏菌含量的观察和判断，最终达到检测目的。在DNA扩增处理过程中，为了充分提高沙门氏菌的检测水平，现阶段检测技术人员开始转变原有的单一PCR技术应用方式，转而利用多重PCR技术提高检测效率。多重PCR技术的应用除了能够提高检测效率之外，还能够降低综合成本，充分发挥检测价值。

与生物芯片技术相同， PCR技术的现代化应用，同样将食品转基因情况的检测工作需求考虑在其中，因此现代自动化PCR技术同样可以完成对于农产品中食品的转基因检验，为消费者提供放心食品。常见的转基因农产品如大豆、玉米、水稻等，都可以借助PCR技术来完成转基因判断。在检测当中，检测人员可以采用细菌细胞过滤的方式，提取食品样品DNA，再借助DNA扩增技术，对其是否存在转基因现象做出辨别[7]。