生物技术在食品检测方面的应用

生物技术在食品检测方面的应用

摘要: 综述了DNA探针、PCR、生物芯片、胶体金免疫层析及ELLSA等生物技术的基本原理及其在食品检测方面的

应用。

关键词: 生物技术 DNA探针 PCR 生物芯片胶体金免疫层析 ELLSA 食品检测

食品安全及质量与人们生活健康息息相关, 也是影响食品工业发展及对外贸易的重要因素。长期以来, 广泛应用的物理、化学、仪器等食品检测方法已不能满足现代食品检测的需要。近些年发展的生物技术检测方法因其特异的生物识别功能, 极高的选择性, 且精确、灵敏、快速、成本低廉, 在食品科学领域中得到了广泛应用, 尤其是在检测致病性微生物、转基因食品等方面不可或缺。就近几年食品检测中常用的几种生物技术, 诸如核酸杂交、PCR、生

物芯片等做以介绍。

1 DNA探针技术

111 基本原理

DNA探针技术又名核酸分子杂交技术, 即两条不同来源的核酸链如果具有互补的碱基序列,

就能够特异性地结合而成为分子杂交链。在已知的DNA或RNA片段上加上可识别的标记(如32 P

同位素标记, 生物素等), 制成DNA 探针, 即可检测未知样品中是否具有与其互补的序列 , 检测出样品中是否含有此种微生物。近年来DNA探针技术在食品微生物检测中的应用十分广泛, 目前已可以用DNA 探针检测食品中的大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、李斯特氏菌等。

112 DNA探针技术在食品检测中的应用

DNA 探针用于食品中微生物检测的关键是DNA探针的构建。为保证检测结果的高度特异性,

必须根据具体的检测目标, 构建不同的DNA 探针。构建DNA 探针是以待检微生物中特异性保守基因序列为目标DNA, 以该序列的互补DNA 作为杂交探针, 对一般微生物而言, 可以用决定该微生物特有的生理、生化特征的基因序列构建特异性的DNA探针。

2 PCR 及其改进技术在食品检测中的应用

211 传统PCR技术

聚合酶链反应( polymerase cha in reation, PCR )是1985年诞生的一项体外扩增DNA的方法 , 是在模板DNA、引物和四种脱氧核糖核苷酸存在的条件下, 依赖于DNA聚合酶的酶促合成反应, 体外扩增特异DNA片段的技术。食品检测中, PCR主要用于病原微生物、转基因食品检测。PCR 方法对病原菌进行检测早在1992年就有报道 , 然而从食品中检测病原微生物到近几年才比较广泛地应用。目前, 利用传统PCR技术能够检测出的病原菌主要有单增李氏菌、肠出血性大肠杆菌0157、H7、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和性小肠耶尔森氏菌。

1996年德国伯恩斯坦大学的MeyerRolf等论证了PCR检测转基因食品的可能性, 而后, 该技术被广泛应用于转基因食品的检测。在现有得到相关国家的安全评价的商品化源基因食品中绝大多数含转录启动子CaMV35 s、转录终止子NOS及抗生素抗性基因NPTÒ, 这为建立相应的PCR 筛选检测方法提供了便利。迄今为止, 利用定性PCR 检测技术可检测如大豆、玉米、番茄、油菜等多种转基因作物。

传统PCR技术在实际应用中表现出一些缺陷,例如, 只能定性而不能定量地检测, 且在有死细菌存在的情况下容易产生假阳性、不能检测致毒微生物产生的毒素等。因此各项新技术的出现以及与PCR 技术的有机结合, 发展起来一系列改进的PCR技术。

212 实时定量PCR 技术

实时定量PCR技术是指在PCR 反应体系中加入荧光基团, 利用荧光信号积累实时检测整个PCR进程, 最后通过标准曲线对未知模板进行定量的方法。该方法可以对GMO进行定量分析, 目前已被一些国家的政府实验室采用。近年来, 实时定量PCR 技术在食品检测中的应用研究越来越广泛。在食物加工过程中外源DNA 污染的定量, 病原微生物的检测、掺假量的检测、转基因食品的检测方面都具有重要的应用。例如,2003年, Sandberg等用检测谷物基因来控制那些缺乏麦麸的婴儿食物; 曹际娟等检测了肉骨粉中牛羊源成分; 2006年, Muleg等检测葡萄中曲霉菌的污染程度; 潘良文等对转基因油菜中Barnase基因成功地进行了测定。Alery等也证实了该技术是估计食品中普通小麦量的理想技术。213PCR2DGGE 技术

PCR2DGGE 技术是由Sheffield 等1989 年首次提出, 将变性梯度凝胶电泳(DGGE )技术和PCR 技术结合起来, 可分离长度相同但是碱基不同的DNA片段混合物, 在变性条件适当的情况下能分辨一个碱基对, 具有特异性强、敏感性高的特点。运用该技术, Ampe等从面团中中鉴定乳杆菌和木薯淀粉发酵中的微生物菌落。

214 巢式和半巢式PCR

巢式PCR( nested PCR ) 是在普通PCR 基础上发展起来的一种PCR 技术, 其原理是设计两对引物, 其中1对引物在另1对引物扩增产物的片段上,通过2次PCR 反应对某个基因进行检测。半巢式PCR( sem i2nested PCR )的原理与巢式PCR 基本相同, 只是半巢式PCR 只有1对半引物, 有1个引物被用于两次PCR 反应中。这两种方法可以减少假阳性的出现, 同时可以使检测的下限下降几个数量级。从理论上来说, 用巢式和半巢式PCR 可以检测到低于10- 11 g /LL的DNA模板量, 且具有高度的特异性, 其结果一般不需要再用其他方法来验证。另外, 多重PCR[ 8], RAPD2PCR[ 21], PCR2ELISA[ 13]等也在食品检测中有广泛的应用。

3 生物芯片技术及其在食品检测中的作用

生物芯片是20世纪80年代末在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术,

它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化

学分析系统, 以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化, 其中基因芯片和蛋白质芯片在食品检测中广泛应用, 分别从基因和蛋白水平实现对病原性微

生物及转基因食品等的检测。

311 基因芯片技术

基因芯片(DNA芯片、DNA微阵列) 是将各种基因寡核苷酸点样于芯片表面, 待检样品DNA 经

PCR 扩增后, 制备荧光标记探针, 然后再与芯片上的寡核苷酸点杂交, 最后通

过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在特定基因。因基因芯片技术能够及时、准确地检测出食品中的病原性微生物, 近年来受诸多研究者青睐。

31111 基因芯片技术在食品卫生检测中的应用