分子生物学技术在食品安全领域的应用

摘 要：本文介绍了分子生物学中Southern印迹杂交、免疫印迹法、聚合酶链式反应、基因芯片等技术在食品安全领域的多方面应用，包括品种鉴定、过敏原检测、安全检测、食品溯源等，同时对该领域的未来发展进行了展望，旨在为食品安全领域的创新发展提供参考。

关键词：分子生物学；食品安全；安全检测；食品溯源

Application of Molecular Biology Techniques in the Field of Food Safety

FAN Qiujia， DENG Rui

（Market Supervision Administration of Tangshan Municipality， Tangshan 063000， China）

Abstract： This paper introduces the application of molecular biology such as Southern blot hybridization， immunoblotting， polymerase chain reaction， and gene chips and other technologies in the field of food safety， including variety identification， allergen detection， safety testing， and food traceability， and also looks forward to the future developments in this area， which aims to provide a reference for innovative development in the field of food safety.

Keywords： biological preservation; food safety; safety testing; food traceability

随着科技发展，分子生物学技术大量应用于食品科学领域。在品种鉴定方面，可通过分析基因序列差异，精准鉴别品种，助力食品安全溯源。在功能分析中，研究关键基因表达差异不仅能揭示营养成分差别，还能调控和提升食品品质。用于基因改良时，可通过修改基因表达来提高食品品质、产量。在食品安全检测上，可检测致病微生物、病原体基因信息。在新型食品材料研发方面，可合成食品用色素香精，制备小分子肽等。分子生物学技术为食品安全检测提供了高效、准确、灵敏的方法，对于保障公众健康、维护食品市场秩序具有不可替代的重要作用。

1 分子生物学概述

分子生物学是一门从分子水平研究生物大分子（核酸、蛋白质等）的结构与功能，从而阐明生命本质的科学，主要研究遗传信息的传递与表达，包括DNA的复制、转录和翻译过程，以及基因的调控机制。分子生物学还关注生物大分子之间的相互作用，如蛋白质与核酸的结合，以及这些相互作用如何影响细胞的生理过程和生物体的发育、生长、衰老等。

分子生物学核心技术包括核酸提取与纯化、聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）扩增、基因克隆、DNA测序、蛋白质分离与鉴定等。通过应用这些技术，科学家能够深入探究生命的奥秘，为疾病诊断、药物研发、农作物改良等众多领域提供理论基础和技术支持[1]。分子生物学的发展极大地推动了现代生命科学的进步。

2 分子生物学在食品安全领域的应用

分子生物学的众多方法能够应用于食品安全领域。①PCR可用于检测食品中的致病微生物，还能在食品真伪鉴别中应用。②核酸测序能够准确检测食品中病原体的基因序列，有助于深入了解病原体的特性和进化方向，也能用于确认食品中是否存在特定的突变基因，如在肉类检测中确定特定品种的基因特征。③基因芯片技术可以检测基因表达模式的变化，从而对食品的品质进行评估。④核酸分子杂交中，Southern杂交可用于检测食品中特定DNA片段，如转基因植物中的外源基因；Northern杂交能检测食品加工过程中特定RNA的变化。⑤单链构象多态性（Single Strand Conformation Polymorphism，SSCP）分析可检测食品中微生物或动植物基因的突变情况，为优质食材筛选提供信息。⑥免疫印迹法能够检测食品中的过敏原。这些方法为食品检测提供了高灵敏度、高特异性和快速准确的手段，有助于保障食品安全和质量。

2.1 PCR技术在食品真伪鉴别中的应用

PCR技术具有高度的灵敏性，能够检测出微量的非预期物种成分。这对于防止非法添加或掺杂其他动物肉的行为具有重要意义，在肉制品真伪检验中具有广泛的应用。①精准鉴定肉制品的物种来源。通过设计针对特定物种基因的引物，PCR可以准确区分牛肉、猪肉、羊肉等不同种类的肉，防止以次充好或假冒伪劣。②对于经过加工处理的肉制品，如香肠、肉丸等，PCR技术依然能够发挥作用。即使肉品的形态和特性发生改变，其基因信息仍能被检测出来，从而确定其中所含肉的真实种类[2]。在一些市场监管案例中，PCR技术成功检测出标注为纯牛肉的制品中混入了猪肉成分，保障了消费者的权益和食品安全。PCR技术凭借其准确、灵敏、可靠的特点，成为肉制品真伪检验的有力手段。

2.2 Southern技术在转基因成分测定中的应用

Southern印迹杂交在转基因成分测定中具有广泛应用，能够检测特定DNA序列在基因组中的存在、拷贝数和完整性。在转基因成分测定中，通过设计针对转基因特有序列的探针，Southern杂交可以准确地确定转基因片段是否整合到受体基因组中，以及整合的位置和拷贝数[3]。其过程主要分为3个步骤：①先提取待检测样品的基因组DNA，然后用限制性内切酶进行消化，使DNA片段化；②通过琼脂糖凝胶电泳分离这些片段，将其转移到固相支持膜（如硝酸纤维素膜或尼龙膜）上；③用标记的特异性探针与膜上的DNA进行杂交，通过检测探针的信号，判断转基因成分的存在和相关特性。例如，检测含有抗虫基因的转基因玉米，设计与该抗虫基因序列互补的探针，如果杂交结果显示有阳性信号，就表明样品中含有这种转基因成分。Southern技术在转基因食品检测中的优势在于它能够特异性地检测外源基因的存在、拷贝数以及在基因组中的整合位置等信息，具有较高的准确性和特异性。

2.3 免疫印迹法在过敏原检测中的应用

免疫印迹法指蛋白质印迹法，是分子生物学、生物化学和免疫遗传学中常用的一种实验方法。以过敏原检测为例，其主要过程如下[4]。①获取可能含有过敏原的食品样品，提取样品中的蛋白质并进行电泳，使不同分子量的蛋白质得到分离。②将凝胶中的蛋白质转移到固相膜（硝酸纤维素膜或尼龙膜等）上后，用针对特定过敏原的抗体与膜上的蛋白质进行混合、孵育。如果样品中存在该过敏原，抗体就会与之发生特异性结合。洗去未结合的抗体后，加入酶标记的第二抗体，再次孵育并洗去未结合的二抗。③加入显色底物，通过显色反应或荧光检测来判断是否存在与抗体结合的过敏原蛋白，从而确定样品中是否含有相应的过敏原。例如，检测牛奶中的酪蛋白过敏原时，可使用针对酪蛋白的特异性抗体进行免疫印迹法实验。若实验结果显示有色带或荧光信号出现，则表明样品中存在酪蛋白过敏原。免疫印迹法具有较高的特异性和灵敏度，可以检测到特定的过敏原蛋白，有助于确定引起过敏反应的具体成分。

2.4 DNA指纹技术在食品溯源中的应用

DNA指纹技术是一种通过分析生物个体基因组DNA中存在的特异性片段来鉴定个体或区分不同个体之间差异的分子生物学技术。在食品溯源领域，DNA指纹技术通过检测和分析生物体内基因组DNA的多态性来实现溯源。不同个体或物种的基因组存在特定的差异区域，这些区域包括短串联重复序列（Short Tandem Repeats，STR）、单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）等。提取食品样本中的DNA后，利用特定的引物通过PCR扩增这些多态性区域，然后通过电泳、基因测序等方法对扩增产物进行分析。由于每个个体或物种的这些多态性区域的组合具有独特性，就像人的指纹一样独一无二，因此可以通过比对这些“DNA指纹”来确定食品的来源和归属。

DNA指纹技术在以下食品溯源领域有着广泛应用。①水产品溯源：确定鱼类、虾类等水产品的物种、捕捞区域以及养殖环境。②果蔬溯源：区分不同品种、产地的水果和蔬菜。③乳制品溯源：明晰牛奶、羊奶等乳制品的动物来源和牧场信息。

2.5 单链构象多态性在食品原料筛选中的应用

单链构象多态性技术原理为DNA或RNA单链构象与碱基序列相关，碱基序列变化会导致单链构象改变。进行SSCP分析时，先对待检测片段进行PCR扩增并变性为单链，然后在非变性聚丙烯酰胺凝胶中电泳，因单链构象差异，不同单链分子迁移速率不同，通过观察电泳条带位置和数量可判断样品是否存在突变基因。SSCP在食品原料筛选中具有较高的应用价值，可用于检测食品原料中动植物基因的突变情况，从而筛选出优质的原料。

例如，在农作物筛选中，SSCP能够检测出与品质、抗逆性等相关基因的突变情况，帮助选择具有优良性状的种子或植株，提高农作物的产量和品质。在肉类原料筛选中，可检测与肉质、营养成分等相关基因的突变情况，确保肉类原料的品质和安全性。此外，对于水产品等其他食品原料，SSCP也能发挥类似的作用，筛选出符合要求的原料，为食品安全和品质提供保障。

2.6 基因芯片技术在食品品质评估中的应用

基因芯片技术，又称DNA芯片或微阵列技术，是一种将大量特定的DNA片段（探针）有序地固定在固相支持物（如玻璃片、硅片等）上所形成的高密度DNA微阵列。基因芯片包含了大量已知序列的DNA探针，这些探针被固定在芯片表面特定的位置上。在进行食品品质评估时，从食品样本中提取RNA并进行反转录得到cDNA，将这些cDNA与基因芯片上的探针进行杂交。由于不同品质状态下食品的基因表达模式有所不同，所以杂交后的信号强度和模式也会相应变化。通过检测和分析这些杂交信号，可以了解与食品品质相关的基因表达情况，从而对食品的品质进行评估[5]。

例如，在检测水果成熟度时，与成熟过程相关的基因表达会发生改变，基因芯片通过检测这些变化判断水果是否达到最佳成熟度。基因芯片在食品品质评估中的应用主要包括以下几个方面。①新鲜度检测：评估肉类、水果、蔬菜等食品在储存过程中的新鲜程度变化。②成熟度判断：确定水果、谷物等的成熟阶段，以保证食用或加工时机最佳。③营养成分分析：检测食品中关键营养成分相关基因的表达，评估其营养价值。

3 结语

在当今社会，食品安全已成为全球关注的焦点。分子生物学技术的迅速发展为食品安全领域带来了全面的变化。然而，分子生物学技术在食品安全领域的应用也面临一些挑战。例如，检测成本较高，对实验设备和操作人员的技术水平要求较高，限制了其在一些基层检测机构的广泛应用。此外，检测结果的准确性可能会受到样品处理和实验操作过程等因素的影响。

未来，分子生物学在食品安全领域的应用有望取得更显著的进展。①技术创新方面，随着纳米技术、微流控技术和人工智能的融合，将开发出更加便捷、高效、低成本和智能化的检测设备和方法。新的分子标记和检测靶点的发现将进一步提高检测的准确性和特异性。②应用范围的拓展方面，不仅可对其在传统的微生物污染和转基因检测方面的应用不断进行优化，还有望在食品添加剂的安全评估、食品加工过程中的化学变化监测等领域发挥更大的作用。③随着分子生物学技术的广泛应用，相关的法律法规和检测标准也将不断更新和完善，以确保检测结果的合法性。

参考文献

[1]汪佳豪，赵卿尧，周月玲，等.基因芯片在畜禽遗传育种中的应用及展望[J].遗传，2023，45（12）：1114-1127.

[2]霍胜楠，孟静，杨振东，等.3种食源性致病菌的实时荧光PCR快速检测[J].食品研究与开发，2016，37（16）：143-147.

[3]姜永均.Southern印迹杂交及其他相关印迹技术简介[J].生物学教学，2010，35（11）：64-65.

[4]张旭东，向莉，李启亮，等.荧光酶联免疫法和免疫印迹法检测过敏原特异性免疫球蛋白E一致性分析[J].标记免疫分析与临床，2024，31（1）：151-156.

[5]白瑞.PCR技术在食品检测领域的国内标准使用现状及应用进展[J].工业微生物，2024，54（2）：66-68.