快速检测技术在食品检测中的应用

作者: 李欣瑶

摘 要:快速检测技术具有操作简单、实验周期短、精确度高等优点,能够缩短检测周期,提高检测准确度和效率,保障食品安全及大众健康。本文探讨了分子生物学技术、免疫学技术、代谢学技术、生物传感器技术以及流式细胞术在食品检测中的应用,以满足人们对生活质量的追求。

关键词:食品;微生物;食品安全;快速检测技术

Application of Rapid Detection Technology in Food Detection

LI Xinyao

(Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China)

Abstract: Rapid detection technology has the advantages of simple operation, short experiment period and high accuracy, which can shorten the detection period, improve the detection accuracy and efficiency, and ensure food safety and public health. This paper discusses the application of molecular biology technology, immunology technology, metabolism technology, biosensor technology and flow cytometry in food detection to meet people’s pursuit of quality of life.

Keywords: food; microorganism; food safety; rapid detection technique

目前,我国存在病原微生物污染,农兽药化学污染物、重金属、真菌毒素污染,非法添加和欺诈4类食品安全问题,由此可见食品安全检验检测的重要性。其中,食品安全检测技术和设备是食品监管必备的软硬件条件,但是传统的微生物检验检测技术周期长、效率低,已经无法适应当前食品市场监管的需求。为有效解决食品安全风险问题,快速检测技术以其操作简单、实验周期短和精确度高的优势逐渐得到了推广和应用。基于此,本文探讨了快速检测技术在食品检测中的应用。

1 快速检测技术的作用

1.1 能够提高监督监测效率

传统的微生物检测方法虽然灵敏度和特异性较高,但操作程序烦琐、用时长且准备和收尾工作繁重,同时还需要大量工作人员参与,需要耗费大量的人力、物力,从检测开始到结果呈现花费了大量的时间成本,使得相关部门发现问题、解决问题的能力受限[1]。例如,餐饮业所需的食材多以生鲜为主,使用传统的食品微生物检测技术检测细菌总数通常需要48 h,大肠菌群需要48~96 h,检测沙门氏菌等致病菌甚至需要4~5 d或更长时间,这就很难及时有效地发现和采取有效的预防措施应对这些被污染或不合格的生鲜食材,不利于食品安全。在这样的背景下,操作简便、快速、结果可靠的食品微生物快速检测技术成为行业发展需要,它克服了传统检测方法费时费力的弊端。以分子生物学技术、免疫学技术、生物传感器技术等为代表的食品微生物快速检测技术能够提高食品微生物监测效率,有效杜绝或减少因微生物所引起的食源性疾病或食物中毒发生的概率,扩大食品安全控制范围,前移食品安全预警,保障食品安全。

1.2 为保障人们生命安全争取更多时间

食品中毒发生以后,在最短的时间内快速确定出是哪一种物质引起的中毒是为伤者赢取宝贵生命的重要步骤。传统食品微生物检测方法用时较长,很难在短时间内确认致毒食品,食品微生物快速检测技术的运用能够在诸多可疑样品中快速筛选出致毒食品,从而为抢救伤者赢得更多时间,更好地保障人们的生命安全。

2 快速检测技术

2.1 分子生物学技术

2.1.1 基因芯片技术

基因芯片又称为DNA芯片,其具有高集中的特点[2]。原理是根据碱基互补配对原则,将大量DNA片段按特定排列方式固定在载体上,形成DNA分子点阵,将待测的基因扩增、标记好后,与所固定的探针进行杂交,通过检测杂交信号,对食品微生物进行快速检测,实现准确筛查。此外,基因芯片技术还能对微生物的含量和变异信息进行快速检测,因此它在转基因食品检测中也到了广泛的应用。

2.1.2 聚合酶链式反应技术

聚合酶链式反应主要应用于病原微生物检测中,能够快速准确地对食品微生物进行甄别、检测,具有易操作、可数据化、敏感性高、特异性强的特点。该技术的原理是通过体外扩增DNA技术,双链DNA在高温下变性形成单链DNA,在特定温度下退火,与引物片段特异性结合,在DNA聚合酶作用下延伸形成目的片段,再经过多个循环,使DNA复制,便于检测[3]。

2.1.3 恒温扩增技术

恒温扩增技术又称环介导恒温扩增技术,作为分子生物学领域的新兴技术,其基本原理是针对靶基因的6~8个特定区域设计引物,在恒温条件下,利用链置换DNA聚合酶实现扩增,产生大量白色的扩增产物[4]。技术人员通过肉眼对白色沉淀物进行观察,判断其是否存在,进而判断是否有靶标微生物的存在。恒温扩增技术成本相对较低,在操作中不需要专门的扩增仪器。此外,它具有高特异性、高灵敏度、操作简单、耗时短、结果易于鉴定等特点,在掺假食品检测、病原菌检测、转基因食品检测等方面应用广泛[4]。

2.2 免疫学技术

2.2.1 免疫荧光技术

免疫荧光技术又称免疫抗体技术,其作用原理是抗原和抗体能特异性结合,借助抗体的荧光反应对抗体进行标记观测[5]。在食品微生物检测中,将潜在的抗原,即靶标微生物与抗体和荧光蛋白特异性结合,通过观察荧光信号的有无和强弱来确定微生物是否存在,并初步判断样品中微生物的含量。在应用中,免疫荧光技术具有敏感性高、特异性强、易操作、可数据化等特点,缺点是时效性不足。

2.2.2 免疫层析技术

免疫层析技术又称侧流免疫技术,具有操作简便、价格低廉、检测快速、不需要任何仪器设备和专业技术人员等特点,常用于食品安全检测现场初级筛查。该技术的原理是先将抗体固定在硝酸纤维素膜上,当加入食品样本液时,通过毛细管作用,样品液向膜下方移动,直到遇到固定在膜上的抗体,发生特异性抗原抗体反应,这种抗原抗体复合物会在特定染色剂作用下显色。通过观察颜色变化,可在10~15 min得到检测结果。

2.2.3 酶联免疫吸附技术

酶联免疫吸附技术又称为酶联免疫法,是一种应用广泛的食源性致病菌检测方法,也是一种非常准确和灵敏的检测抗原或半抗原的方法。其主要原理是抗体与酶复合物结合,通过显色反应来检测样品。由于酶具有较强的生物催化效果,因此极大地提高了检测效率。酶联免疫吸附检测技术的具体操作过程是将抗体或抗原结合到固相载体表面;使上述抗体或抗原与酶连接形成酶标抗体或抗原;用洗涤的方法将复合物与其他物质分离,添加酶反应底物后,底物在酶的作用下显色,通过颜色的深浅和吸光度值分析微生物含量。

2.2.4 免疫磁珠技术

作为一种新的免疫技术,免疫磁珠技术具有高度特异性,其原理是磁珠与单抗结合,可特异性识别待测样本中的抗原,形成抗原抗体复合物,将这种复合物在磁场下分离,以此判断微生物是否存在于食品中。该方法具有操作简便、高通量筛选能力强、检测速度快等优点,只需将待测样品与磁珠孵育1 h左右,在磁场作用下分离抗原抗体复合物,过程中不易被其他微生物污染,因此该技术主要应用在食品中微生物、病毒检测。

2.3 电阻抗技术

电阻抗技术具有操作简便、快速、无损等特点。其作用原理是根据微生物在培养基中的代谢活动不同,代谢产生的电活性物质不同,培养基的电阻抗和电导性会发生变化,通过测定可得出待测样品中微生物的含量和类别,分析细胞膜的容抗情况。但该技术也有其局限性,存在诸多的不确定因素,在实际应用中会受到温度、频率、电极形状等因素的影响,给实际应用带来了困难。

2.4 生物传感器技术

生物传感器包括光学生物传感器、电化学生物传感器、压电生物传感器3个部分。随着适配体、肽、纳米材料等材料的兴起,生物传感器技术迎来了新的发展机遇。其原理是生物敏感元件中的识别元件能够对目标分子进行识别,这种识别元件通常由酶、抗体、核酸、适配体、多肽或有机分子组成,能够特异性识别待测样本中潜在微生物的某种蛋白质或基因片段[6]。生物传感器技术主要包括光学生物传感器、电化学生物传感器、免疫传感器、核酸生物传感器以及流式细胞术。其中,流式细胞术是目前最先进的定量分析技术之一,具有速度快、精确度高、准确性好的优势,可对高速流动的单个细胞或颗粒进行快速定量分析和分选。

3 快速检测技术在食品检测中的应用

3.1 分子生物学技术在食品检测中的应用

就现阶段的食品安全检测而言,分子生物学技术以其检测时间短、灵敏度高、特异性强等优势已获得了较为广泛的应用,多用于肉类成分鉴定、微生物检测、病毒检测和寄生虫检测等。不同的分子生物学技术具有不同的优点,因此在不同的领域得到运用。例如,常规PCR具有极高的灵敏度和分辨率,可检测食品中的猪成分和饲料中的牛羊源性成分;限制性片段长度多态性PCR广泛应用于肉类真实性检测;重组酶聚合酶等温扩增技术凭借特异性强、灵敏度高、反应时间短、便于观察结果、不需复杂仪器等优势非常适合实验室快检以及野外现场快检,用于检测潜在食物威胁因素,如过敏原、转基因生物或病原体等。

3.2 免疫学技术在食品检测中的应用

相对于其他食品质量安全检测形式,免疫学技术的特异性更明显,灵敏性更高且清洁无污染,它可以对菌落总数、大肠菌群、致病菌以及激素残留进行检测。目前,免疫学技术在食品领域应用广泛,主要对人们日常用品如油料、水果、蔬菜、乳制品、酒水、调味品等进行检测,既能够迅速判断食品中所含有的毒素、寄生虫等,又可以准确判断食物中的农药残留、兽药残留、激素残留等有机物质的含量,在食源性疾病的预防和控制方面彰显了重要价值。

3.3 代谢学技术在食品检测中的应用

随着国内外对食品质量需求的日益增长,代谢学技术作为一种灵敏、可靠、特异性强的快速检测技术已被全面用于评估食品的质量和安全,用于鉴定假冒伪劣产品、追溯食品原料的产地、监控食品加工过程,为食品的质量和真实性提供有价值的信息。其中,电阻抗测定技术因具备高灵敏性、强特异性和快速的优势广受青睐,多被用于检测乳品中的沙门氏菌、大肠杆菌等。放射测定技术也凭借高度自动化、快速以及高精准度的优点被广泛应用于多种微生物检测。

3.4 生物传感器技术在食品检测中的应用

在科技力量的推动之下,更多先进的技术被研发出来,可以对食品实施有效监测。生物传感器就是其中之一[7]。生物传感器技术主要应用于对农药、非法添加剂、食品添加剂、微生物以及毒素的检测,与传统的食品质量安全检测相比较,具有灵敏度高、速度快、选择性强等优点,同时操作简单,危害性也低。例如,生物传感器在对农药进行检测时,其敏感性相对较高,能够直接发现果蔬的农药残留超标,进而为市场监管提供有效依据。再如,在对瘦肉精、三聚氰胺等非法添加剂进行检测时,生物传感器对瘦肉精检测的准确性相对较高,并且在现今的技术领域,有专门针对瘦肉精检测的生物传感器,保证最高的检出率,以及时发现违规的肉质,对不良商家进行及时处置,进而保障消费者的生命安全。

3.5 流式细胞术在食品检测中的应用

流式细胞术作为一种新型的技术,是对单个细胞或其他生物微粒进行多参数、快速定量分析的先进技术,具有分析参数多、检测通量高、方法灵活多变等特点,在食品、环保、医药领域得到了快速发展。该技术可特异性识别目标物质,可同时快速地检测多个参数,能够对食品中的各种病原性致病菌进行快速检测,成为现代生命科学研究中不可或缺的工具。例如,流式细胞术能够快速检测生乳中的细菌,为乳制品的快速检测提供技术参考。

4 结语

随着全球化进程的不断推进,食品供应链变得更加复杂,因此开发微生物的快速检测技术非常重要。本文分别阐述了分子生物学技术、免疫学技术、代谢学技术、生物传感器技术、流式细胞术的工作原理,分析了各项技术的现状并探讨了其在食品微生物快速检测中的应用。这些技术还在不断完善中,以满足人们对生活质量的追求。食品检测分析技术的持续进步,将在保障食品安全、促进社会经济发展以及维护消费者权益等方面发挥更大作用。

参考文献

[1]李昕梦,赵相艳.食品微生物快速检测技术研究进展[J].现代食品,2023,29(4):162-164.

[2]洪诗然.基因芯片技术在食品检测中的应用[J].数字技术与应用,2022,40(5):43-45.

[3]姚艳玲.聚合酶链式反应技术在食品源性分析中的应用[J].安徽农业科学,2017,45(9):98-100.

[4]赵彩红,高强,李明生,等.环介导恒温扩增技术在食品检测中的应用[J].农业科技与信息,2017(22):

26-28.

[5]齐艳君.快速检测技术在动物食品微生物检测中的应用[J].吉林畜牧兽医,2020,41(8):81-82.

[6]王森,沈飞,何学明,等.生物传感器技术在大肠杆菌内毒素检测中的应用进展[J].食品安全质量检测学报,2023,14(13):48-55.

[7]王婷婷.生物传感器在食品安全检测中的应用[J].农业科技与装备,2022(4):46-47.

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