食品检测论文：芯片技术及食品检测透析

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本文作者：张娟谭嘉力梁宇斌李晓明吴炜亮工作单位：广东产品质量监督检验研究院国家食品安全风险评估与质量监督检验中心

可视基因芯片技术在食品安全检测中的应用

在食源性致病微生物检测中的应用食源性致病微生物检测是食品安全检测中一个重要的环节。食源性致病微生物对食品的污染，不仅会给国家造成巨大的经济损失，而且还会严重威胁人类的生命安全。目前传统的食源性致病微生物的检测方法由于过程繁琐，而且各操作步骤之间相对独立，因此很难快速且高通量的对食品安全进行检测。因此，非常有必要建立全新的食源性致病微生物检测体系。可视芯片技术从理论上说与传统生物芯片的检测效果是一致的，可以一次性检出所有潜在的致病微生物，同时兼具传统生物芯片的所有优点，因而在食源性致病微生物检测中具有很好的发展前景。近年来，许多学者对可视芯片检测食品中常见致病微生物进行了一系列相关探讨和研究。朱许强等运用可视基因芯片技术快速、准确检测食品中肠出血性大肠埃希菌、志贺菌、沙门菌以及单核细胞增生李斯特菌4种常见产毒微生物；以志贺菌为对象，该方法的检测灵敏度可达到670cfu/mL[19]。赵金毅等[20]利用该技术可以准确的检出沙门氏菌属和金黄色葡萄球菌、小肠结核肠炎耶尔森氏菌、单核细胞增生李斯特氏菌3种食品中常见致病菌，对于汤卜逊沙门氏菌，检测灵敏度可达8.5×101cfu/mL。Jenison等[21]则开发出一套多呼吸道病毒识别的可视基因芯片，可准确识别6种人类呼吸道病毒，且敏感性高、通量大、结果直观。但以上研究方法存在明显的不足，即未充分体现芯片高通量检测这一特点，因而相关学者又做了进一步研究以弥补该不足。Bai等和黎吴雁等[22-23]分别针对11种和12种常见食源性致病菌建立了相应的诊断方法,后者针对纯培养单增李斯特氏菌的灵敏度为103cfu/mL，模拟样本的灵敏度为104cfu/mL。与以上检测方法建立的原理不同，部分研究人员建立了另一类可视基因芯片。郭永刚等以链霉亲和素包被的磁珠作为标记物，通过链霉亲和素与生物素的亲和作用，使得杂交结果可以在普通的光学显微镜或放大镜下检测，甚至肉眼可见，并利用大肠杆菌作为样品进行方法验证，取得较好的实验结果[24]。史蕾等[25]利用基于磁珠的可视化基因芯片建立了一种快速检测诺如病毒的新方法，检测的灵敏度达50ng，特异性和重复性均较好，与PCR方法检测结果一致。Sun等[26]同样基于磁珠法建立了用于检测7种肠道病原菌的可视基因芯片技术，检测灵敏度高于前者（可达25ng/μL），86个样品同时用传统方法、PCR法和芯片方法进行检测，三者检测结果完全一致。同样是对肠道致病菌的检测，彭贤慧等[27]基于酪胺信号放大技术和金标银染技术建立的可视化基因芯片法可同时检测10种肠道病毒，可检出不低于102拷贝/μL的体外转录RNA，30例临床样本的芯片检测结果与荧光PCR法一致。此外，有关研究人员基于不同基质也做了相关研究。Wang等[28]利用尼龙膜作为基质建立了可检测20种肠道病原菌的可视芯片检测方法，检测结果通过特异性PCR进一步得到证实。张英朗等[29]同样利用尼龙膜做基质结合反向斑点杂交技术制备了可视化的基因芯片，能够在3~4h对我国常见的12种角膜致病真菌进行鉴定，特异性和敏感性较高。可视蛋白芯片的研究较少，石霖等将免疫胶体金技术和银显影技术有机的结合，建立并优化了可同时鉴别诊断4种禽病血清抗体的可视化蛋白质芯片技术[30]。从以上可以看出，可视基因芯片在食源性致病微生物的检测应用方面比可视蛋白质芯片技术应用更加广泛，其主要原因是前者相对与后者在技术成熟度、稳定性、操作程序方面均占据一定的优势。可视芯片技术在食源性致病微生物检测方面的特点及优势，可能使其在未来成为最具潜力的检测手段之一。在转基因食品检测和真假植物油鉴别中的应用伴随着现代生物技术的迅猛发展，以基因工程为基础的转基因技术得到广泛应用，因此，越来越多的转基因食品展现在人们面前。一方面由于对转基因食品可能对人体以及生物多样性导致的不可预期的结果所担忧，另一方面为了维护消费者对转基因食品的知情权和选择权以便做出综合评价，转基因检测技术的研究已成为当前生物技术领域的热点。现有的检测方法（普通PCR扩增法和实时荧光PCR扩增法）一次只能检测一种外源基因，对具有多种特性的转基因食品却无能为力，而且其检测效率低、检测周期长，因而不能实现对食品中大量不同转基因成分的高通量检测。Bai等[31]利用可视基因芯片技术对转基因作物进行了相关研究。通过对转基因作物的特异性序列及植物基因组SNP检测的研究，建立了一套基于可视基因芯片技术的转基因作物检测和植物基因组SNP突变鉴别的行之有效的方法。该方法快速准确，并显示出高灵敏度和强特异性，可广泛运用于需要对特异核苷酸序列进行阳性鉴定的相关研究中。Xu等和Bai等[32-33]同样利用该技术分别建立了同时检测7种转基因油菜品种和6种转基因玉米品种的可视基因芯片检测方法，当探针浓度为0.01μM时仍可以检测到100fmol的PCR产物。中国作为一个食用油消费大国，其食用油主要是以植物油为主。由于各种植物油价格存在很大差异，有些生产企业为了牟取暴利，常在高价植物油中掺入低价油或劣质油，严重侵犯了消费者的权益。现今用于鉴别植物油掺假的主要方法为物理或化学方法，但检测手段费时费力且检测结果不太理想。因此，开发准确、方便、快速地鉴定植物油成分的方法对控制食品质量和确保食品品质具有重要意义。针对此问题，Bai等[34-35]将可视基因芯片技术用于真假植物油的鉴别，一次可同时检测8种植物油成分，最低检出限可达0.1fmol，与以往研究相比，敏感性高很多。可视基因芯片技术应用于转基因检测或真假植物油鉴别，一次实验可筛选出大量的转基因成分或植物油成分，基于现有的研究基础，其必将是未来转基因食品检测和真假食品鉴别的主要研究方向。在食物过敏原检测中的应用近年来，食物中的过敏原已逐渐成为一个重要的公共健康问题，其影响范围可达总人口的4%，在婴幼儿中可达8%[36-37]。为了保护这些过敏人群的健康安全，食品必须标明可能引起过敏反应的原材料。目前，部分国家已经颁布了相应的法令。因此，亟需一种行之有效的快速检测食品中引起过敏反应的材料的方法。现在主要通过免疫学方法检测食品中的蛋白质成分[38-43]，然而，不同的食品加工方法（例如热处理或烘焙）可能引起食物中蛋白质的变性，从而不能得到满意的结果。最近，基于DNA的分析方法被用于过敏原的检测[44-49]，主要是针对于蛋白质来说它具有更高的稳定性。由于在食品中存在着各种不同类型的过敏原，因此有必要建立一种高通量的快速检测方法。传统生物芯片已在各类研究中展现出这一特性[50-51]，在这其中，可视芯片技术依据其自身的优势显示出比传统生物芯片方法更强的竞争力。Wang等[52]利用可视基因芯片技术对食品中的过敏原进行了检测分析。通过对杏仁、芝麻以及核桃等8种原材料进行研究，建立了一套新的用于检测食品中过敏原材料的可视基因芯片方法。该方法不但降低了检测费用，而且显示出极高的敏感性和特异性，与其他方法相比具有很强的竞争力。其中，芝麻的绝对检出限和实际检出限分别为0.5pg和0.001%（w/w），与以往研究报道相比具有更高的敏感性[53-54]。李小燕等利用辣根过氧化物酶和3,3'''',5,5′-四甲基联苯胺(TMB)-H2O2作为信号示踪系统，建立了一种用于检测菲律宾蛤仔过敏原的可视化抗体微阵列玻片的检测方法，最低可检出10ng/mL的杂色蛤过敏原，该方法可发展为多种过敏原的通量化检测方法[55]。通过以上检测方法的建立，将为预防因食物过敏原导致的过敏性疾病的发生提供理论依据，从而保障消费者的健康，并有利于促进我国食品的进出口贸易。

可视芯片技术存在的问题及前景展望

可视芯片技术虽然起步较晚，其凭借自身的优势在食品安全的检测中却获得越来越广泛的应用，但同时也存在一些亟待完善的问题。1）可视芯片制备的稳定性需进一步提高。首先，可视基因芯片制备过程中质量控制不严格，很容易出现杂交点模糊、形状不规范、杂交信号不均一以及背景区出现信号点等问题，严重影响后续的结果分析；其次，理论上杂交后可视基因芯片的背景不应出现信号，但在实际检测中，由于受多种因素的影响，背景区和未发生杂交反应的位点也可能会产生沉淀的堆积而造成表面颜色的改变。2）可视芯片技术在食品安全检测中的应用范围需进一步扩大。从上文中可以看出，目前可视芯片技术的应用主要集中在食源性致病菌的检测方面，而在其他方面的研究力度相对薄弱，下一步有必要加强各方面的相关研究，使该技术在食品安全检测的各个方面发挥其作用。3）可视芯片技术标准化的建立存在局限性。由于各研究单位或实验室的实验设备、操作过程以及判定方法的不同，导致各数据之间缺乏严重的可比性，很难实现共享。可视芯片技术尽管还不够完善，但由于该技术在最终的结果分析中，与传统生物芯片相比，彻底摆脱了昂贵的分析仪器，大大降低了检测成本，提高了可操作性，因而在食品安全检测领域将有广阔的发展潜力。随着该技术的广泛应用，一方面，必然带来检测效率的提高和检测费用的降低，从而大大提高了食品安全的检测水平；另一方面，为食品安全的风险预警提供了一种简易快捷的检测手段，保障了人民的健康生活。