从免疫学和分子生物学讨论现代生物技术在食品检测中的应用
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发布时间：2022-04-30 22:41
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时间：2022-06-19 18:48
在食品检验中应用的几种生物检测技术
1 免疫法
免疫法是最灵敏的生物检测方法，具有高特异性和高灵敏性（灵敏度可达1ppb，1ppm）、操作简便、再现性好，应用前景看好。用免疫法可进行蛋白质检测，由于不同蛋白质的物理、化学性质差别极小，只能通过各种免疫方法或标记探针法加以区别。
(1) 荧光抗体法
将荧光抗体溶液滴加于固定的标本上，一定时间后用缓冲液冲洗，若有相应抗原存在，即与荧光抗体结合，在荧光显微镜下即可看到发荧光的抗体复合物。荧光抗体法在微生物污染鉴定中经常使用，最常用于沙门氏菌的检测。
(2) 放射免疫法
灵敏度高，但操作相对复杂，放射免疫法同位素半衰期短，保存及操作不便。目前应用情况受到*。
(3) 酶联免疫吸附法
是一种基本的酶免疫检测方法，其选择性好、灵敏度高、快速、易操作、结果判断客观准确、实用性强。酶免疫法和其他免疫法一样，都是以抗体和抗原的特异性结合为基础的。以酶或辅酶为标记物，标记抗原或抗体，用酶促反应的放大作用来显示初级免疫学反应。
酶联免疫吸附法除可检测食品中的毒素、残留农药及微生物外还可用于营养素的测定。
(4) 凝集反应法
当有电解质存在时，颗粒状的抗原与其特异性的抗体结合并生成可见凝集块的反应称为凝集反应，有直接反应和间接反应法。利用凝集反应可测定抗体的效价，也可用于细菌、病毒等的分类。
(5) 沉淀反应法
沉淀反应法常见的是一种琼脂扩散试验。单向扩散是利用不同抗原抗体在琼脂中不同的扩散速度而会在琼脂中出现几条相互分离的沉淀带。双向扩散则是利用抗原抗体都向中间层―――琼脂扩散而形成沉淀带，根据分离沉淀带的数量可确定抗原抗体种类。
(6) 免疫扩散法
利用蛋白质在半固体基质上的扩散作用，使抗原和抗体在浓度比例合适的部位产生沉淀带或沉淀环，从而检测蛋白质。如血清中IgG、IgA、IgM含量的测定。
(7) 免疫电泳法
免疫电泳法是将电泳和琼脂扩散沉淀反应相结合的一种方法，即先将血清或蛋白质抗原在琼脂凝胶中进行电泳。带电的蛋白质抗原向负极移动，加入抗血清后，不同区点的抗原再与抗体进行沉淀，当相应抗原抗体接触，在适当比例下形成弧形沉淀带，根据沉淀带的位置对蛋白质的各组分进行检测。如免疫球蛋白含量的测定。
2 酶检测法
酶检测法就是用酶来测定某些用一般化学方法难于检测的食品成分的含量或测定食品中某些特殊酶的活性或含量。其最大特点就是特异性强。所以常用于分析结构和物理化学性质比较相近的同类物质的分别鉴定。如测定食品中残存有机农药的含量、微生物污染或了解食品的制备、保存情况。
酶检测法的样品一般不需要进行很复杂的预处理，由于酶的催化效率很高，反应条件温和，酶检测法的检测速度也比较快。常用的有以下方法：
(1) 终点测定法
在以待测物质为底物的酶反应中，如果使底物能够接近完全地转化为产物，而且底物或产物又具有某种特征性质，通过直接测定转化前后底物的减少量、产物的增加量或辅酶的变化等就可以定量待测物质。
(2) 动力学测定法
在反应体系中精确加入一定数量的酶，测定反应物或产物变化的速度。测定的参数可以是吸光度、荧光度、pH值等。
(3) 多酶偶联测定法
当被测定的底物或反应产物没有易于检测的物理化学手段时，可采用两种或两种以上的酶进行连续式或平行式的偶联反应，使底物通过两步或多步反应，转化为易于检测的产物，从而测定待测物质的含量。例如葡萄糖的定量测定。
(4) 利用辅酶作用或抑制剂作用测定法
如果待测物质可作为某种酶专一的辅酶或抑制剂，则这种物质的浓度和将其作为辅酶或抑制剂的酶的反应速度之间有一定关联，因此通过测定该酶的反应速度就能进行这种物质的定量。嘌呤、核甙酸、维生素、辅酶及食品中农药、杀虫剂的检验可用此法。
(5) 通过酶反应循环系统的高灵敏度测定法
对于极微量的物质进行酶法检测时，由于灵敏度的原因，在很多情况下不能应用通常的终点测定法，可设计一个酶反应循环系统来提高检测灵敏度。
(6) 酶标免疫检测法
抗体与相应的抗原具有选择和结合的双重功能。若要测定样品中抗原的含量，就将酶与待测定抗原的对应抗体结合在一起，制成酶标抗体。然后将酶标抗体与样品液中待测抗原，通过免疫反应结合在一起，形成酶―抗体―抗原复合物，通过测定复合物中酶的含量就可得出待测抗原的含量。此法可用于食品的污染检测，尤其适用于毒素的快速检测。
(7) 放射性同位素测定法
酶的活性可以采用同位素标记的底物进行测量。经酶解后随时间所生成的放射性产物含量与酶的浓度成正比。也可用放射性同位素的底物在酶的作用下得到的产物，分离测定产物的同位素含量。此法可用于需要进行极微量的分析或因新发现的酶还未找到适当的分析法时的测定。
3 核酸探针技术
核酸探针技术又名基因探针技术或核酸分子杂交技术，具有敏感性高（可检出10-9―10-12的核酸）和特异性强等优点。两条不同来源的核酸链如果具有互补的碱基序列，就能够特异性的结合而成为分子杂交链。据此，可在已知的DNA或RN*段上加上可识别的标记（如同位素标记、生物素标记等），使之成为探针，用以检测未知样品中是否具有与其相同的序列，并进一步判定其与已知序列的同源程度。
核酸探针技术已被广泛应用于进出口动植物及其产品的检验。用于检验食品中一些常见的致病菌及产毒素菌，如大肠杆菌、沙门氏菌等多种病原体的检验。近年来，放射性同位素标记的核酸探针正越来越多地用于产肠毒素性大肠杆菌的快速检测。
4 多聚酶链反应技术
多聚酶链反应技术是一种极敏感的分子生物学方法，是一项DNA体外扩增技术，在体外对特定的双链DN*段进行高效扩增，故又称基因体外扩增法。
多聚酶链反应技术快速、特异、敏感，在食品中致病菌的检测方面具有很大的应用潜力。如可用于单核细胞增多症李氏杆菌、金*葡萄球菌、顽固性梭状芽胞杆菌、沙门氏菌等的检测。
5 基因芯片技术
基因芯片技术能同时将大量探针固定于支持物上，可以一次性对样品大量序列进行检测和分析，从而解决了传统核酸印迹杂交技术的操作繁杂、自动化程度低、操作序列数量少、检测效率低等不足，是一种在生物技术产品检测中极有发展前景和应用价值的技术，也是近年来国内外研究的热点，基因芯片检测技术完全可能成为21世纪最具活力的检测技术之一。
基因芯片检测技术可以判断该植物是否含有外来的基因序列，而鉴定该植物是否为生物技术作物。
6 免疫传感器
免疫传感器是根据生物体内抗原-抗体特异性结合并导致化学变化而设计的生物传感器，其主要由感受器、转换器和放大器组成。免疫传感器是多学科边缘交叉的产物，其研究涉及到电化学、物理、生物、免疫学和计算机等领域的相关知识。
免疫传感器主要有:酶免疫传感器、电化学免疫传感器(电位型、电流型、电导型、电容型)、光学免疫传感器(标记型、非标记型)、压电晶体免疫传感器、表面等离子共振型免疫传感器和免疫芯片等。
基于抗原-抗体特异性结合的工作原理，免役传感器在食品检测中的应用主要体现在对生物性危害的检测。如可用于致病菌、生物毒素、农药、兽药等的检测。
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时间：2022-06-19 18:49
器、酶，在最适宜条件下，生产有价值的产物或
进行有益过程的技术。近年来，随着生物技术在
食品生产与开发中的应用，用生物程序生产细胞
或其代谢物质来制造食品，改进传统生产过程，
使食品工业得到了飞速发展，主要体现在四个方
面：一是利用基因工程、细胞工程技术对食品资
源进行改造与改良；二是利用生物技术产品进行
二次开发，形成新的产品，如功能性低聚糖、食
品添加剂等；三是利用酶工艺、发酵技术、生物
反应器等对传统食品加工工艺进行改造，降低能
耗、提高产率；四是利用发酵工程、酶工程技术
将农副原材料加工成商品，如酒类、调味品、酸
奶类等。此外，与食品生产相关领域，如食品包
装、质量检测、三废处理等方面，生物技术也得
到了广泛应用。
1 生物技术
生物技术以生命科学为基础，是一门跨学科
的综合性科学，是研究生物学、医学、农业与食
品科学的基础工具，主要包括基因工程、蛋白质
工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等5个方
面。
1．1 基因工程
基因工程又叫遗传工程，是分子遗传学和工
程技术相结合的产物，是生物技术的主体。基因
工程是指用酶学法将异源基因与载体DNA在体
外进行重组，将形成的重组因子转入受体细胞，
使异源基因在其中复制并表达，从而改造生物特
性，生产出目标产物的高新技术。主要包括重组
DNA、基因缺失、基因加倍、导人外源基因以及
改变基因位置等分子生物学技术手段。基因工程
技术在食品工业中的应用，主要涉及微生物、植
物和动物，通过对被加工材料的处理，生产出符
合人们需要的基因食品。基因工程能够培育和创
造出自然界所没有的新的生命形态。目前，用这
种技术已培育出多种“工程细菌”，可以用来生
产诸如含有生长激素、胰岛素、干扰素的功能食
品和可食单细胞蛋白等，在食品工业中具有广阔
的发展前景。
1．2 蛋白质工程
蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、
分子生物学、分子遗传学等学科基础之上，融合
蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计
算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领
域。蛋白质工程，又称“第二代基因工程”，是
按人们的意志创造出适合人类需求的，具有不同
功能的蛋白质，创造出世界上原来不曾有过的新
蛋白质及其众多的新产品，利用蛋白质工程可以
生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质
和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的性
能，生产新型营养功能食品，以全新的思路发展
食品工业。其内容主要有两个方面：①根据需要
合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；
②确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之
间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预
测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有
特定生物功能的全新蛋白质，这也是蛋白质工程
最根本的目标之一。
1．3 细胞工程
细胞工程是应用细胞生物学方法，按照人们
预定的设计，有计划地保存、改变和创造遗传物
质的技术。包括细胞培养、细胞核移植、细胞器
摄取、染色体片断重组、细胞融合及细胞代谢物
的生产等。虽然目前工业规模的细胞培养仍有一
定难度，但该技术仍然是继微生物技术以后当代
生物技术的重要发展领域。利用细胞杂交和细胞
培养可生产具有独特香味和风味的食品添加剂，
如香草素、可可香素、菠萝风味剂以及高级天然
色素，如咖喱黄、紫色素、花色苷素、辣椒素、
靛蓝等，而且培养的色素含量高，色调和稳定性
好。
1．4 酶工程
酶工程是指在一定的生物反应器内，利用酶
催化作用，将相应的原料转化成有用物质，其应
用领域已经遍及农业、食品、医药、环境保护、
能源开发和生命科学理论研究等各个方面。酶工
程包括各种酶的开发和生产、酶的分离和纯化技
术、酶或细胞的固定化技术、固定化酶反应器的
研制以及酶的应用等方面。随着基因工程、细胞
工程等高新技术应用于酶工程领域，不断研究开
发出更多的新品种、新用途、高活力的酶类，同
时酶的固定化技术，酶分子修饰技术及模拟酶技
术也得到更快发展。
1．5 发酵工程
发酵工程是利用微生物的某些特定功能，通
过现代工程技术手段生产有用物质或直接把微生
物应用于工业生产的方法和过程，包括培育优良
菌种、发酵生产某些代谢产物、生产微生物菌
体、改造某些天然物质等。发酵工程可用于工业
化生产预定的食品或食品功能成分。利用发酵工
程技术所取得的成就涉及到新食品配料、食品加
工的催化剂、饮料稳定剂、D一氨基酸及其衍生
物制造以及废弃物利用和食品品质的检测等。
2 生物技术在食品工业中的应用
2．1 食品资源及食品品质的改良
利用基因工程，对用于食品资源的动植物，
利用基因转移或DNA重组，使其蛋白质、脂肪、
淀粉等营养要素的含量、性质、结构朝着有益人
们身体健康的方向转移和发展。如提高水稻胡萝
b素含量、谷物赖氨酸含量、马铃薯固形物含
量、改变植物油组成中不饱和脂肪酸比例。应用
基因工程技术，可以将任何生物的性状转移到植
物、动物和微生物中，这项技术已用于改造或转
化当今用作食品的植物、动物和微生物。采用基
因工程改造的面包酵母可使得面粉的膨发性提
高，所得面包更松软可口。Brigitte Ronnow等通过
替代面包酵母或啤酒酵母中的Gall80或MIGI基
因，解除了糖蜜发酵过程中的随着蜜二糖分解形
成的葡萄糖对该基因编码的酶蛋白的抑制作用，
从而最终提高酒精产率。用现代发酵工程改造传
统发酵食品，最典型的是使用双酶法糖化工艺取
代传统的酸法水解工艺，用于生产味精。利用优
选的微生物菌群发酵，缩短发酵周期，提高原料
利用率，改良风味和品质。在蛋白质食品加工
中，用磷脂酶A进行活性面筋的改性；用肽链内
切酶、醛脱氢酶等方法除去蛋白臭；用肽链内切
酶方法生产人造肉和粉末蛋白质也取得了成功。
在啤酒的生产中采用基因工程和蛋白质技术
将 一乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中进
行表达，可明显降低啤酒中双乙酰含量，从而改
善啤酒风味。利用基因工程技术不但可以成倍地
提高酶活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微
生物中，构建基因工程菌来生产酶制剂，生产出
的酶制剂不仅催化活性、稳定性得到提高，而且
用于食品中可使蛋白质、碳水化合物和脂肪发生
改性。例如，蛋白酶可以改善蛋白质的溶解性；
新型食品酶制剂转谷氨酰胺酶可以使蛋白质分子
间发生交联，因而可用于增加大豆蛋白的胶凝性
能，使其具有更好的加工品质。在食品加工过程
中，适量地添加一些酶类，可以改善产品的色
泽、风味和质构，如用葡萄糖氧化酶可去除蛋液
中的葡萄糖，改善蛋制品的色泽；葡萄糖苷酶可
用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶可分解胶原
蛋白，用于肉制品的嫩化。对于含有难消化成分
的食品，可以通过添加一些酶类，改善这些食品
的营养和消化利用性能。
2．2 在食品检测中的应用
生物技术检测方法具有特异的生物识别功
能、极强的选择性，与现代的物理化学方法相结
合，产生一些简单、结果精确、灵敏、专一、微
量和快速的检测方法。生物技术检测方法的应用
几乎涉及到了食品检验的各个方面，包括食品品
质评价、质量监督、生产过程的质量监控及食品
科学研究。目前常用的检测方法主要有：酶联免
疫吸附测定(EUSA)、聚合酶链式反应(PCR)、
DNA探针。
2．3 在农副产品深加工方面的应用
生物技术可以迅速提高农副产品加工能力和
水平，使我国农副产品加工技术在整体上实现跨
越式发展，甚至能在一些重大关键技术领域达到
世界先进水平。利用遗传工程技术选择培育对乙
烯敏感性低的新品种，从基因工程角度解决农副
产品的保鲜问题，以便向食品行业、医药行业提
供更多的易于贮藏的工业原料。肉类保鲜方面，
重点在于提高综合品质以及瘦肉、嫩肉和肥肉的
综合利用；奶制品方面重点是发酵乳制品、双歧
杆菌发酵乳等；鱼类产品方面重点是从淡水鱼内
脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分，不断推
出保健制品和药物制品；将以前废弃不用的农副
产品下脚料如麦秸、稻草、豆秸、木屑、枝叶、
玉米秆、薯蔓等植物纤维素资源，通过生物转
化，生产一些重要的生物产品。
2．4 生产功能食品及新型食品
用酵母或细菌等微生物菌体发酵得到的单细
胞蛋白(SCP)，含有丰富的蛋白质、碳水化合
物、维生素、矿物质等，营养价值极高。而富硒
酵母的生产开辟了发酵工艺应用于微量元素生产
的新途径。利用转基因手段从目的供体物种体内
获得带有特定优良遗传性状的DN*段，直接
或通过载体导入被改造物种即“受体物种” 的胚
胎内，培育出优良的新品种，如生长速度快、抗
病力强、肉质好的转基因兔、猪、鸡，这将大力
推动畜牧业的发展，为改善人们的膳食结构提供
一条新的思路和方法。利用发酵技术和酶技术可
生产双歧杆菌增殖因子，如低聚果糖、低聚半乳
糖、低聚甘露糖、低聚木糖等；利用酶技术，如
木聚糖酶、B一葡聚糖酶、 一淀粉酶及其他降
解细胞壁的酶类可生产膳食纤维素；还可生产各
种活性肽，如降压肽、抗氧化肽、减肥肽、预防
肝性脑病肽和心血管疾病肽等，提高人类的营养
水平和健康状况 。
3 展望
生物技术的迅猛发展必将影响到工业、农业、
医药、食品等众多领域，将有助于解决能源、粮
食、疾病和环境污染等一系列全球性的重大问题，
给人类带来难以估量的经济效益。我们要充分利用
生物技术迅猛发展的契机，重视食品生物技术的研
究，利用现代生物技术，促进我国食品工工业的改
革，实现我国食品工业健康有序地发展。
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时间：2022-06-19 18:49
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时间：2022-06-19 18:50
