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生物技术研究进展(收集3篇)

栏目:实用范文

生物技术研究进展范文篇1

关键词:肽类毒素脂多糖内毒素霉菌毒素检测方法

项目类别:农业科技项目编号:XF11C004项目名称:徐州市乳品质量安全检测技术

生物毒素主要指微生物在生长代谢过程中产生的有毒化学物质,微量毒素侵入机体后即可引起生物机能破坏,使人畜中毒。包括肽类毒素、脂多糖内毒素、霉菌毒素等。

肽类毒素主要有溶血素、肠毒素等,其中产生溶血素的细菌主要有单核细胞增生李斯特菌、霍乱弧菌等。溶血素的致病机理是作用于细胞膜,造成其结构和功能的紊乱,使大量细胞内的成分泄漏,导致细胞死亡。产生肠毒素的细菌主要有金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和蜡样芽孢杆菌等。肠毒素是细菌外毒素,通过吸收或在肠内产生,作用于肠黏膜,通常引起腹泻等不适症状。

脂多糖内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁的主要组成成分。研究表明,过量的脂多糖内毒素可引起机体严重的病理生理反应,表现为发热、低血压、休克、器官功能衰竭甚至死亡等。

霉菌毒素是霉菌产生的一种有毒的次级代谢产物,它是主要的真菌毒素,多数具有致癌作用。霉菌毒素主要有:黄曲霉素、赭曲霉素、单端孢霉烯族毒素等。目前为止,黄曲霉毒素有B1、B2、M1、M2、G1、G2等几种,其中黄曲霉素B1的毒性和致癌性最强,被称为第一大类致癌物。赭曲霉素有A、B、C、D共4种,其中毒性最大的是赭曲霉素A。单端孢霉烯族毒素中比较常见的是A类单端孢霉烯族毒素,它主要包括T-2毒素和HT-2毒素。

目前,生物毒素的检测技术已得到越来越多的重视,国内外学者对这些毒素也研究颇多。传统的检测技术以检测致病菌为主,需要培养,检测时间长。现代检测技术简便、快速、灵敏度高,且能达到微量检测的目的。本文对这些生物毒素的检测技术进行较为详细的阐述并对这些方法的特点进行总结。

1、肽类毒素的检测

肽类毒素传统的检测方法主要有:酶联免疫检测技术、聚合酶链反应技术和生物传感技术等。近年来产生了一些新兴检测技术,如:悬浮芯片技术等。

1.1酶联免疫检测技术

酶联免疫检测技术是利用酶标记物同抗原抗体复合物的免疫反应与酶的催化放大作用相结合,当偶联物与固相载体上的抗原或抗体反应和酶的相应底物,即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。所生成的颜色深浅与待测标本含量成比例,由此进行定性或定量分析。酶联免疫检测技术是一种敏感、快速、简单的方法,应用较广,但是利用酶联免疫检测技术检测食品中金黄色葡萄球菌肠毒素时,会因为假阳性或假阴性影响检测结果。

1.2聚合酶链反应技术

聚合酶链反应技术是一种在体外模拟DNA复制过程,对特定的DNA或DN段进行快速扩增的方法。聚合酶链反应技术具有灵敏度高、检测时间短等优点。目前常用的聚合酶链反应种类有定性聚合酶链反应和荧光定量聚合酶链反应。荧光定量聚合酶链反应是把荧光基团加入普通聚合酶链反应技术反应体系中,利用荧光信号积累检测整个聚合酶链反应反应的进程,通过标准曲线对未知物进行定量。荧光定量聚合酶链反应比常规聚合酶链反应技术自动化程度更高、特异性更强,其应用也更广泛。根据报道已有包括葡萄球菌各型肠毒素,大肠杆菌毒素等30多种毒素可以应用聚合酶链反应来检验。

1.3生物传感技术

生物传感技术是以酶的催化或者抗原抗体结合等特异反应,通过换能器将反应结果输出为可检测的信号通过信号分析定性或定量待测物质。生物传感器检测法具有分析速度快、检样微量、生物功能膜可反复多次使用等特点,可用于许多物质的检测。

1.4悬浮芯片技术

悬浮芯片技术具有操作简便、重复性好、灵敏度高以及线性范围宽等优点。国外已经有利用悬浮芯片技术检测的报道。国内孙肖红等利用悬浮芯片系统建立检测模型,检测不同浓度金黄色葡萄球菌肠毒素B,其线性范围为0.2~1653.4ng/mL,最低检测值为203pg/mL均优于酶联免疫检测技术(最低检测质量浓度为60ng/mL),除与2.μg/mL金黄色葡萄球菌热休克毒素有交叉反应外,和其他几种细菌、毒素、蛋白均无交叉反应。实验证明悬浮芯片定量检测方法对于模拟添加的金黄色葡萄球菌肠毒素B具有良好的检测效果。这比国外报道的荧光免疫层析法、磁免疫层析法、芯片传感器等方法的灵敏度都要高,与生物传感器-质谱联用技术、毛细管芯片技术等在同一数量级。综合国内外对悬浮芯片的研究来看,该技术应用前景十分广阔,但是悬浮芯片能否从粉末样品中直接检测毒素和病原,尚缺乏模型和评价。

2、脂多糖内毒素的检测

1968年,国外研究人员Levin等建立了利用鲎实验检测脂多糖内毒素的方法。近几十年来,脂多糖内毒素的检测方法已有很大进展,实验简便、经济、准确性高,但是由于费时、响应慢、自动化程度低等原因已限制了其应用。近十年来出现了利用生物传感技术和气相色谱-质谱联用仪检测细菌内毒素的报道。国外研究人员Goh等用增强型绿色荧光蛋白固定在传感器上制成了荧光内毒素生物传感器,根据脂多糖内毒素与之结合时荧光强度的衰减检测细菌内毒素的含量。此荧光生物传感器存在非分析物产生的荧光干扰问题,是近年来发展较快的一类光学生物传感器。国内岳丽娜等利用气相色谱-质谱联用仪联用技术,对脂多糖内毒素标准品所含的3-羟基脂肪酸种类进行检测,用于分析脂多糖内毒素标准品菌种来源的纯度。结果表明脂多糖内毒素工作标准品中含有非肠道细菌,因此会出现误差,对检测结果产生影响。气相色谱-质谱联用仪联用法检测脂多糖内毒素,不受其标准品及细菌的生物活性的限制,可用于细菌内毒素标准品菌株来源的辅助监控及应用中的异常情况的研究分析。

此外,检测脂多糖内毒素也有酶联免疫检测技术、流式细胞术、化学发光测定法等方法,这些方法特异性、准确性高,但需要专业人员操作,步骤多,必须在实验室完成,其应用需要大量实际操作验证。

3、霉菌毒素的检测

检测霉菌霉素的常规方法由经典的薄层色谱法发展到高效液相色谱法、酶联免疫检测技术、免疫亲和层析法等。现在,质谱分析已被引入毒素分析中并衍生出各种质谱方法,如高效液相色谱法-常压化学电离质谱测定法、液质连用法、电喷雾-质谱法、液相串联质谱法、超高压液相联合三重四极杆质谱仪法,及同时测定上百种样品的高效液相色谱法-串联质谱-电喷雾阳离子等技术。随着这些新方法、新手段的发展,为霉菌毒素的检测提供了比较广的选择,适应了不同的检测目的和要求。

3.1薄层色谱法

薄层色谱法是测定食品中霉菌毒素的经典方法,该方法操作简便、费用低、能同时定性定量霉菌毒素。其检测过程是:提取、柱层析、洗脱、浓缩、薄层分离。由于此方法操作繁琐、灵敏度低,现在的研究重点是改进样品的提取和净化方法,因此建立了薄层扫描法来测定霉菌毒素,进而提高薄层色谱法的精度。国内张寰等报道了利用薄层扫描法,在扫描仪上绘制黄曲霉毒素扫描图谱,并由此分辨出黄曲霉素种类,然后定量分析,从而得到样品的黄曲霉毒素含量。鉴于此方法的灵敏度低、安全性差等缺点,已越来越不适用现代分析的要求。

3.2高效液相色谱法

高效液相色谱法具有高效、快速、灵敏度高、重现性好、检测限低、定量准确的特点,是定性定量霉菌毒素的常用方法,其中应用最广的是反相高效液相色谱法。国外研究人员Sobolev等利用高效液相色谱法,以新研发的氧化物质Al2O3作为流动相,对农产品的甲醇―水提取液进行净化处理,样品中加标品2.5~7.5ng/g,结果表明:AFBl、AFB2、AFGl、AFG2的回收率为80%~87%,最低检测限为1.0ng/g,此方法与商业检测黄曲霉素方法相比,净化设备费用更低。国外研究人员Razzazi-Fazeli等利用高效液相色谱法-质谱联用仪检测单端孢霉烯族毒素,检测限为50~85ng/g,回收率为77%~101%。鉴于高效液相色谱法的这些优点,其在霉菌毒素检测中的应用越来越多,但是由于样品前处理较复杂,设备昂贵,操作时需专门人员等问题,难以满足快速检测的目的,限制了其应用。

3.3酶联免疫检测技术

酶联免疫检测技术法灵敏度高、特异性强、操作简便,适宜大量样品的快速筛选,且设备费用比高效液相色谱法低,因此广泛用于霉菌毒素的检测。利用此方法检测霉菌毒素可以达到定性定量的目的。此外,根据酶联免疫检测技术开发的毒素试剂盒实现了快速检测霉菌毒素的目的。国外Saha等利用基于酶联免疫检测的流动装置检测红辣椒中黄曲霉素B1与赭曲霉毒素A,检测限分别为2ng/g和10ng/g,结果证明此方法准确性高,与单独酶联免疫检测相关性良好,并且为欧盟的法定标准提供了简单、快速、有效的检测方法。酶联免疫检测测定结果易出现假阳性问题,且只能测定单一毒素。目前的一项研究是将酶联免疫检测技术和胶体金技术与噬菌体展示技术相结合,此方法可以显著提高检测限,缩短检测时间,同时可以减少毒素测定中所使用的毒素标准品对实验人员及环境的危害,这种结合技术应用前景广阔[31]。

3.4免疫亲和柱法

免疫亲和柱是以单克隆免疫亲和柱为分离手段,根据单克隆抗体与载体蛋白偶联后将其填柱形成免疫亲和柱,并与霉菌毒素抗原产生一一对应的特异性吸附关系。免疫亲和柱法包括免疫亲和柱-荧光光度法和免疫亲和柱-高效液相色谱法。裴道国等采用改良型免疫亲和柱净化-荧光光度检测技术检测花生及花生制品中的黄曲霉毒素。结果表明:改良后的方法具有更好的准确性和精密度,检测技术操作更简便,检测时间由传统的25min缩短至10min,大大提高了检测效率。免疫亲和柱-高效液相色谱法用于检测霉菌毒素在国内外的报道中也比较多。陈新等利用免疫亲和柱-高效液相色谱法分别定量地检测饲料中的黄曲霉毒素B1、B2、G1和G2,在黄曲霉毒素B1为0~50μg/kg测定范围内其线性相关系数为0.91,检测灵敏度为1μg/kg,可以作为测定饲料及饲料原料中的黄曲霉毒素B1的定量确认法。国外研究人员Aksenov等利用免疫亲和柱-荧光-高效液相色谱法检测了赭曲霉素,将检测限提高至0.5mg/kg,优化了其检测方法。免疫亲和柱法简便快速、灵敏度极高,一个样品只需10~15min,比传统方法快。特别是免疫亲和柱-高效液相色谱法可以特效性地将霉菌毒素或其他真菌毒素分离出来,分离效率和回收率高,比高效液相色谱法更有优势和应用前景。

4、结论

生物毒素的检测方法多种多样,但其灵敏度、精度、适用条件各不相同。近几年来,检测肽类毒素切实可用的检测方法主要是荧光定量聚合酶链反应技术和酶联免疫检测技术,生物传感器技术因其分析速度快、检样微量等特点,可用于许多物质的检测,但在国内的使用情况来看,由于成本高而不能被广泛采用。悬浮芯片技术由于操作简便、灵敏度高以及线性范围宽等优点,未来的应用前景将十分广阔。利用气色谱法-质谱联用仪检测脂多糖内毒素的技术相对比较成熟,而免疫学方法在我国还处于理论阶段,未来还需要大量的实践验证及优化。检测霉菌毒素较常用的检测方法是酶联免疫检测技术法和免疫亲和柱法。酶联免疫检测技术法法操作简便,成本比较低,适合大量样品的快速筛选,且设备费用较低,因此在我国已广泛应用。免疫亲和柱法快速简便、灵敏度极高,分离效率和回收率高。另外,国外一些新技术的发现和使用,在我国是值得引进且具有推广价值的。

参考文献

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生物技术研究进展范文篇2

(河北省农业厅,河北石家庄050011)

摘要:水产品因其蛋白质和水分含量较高、脂肪多呈液态,在运输和贮藏过程中极易发生腐败变质。生物技术作为新兴技术已应用于众多领域,但在水产品保鲜领域尚处于起步阶段。本文概述了酶制剂、可食涂膜、抗菌涂膜对水产品保鲜的研究,期望对水产品生物保鲜技术的进一步研究提供理论依据。

关键词:水产品;酶制剂;可食性涂膜;抗菌性涂膜;保鲜

水产品具有蛋白质含量高、脂肪含量低等特点,在加工、贮藏和销售过程中很容易受到微生物的污染。所以,延长水产品的保鲜期限相对其他食品而言难度更大。目前,水产品保鲜技术主要为冷冻保鲜、化学保鲜及气调保鲜等,但以上技术存在蛋白质变性、营养成分流失和化学品残留等问题。

生物技术作为一项新兴技术已在医药、化工领域取得长足的进展[1],但在食品保鲜特别是水产品保鲜中的研究尚处于起步阶段。本文概述了酶制剂、可食涂膜及抗菌涂膜在水产品保鲜方面的研究进展,并对其应用于水产品保鲜做了展望。

1酶制剂保鲜

酶制剂技术是指利用酶的催化作用来防止或消除外界因素对水产品的不良影响,从而保持水产品的鲜度[2-3]。酶法保鲜具有以下优点:一是酶对底物具有严格的专一性,添加到成分复杂的原料中不会引起不必要的化学变化;二是酶本身无毒、无味、无嗅,且不会损害食品本身的价值;三是由于酶作用所要求的温度、pH值等作用条件都很温和,不会损害产品的质量。采用酶法保鲜在必要时只需用简单的加热方法就能使酶失活,终止其反应。目前,应用于水产品保鲜的酶制剂主要有溶菌酶和葡萄糖氧化酶。

1.1溶菌酶保鲜

溶菌酶通过水解细菌细胞壁肽聚糖β-1.4糖苷键导致细菌自溶死亡,它广泛作用于有细胞壁结构的各种细菌,具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效,是一种安全的天然防腐剂。在水产品保鲜中溶菌酶主要是与其他保鲜剂混合使用,制成复合保鲜剂或复合保鲜液、保鲜冰来贮藏食品。

溶菌酶复合保鲜剂可有效消除外界细菌对水产食品的污染,起到防腐保鲜的作用。邱春江等[4]通过试验研究在冷藏条件下溶菌酶与Nisin制成的复合生物保鲜剂对缢蛏的保鲜效果,结果表明溶菌酶和Nisin单独使用或混合添加与单纯冷藏相比均具有明显的保鲜效果,而将两者混合添加的保鲜效果更佳。

1.2葡萄糖氧化酶保鲜

葡萄糖氧化酶是黑曲霉等经过发酵后制得的高纯度酶制剂。其用于水产品保鲜原理一是通过氧化葡萄糖产生葡萄糖酸,降低食品表面的pH值、抑制微生物的生长;二是通过消耗氧气催化葡萄糖氧化,从而延长食品的保质期。葡萄糖氧化酶对于已经发生的氧化变质可以阻止进一步发展;在未变质时,能防止发生[5]。

水产品在加工、贮藏过程中,氧气的存在使其保鲜受到很大影响,利用葡萄糖氧化酶是一种理想的方法。马清河[6]将用葡萄糖氧化酶浸渍处理的对虾在冷藏和冷冻条件下研究保鲜效果,结果表明对虾经过保鲜剂浸渍处理后冷藏(4℃)120h能保持二级鲜度,冷冻储存(-18℃)12个月仍能保持二级鲜度。

2涂膜保鲜

可食涂膜是指以可食性生物物质为主要基质,同时添加可食性增塑剂,通过一定的处理工艺形成一种具有一定力学性能和选择透过性的涂膜[7],主要通过防止气体、水蒸汽和芳香成分等的迁移来避免食品在贮运过程中发生风味、质构等方面的变化。

可食涂膜的原料主要包括多糖、蛋白质及类脂。多糖类凃膜具有透明度高、弹性好兼具有一定的抑菌作用,可防止细菌和真菌污染;蛋白质膜具有很好的阻氧性,且机械性能和透明度比较理想,但受环境湿度的影响较大;脂质涂膜主要用于阻止水分的损失[8],但由于涂膜不能与食品表面很好地结合易造成涂膜的不均匀而失去保鲜作用。组分单一的涂膜主要用于果蔬保鲜,比如使用热融性石蜡、巴西棕搁蜡涂覆桔子、柠檬,以延缓它们的脱水失重,延长货架寿命[9-10]

将多糖、蛋白质和脂质按不同的比例结合在一起,通过改变组分和含量来改善膜的机械强度、透光性、透气性和持水性等,从而获得质量优良、使用方便、保鲜效果良好的复合膜。复合膜具有明显的阻隔性能及一定的选择透过性,在水产食品保鲜方面具有广阔的应用前景。B.Ouattara[11]发现SPI膜对虾仁保持其品质和延长货架期有一定的作用;印度学者采用鱼肉肌原蛋白成膜液对野鳗鱼块在冰藏条件下进行涂膜保鲜,发现膜液能使鱼块保鲜期延长10d左右;Yvonne[12]研究发现乙酰单甘酯与乳清分离蛋白做为大马哈鱼涂膜能使水分在三周内散失减慢42%~65%并能使脂类氧化延缓,从而提高了保藏品质。

3抗菌涂膜保鲜

抗菌涂膜是指在可食涂膜中添加抑菌剂,通过抑菌剂的缓释作用来达到抑菌、保鲜效果的一种保鲜膜。国外抗菌涂膜的研究始于20世纪80年代,我国在90年代以后才开始相关的研究,目前已研制出PE/Ag纳米防霉保鲜膜、PVC/TiO2纳米保鲜膜等产品,这些涂膜抗菌性能优良,机械强度比可食涂膜有了不同程度的提高[13]。

抑菌剂是影响抗菌凃膜功效的主要因素,其中抑菌剂主要包括有机抑菌剂、无机抑菌剂和天然抑菌剂三大类[14]。有机抑菌剂对微生物的抑制作用具有一定的特异性但易产生耐药性;无机抗菌剂无毒、广谱但价格较高且抑菌性较迟缓;天然抑菌剂抑菌效率高且安全无毒,但是耐热性较差,易受到加工条件的制约。实际应用中可以根据腐败微生物的种类选择添加抑菌剂,从而达到有效抑菌。

作为抑菌剂的载体,涂膜材料与抑菌剂的生物相容性及制膜工艺对抑菌剂的功效也有一定的影响。抑菌剂通过缓释作用从涂膜中释放作用于食品表面,从而持久地抑制或防止腐败微生物的生长[15]。研究表明,抑菌剂在凃膜中的扩散越慢,保鲜膜的抗菌效果越好。

抗菌涂膜目前多用于肉制品保鲜,兰凤英[16]采用添加醋酸的壳聚糖对酱牛肉进行涂膜保鲜,不仅抑制了酱牛肉中腐败微生物的繁殖而且维持了产品的香味和细嫩的口感。而抗菌涂膜在水产保鲜应用却是一个新颖的研究领域,Sirugusa[17]等将有机酸添加到海藻酸钠膜中对水产品进行涂膜保鲜,试验结果表明这种抗菌膜能抑制病原菌和腐败菌的生长;黄海所酶工程室研究人员[18]将含有溶菌酶的海藻酸钠对罗非鱼片进行处理,通过测定贮藏期菌落总数、TVB-N值等指标,综合考虑鲜度指标,结果表明抗菌涂膜可以将保鲜期延长5.5d。

4展望

随着人们食品安全意识的提高以及传统保鲜技术存在的问题,发展生物保鲜技术是一种必然趋势。酶制剂、抗菌涂膜等技术用于水产品保鲜工艺简单、性价比较高,且生成降解物对环境无污染。笔者期望有更多的专家对其开展深入研究,使其工业化批量生产并早日实现商品化。

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生物技术研究进展范文篇3

关键词:食品安全食品微生物快速检测

中图分类号:TS207.4文献标识码:A文章编号:1672-5336(2015)02-0023-01

伴随着科技的发展和人们对食品安全的重视,作为评价食品安全重要指标之一的食品微生物,其快速检测技术备受人们的关注。国标中关于食品微生物的检验方法,不仅步骤繁琐,且耗时耗力,尤其面对突发食品安全事件时,检测结果往往滞后于监管需要。因此,食品微生物快速检测技术备受人们的欢迎。本文将对近些年来微生物快速检测技术,如PCR技术、酶联免疫吸附技术、ATP生物发光技术、LAMP、阻抗法等的研究进展进行分析、总结和展望。

1PCR技术

PCR(PolymeraseChainReaction)技术,聚合酶链式反应,用于扩增放大特定DN段的分子生物学技术,是在体外的一种特殊DNA复制。PCR技术能在短时间内将特定的基因片段扩增数百万倍。由于其具有简便、快速、敏感性高和特异性强的优点,适用于时间紧的检测工作和突发食品安全事件。PCR技术在不断的发展,多重PCR、荧光定量PCR、实时定量PCR等就是PCR技术的衍生[1]。PCR技术耗材多为一次性,配套的仪器设备较为昂贵。若能进一步降低使用成本,必定能扩大使用范围。

2酶联免疫吸附技术

酶联免疫吸附(ELISA)是指将可溶性的抗原或抗体结合到固相载体上,对免疫酶进行染色,利用抗原抗体结合专一性进行免疫反应的定性和定量检测方法。酶联免疫吸附技术集免疫荧光法和放射免疫测定法优点于一身,灵敏度高、特异性强、操作判断简单、实验设备要求简单[2]。

3ATP生物发光技术

ATP是活的生物体中的能量货币,普遍存在于所有活的生物体中。生物体死亡后,ATP在细胞内酶的作用下很快被分解掉。荧光素-荧光素酶与ATP作用发光,通过用发光检测仪测定发光量从而测得ATP浓度。根据样品中的ATP浓度,即可推算出活菌数[3]。优点是快速、简便、重现性好;缺点是不能区别非微生物ATP且干扰因素较多。

4LAMP

LAMP即为环介导等温扩增技术。是由2000年日本学者Notomi在NucleicAcidsRes杂志上公开的一种新的适用于基因诊断的恒温核酸扩增技术。其特点是针对靶基因的6个区域设计4种特异引物,在链置换DNA聚合酶(的作用下,60-65℃恒温扩增,15-60分钟左右即可实现109~1010倍的核酸扩增。优点是反应时间短、灵敏度高、无需特殊仪器、操作简便。缺点是由于灵敏度高,一旦开盖容易形成气溶胶污染,造成假阳性结果。

5阻抗法

微生物在代谢生长过程中会引起培养基的电特性变化,阻抗法正是通过测量该变化从而间接的测定微生物的含量。培养基中蛋白质、脂肪、碳水化合物等电惰性的大分子营养物质能被微生物转化分解为氨基酸、乳酸盐等微电活性的小分子物质。培养基电阻性与微生物的浓度在微生物生长的不同时期有着不同的关系。通过检测培养基的电阻抗从而推算出微生物的浓度。优点是能够检测绝大部分食品微生物。

6展望

食品安全问题异日突出,食品微生物检测环节极为重要。作为食品卫生检测的重要一环-食品微生物检测,其快速检测技术亟待发展。在实际检测过程中,检验人员可根据检测目标和检测环境等选择合适的快检方法,也可联合使用多种快检方法,提高检验效率,服务监管,保障人们的食品安全。

参考文献

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