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      肉類摻假鑒別技術研究進展

      2017-04-10 07:48:48王守云
      肉類研究 2017年4期

      摘 要:隨著現(xiàn)代分析檢測技術的發(fā)展,肉類摻假鑒別技術也得到了長足的發(fā)展,主要包括感官鑒定技術、酶聯(lián)免疫吸附(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)技術、聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction,PCR)技術及生物質譜技術等。在這些技術中,感官鑒定技術操作簡單,但準確度還有待改進。ELISA技術已有商品化試劑盒,由于受蛋白活性的影響,使其應用范圍受到限制。PCR技術具有檢測靈敏度高、結果重復性好等優(yōu)勢,但操作繁瑣耗時。生物質譜技術通過多肽鑒定肉類摻假成為了一個新的發(fā)展方向。本文綜述了現(xiàn)階段常見肉類成分的檢測技術,并對各種肉類摻假鑒別技術進行總結與分析,期望為肉類食品安全監(jiān)測提供理論參考。

      關鍵詞:肉類摻假;鑒別技術;感官鑒定技術;酶聯(lián)免疫吸附;聚合酶鏈式反應;生物質譜

      Abstract: With the development of modern analytical techniques, identification techniques for meat adulteration have also been well developed, including sensory-directed identification, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), polymerase chain reaction (PCR) and mass spectrometry (MS). Sensory-directed identification is easy to perform, but the accuracy needs to be improved. Many ELISA kits have already been commercially developed, but their application is limited due to protein activity. PCR has the advantages of high sensitivity and repeatable results despite being tedious and time consuming. The application of MS in peptide analysis has become a new research direction for identification of milk adulteration. This paper provides an overview of the most common techniques currently used to detect meat ingredients and the existing techniques for identifying meat adulteration are summarized and analyzed to provide a theoretical reference for meat safety monitoring.

      Key words: meat adulteration; identification technology; sensory-directed identification; enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA); polymerase chain reaction (PCR); mass spectrometry (MS)

      DOI:10.7506/rlyj1001-8123-201704010

      中圖分類號:TS207.3 文獻標志碼:A 文章編號:1001-8123(2017)04-0056-06

      引文格式:

      王守云, 袁明美, 封聰, 等. 肉類摻假鑒別技術研究進展[J]. 肉類研究, 2017, 31(4): 56-61. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-201704010. http://www.rlyj.pub

      WANG Shouyun, YUAN Mingmei, FENG Cong, et al. Recent advances in identification techniques for meat adulteration[J]. Meat Research, 2017, 31(4): 56-61. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-201704010. http://www.rlyj.pub

      中國是肉類消費大國,隨著社會的發(fā)展、居民生活水平的提高,人們的飲食結構也在逐漸發(fā)生變化,動物性蛋白質在飲食中所占的比例呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。這使得許多不法商販以價格低廉的馬肉、豬肉、雞肉或其他動物肉類冒充價格高昂的牛肉、羊肉,賺取高額利潤。

      目前,肉類摻假事件時有報道,肉類食品安全狀況不容樂觀。例如“老鼠肉、狐貍肉和水貂肉冒充羊肉”[1-3]、濟南沃爾瑪超市熟驢肉中摻雜狐貍肉以及波及歐盟多國的“馬肉風波”[4]等事件。這種欺詐行為不僅擾亂了市場秩序,同時涉及了宗教飲食禁忌等問題[5]。摻假肉的出現(xiàn)在嚴重損害消費者利益的同時也帶來了諸多食品安全隱患。缺乏有效的肉類摻假鑒別技術是困擾肉類食品安全監(jiān)管的難題之一。因此,建立準確、靈敏、快速的肉類摻假鑒別方法具有重要的意義。

      隨著生物技術的飛速發(fā)展,肉類摻假檢驗技術經(jīng)歷了從宏觀到微觀、從組織形態(tài)鑒別到分子水平檢測的發(fā)展過程。目前,有關肉類摻假鑒別的方法主要有如下幾類:基于肉質形態(tài)的感官鑒定技術[6]、基于抗原抗體的酶聯(lián)免疫吸附(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)技術、基于核酸的聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction,PCR)技術[7-10]、基于蛋白質組學的生物質譜技術[5,11-13]等。本文將對各種肉類摻假鑒別技術進行總結與分析。

      1 感官鑒定技術

      感官鑒定技術主要是利用人體器官對肉類進行分析鑒別的技術,即利用視覺、觸覺、嗅覺、味覺等來辨別肉類種屬[14]。視覺鑒別是指對肉品的酮體、肌肉色澤及肌纖維性狀、脂肪的色澤與硬度等進行觀察與判斷;觸覺鑒別是指用手按壓肉類感知其硬度和彈性;嗅覺鑒定是指對肉類的氣味進行判斷;味覺鑒別是指對肉類加工后的味道進行鑒別與判斷。豐玉珍等[6]以肌肉色澤、肌纖維粗細、脂肪顏色、硬度及氣味作為初判,結合免疫檢驗作為終判,對送檢的牛、羊、馬肉樣品取得了良好的檢驗結果。彭珍[15]介紹了豬肉和雞肉的感官檢測要求,主要檢測項目為色澤、組織狀態(tài)、黏度、氣味及煮沸后肉湯,感官檢測要求見表1。但感官鑒定技術在一定程度上會產(chǎn)生主觀差異性,并且檢驗結果不易量化,在很多情況下難以得出正確的結論。

      2 基于抗原抗體的ELISA技術

      ELISA法是將抗原和抗體特異性結合反應與酶的高效催化作用相結合的一種分析技術。該技術的原理為利用吸附在固相載體表面的已知的抗原或抗體通過共價鍵與酶形成酶結合物,酶結合物可與加入的抗體或抗原產(chǎn)生特異性結合反應,然后進行洗滌處理,去除未與固相載體結合的游離成分,加底物顯色處理,顯色的深淺與加入的抗體或抗原的量呈正相關。由于酶促反應可極大地放大反應效果,使檢測方法達到很高的敏感度,更適合工業(yè)化和快速檢測的應用。目前,應用于肉類鑒定的ELISA技術主要有直接法、間接法、間接競爭法和雙抗體夾心法[17],這些方法是通過對肉類中種屬特異性抗原進行定性與定量分析從而達到肉種鑒別的目的。20世紀80年代,Kangethe等[18]就開始使用間接ELISA技術檢測種屬特異性抗體以區(qū)分出馬肉與牛肉。Martín等[19]采用雙抗體夾心技術對馬肉溶解蛋白進行檢查,成功地從雞、豬、牛與馬混合肉類樣品中檢測出摻雜1%~50%的馬肉成分。1993年,陸朱發(fā)等[20]以辣根過氧化物酶標記兔抗不同動物肌肉和血清球蛋白抗血清鑒定了860 份牛肉、510 份馬肉、510 份豬肉、310 份羊肉和100 份駱駝肉,檢出率均在95%以上。1998年,Martin等[21]通過標準凝膠放射免疫擴散(standard agar gel radial immuno diffusion,RID)技術及酶聯(lián)免疫技術對牛肉中摻進不同含量的豬肉繪制標準曲線,定量檢測豬肉的含量。2000年,Macedo-Silva等[22]研發(fā)了抗白蛋白的抗血清,并利用斑點酶聯(lián)免疫(dot-ELISA)技術對牛、馬、豬和雞成分進行檢測,對于單一樣品及混合樣品都具有強特異性,成功地檢測了漢堡包中肉餡的摻假,檢測限可達到0.6%。同年,Rencova等[23]利用間接競爭ELISA技術,以不同的熱穩(wěn)定蛋白作抗原免疫兔制備種屬特異性多克隆抗體,成功地對62 種市售熱加工肉制品中的家禽、馬、袋鼠及老鼠成分進行檢測,其靈敏度為1%~5%。隨后,Chen等[24]利用熱穩(wěn)定肌肉蛋白建立了單克隆抗體酶聯(lián)免疫吸附檢測方法,實現(xiàn)了對加工肉制品中豬肉成分的檢測,其檢測靈敏度可達到0.05%~0.50%。2006年,Ayaz等[25]應用單克隆抗體技術建立的ELISA試劑盒對土耳其市場上近100 種生鮮肉類及其制品進行了檢測,發(fā)現(xiàn)有近22%的肉類食品不符合當?shù)胤煞ㄒ?guī)。2010年,駱訓國等[26]采用抗豬IgG-Fc單克隆抗體作為捕獲抗體,以豬IgG作為檢測標志物,建立了檢測豬肉成分的夾心酶聯(lián)免疫分析法(sELISA)技術對混合肉樣品中的豬肉成分進行測定,所建立的方法靈敏性高、特異性好,最低能檢測到1%的摻雜量。2014年,Hsieh等[27]等應用sELISA技術,使用一個36 kD熱穩(wěn)定的魚肌肉蛋白質的單克隆抗體,對70 種常見的生、熟魚類、貝類及陸生動物進行了檢測,對在蟹肉中的生魚和熟魚(鱈魚、查魚和巴沙魚)的檢測限靈敏度可達到0.1%~0.5%。Zvereva等[28]建立了sELISA方法對牛、豬、羊、馬等原料肉類中的肌鈣蛋白進行定量檢測,但所建立的方法不適用于雞、鴨等家禽肉類中肌鈣蛋白的檢測。該方法最低檢測限為4.8 ng/mL,定量范圍為8.7~52 ng/mL。目前,MELISA-Tek、Neogen、Eurofins、RenekaBio、Tepnel Biosystems、SDI和Stamford等公司已經(jīng)開發(fā)出商業(yè)化的ELISA試劑盒,可以對生鮮肉類及加工后的肉制品樣品進行檢測。

      ELISA技術用于肉類摻假鑒別的優(yōu)點是可操作性強,檢測人員經(jīng)過簡單的培訓即可進行樣品的檢測;檢測時間短,一般一個檢驗流程為2~3 h;通量較大,可對大量樣品同時進行定性或定量檢測;成本較低且檢測靈敏度較高。但是,由于ELISA技術開發(fā)時間較短,仍存在一些不足:該技術只能對已有特異性抗體的生物樣品進行檢測,對未獲得特異性抗體的肉類無法進行鑒別;在鑒別同一物種不同品種的肉類時,對于結構相近的抗體容易出現(xiàn)交叉反應從而產(chǎn)生假陽性結果;對于加工處理后的肉制品的測定,需針對不同變性程度的抗原制備相應抗體,這是因為環(huán)境因素的改變會對蛋白抗原決定簇的立體結構產(chǎn)生影響,從而使檢測準確度下降。

      3 基于核酸的PCR技術

      PCR技術是經(jīng)典的分子生物學技術,是指在DNA聚合酶催化下,以母鏈DNA片段為模板,以設計的特異性引物為延伸起點,通過高溫變性、低溫復性及適溫延伸等幾步,循環(huán)多次后,在體外擴增出與母鏈模板DNA片段互補的子鏈DNA片段的過程。目前,用于肉類摻假鑒別的靶基因通常是源自線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA),原因如下:1)線粒體較細胞核進化速率快,在物種內及物種間有廣泛的多態(tài)性,可應用于相近物種(山羊與綿羊)的鑒別;2)線粒體DNA為具有高度保守性的環(huán)狀DNA分子,較染色體DNA穩(wěn)定;3)線粒體DNA在細胞中處于高通量復制狀態(tài),經(jīng)過樣品深度加工后存活幾率較大[29]。自從20世紀80年代Mullis發(fā)明了PCR技術,該方法便廣泛應用于食品、醫(yī)學及基因組學領域[30]。Hou等[31]開發(fā)了多重PCR技術同時檢測牛、羊、豬、鵪鶉生肉樣品中雞、鴨、鵝的DNA,該方法針對于畜類及禽類生肉樣品分離的DNA無交叉反應,能夠檢測出混合生肉樣品中含有1%的目標肉類成分。Bhat等[32]針對牛、水牛、羊源線粒體DNA擴增了相應長度為472、124、585 bp的片段,采用多重PCR技術,建立了加工肉制品中牛、羊屬成分的快速檢測方法,對食品中動物源鑒別具有實用價值。瑪伊薩蘭等[33]根據(jù)細胞色素b基因中的保守序列設計特異性引物和TaqMan探針,對21 份市售牛肉、羊肉是否摻雜豬肉、雞肉進行了檢測,為肉制品質量控制提供了技術手段。

      實時熒光PCR(quantitative real-time PCR)技術是指在PCR反應體系加入熒光基團利用熒光信號累積實時監(jiān)測整個PCR進程,最后通過標準曲線對未知模板進行定量分析的技術。實時熒光PCR技術應用于肉類摻假鑒別彌補了傳統(tǒng)PCR技術交叉污染及假陽性的不足。田金輝等[34]利用限制性片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)聚合酶鏈反應(RFLP-PCR)技術快速檢測生鮮肉類中的牛、羊肉成分,所建立的方法準確、靈敏且具有高度可重復性。吳海平等[35]以牛羊源基因組DNA為模板,利用實時熒光PCR技術成功地鑒別出混合肉類樣品牛羊源成分,并通過對牛羊源成分的定量分析,為分析肉制品摻假情況等提供實驗數(shù)據(jù)。Druml等[36]利用實時熒光PCR技術對黇鹿、馬鹿、梅花鹿肉混合野生肉樣品進行檢測,所建立的方法與野生肉制品中可能含有的20 種動物源成分及43 種植物源成分沒有交叉反應。黇鹿和馬鹿的最低檢測限分別為0.1%和0.5%,系統(tǒng)誤差低于25%,該方法具有高準確度、低檢測限的優(yōu)點。Ulca等[37]利用PCR試劑盒對土耳其牛肉、豬肉、雞肉及火雞肉等42 種加工肉制品摻假情況進行了調查,結果顯示有2 種加工肉制品存在摻假情況,該方法最低檢測限為0.1%。王昱等[38]采用隨機引物法,特異性擴增肉制品DNA,回收、克隆并測序陽性產(chǎn)物,并根據(jù)測序信息設計出特異性的熒光引物再次進行測定,成功地在羊肉卷中檢測到北極狐或火狐肉成分。苗麗等[39]根據(jù)GenBank中牛β-actin基因的保守序列,設計并合成特異性引物及TaqMan探針對市售牛肉是否摻雜豬肉、羊肉、雞肉、鴨肉、鵝肉進行了檢測,所建立的方法靈敏度高、重復性好。Meyer等[40]使用AluI、RsaI、TaqI和HinfI對細胞色素b基因特異性引物進行消化,并應用PCR-RFLP技術對鹵水、熱處理和發(fā)酵的豬、野豬、牛、野牛、綿羊、山羊、馬、雞、火雞等近緣的肉制品進行了鑒別。周彤等[41]

      建立一種基于實時熒光PCR技術的肉及肉制品豬源性成分含量測定方法,分別以豬線粒體DNA的NADH4基因和16S rRNA基因為靶位點設計豬特異性引物、探針和通用引物、探針,所建立的方法最低檢測限為0.4 pg/μL。目前,QIAGEN、Eurofins、Takara、Invitrogen、廣州迪奧和北京柏樹美等公司針對不同肉類種屬的特征基因序列已經(jīng)開發(fā)了多種商業(yè)化試劑盒,相比于ELISA試劑盒,該類試劑盒可檢測出0.001%的肉類摻假[42]。

      PCR技術適用于多物種鑒定,并且具有高效、靈敏、準確等優(yōu)點,在傳統(tǒng)PCR技術基礎上發(fā)展起來的實時熒光PCR技術是一種高特異性、高靈敏度的半定量分析方法[43]。雖然,實時熒光PCR技術應用于肉類摻假鑒別彌補了傳統(tǒng)PCR技術交叉污染及假陽性的不足,但仍存在一些問題,PCR技術對樣本制備要求較高,且易受到DNA降解、復雜基質干擾等因素影響[44-45];同時,PCR技術檢測分析需要較長時間,并不適用于快速的肉類物種鑒定;由于PCR引物設計不合理,特異性擴增后假陽性、假陰性的實驗結果發(fā)生率相對較高。

      4 基于蛋白質組學的生物質譜技術

      隨著蛋白質組學的發(fā)展,生物質譜技術在蛋白質組學領域中的應用不斷深入,科學工作者提出了一種新的基于生物標志物的液相色譜串聯(lián)質譜的肉類摻假鑒別技術。由于生鮮肉類和加工肉制品中存在許多生物大分子信息,不同動物源肉類、血液中所存在的蛋白質種類、分子質量及氨基酸序列不盡相同。因此,通過不同動物源的特異性蛋白質進行肉類摻假鑒別成為最快速、準確的方法。

      2010年,Sentandreu等[46]應用高效液相色譜-串聯(lián)四級桿質譜(high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)技術對雞肉中的肌球蛋白輕鏈酶解多肽進行分離和檢測,所建立的方法具有特異性強、靈敏度高等優(yōu)點,最低檢測限為0.5%。隨后,馮靜等[47]建立了基于基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS)技術的肉類摻假檢測方法,以鴨肉中的m/z 15 501、m/z 16 245和m/z 17 197及豬肉中的m/z 16 884作為肉類鑒別的分析依據(jù),所建立方法的樣品平均分析時間小于30 min,操作簡便,有較好的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性。王珊珊等[48]以四極桿飛行時間質譜(quadrupole TOF-MS,QTOF-MS)檢測的蛋白肽段的質譜信息為基礎,確定了牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)定性檢測的肽段為HLVDEPQNLIK,定量檢測的肽段為ATEEQLK,該方法操作簡便、檢測快速、成本較低、專一性強,并用于BSA的檢測。von Bargen等[12]首次將鳥槍法與質譜法結合鑒定肉制品中的動物源性成分,以牛、羊、雞肉作為對照品,篩選出馬、豬的特異性肽段,采取多反應監(jiān)測模式(multiple reaction monitoring,MRM)選擇性的檢測清真牛肉中特異性肽段的含量,最終確定馬、豬的檢測限為0.55%,并采用三級質譜的方法,成功地將豬肉的檢測限降低至0.13%。Sarah等[5]建立了鑒定熱處理的山羊、牛、雞肉制品中摻雜的豬肉成分的方法,采用液相色譜串聯(lián)四級桿飛行時間質譜(LC-QTOF-MS)技術監(jiān)測從豬乳酸脫氫酶、肌酸激酶和血清白蛋白成功篩選出4 個特異性肽段(EVTEFAK、LVVITAGAR、FVIER和TVLGNFAAFVQK),并以這4 個肽段對熱處理肉制品中豬肉成分進行定性與定量分析。2014年,Montowska等[49]

      使用電噴霧解吸電離質譜技術(desorption electrospray ionization mass spectrometry,DESI-MS)與液滴萃取表面分析(liquid extraction surface analysis,LESA)質譜(LESA-MS)技術首次對牛、馬、豬、雞和火雞的骨骼肌蛋白進行檢測,并成功篩選出不同動物源骨骼肌蛋白的特征多肽。通過比較發(fā)現(xiàn),LESA-MS技術在靈敏度和穩(wěn)定性方面優(yōu)于DESI-MS技術。von Bargen等[13]再次應用HPLC-MS/MS技術對23 種市售肉類制品進行了鑒定,鑒定結果顯示僅有1 例咸牛肉樣品與其標記成分不符,并成功將該方法的檢測限降低至0.24%。2015年,Montowska等[50]應用LESA-MS技術首次對肌球蛋白重鏈多肽標記物進行識別,并將該方法成功地應用于牛、馬、豬、雞和火雞加工肉制品的檢測。2016年,Marbaix等[51]使用nano-UPLC-QTOF-MS技術對加工動物蛋白(processed animal proteins,PAPs)的熱穩(wěn)定性多肽進行識別,在結蛋白、肌紅蛋白、碳酸酐酶-3、熱休克蛋白β-1等蛋白中篩選出牛特征多肽3 條、豬特征多肽4 條、羊特征多肽5 條,并成功應用于飼料中的禁用動物成分的檢測和鑒定。Balog等[52]應用快速蒸發(fā)電離(rapid evaportion ionization,REI)質譜(REIMS)技術成功地在混合肉類樣品中鑒別出牛、馬、鹿肉成分,該技術可實現(xiàn)常壓敞開式電離取樣,具有分析時間短、靈敏度高等優(yōu)點。李瑩瑩等[11]利用蛋白質組學的方法對豬肉、牛肉、雞肉、羊肉和鴨肉進行了多肽識別,并采用液相色譜-串聯(lián)四極桿質譜技術對羊肉中摻有1%、5%、10%、20%、50%的鴨肉進行測定,該方法線性相關系數(shù)為0.99,檢出限為0.55%。

      利用生物質譜技術鑒定物種起步較晚,但隨著質譜儀器的不斷發(fā)展,生物質譜技術進行肉類摻假鑒定已經(jīng)成為新的研究熱點。質譜識別不同動物源樣品特征多肽并進行定性與定量分析,能夠避免實驗過程中基質干擾及假陽性、假陰性問題的出現(xiàn);同時相對與ELISA技術與PCR技術而言,生物質譜技術具有更快速、更準確、特異性更強、靈敏度更高及檢測限更低等優(yōu)點。但是由于生物質譜儀器價格高昂,較難普及。

      5 結 語

      隨著現(xiàn)代分析方法及各學科間的交叉發(fā)展,可用于肉類摻假鑒別的方法越來越多。感官鑒定技術通過色澤、肌間脂肪、嫩度及氣味等作為判斷依據(jù),在一定程度上會產(chǎn)生主觀差異性,并且準確度不高。ELISA技術與PCR技術都可以在一定的條件下進行肉類物種鑒別,ELISA技術操作簡單、成本低廉、通量高,但易產(chǎn)生假陽性、假陰性實驗結果;PCR技術靈敏度高、特異性強,但是對于操作人員有較高的技術要求且只能進行半定量分析。生物質譜技術快速、高效、特異性更強、靈敏度更高,為肉類摻假鑒別開啟了新的途徑。因此研發(fā)低成本、高通量的質譜技術必將成為肉類摻假鑒別方法的主流趨勢和發(fā)展方向。

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