新技术让食品欺诈无处遁形

【字体: 时间:2014年09月19日 来源:生物通

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  从鳕鱼事件、马肉风波,到一直阴魂不散的地沟油,食品欺诈,以次充好的问题始终存在。这不仅损害我们的钱包,有时甚至会造成人身伤害。食物过敏越来越普遍,人们的反应可能是哮喘、休克,甚至死亡。为此,研究人员也在开发新技术,让食品欺诈无处遁形。

一天,佛罗里达州检察官办公室的一名代表走进Fish Tales海鲜牛排馆,通知餐厅老板Dan Wesner,他因为误导客户将被罚款5000美元。Fish Tales的菜单上登出了一种红色石斑鱼三明治,但DNA检测无法确认鱼的种类,只说明是“一种身份不明的鱼,而不是石斑鱼”。

“我那时不担心,现在也不担心,我卖的不是石斑鱼,”Wesner说,他买了一盒10磅的红色石斑鱼,而发票和购买记录也能证明这一点。随后,Wesner聘请了一位律师。两年后,在律师费积累到3500美元后,Wesner放弃了战斗,并支付了罚款。但是他的麻烦还没有结束,他的名誉受到了更大的打击。

在当地的一家报纸刊出了Fish Tales乱贴标签的故事后,Wesner的生意在当天就下降了50%。“它每天都在折磨我,因为我太生气了,它严重影响了我的生意,”Wesner解释道。直到现在,六年多过去了,他的生意终于恢复。

Wesner没有办法知道,他从供应商处采购的鱼根本不是石斑鱼。他只能相信他的供应商。然而,为了保护企业主和消费者双方,世界各地的政府已经开始打击食品欺诈,这依靠分子生物学实验室来分析样品并确认其真伪。因此,研究人员也在开发新的方法,包括基于PCR的技术,这些正被执法人员使用,也许有一天也能被个人使用,比如Wesner。

广撒网

Wesner并不是不法供应商的唯一受害者。根据海洋保护组织Oceana在2013年2月发布的一份报告,在所检测的21个不同州的1215份鱼类样本中,有三分之一是贴错标签的,而54%的零售场所也在出售贴错标签的鱼。

Oceana的资深科学家Kimberly Warner表示:“[这些结果]让人沮丧和惊讶。”与这一领域的许多科学家一样,她希望随着更多的媒体关注,更严格的监管,一些欺诈将会收敛。不过即使是在佛罗里达州,一直在监控海鲜欺诈的州,Oceana还是发现明显的贴错标签。

欺诈不仅仅限于海鲜。在2013年1月,美国药典委员会的食品欺诈数据库增添了近800例食品欺诈的新纪录,这些发生在2011至2012年。许多案例涉及到牛奶、植物油、调味品、海鲜、果汁,甚至是冰淇淋。

2010年,英国LGC(Laboratory of the Government Chemist)公司的首席科学家Malcolm Burns曾收到过一个请求,是帮助鉴定一种冰淇淋中存在的水果。这种香草冰淇淋包含树莓果汁,但被怀疑用草莓来代替。

“从表面上看,这就食品欺诈而言似乎没有很大的影响。但是,如果草莓存在于冰淇淋中,却没有标示出来,如果有人对草莓过敏,那么在吃了这个东西后,可能会出现过敏性反应,”Burns谈道。

当英国政府部门对一个企业提出食品欺诈的指控时,他们求助于LGC的政府化学家,这是一种独立的分析师,他们开展先进的测定,并提供专业意见来证实或否定指控。“这项工作的性质意味着它不是一成不变的。它总是面临独特的挑战,”Burns说。“举个例子,某一天我要去检测鳕鱼的鱼片,而第二天,我可能会检测一些烘焙产品是否含有转基因成分。”

Burns在开展食品欺诈调查时,有很多种方法可供选择,但他更喜欢PCR方法,他认为这是一种特别强大的分析方法。在烹饪、加工和包装的过程中,食品中的大部分蛋白质可能被降解,从而降低了蛋白质分析方法(如质谱和色谱)的有效性。但是PCR查看DNA,这是个更稳定的分子,能够耐受高温,基本完好无损。

终点PCR再加上凝胶或毛细管电泳,往往是Burns的首选,比如盘子中给出的是否是菜单上列出的红鲷鱼。终点PCR将获得一个简单的是或否的答案。这让检测清晰、简单、明确。终点PCR也可能是主观的,因为大小正确的PCR产物不一定代表了正确的物种。为此,研究人员将对PCR产物测序,并将生成的序列数据与公开数据库中的已知物种序列相比对,以便确认指控的有效性。

对于树莓冰淇淋,Burns不得不增添了一点创意。他和他的团队需要检测痕量的果汁,而样品中的冰淇淋占了99%。由于PCR是个指数过程,能将序列扩增百万倍,它就很适合处理这种微量的样品。为了检测树莓或草莓特有的微卫星标记,Burns的团队利用PCR方法和毛细管电泳来观察产物。

为了构建一幅更大的图像,他的同事也利用光学显微镜来查看水果上存在的毛状体(trichome),而另一个研究小组利用液相色谱法来评估植物的色素成分(花青素)。最后,这三种方法都证实是以草莓替代树莓。


多捞鱼

如今,并非所有食品欺诈的案例都是直接的替换。许多还涉及到以次充好,正如英国、瑞典和法国的调查中,牛肉产品被发现含有高达29%的马肉。这种类型的欺诈在果汁、香料及其他食品中也很常见。例如,小粒咖啡(Coffea Arabica)植物的豆子是咖啡生产的首选,但有关部门发现其中常混有劣质咖啡豆,甚至是树枝、玉米、黑麦粉或橡果。

尽管实时定量PCR这种技术能够定量多个样品的存在,但它会受到背景基质的影响,这有可能影响DNA回收率及PCR效率。Burns解释道,转基因生物的检测常常使用来自面粉的校准物,因此很难确定在与饼干或面包样品比较时,它是个准确的标准。

中国检验检疫科学研究院的研究人员Ying Chen最近就专注于复杂环境中的食品检测。她认为:“多基质样品的PCR法定量或半定量是一个很大的挑战。例如,它很难给出鱼糜中每种鱼所占百分比的准确结果。”

数字PCR方法实现了绝对定量,而不需要参考标准,从而避免了基质问题。尽管这种技术相对较新,但成本也开始下降,而它在食品确证检测中的潜在价值的证据也在积累。

同时,Chen也开发出特异的PCR方法来处理复杂样品。她的研究小组设计出一种方法,能利用悬液芯片同时鉴定7种植物油。1 这种方法将7个物种特异的探针与不同颜色标记的微球相连接。一组通用引物和PCR扩增产生生物素化的扩增子,它与探针结合,并通过链霉亲和素结合的荧光染料来检测。指定样品中存在的物种可通过微球计数来灵敏地检测,从而告知掺杂信息并确定具体的掺杂物。

捞大鱼

食品欺诈不仅会损害我们的钱包,有时甚至会造成人身伤害。食物过敏越来越普遍,人们的反应可能是哮喘、休克,甚至死亡。尽管“可能含有坚果”或“在同时加工小麦的设备上加工”等标示可以帮助人们避免过敏原,若没有诚实标示,消费者仍处于过敏的危险之中。

Chen的研究小组利用薄膜生物传感器芯片,开发出一种能同时鉴定8种食物过敏原的检测。2 在检测各种芯片表面的处理后,研究小组发现,每当PCR产物与其表面的特定探针结合时,颜色从金色变为紫色,则表明过敏原的存在。

Ying Chen所报道的两种方法都具有几个优点:它们快速,灵敏,高通量。它们带来了轻松的检测,并能够很容易地应用在不同场合和更大的样本量。尽管在设计销售者手中的检测时,颜色变化的检测显然更有利,但PCR步骤仍必须单独进行。

既然是这样的话,这些检测将不能提供给消费者,如Dan Wesner或那些对食物过敏的人。“为了实现这一目标,我们还需要开发一个简单的设备,从食品中纯化核酸,或一种DNA聚合酶,能够高度耐受样品中的杂质,”Chen解释道。

尽管基于PCR的食品检测目前仍然是在专门的实验室,但数字PCR方法的出现,再加上多重反应和颜色检测,让制造者、监管机构、执法人员,甚至是消费者将来也能使用这些技术。

(作者:Kristie Nybo博士 / 生物通编译)

参考文献

1. Li, Y., Y. Wu, J. Han, B. Wang, Y. Ge, and Y. Chen. 2012. Species-Specific identification of seven vegetable oils based on suspension bead array. J. Agric. Food Chem. 60(9):2362-2367.

2. Wang, W., J. Han, Y. Wu, F. Yuan, Y. Chen, and Y. Ge. 2011. Simultaneous detection of eight food allergens using optical thin-film biosensor chips. Journal of agricultural and food chemistry 59(13):6889-6894.

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