基于核酸扩增原理的常见肉源性成分快速鉴定研究

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肉类食品是人类饮食的重要组成部分,肉制品安全与人们的身体健康和生命安全直接相关。近年来接连发生的肉制品安全事件使人们充分意识到建立准确、有效的肉品质量监管机制的重要性。然而,目前的检测方法仍以实验室分析为主,可用于快速、简单和现场检测肉源性成分的方法较少。针对肉制品检测的研究现状,本论文以聚合酶链式反应(PCR)、环介导等温扩增(LAMP)和重组酶聚合酶扩增(RPA)等核酸扩增技术为基础,并与荧光分析、荧光偏振(FP)、侧向层析试纸(LFS)和表面增强拉曼光谱(SERS)等流行的传感技术相结合,旨在建立简单、快速和灵敏的常见肉源性成分检测新方法。主要内容如下:(1)基于功能化引物设计的PCR方法检测牛肉中的马肉成分。PCR引物的末端被设计成了独特的颈环结构,颈环结构上标记了荧光基团和淬灭基团。在初始条件下,颈环上的荧光基团和淬灭基团相互靠近,荧光信号很弱。当马肉成分存在时,功能化的引物会参与扩增过程,导致引物末端的颈环结构被打开并产生荧光信号的恢复。且马肉成分越多,收集的荧光信号越强。在最优条件下,该方法对牛肉中掺假马肉的检测限为0.04%(w/w)。此外,对加工牛肉样品的检测进一步证实了该方法的实际应用潜力。与传统PCR相比,该方法在检测效率上具有明显的优势,并充分突出了其快速检测和易于操作的特点。(2)基于单链结合蛋白增强的荧光偏振策略检测牛肉中的鸡肉成分。将传统PCR技术与FP技术相结合,提出了一种基于单链结合蛋白(SSB)增强的FP策略,可用于灵敏检测肉品中的鸡肉成分。基因组模板提取后,首先使用荧光基团标记的针对鸡肉特异的引物进行PCR扩增。然后在扩增产物中加入SSB,使单链引物与SSB充分结合。当没有鸡肉成分时,荧光基团标记的引物可以与后续添加的SSB牢固结合,荧光基团的运动被束缚,因此FP信号很高。当存在鸡肉成分时,荧光基团标记的引物在扩增过程中被消耗,不能与后续添加的SSB结合,导致FP信号降低。而且,鸡肉成分越多,测量的FP信号越低,进而建立起鸡肉掺假比例与FP信号的相关关系。在最优条件下,该方法对牛肉中掺假鸡肉的检测限为0.035%(w/w)。该方法强调了FP技术在PCR产物快速分析中的应用,突出了SSB对FP信号的增强作用。与基于电泳分析和荧光回收的传统检测方法相比,该方法具有设计简单、操作方便和检测快速的优点。(3)基于环介导等温扩增的荧光偏振方法快速检测牛肉中的猪肉成分。通过巧妙地将荧光基团标记的引物应用于LAMP的反应系统,构建了一种结合了LAMP技术的等温扩增优势和FP技术的快速检测优势的理想平台。荧光基团标记的引物分子量较小且旋转速率较快,因此显示的FP信号有限。当存在猪肉成分时,分子量较小的引物经过扩增被转变成大分子量的产物,导致荧光基团的旋转受到限制,因此FP信号显著增强。在最优条件下,该方法可以检测到牛肉中低至0.01%(w/w)的掺假猪肉。与需要复杂分析过程的传统检测方法相比,该策略具有简单、灵敏、快速和现场检测的优点。重要的是,这种独特的方法也适用于加工肉产品的检测。我们期望本研究能为食品安全检测方法的建立提供新的视角。(4)基于多重PCR的侧向层析试纸方法同时检测鸡肉、鸭肉和猪肉成分。把多重PCR和LFS技术相结合,开发了一种同时检测肉品中多种肉类成分的可视化方法。针对鸡肉、猪肉和鸭肉的三组引物末端分别连接了不同的核酸标签,因此获得的扩增产物两端也具有不同的核酸标签。使用LFS分析扩增产物时,扩增产物的一端可以与金纳米粒子(Au NPs)上的识别探针杂交,另一端可以与对应检测线上的捕获探针杂交,从而把Au NPs固定到对应的检测线上并使之变红。重要的是,每种掺假成分分别对应一条检测线,因此可以通过一次反应实现对三种掺假成分的同时和可视化检测。得益于PCR技术的高效率和LFS技术的简便性,该方法对鸡肉、鸭肉和猪肉的检测限分别为0.006%(w/w)、0.004%(w/w)和0.007%(w/w)。(5)基于重组酶聚合酶扩增的侧向层析试纸方法同时检测鸭肉、鸡肉和猪肉成分。把RPA技术与LFS技术相结合,建立了一种同时检测肉品中鸭肉、鸡肉和猪肉成分的可视化方法。在RPA的扩增体系中,我们引入了三组分别针对鸭肉、鸡肉和猪肉特异的末端功能化的引物,因此可以实现对三种目标基因的同时扩增。当掺假成分存在时,通过扩增可以获得两端标记的双链产物,借助双链产物的桥接作用即可把Au NPs固定到对应的检测线上并使之变红。该方法重点突出了RPA技术的等温扩增和多重放大优势,强调了RPA技术与LFS技术的联合使用在肉类掺假检测中的应用潜力。在最优条件下,该方法对鸡肉、鸭肉和猪肉的检测限分别为0.009%(w/w)、0.005%(w/w)和0.004%(w/w)。(6)基于表面增强拉曼光谱的侧向层析试纸方法同时检测牛肉中的多种肉类成分。以RPA的扩增产物为媒介,将SERS技术和LFS技术相结合,提出了一种检测肉品中多种肉类成分的新方法。为简化LFS的设计,采用三种拉曼信标作为三种肉类的标记物,只使用一条检测线同时捕获三种扩增产物。当检测线显色时即可证明样品中有目标成分存在,然后利用拉曼光谱分析肉品的具体成分。该方法是在(5)中研究的基础上发展出来的,重点强调了RPA技术、LFS技术和SERS技术在肉类成分检测中的联合应用。在最优条件下,该方法对鸡肉、鸭肉和猪肉的检测限分别为0.006%(w/w)、0.005%(w/w)和0.009%(w/w)。
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