基因测试在食品工业上的应用
Application of DNA Testing in the Food Industry
香港基因晶片开发有限公司
刘乐庭博士
Abstract
BR>Molecular biology has advanced in leaps and bounds over the last 2O years. Advanced DNA technology has been applied to many areas especially clinical diagnosis. This article will focus on how molecular biological approaches can be used in food testing. Five areas of study will be discussed, namely, screening for food pathogen, detection of GMOs, authentication of ingredients, species-specific identification and monitoring in the catering industry.
基因测试技术在过去20年来不断发展，现已被广泛应用于不同的领域上，包括临床诊断、疾病控制、出入口检疫及兽医类测试等。以往在食品工业中却很少应用到这门科技，然而有实例证明，有效地运用基因测试能给食品企业带来极高效益。本文的主要目的是要简单剖析这门技术，让更多企业了解其好处，当仲介绍数项实质测试例子，以说明食品工业如何受益，包括细菌测试、转基因食品测试、食物验证及卫生监察等。
基因测试技术浅谈
到目前为止，科学家已经开发了多项基因测试技术，有聚合酶链锁反应(Polymerase Chain Reaction, PCR)、酶切片段长度多态分析(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)、实时荧光聚合酶链锁反应(Real-Time PCR)、基因测序(DNA Sequencing)。每一项技术皆有其特色与优点，应用范围及效益也各不相同。要充分发挥基因测试的好处，首先需要认识他们，从而选择最符合要求的方法。
要说PCR是20世纪最伟大的基因分析技术之一，相信没有人反对。这个技术是由美国科学家Dr. K. Miller于1985年发明。技术的原理是靠聚合酶(Polymerase)复制试管中的DNA样本，只须2~3个小时就可将DNA复制到上亿个拷贝，分量之多足以让肉眼直接看到。
在PCR技术面世以前，检测DNA是一件极困难的事，主因在于样品中被测DNA的分量通常极少，一般的测试技术难以作出有效分析；即使加大样品量以增加被测DNA的数量，可用的测试方法也是极为复杂、费时的。例如Southern Blotting方法，每个测试周期可长达2~3个星期。在PCR技术诞生后，整个局面得以改变，很多以前不能做到的测试，均可在1天甚至短至数小时内便可完成，令基因检测进入另一个境界，发明者Dr. Miller亦于1993年凭此而获得诺贝尔化学奖，足以证明该技术发明的重要性。
PCR技术的发明至今短短廿载，期间已经过多次重大改良，其中包括加入可抗热的Taq酶，使PCR过程可以机械自动化来完成；高度灵敏的荧光PCR；可在同一时间复制多组基因片段的Multiplex PCR，以至近年广被应用的实时荧光PCR(Real-Time PCR)。Real-Time PCR技术的最大突破，是可在每一个循环后马上透过激光引发讯号并收集数据，使原本为一个终点循环分析变作逐个循环分析，从而做到定量水平，能准确地检测每个基因分量。除PCR技术之外，较普遍使用的基因测试技术还有基因测序。由于每种生物个体的基因序列均有不同程度的差异，用基因测序可分析检测生物基因所包含的遗传密码，然后透过密码辨认出不同的生物和基因类别品种，准确可靠。
食物中病源检测
在食品生产过程中，常常有机会受到不同来源的细菌污染。有效监察生产过程便可避免产品带有过量或有害的细菌如沙门氏菌等。传统细菌测试主要是透过细菌培养法作检测，可是这些方法一般需时数天甚至1星期才得出结果，在大多数情况下未能有效配合生产程序，只可作为事后参考。倘若不幸地出现细菌污染，在检测结果未得出以前，很可能已有多批产品受到影响，甚至已经推出市场销售。现今利用PCR基因检测技术，可于1天甚至数小时内得出结果，对于一些食品如新鲜奶类食品的生产企业来说，快速的测试方法必不可少。
除了时间上的优势外，基因测试更适用于检测一些可能不容易被培养的细菌，例如杆状细菌(Campylobacter sp.)，因为此类细菌除了需要一些特别的培养环境外，它可能进入了假死状态(Non-Viable)便不能通过培养法被测试出来。基因测试就能解决这个问题。
基因改造食品的检测
从基因改造食品上市至今刚好跨越十个年头，各种争拗似乎仍然没完没了。然而，各国相继实施强制性标签法后，基因改造食品已成为很多食品企业不能避免的课题。2004年4月，欧盟正式实施(EC) No 1829/2003及1830/2003法令，对基因改造农产品及基因改造食品的标识方法、溯源性管理等，都明确列出严格的要求。此条例亦会把适用范围延伸至食油及调味料等之前未受管制的深加工食品之上。可以看到，基因改造食品的检测已经成为必然的世界趋势。
测试用于生产食品的农产品原料最直接的办法就是利用PCR方法，检验样本是否含有一些外来的基因，如来自细菌或病毒。测试的原理是在基因改造过程中，让外来基因在接受该基因的农作物（例如大豆）中表达，同时需加进一些控制基因表达的启动子和终端子等。为了实验上的方便及更具效果，这些启动子和终端子均来自一些细菌和病毒(最常见的包括有CaMV 35S和NOS Terminator)。此外，把基因打进细胞前，还会大量复制基因，并放进一些作为分辨是否为成功改造过的样本基因。所以到了最后，打进植物细胞内的就不仅仅是一个目标基因，而是一个基因群组(通常形成一组Plasmid基因)。
2004年12月,瑞士生物科技公司Syngenta向美国政府报告，在转用DNA基因改造成份检测方法后, 发现其惯用的基因改造蛋白检测方法未能有效分辨出Bt10及Bt11抗虫玉米之种子, 导致在01到04年之间，有四个州的农民”误种”了15,000 公顷的Bt10玉米。事件中, Syngenta先是被美国农业部罚款37.5万美元，并命令该公司销毁剩余的全部产品。在一向对基因改造食品态度抱极大保留的欧洲，Syngenta更受到欧盟多国强烈斥责。欧盟亦要求供货商在向欧盟销售美国玉米蛋白饲料以及其它相关产品之前必须证实船货不含有BT10玉米。作为食品生产及贸易商，欲避免此等”意外”带来的不必要风险,把DNA基因改造成份测试加入常规检测之列方为上策。
食品品种与所含成分的鉴定
每一种生物的基因序列和特性都不一样，例如牛跟羊、鸡跟鹅，因而可以利用这些差异，以基因方法检验出来。对于食品工业而言，这种检测适用于买卖食品原料方面，可以避免购买到混入了其它物品的原料，例如素料混入其它肉类，鱼类食品混入虾蟹。这样不但可以让食品行业避免在不知情下，生产出不合规格的产品。若配合独立检测服务，检测结果更是产品纯正性的最有效证明，对企业形象及品牌建立都有所裨益。特别对于一些生产素食或其它宗教食品的厂家，这种测试尤为重要。
另一方面，基因检测可用以打击假货。目前某些假货做工之精细，几乎无法单凭外表分辨出来，以致出入口部门或海关都未能完全打击这类假货，利用基因检测，便可分辨真假货品，以作出举证。
除了每种生物的基因序列不同之外，同类生物的不同品种，它们的基因序列亦有若干的差别。正如前文所提，每种生物的基因序列是独一无二的，尽管同类生物中大部分的基因序列均相同，但也有若干部分差异，在基因序列上存在颇大的分别，例如燕子，我们所熟悉的草燕和血燕，其实是不同的品种，基因也存在差异。由此可见，透过基因测试技术便可有效地分辨出不同品种的燕窝。另一个很大的用处就是用于中药验证。有经验的中药材从业员可以从外表分辨各种不同品种的药材，例如高丽蔘跟东北野蔘，但若已制成的产品如粉末、冲剂，单凭外表和气味就很难进行分辨和鉴定。利用定量PCR基因(Real-Time PCR)检验方法，我们更以检验出各种不同成分的分量。此举不但可以让食品生产商对买回来的原料加以验证，同时还提供证明予买家，特别是欧美海外的买家，从而增加产品的说服力。
协助卫生监察
除了以上的应用外，基因测试还可以在食肆的卫生监察及管理上担当重要的角色，特别在一些高危季节，可以更有效地监察食肆的卫生状况。倘若发现不正常情况，可于第一时间进行处理，避免对正常业务构成任何影响。另外，由于基因测试的高度灵敏性，有助提高食肆的卫生水平，能在某些细菌未衍生到危险水平时便已掌握信息，对于防止一些高度危险的细菌如霍乱、O-157型大肠杆菌等的扩散，更见其效能。
品质监控对于基因测试的重要性
很多人会有这个疑问，做基因测试就是搞科研，能适用于工业环境上吗？现时基因测试有标准吗？技术达到成熟阶段了吗？事实上，现今很多先进国家和地区的医院，已经引用了基因测试作为医疗诊断用途；欧美多国的红十字会亦利用基因测试法检测捐血者有否带有艾滋病或肝炎病毒，以防止病毒散播。由于基因测试的高度准确性及可靠性，可以避免因为空窗期而为传统蛋白质抗体测试带来的假阴性问题。
尽管基因测试已进入一个非常成熟的阶段，然而并非一般实验室能够进行。除了实验室的环境必须特别设计外，进行检测的工作人员还需要具备精炼的分子生物学或生化等方面的知识。由于市场上的需要，很多实验室纷纷推出基因测试（特别是基因改造食品测试）。这些实验室通常是参照一些试剂盒或一些测试程序方法进行，对测试所需的技术要求及实验室应具备的设备不甚了解，往往得出错误结果。早年，英国的渔农食品处Department of Environment, Food and Rural Affair (DEFRA)进行了一项基因改造食品测试水平比较，测试比较了全球22个国家的66间基因改造食品测试实验室，在定性测试方面（检测食品是否带有基因改造成分）的结果是，多间实验室都得出错误的结果；而在定量方面（检测食品改造成分的含量），绝大部分的实验室均不能准确测得结果，误差之大更令人咋舌，而当中只有一间公司的实验室能得出准确数字。
错误的结果对食品公司来说可以是损失惨重，例如食品本来符合法例毋须标示便可以出口，却因为报告呈阳性结果而空着急。更严重的是，厂家可能因为报告没有验出含基因改造成分，而把货品出口到一些受管制的国家，最后却被那些国家检测出带有基因改造成分而退货，甚至受到检控。因此，一份准确的报告是非常重要的。
随着科技的进步，基因测试已不限于研究实验室的项目，而且已被广泛应用于各行各业中。在不久的将来，基因测试将进一步得到普及，以更准确、更快速、更有效的操作优势，补足传统测试方法之不足，配合生物科技时代的发展需要。
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