Diagnosis of Fruit and Berry Raw Materials Using DNA-Test Systems

Due to high demand for multicomponent food products, including plant ingredients, the problem of verification of raw materials becomes urgent. This paper presents a method of identification of fruit and berry raw materials based on the definition of DNA. The DNA test systems are described, the results of their verification are presented and theirs high specificity is proved. DNA test system involves the extraction of DNA from plant materials, amplification reaction and electrophoretic detection. DNA samples were extracted from fresh raw materials. The material of the study was raw materials stored for 14 days at room temperature, frozen raw materials and final products from fruit and berry raw materials (jam, juice, drink), that were heat-treated and containing sugar. Experimental data showed that microbiological spoilage of raw materials, freezing and heat treatment (at a temperature normal for preservation) do not affect the sensitivity of the proposed method of DNA detection. The proposed DNA test systems can be used to determine the species of fruit and berry raw materials in final products, regardless of the technology of their production. However, the sensitivity threshold of the proposed method varies for different types of raw materials. A high threshold of sensitivity of DNA test systems was found in the analysis of DNA of raspberries, kiwi, banana, gooseberries, cherries, as well as products of their processing (jam, juice), where amplification products were detected during breeding 100 times. DNA of strawberry is more sensitive to mechanical stress (when frozen) and high temperatures, that adversely affects the sensitivity of DNA test systems. Also rosehip is characterized by a high level of identification in dry fruits, but heat treatment reduces the threshold of analytical sensitivity of the method.

DNA detection, amplification, PCR, electrophoretic detection, storage, freezing, heat treatment, fruit and berry raw materials

1. Бадаева Е.Д. Структура генома и хромосомный анализ растений // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. № 4-2. С. 1017-1043.

2. Боронникова С.В. Молекулярно-генетическая идентификация и паспортизация редкого вида растений Пермского края Adenophora Lilifolia (L.) А. DC. // Вестник Пермского университета. Серия: биология. 2012. Вып. 1. С. 41-44.

3. Зорина В.В. Основы полимеразной цепной реакции. М.: ДНК-технология, 2012. 80 с.

4. Левкис З. Инновационные подходы в переработке плодов и ягод // Наука и инновации. 2012. № 6. С. 20-21.

5. Мудрикова О.В. Экспериментальные исследования основных параметров процесса проведения ПЦР для видовой идентификации // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 3. С. 310-318.

6. Москвина Н.А. Использование нуклеотидных последовательностей фрагмента генома плодов и ягод для определения филогенетического родства // Техника и технология пищевых производств. 2014. № 3. С. 141-144.

7. Пантюхина В.А., Новиков Д.В., Савиных Н.П., Новиков В.В. Cравнительный анализ первичной структуры гена 18s рРНК представителей разных экобиоморф рода Veronica l. (Scrophulariaceae) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012. № 2-3. С. 169-173.

8. Причко Т.Г., Дрофичева Н.В. Моделирование рецептурных композиций функциональных продуктов питания из плодово-ягодного сырья // Пищевая промышленность. 2015. № 7. С. 18-20.

9. Просеков А.Ю. Методы ДНК-технологии для идентификации растительного сырья в молочных продуктах // Молочная промышленность. 2011. № 12. С. 62- 63.

10. Просеков А.Ю. Влияние технологической обработки продовольственного сырья на эффективность видовой идентификации // Пищевая промышленность. 2014. № 6. С. 8 -10.

11. Ребриков Д.В., Саматов Г.А., Трофимов Д. ПЦР «в реальном времени». М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 215 с.

12. Юдин М.С. Исследование методов Полимеразной цепной реакции для определения сырьевых компонентов в готовых продуктах // Международный журнал экспериментального образования. 2010. № 8. С. 77-79.

13. Яшин Ю.И., Рыжнев В.Ю., Яшин А.Я. и др. Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и влияние их на здоровье и старение человека. М.: ТрансЛит, 2009. 212 с.

14. Abdolmaleki F., Assadi M. M., Ezzatpanah H., Honarvar M. Impact of fruit processing methods on DNA extraction from transgenic frozen banana products // European Food Research and Technology. 2014. # 239(3). P. 509-517.

15. Amani J. A simple and rapid leaf genomic DNAextraction method for polymerase chain reaction analysis // Iranian journal of biotechnology. 2011. Vol. 9. P. 69-71.

16. Berindean I.V., Cardei E., Roman G., Sturzeanu M., Pamfil D. PCR Protocol Optimization for Genetic Diversity Assessment and Molecular. Characterization of Sour Cherry Cultivars // Bulletin UASVM Horticulture. 2012. Vol. 69. #1. P. 71-80.

17. Karni M. Thermal Degradation of DNA // DNA and CELL biology. 2013. Vol. 32. # 6. P. 1-4.

18. Kress W.J. Use of DNA barcodes to identify flowering plants // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2005. Vol. 102. # 23. P. 8369-8374.

19. Negi M.S. Length and sequence heterogeneity in 5S rDNA of Populus deltoids // Genome. 2002. Vol. 45. # 6. P. 1181-1188.

20. Olhak D.O., Arslan A. Odentification of Meat Species by Polymerase Chain Reaction (PCR) Technique // Turkish Journal of Veterinary and Animal Sciences. 2007. 31(3). P. 159-163.

21. Palmieri L. Soft fruit traceability in food matrices using real-time PCR // Nutrients. 2009. # 1. P. 316-328.

22. Trontin J.F. Two highly divergent 5S rDNA unit size classes occur in composite tandem array in European larch (Larix decidua Mill.) and Japanese larch (Larix kaempferi) // Genome. 1999. Vol. 42. P. 837-848.

23. Wallinger C., Juen A., Staudacher K., Schallhart N., Mitterrutzner E., Steiner E.-M. Rapid Plant Identification Using Species- and Group-Specific Primers Targeting Chloroplast DNA // PLOS ONE. 2012. 7(1). e29473 10.1371/journal.pone.0029473.

24. Winnepenninckx B. 18S rRNA alignments derived for different secondary structure models can produce alternative phylogenies // Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research. 1996. Vol. 34. # 3. P. 135-143.

25. Woolfe M. Food forensics: using DNA technology to combat misdescription and fraud // Trends Biotechnol. 2004. # 22. P. 222-226.