探究PCR技術在食品檢測中的應用

顧晶晶 張亮

摘 要：隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，食品安全問題已成為社會大眾廣泛關注的問題。為充分保障食品食用質(zhì)量和營養(yǎng)，應加強食品檢測技術的應用。聚合酶鏈式反應技術為常見的食品檢測技術，為強化其在具體實踐中的應用效果，本文主要對其概念和操作步驟進行闡述，分析其在食品檢測工作中的具體應用，并展望該技術的未來發(fā)展趨勢，旨在為相關食品檢驗技術革新和實踐應用提供借鑒和參考。

關鍵詞：食品檢測;聚合酶鏈式反應技術（PCR）;應用

To Explore the Application of PCR Technology in Food Testing

GU Jingjing1， ZHANG Liang2

（1.Binzhou City， Shandong Province Inspection and Testing Center， Binzhou 256600， China; 2.Binzhou Economic and Technological Development Zone， Binzhou 256600， China）

Abstract： With the rapid development of modern society， food safety has become a widespread concern of the public. In order to fully ensure the food quality and nutrition， the application of food testing technology should be strengthened. Polymerase chain reaction technology is a common food testing technology. In order to strengthen its application effect in specific practice， this paper mainly expounds its concept and operation steps， analyzes its specific application in food testing， and looks forward to the future development trend of this technology， in order to provide reference for the innovation and practical application of relevant food testing technology.

Keywords： food detection; polymerase chain reaction （PCR）; application

聚合酶鏈式反應技術（Polymerase Chain Reaction，

PCR）是目前食品檢測領域中應用范圍較廣的方法，在實踐應用中具有提高食品質(zhì)量的作用。特別是在食品安全問題備受關注的形勢下，針對PCR技術的研究越來越多，對其應用也提出了更高的要求，以保證食品檢測水平符合社會發(fā)展需求。為適應食品安全相關制度，檢測人員應充分把握PCR技術的具體應用，了解其未來發(fā)展趨勢，從而推動食品檢測工作的有效開展，實現(xiàn)健康、良好的發(fā)展。

1 PCR技術概述

PCR技術全稱為聚合酶鏈式反應技術，主要通過體外高效擴增制備特定的雙鏈DNA片段，因此又可稱為基因體外擴增法。通過營造適當?shù)捏w外條件，將靶DNA變性為單鏈，再加入人工設計與合成的2段寡核苷酸引物，使其在DNA聚合酶、4種dNTPs底物等條件下，合成新DNA雙鏈，且其可直接作為擴增模板，重復DNA多聚酶鏈式反應。在食品檢驗中，PCR技術的應用可分為3個步驟。①使用過濾法或離心法等對食品樣本中的DNA進行純化和提取。②采用PCR技術對樣本DNA進行擴增[1]。③詳細分析擴增后的產(chǎn)物。其中，擴增過程可細分為變性、退火、延伸等階段。在變性階段，樣本DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)會被拆分為2條單鏈結(jié)構(gòu)，食品中的特定性成分會在退火階段發(fā)揮作用，即與DNA中的特定位置相結(jié)合，在延伸階段形成具有新特征的DNA，從而完成食品檢測。

2 食品檢測中PCR技術的具體應用

2.1 檢測轉(zhuǎn)基因食品

轉(zhuǎn)基因食品已成為人們餐桌上的主要食物類型之一，其是應用分子生物學技術，將某些動物、植物、微生物等1種或幾種外源性基因轉(zhuǎn)入其他生物的遺傳物質(zhì)中，使其表達有效的多肽或蛋白質(zhì)等產(chǎn)物，并以此作為原料進行生產(chǎn)加工制成的食品。但經(jīng)過多年的探索和研究發(fā)現(xiàn)，部分轉(zhuǎn)基因食品對人體健康具有一定的危害。因此，要加強對轉(zhuǎn)基因食品的檢測，以保障食品質(zhì)量安全。例如，對常見的大豆、玉米、油菜等食品，可應用PCR技術對其成分進行定性和定量分析，明確其特征性成分，從而消除人們對合格轉(zhuǎn)基因食品的誤解[2]。近年來，我國利用PCR技術可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)基因食品的快速檢測。通常情況下，PCR技術檢測轉(zhuǎn)基因食品是對外源基因和DNA、蛋白質(zhì)進行檢測。例如，在轉(zhuǎn)基因花椰菜食品檢測中，?；谄淙~病毒啟動子和根癌農(nóng)桿菌終止子序列合成2對不同引物及對應的2種熒光雙鏈探針等，建立相應的PCR檢測轉(zhuǎn)基因成分啟動子、NOS終止子，具有靈敏度高、特異性好等優(yōu)勢。

2.2 檢測食品中的有效成分

PCR技術能有效檢測食品成分組成。大多數(shù)食品包裝上有營養(yǎng)成分表，消費者可根據(jù)成分表進行選購。為充分保障食品的質(zhì)量安全和營養(yǎng)價值，需對食品樣本中的營養(yǎng)成分進行檢測。為避免出現(xiàn)生產(chǎn)商虛標營養(yǎng)成分的情況，可采用PCR技術對食品中的各種營養(yǎng)成分及含量等指標進行檢測。PCR技術的應用能有效指導消費者按自身營養(yǎng)需求選擇合適的食品類型[3]。例如，對市場上常見的肉類、肉制品等進行檢測，可通過PCR技術判斷食品實際質(zhì)量和成分類別與宣傳是否相符，還可準確識別出食品中的其他動物性成分，避免出現(xiàn)以次充好的情況，從而提高食品的健康性和安全性，充分保障消費者的合法權(quán)益。

2.3 檢測各類微生物菌群

PCR技術能準確檢測出食品中的多種微生物菌群，常見的有大腸桿菌、沙門氏菌、綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌等微生物。大腸桿菌是人體常見的微生物菌群，可分為致病性大腸桿菌和非致病性大腸桿菌。致病性大腸桿菌易導致人體出現(xiàn)腸出血等癥狀，為確保食品食用安全，應積極應用PCR技術對食品中的致病性大腸桿菌進行檢測。經(jīng)基因提取、擴增等步驟，獲取相應的DNA片段后進行比對，可有效檢測食品中含有的致病菌。沙門氏菌是引發(fā)食物中毒的常見微生物種類，具有較強的感染性和危害性，因此需對沙門氏菌進行檢測[4]。運用PCR技術可檢出各個種類的沙門氏菌微生物，在實踐操作中可達到100 CFU/mL或100 CFU/g的平均靈敏度，對人工污染樣品的最低檢出限可達到10 CFU/mL或100 CFU/g，能有效提高檢測效率和質(zhì)量。綠膿桿菌是人體中制造外毒素的一種微生物，對人體健康產(chǎn)生較大威脅。該微生物制造外毒素的行為由A基因控制，采用PCR技術能使其與特定引物相結(jié)合，擴增相關DNA，從而確定食品檢測樣本中綠膿桿菌的數(shù)量。目前，在食品檢測領域，PCR技術的應用較廣泛，檢測效率高。金黃色葡萄球菌是一種能產(chǎn)生腸毒素的微生物，廣泛分布于自然界，對人和動物均有較嚴重的感染特性。在全球食品安全問題中，該微生物導致的食物中毒事件占比較大。因此，在食品檢測中越來注重應用PCR技術檢測金黃色葡萄球菌，其能準確檢測出食品樣本中是否含有致病微生物，在實踐中PCR技術具有較高的靈敏性。

3 食品檢測中PCR技術的發(fā)展方向

3.1 PCR技術與變性梯度凝膠電泳技術聯(lián)合

PCR技術在食品檢測領域已基本發(fā)展成熟，在現(xiàn)代食品檢測體系中能發(fā)揮積極作用。但隨著食品生產(chǎn)原料來源日益廣泛、生產(chǎn)技術不斷革新，仍存在對PCR技術檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾和影響的因素，存在錯判或偏差等可能。特別是在特殊情況下，不同引物之間可能會出現(xiàn)一定的抑制作用，導致引物與模板出現(xiàn)非特異性結(jié)合，造成檢測結(jié)果呈假陽性或假陰性。因此，在未來的發(fā)展階段中，仍需對PCR技術進行進一步研究。例如，對食品樣本的DNA進行擴增，產(chǎn)生了不同長度的DNA片段，采用常規(guī)方法進行分析無法解決DNA片段混亂的問題，無法實現(xiàn)準確檢測。因此，可將PCR技術與變性梯度凝膠電泳技術（Denatured Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）結(jié)合，即先將樣品中的DNA片段提取出來，將其作為模板，使用特異性引物擴增DNA，經(jīng)電泳后能獲得目標成分的DNA條帶，通過與標準圖譜進行對比分析，有助于準確鑒定目標成分[5]。條帶的對比亮度越高，說明目標成分的含量就越多。

3.2 應用定時定量PCR技術

PCR技術的未來發(fā)展主要是在傳統(tǒng)操作技術的基礎上增加熒光標記環(huán)節(jié)，從而形成定時定量PCR技術。相關人員在食品檢測中只需對熒光信號進行檢測，即可對目標成分實時監(jiān)測。在具體應用中，該檢測方法所需時間短、精確度較高，將會逐漸替代傳統(tǒng)的PCR技術，成為食品檢測領域的主要方法。

3.3 強化多重PCR技術研發(fā)應用

多重PCR技術是指利用多條引物、多條模板在相同的反應體系下同時對多個DNA片段進行擴增，明顯提升了工作效率和質(zhì)量，在成本上也有明顯的優(yōu)勢。雖然目前該技術仍處于起步階段，但發(fā)展速度較快、應用效果明顯。未來研究重點主要集中在增加引物數(shù)量方面，實現(xiàn)經(jīng)1次DNA擴增后即可完成所有食品樣本成分的檢測;并注重優(yōu)化現(xiàn)有反應條件，提高擴增效率、降低檢出限[6]。

4 PCR技術應用存在的問題與優(yōu)化分析

目前，PCR技術在食品檢測領域中具有較好的應用效果，但隨著食品工業(yè)的不斷發(fā)展，在實踐檢測中也存在一定的缺陷和問題[7]。為更好地適應未來生物科技發(fā)展以及食品檢測的需求，應對該技術進行持續(xù)性的優(yōu)化和改進。例如，采用實時熒光定量PCR技術時，其會受到同源或者異源DNA背景影響，而且還會受到寡核苷酸雜交特異性以及探針比例、細胞裂解效率等因素的干擾，從而導致定量分析結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差，很容易產(chǎn)生假陽性結(jié)果。為對該問題實施優(yōu)化，可在檢測操作中，充分驗證設計引物的特異性，保證檢測條件最優(yōu)。同時需要盡量降低定時定量PCR儀器的成本，發(fā)展新的熒光燃料，提升檢測分析的靈敏度，簡化樣品制備程序，實現(xiàn)機械化、自動化檢測[8]。

在多重PCR技術應用中，部分引物之間存在抑制作用，同時引物與其他模板之間在特異性結(jié)合方面也存在一定不足。所以針對該問題的優(yōu)化，需要充分考慮不同引物之間、與模板之間的相互作用，有效優(yōu)化引物設計條件、PCR反應條件等，從而盡可能避免出現(xiàn)假陽性和假陰性結(jié)果。此外，相關檢測單位及人員，還應明確食品成分復雜性、樣品采集處理等因素的影響，為規(guī)避DNA提取出現(xiàn)誤差、模板與擴增引物選擇不合理，則需嚴格控制變性梯度凝膠電泳處理片段的大小，通常情況下不得超過500 bp。同時對電泳圖譜片段實施有效測序，避免出現(xiàn)混雜情況，如在變性梯度凝膠電泳分析的過程中，可采用適當?shù)能浖鼘U增片段的分子梯度開展標準化處理，有利于提高批量化樣品檢測準確性和效率[9]。

5 結(jié)語

食品安全問題關系到社會和諧和市場穩(wěn)定發(fā)展，為充分保障食品質(zhì)量安全，應進一步強化檢測技術的應用。PCR技術作為一種具有檢測速度快、檢測結(jié)果準確率高的方法，可對轉(zhuǎn)基因食品、食品中的有效成分、主要致病微生物等進行檢測，應得到更廣泛地應用，以保障食品安全。為促進食品行業(yè)的健康、良好發(fā)展，需在未來階段聯(lián)合PCR技術與DGGE技術、應用定時定量PCR技術、強化多重PCR技術研發(fā)應用等，推動食品檢測行業(yè)進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]李貝貝.PCR技術在食品微生物檢測中的應用[J].現(xiàn)代食品，2020，12（23）：145-146.

[2]董蕾，黃曉波，劉靜璇.多重PCR技術在食品檢測中的應用與展望[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2020，48（11）：15-18.

[3]張宜文，趙海波，吳紅，等.數(shù)字PCR在食品安全檢測中的應用研究進展[J].分析測試學報，2020，39（5）：672-680.

[4]白菊紅，康建平，張星燦，等.多重PCR技術在病原微生物檢測中的應用[J].食品工業(yè)科技，2019，40（7）：322-325.

[5]陳卓君，魏銘，林果，等.PMA-qPCR技術在發(fā)酵食品活菌計數(shù)中的應用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2019，45（12）：242-248.

[6]左金瓊.微生物檢測技術在食品檢驗中的應用探究[J].中國保健營養(yǎng)，2019，29（22）：256-257.

[7]田小蘭，馮俊麗，汪藝.一種快速高效的DNA提取方法及其在qPCR檢測金黃色葡萄球菌中的應用[J].食品科技，2019，44（2）：344-350.

[8]田小蘭，馮俊麗，汪藝.一種快速高效的DNA提取方法及其在qPCR檢測金黃色葡萄球菌中的應用[J].食品科技，2019，44（2）：344-350.

[9]吳憲.PCR技術在食品微生物檢測中的應用探究[J].糧食科技與經(jīng)濟，2019，44（1）：47-50.

作者簡介：顧晶晶（1984—），女，山東沂南人，碩士，工程師。研究方向：食品安全檢測與食品微生物檢測。