探究PCR技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

顧晶晶 張亮

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，食品安全問(wèn)題已成為社會(huì)大眾廣泛關(guān)注的問(wèn)題。為充分保障食品食用質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)，應(yīng)加強(qiáng)食品檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)為常見(jiàn)的食品檢測(cè)技術(shù)，為強(qiáng)化其在具體實(shí)踐中的應(yīng)用效果，本文主要對(duì)其概念和操作步驟進(jìn)行闡述，分析其在食品檢測(cè)工作中的具體應(yīng)用，并展望該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，旨在為相關(guān)食品檢驗(yàn)技術(shù)革新和實(shí)踐應(yīng)用提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：食品檢測(cè);聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）;應(yīng)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?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（Polymerase Chain Reaction，

PCR）是目前食品檢測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用范圍較廣的方法，在實(shí)踐應(yīng)用中具有提高食品質(zhì)量的作用。特別是在食品安全問(wèn)題備受關(guān)注的形勢(shì)下，針對(duì)PCR技術(shù)的研究越來(lái)越多，對(duì)其應(yīng)用也提出了更高的要求，以保證食品檢測(cè)水平符合社會(huì)發(fā)展需求。為適應(yīng)食品安全相關(guān)制度，檢測(cè)人員應(yīng)充分把握PCR技術(shù)的具體應(yīng)用，了解其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，從而推動(dòng)食品檢測(cè)工作的有效開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)健康、良好的發(fā)展。

1 PCR技術(shù)概述

PCR技術(shù)全稱為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)，主要通過(guò)體外高效擴(kuò)增制備特定的雙鏈DNA片段，因此又可稱為基因體外擴(kuò)增法。通過(guò)營(yíng)造適當(dāng)?shù)捏w外條件，將靶DNA變性為單鏈，再加入人工設(shè)計(jì)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(kuò)增模板，重復(fù)DNA多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在食品檢驗(yàn)中，PCR技術(shù)的應(yīng)用可分為3個(gè)步驟。①使用過(guò)濾法或離心法等對(duì)食品樣本中的DNA進(jìn)行純化和提取。②采用PCR技術(shù)對(duì)樣本DNA進(jìn)行擴(kuò)增[1]。③詳細(xì)分析擴(kuò)增后的產(chǎn)物。其中，擴(kuò)增過(guò)程可細(xì)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(huì)被拆分為2條單鏈結(jié)構(gòu)，食品中的特定性成分會(huì)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(cè)。

2 食品檢測(cè)中PCR技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 檢測(cè)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(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)，將某些動(dòng)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(dá)有效的多肽或蛋白質(zhì)等產(chǎn)物，并以此作為原料進(jìn)行生產(chǎn)加工制成的食品。但經(jīng)過(guò)多年的探索和研究發(fā)現(xiàn)，部分轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人體健康具有一定的危害。因此，要加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的檢測(cè)，以保障食品質(zhì)量安全。例如，對(duì)常見(jiàn)的大豆、玉米、油菜等食品，可應(yīng)用PCR技術(shù)對(duì)其成分進(jìn)行定性和定量分析，明確其特征性成分，從而消除人們對(duì)合格轉(zhuǎn)基因食品的誤解[2]。近年來(lái)，我國(guó)利用PCR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的快速檢測(cè)。通常情況下，PCR技術(shù)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因食品是對(duì)外源基因和DNA、蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。例如，在轉(zhuǎn)基因花椰菜食品檢測(cè)中，常基于其葉病毒啟動(dòng)子和根癌農(nóng)桿菌終止子序列合成2對(duì)不同引物及對(duì)應(yīng)的2種熒光雙鏈探針等，建立相應(yīng)的PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)基因成分啟動(dòng)子、NOS終止子，具有靈敏度高、特異性好等優(yōu)勢(shì)。

2.2 檢測(cè)食品中的有效成分

PCR技術(shù)能有效檢測(cè)食品成分組成。大多數(shù)食品包裝上有營(yíng)養(yǎng)成分表，消費(fèi)者可根據(jù)成分表進(jìn)行選購(gòu)。為充分保障食品的質(zhì)量安全和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，需對(duì)食品樣本中的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行檢測(cè)。為避免出現(xiàn)生產(chǎn)商虛標(biāo)營(yíng)養(yǎng)成分的情況，可采用PCR技術(shù)對(duì)食品中的各種營(yíng)養(yǎng)成分及含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。PCR技術(shù)的應(yīng)用能有效指導(dǎo)消費(fèi)者按自身營(yíng)養(yǎng)需求選擇合適的食品類型[3]。例如，對(duì)市場(chǎng)上常見(jiàn)的肉類、肉制品等進(jìn)行檢測(cè)，可通過(guò)PCR技術(shù)判斷食品實(shí)際質(zhì)量和成分類別與宣傳是否相符，還可準(zhǔn)確識(shí)別出食品中的其他動(dòng)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(fèi)者的合法權(quán)益。

2.3 檢測(cè)各類微生物菌群

PCR技術(shù)能準(zhǔn)確檢測(cè)出食品中的多種微生物菌群，常見(jiàn)的有大腸桿菌、沙門(mén)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(jiàn)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(dǎo)致人體出現(xiàn)腸出血等癥狀，為確保食品食用安全，應(yīng)積極應(yīng)用PCR技術(shù)對(duì)食品中的致病性大腸桿菌進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)基因提取、擴(kuò)增等步驟，獲取相應(yīng)的DNA片段后進(jìn)行比對(duì)，可有效檢測(cè)食品中含有的致病菌。沙門(mén)氏菌是引發(fā)食物中毒的常見(jiàn)微生物種類，具有較強(qiáng)的感染性和危害性，因此需對(duì)沙門(mén)氏菌進(jìn)行檢測(cè)[4]。運(yùn)用PCR技術(shù)可檢出各個(gè)種類的沙門(mén)氏菌微生物，在實(shí)踐操作中可達(dá)到100 CFU/mL或100 CFU/g的平均靈敏度，對(duì)人工污染樣品的最低檢出限可達(dá)到10 CFU/mL或100 CFU/g，能有效提高檢測(cè)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(duì)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(shù)能使其與特定引物相結(jié)合，擴(kuò)增相關(guān)DNA，從而確定食品檢測(cè)樣本中綠膿桿菌的數(shù)量。目前，在食品檢測(cè)領(lǐng)域，PCR技術(shù)的應(yīng)用較廣泛，檢測(cè)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(duì)人和動(dòng)物均有較嚴(yán)重的感染特性。在全球食品安全問(wèn)題中，該微生物導(dǎo)致的食物中毒事件占比較大。因此，在食品檢測(cè)中越來(lái)注重應(yīng)用PCR技術(shù)檢測(cè)金黃色葡萄球菌，其能準(zhǔn)確檢測(cè)出食品樣本中是否含有致病微生物，在實(shí)踐中PCR技術(shù)具有較高的靈敏性。

3 食品檢測(cè)中PCR技術(shù)的發(fā)展方向

3.1 PCR技術(shù)與變性梯度凝膠電泳技術(shù)聯(lián)合

PCR技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域已基本發(fā)展成熟，在現(xiàn)代食品檢測(cè)體系中能發(fā)揮積極作用。但隨著食品生產(chǎn)原料來(lái)源日益廣泛、生產(chǎn)技術(shù)不斷革新，仍存在對(duì)PCR技術(shù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾和影響的因素，存在錯(cuò)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(huì)出現(xiàn)一定的抑制作用，導(dǎo)致引物與模板出現(xiàn)非特異性結(jié)合，造成檢測(cè)結(jié)果呈假陽(yáng)性或假陰性。因此，在未來(lái)的發(fā)展階段中，仍需對(duì)PCR技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。例如，對(duì)食品樣本的DNA進(jìn)行擴(kuò)增，產(chǎn)生了不同長(zhǎng)度的DNA片段，采用常規(guī)方法進(jìn)行分析無(wú)法解決DNA片段混亂的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)。因此，可將PCR技術(shù)與變性梯度凝膠電泳技術(shù)（Denatured Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）結(jié)合，即先將樣品中的DNA片段提取出來(lái)，將其作為模板，使用特異性引物擴(kuò)增DNA，經(jīng)電泳后能獲得目標(biāo)成分的DNA條帶，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比分析，有助于準(zhǔn)確鑒定目標(biāo)成分[5]。條帶的對(duì)比亮度越高，說(shuō)明目標(biāo)成分的含量就越多。

3.2 應(yīng)用定時(shí)定量PCR技術(shù)

PCR技術(shù)的未來(lái)發(fā)展主要是在傳統(tǒng)操作技術(shù)的基礎(chǔ)上增加熒光標(biāo)記環(huán)節(jié)，從而形成定時(shí)定量PCR技術(shù)。相關(guān)人員在食品檢測(cè)中只需對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，即可對(duì)目標(biāo)成分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在具體應(yīng)用中，該檢測(cè)方法所需時(shí)間短、精確度較高，將會(huì)逐漸替代傳統(tǒng)的PCR技術(shù)，成為食品檢測(cè)領(lǐng)域的主要方法。

3.3 強(qiáng)化多重PCR技術(shù)研發(fā)應(yīng)用

多重PCR技術(shù)是指利用多條引物、多條模板在相同的反應(yīng)體系下同時(shí)對(duì)多個(gè)DNA片段進(jìn)行擴(kuò)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(shì)。雖然目前該技術(shù)仍處于起步階段，但發(fā)展速度較快、應(yīng)用效果明顯。未來(lái)研究重點(diǎn)主要集中在增加引物數(shù)量方面，實(shí)現(xiàn)經(jīng)1次DNA擴(kuò)增后即可完成所有食品樣本成分的檢測(cè);并注重優(yōu)化現(xiàn)有反應(yīng)條件，提高擴(kuò)增效率、降低檢出限[6]。

4 PCR技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題與優(yōu)化分析

目前，PCR技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域中具有較好的應(yīng)用效果，但隨著食品工業(yè)的不斷發(fā)展，在實(shí)踐檢測(cè)中也存在一定的缺陷和問(wèn)題[7]。為更好地適應(yīng)未來(lái)生物科技發(fā)展以及食品檢測(cè)的需求，應(yīng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行持續(xù)性的優(yōu)化和改進(jìn)。例如，采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)時(shí)，其會(huì)受到同源或者異源DNA背景影響，而且還會(huì)受到寡核苷酸雜交特異性以及探針比例、細(xì)胞裂解效率等因素的干擾，從而導(dǎo)致定量分析結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差，很容易產(chǎn)生假陽(yáng)性結(jié)果。為對(duì)該問(wèn)題實(shí)施優(yōu)化，可在檢測(cè)操作中，充分驗(yàn)證設(shè)計(jì)引物的特異性，保證檢測(cè)條件最優(yōu)。同時(shí)需要盡量降低定時(shí)定量PCR儀器的成本，發(fā)展新的熒光燃料，提升檢測(cè)分析的靈敏度，簡(jiǎn)化樣品制備程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化檢測(cè)[8]。

在多重PCR技術(shù)應(yīng)用中，部分引物之間存在抑制作用，同時(shí)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(duì)該問(wèn)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(shè)計(jì)條件、PCR反應(yīng)條件等，從而盡可能避免出現(xiàn)假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果。此外，相關(guān)檢測(cè)單位及人員，還應(yīng)明確食品成分復(fù)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(kuò)增引物選擇不合理，則需嚴(yán)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(guò)500 bp。同時(shí)對(duì)電泳圖譜片段實(shí)施有效測(cè)序，避免出現(xiàn)混雜情況，如在變性梯度凝膠電泳分析的過(guò)程中，可采用適當(dāng)?shù)能浖鼘?duì)擴(kuò)增片段的分子梯度開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化處理，有利于提高批量化樣品檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

食品安全問(wèn)題關(guān)系到社會(huì)和諧和市場(chǎng)穩(wěn)定發(fā)展，為充分保障食品質(zhì)量安全，應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。PCR技術(shù)作為一種具有檢測(cè)速度快、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率高的方法，可對(duì)轉(zhuǎn)基因食品、食品中的有效成分、主要致病微生物等進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)得到更廣泛地應(yīng)用，以保障食品安全。為促進(jìn)食品行業(yè)的健康、良好發(fā)展，需在未來(lái)階段聯(lián)合PCR技術(shù)與DGGE技術(shù)、應(yīng)用定時(shí)定量PCR技術(shù)、強(qiáng)化多重PCR技術(shù)研發(fā)應(yīng)用等，推動(dòng)食品檢測(cè)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李貝貝.PCR技術(shù)在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)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(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用與展望[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2020，39（5）：672-680.

[4]白菊紅，康建平，張星燦，等.多重PCR技術(shù)在病原微生物檢測(cè)中的應(yīng)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(shù)在發(fā)酵食品活菌計(jì)數(shù)中的應(yīng)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(cè)技術(shù)在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用探究[J].中國(guó)保健營(yíng)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(cè)金黃色葡萄球菌中的應(yīng)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(cè)金黃色葡萄球菌中的應(yīng)用[J].食品科技，2019，44（2）：344-350.

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

作者簡(jiǎn)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(cè)與食品微生物檢測(cè)。