PCR技术在食品微生物检测中的应用

2021-03-30刘沛明

现代食品 2021年12期

◎ 刘沛明

（合浦县食品药品检验检测中心，广西北海 536100）

在食品安全检测工作中，微生物检测不仅在技术难度上相对较高，同时还具有检测范围广、需检验食品种类多的特点，如食品生产加工环境、原辅料、加工工具、包装材料以及饮用水、水果、海鲜以及蔬菜等各类加工食品，基本都属于微生物检测范围，检测难度很高，单纯依靠传统检测技术方法很难保证检测的准确性，若要使食品卫生检测效果得到进一步优化，需要对PCR等先进技术展开深入研究并进行应用实践。

1 PCR技术概述

PCR（Polymerase Chain Reaction）技术通常是指以DNA半保留复制原理为核心实现生物特定DNA片段扩增的一种分子生物学技术，目前在生物医学、分子考古学等领域都有着比较广泛且有效的应用。从原理上来看，PCR技术的相关应用大多是通过对生物DNA天然复制过程的体外模拟来实现的，由于生物DNA为双螺旋结构，且遵循碳基互补配对规律，复制后子代DNA分子双链中仅有一条来自亲代，因此只需按照DNA双螺旋结构、碱基互补配对规律进行聚合酶链式反应实验，就能够在生物体外模拟出DNA天然复制的全过程，这意味着在对物品上病毒、细菌等微生物进行检测时，检测人员可以省略传统的微生物分离或细胞培养工作，直接利用生物血液、活组织、细胞等临床标本来完成DNA扩增，从而获得准确的检测结果。PCR技术无论在生物医学、分子考古学等学科的研究工作中，还是在食品安全检测工作中，都能够发挥出十分关键的作用[1]。

2 PCR技术在食品微生物检测中的优势特点

2.1 检测结果更加准确

在食品微生物检测工作中，食品微生物种类非常多，且不同微生物间的特性差异并不十分明显，因此利用微生物培养、免疫扩散、凝聚反应等传统检测方法来进行检测往往很难保证检测结果的准确性，尤其对于食品中较常见的各种活性较弱的细菌，其检测结果更容易出现偏差，即便能采用荧光素酶测定、核酸分子杂交等检测方法来提高准确性，也会面临检测方法适用范围有限的问题。而在PCR技术的支持下，检测人员能够从待检测食品中提取部分样品，并对样品进行PCR实验，对特定DNA分子进行大量复制，获取更多的DNA目的片段（通常为数十乃至上百倍），在大量DNA目的片段的支持下，检测人员能够实现对微生物种类、数量的准确测定，保证检测结果的准确性[2]。

2.2 检测效率相对较高

在多样化的传统微生物检测方法中，虽然部分方法的检测速度较快，能够在数小时内完成检测，但应用范围往往十分有限，能够适应多种复杂情况的食品微生物检测方法在相关应用实践中基本都需要耗费较长的检测时间，例如用微生物培养法进行微生物检测时，需要提前耗费较长时间准备培养基，并在培养微生物的过程中根据微生物类型调整其生长环境的pH值、生长温度。在PCR技术的支持下，检测人员获取大量DNA片段所需的时间较短，有助于食品微生物检测效率的提升[3]，另外，相对于高度依赖人工操作的传统微生物检测方法，PCR技术更具标准化、规范化的特点，很多检测操作可以借助自动化控制系统和专业仪器设备完成，通常只需一人负责控制设备即可快速完成检测。

2.3 检测操作简单便捷

与其他微生物检测技术方法相比，PCR技术在具体操作上更简单、便捷，对检测人员的要求也相对较低，更适合在食品安全检测工作中推广应用，例如在检测样品采集方面，很多传统检测方法都需要先从食品上取样，将样品中病毒、细菌等微生物分离出来才能够开始正式检测，但PCR技术无需进行样品中微生物的分离工作，可直接将血液、活组织等临床标本或其他DNA粗制品作为DNA片段扩增模板，检测操作更为简单。

3 PCR技术在食品微生物检测中的具体应用

3.1 沙门氏菌检测

沙门氏菌属于革兰性阴性杆菌，其种类多，对哺乳动物有极大危害性，人类摄入很容易食物中毒，引发胃肠炎、败血症、伤寒等疾病，甚至可能致死，是当前食品微生物中的重点检测对象。沙门氏菌在各种生产加工工艺的影响下，会发生含量降低等变化，其检测难度相对较高，检测准确率也无法保证，而此问题在PCR技术中能够得到有效解决[4]。实际检测过程中，检测人员通常只需从待检测食品（或呕吐物等）中取样，与引物一同放入专业检测仪器中，由仪器自动完成检测，从而实现对不同血清型沙门氏菌的准确判断，检测时长基本在1 d以内，理想情况下甚至只需2 h左右。

3.2 金黄色葡萄球菌检测

金黄色葡萄球菌属革兰氏阳性杆菌，是常见的人畜共患病病原菌，容易对奶制品、肉色拉等食品造成污染，人体一旦摄入了受金黄色葡萄球菌污染的食物，病菌会立即吸附在肠胃道黏膜上，产生具有较强毒性的肠毒素，最终引发败血症、皮肤软组织感染、肺炎、肠炎、脑膜炎等疾病，危害性非常强，也是食品微生物中的重点检测对象。最初大多数检测机构采用免疫扩散、凝集反应等方法检测食品中的金黄色葡萄球菌，但这些方法的检测局限性相对较大，仅能测定食品中是否存在金黄色葡萄球菌，无法确定金黄色葡萄球菌中是否含有肠毒素基因，难以为食品危害性判断提供帮助，因此近些年来不少检测机构逐渐开始利用PCR技术进行检测，对样品在PCR实验中发生的聚合酶链式反应进行观察记录，并围绕样品中的DNA分子结构及RNA组成编码展开全面分析，得到更加详细、准确的食品中金黄色葡萄球菌检测数据[5]。

3.3 大肠杆菌检测

大肠杆菌作为肠道菌群中的一类细菌，大多数情况下不会对人体造成危害，但仍有少部分大肠杆菌会产生有害人体的毒素。大肠杆菌产生的毒素通常并无差异，因此利用传统的微生物检测方法难以进行有效区分，对于肠出血性大肠杆菌等有害细菌的判断更为困难，将PCR技术应用到有害大肠杆菌检测中，则能够充分发挥其确定基因序列方面的优势，获得大肠杆菌中特征显著的各类检测因子，并据此对大肠杆菌的种类做出准确判断[6]。

3.4 乳酸菌检测

乳酸菌广泛存在于各类食品中，不会对人体造成危害，有防治乳糖不耐症、促进人体吸收营养物质、抑制胆固醇吸收、提高人体免疫力等重要生理功能，但乳酸菌可在真空环境下长期生存，并且可发酵碳水化合物产生大量乳酸，即便在真空包装的食品中也能够实现快速生长繁殖，导致食品腐败，因此在食品微生物检测工作中，通常还会对乳酸菌这一非致病菌进行检测。其相关检测方法往往与PCR技术有密切关系，例如在乳酸菌的分类鉴定检测中，需要利用聚糖酶、氨基肽酶N、德氏乳杆菌等蛋白/酶编码基因作为靶序列设计出乳酸菌分类鉴定的引物，之后再利用采集到的待检测样品进行PCR实验，使样品中DNA目的片段能够实现迅速扩增并产生具有明显排他性的唯一条带，为乳酸菌种类的准确判断提供依据，另外，还可以利用PCR技术对各类乳酸菌的繁殖规律展开研究，确定食物中乳酸菌产出率的变化情况（受发酵时间影响），进而对食品保质期进行合理判断。