PCR技术在食品微生物检测中的应用与发展

2022-04-16魏明斌

科技创新导报 2022年25期

魏明斌

（黑龙江农业经济职业学院食品药品工程系黑龙江牡丹江 157041）

食品安全是我国民生基础性工程的重要组成部分。当前，在社会经济生活快速发展的今天，食品安全已经为人们所高度关注，特别是食品行业处于快速发展阶段，生产、加工、运输和销售等环节都有可能遭受来自各种环境下的污染，而这之中微生物污染在食品安全中可能尤为严重。食品的微生物污染可能不仅会导致人的身体受到伤害，严重者甚至可能出现危及生命的情况，因此，对食品的微生物检测工作刻不容缓。有效的PCR技术可以对食品中的危害物质进行详细的检测，并可以做到及时发现、准确掌握、精准处理，适时做好人们的身体保健工作。在检测食品的微生物时，在众多的检测技术中，PCR 技术更加快捷、方便、易操作，且在我国的食品检测技术中占据了主导地位，成为我国食品检测的关键技术之一，对解决好我国的食品安全起到了重要的作用［1］。

1 PCR技术的相关介绍

1.1 PCR技术的概念

PCR技术是在20世纪70年代由Khorana提出的原始的设想，而这种技术理论在当时看来是不太可能实现的，直到20世纪80年代才被美国的科学家Kary Mullis正式研究出来［2］。PCR技术研制成功后，马上就成为了重要的基因技术，特别是用于食品微生物检测领域，不仅提高了检测效率，还带来了检测的便捷。PCR 技术主要一种对检测因子内的DNA 的天然复制的过程，并可以用于体外复制增扩DNA分子的生物科学技术，而此项技术的应用还要针对两段已知的序列间的DNA 的片段。另外，在PCR 技术之中，光学定量检测技术是以荧光能量传输为基本理论技术，结合PCR 的光学定量理论，利用其受体散色团的偶极性能以传递能量转移，而在这个过程之中，在受体荧光的散光强度和DNA的数量之间的关系是成正比，这样有利于更好地掌握靶序的列的初始浓度，进而得到荧光的实际浓度。

1.2 PCR技术的原理

PCR 技术实际是一种用于食品微生物的检测技术，它经过了变性、退火、延伸等过程。PCR 技术的经变阶段其实主要是让DNA的双链开展；PCR技术的退火阶段主要是将DNA的单链与特性实验物进行结合；PCR技术的延伸阶段是以DNA的单链为主板，在聚合酶等物质的作用下进一步合成所需要的DNA。因此，在应用PCR 技术的同时，可以收获大量的DNA，从而可以对这些DNA进行有效的科学分析，通过对比DNA的序列和丰度，可以准确地鉴别出微生物的数量及种类。并且，对于即使是少量的微生物，PCR技术也能够及时检测，并能够提升检测结果的准确性。而截至目前，在我国的食品检测领域，学者把PCR技术应用于日常的食物微生物的检测之中［3］。

1.3 PCR技术所需的原料

PCR技术需要多种原料互相作用才能完成检测，而随着PCR技术的进步，所需的原料数量也在逐渐增加。下文结合PCR技术的工作实际，简要论述这些原料。

第一，特异性引物。需要事先准备好一些引物，而这些引物的作用是与微生物发生关系，但是，这些引物不可以结合在食物的其他成分中，并且长度应只有15～20 个碱基。两个引物间是不可以发生反应的，引物对于PCR 技术来说是非常重要的，其可以直接影响到PCR技术上的成功，因此，应对其极为重视。

第二，DNA 聚合酶。它的主要功用是将引物与微生物的DNA进行组合搭配。然而，引物一般是选自于特定的一段DNA，如果与微生物自动组合会产生一定的困难，但是，DNA 的聚合酶实际上还有一个功能，就是催化，而DNA 的聚合酶又具有一定的耐高温性，在90℃时仍然不会失活，因此，DNA的聚合酶催化引物与之完成组合。

第三，缓冲液。缓冲液主要是用来保护DNA的聚合酶，使其发挥出促进引物与微生物结合的能力，这是因为聚合酶的活性比较差，容易受到外界的干扰和影响。

1.4 PCR技术检测食品微生物的环节

PCR技术检测食品微生物的主要环节有两个。一是引物的设置。这是因为引物设置会关系到PCR扩增的特异性及是否能够设置成功，而PCR 引物对扩增的特异性也起到了关键的作用。这是因为随着生物学分子研究领域的快速发展，有许多的微生物的基因序列被人们所发现，这就使得引物的设计也变得非常的简单。然而，引物设置的准确性是对于所检测的对象的背景和情况的了解。二是制备的模板。目标模板的纯度和大量的目标分子对于PCR检测结果的可靠性来说具有决定性作用，而大部分的PCR 则必须要选择于富集步骤。

1.5 PCR技术检测食品微生物的注意事项

PCR 技术检测食品微生物过程中，有以下两个注意事项。一是对不能对检测对象的生物活性进行系统的分析。DNA 检测对于任何一个可以提供核酸物质的样品都可以适用，然而，PCR的扩增并不是只针对活细胞，因此，对于PCR 技术来说，不能对生物的活性进行检测和鉴别。二是对PCR模板的设置。对食品的微生物检测时，因为食品中存在着PCR的抑制因子，会干扰和影响到检测的结果，因此，要将食品中的PCR的抑制因子用特定的方法进行消除。所以，PCR 模板的设置对微生物核酸的提取和食品样品的处理都是非常的关键和重要的，特别是在直接处理食物的样品时，必须要制备出合格的PCR模板［4］。

2 PCR 技术在食品微生物检测中的应用的重要意义

人类离不开对食品的摄取，然而，由于近些年出现的各类污染问题，食品安全日益成为人们关注的焦点，与人们的生命、身体健康和生活品质息息相关，并且，在某些地区，食品安全问题现在呈现出日益恶化的趋势。因此，不断强化食品安全意识，对推动人类社会可持续发展具有至关重要的意义。截至目前，有许多的食品企业在生产和销售的过程中仍然会受到微生物的侵染，进而对人们的身体健康和生活质量造成不必要的影响和伤害。那么，为了尽可能消除食品的微生物污染源，利用PCR 技术在食品微生物检测中的应用优势，起到了非常重要的意义。

2.1 PCR技术检测食品微生物操作方便、简单、实用

相对于传统的自动化检测技术而言，PCR 技术对食品微生物检测具备着耗费时间较短、消耗比较小和工作效率较高的优势特点，因此，PCR技术对食品微生物检测具有很高的效率性影响。对传统的自动化检测技术进行分析研究，会发现在食品微生物的检测过程中，传统技术需要对食品微生物的许多方面进行系统的检测，如对微生物的生长温度、环境与培养基等，这些都需要增加传统检测的时间，耗费大量的人力、物力和财力去完成，并且，传统检测的流程相对比较麻烦，即便花费许多的人工及时间，仍可能达不到食品微生物检测的标准和效益。PCR技术检测食品微生物会显得更加方便与快捷，这是因为PCR 技术检测食品微生物应用到了人机一体化技术，对所有的检测程序进行控制，极大地提升了食品微生物检测的工作效率和检测效果，对于我国的食品行业安全发展起到了良好的技术应用和支撑。

2.2 PCR技术检测食品微生物准确率更高

当前，生物科学技术领域发展较快，但如果利用传统的微生物检测技术，对于种类繁多的微生物来说仍然存在着比较大的困难，并且，检测效率低下的问题一直没有得到很好的解决。另外，即使对传统的检测进行应用，仍然不能对活性较弱的微生物菌类进行效果良好的检测，同时，也不利于食品微生物工作研究的顺利展开。与之相比，PCR 技术检测食品微生物会更好地避免这些问题的产生，更快捷地区分食品中微生物的类型，且具备更好的精确性和全面性，完全能够为食品安全提供最良好的保障和监督，对提升我国的食品安全和维护社会稳定起到了重要的作用［5］。

2.3 PCR技术检测食品微生物有良好的应用前景

PCR 技术相对于传统的食品微生物检测技术来说，在自动化应用、成本、检测的时间、操作设计和工作时效等方面都具备较大的优势。随着科学技术的不断发展，PCR技术具有着广阔的应用前景，其广泛应用于食品微生物检测领域，充分体现了我国科学技术方面的发展进步，也彰显了我国在食品安全领域的责任和态度。但是，仍然应该看到我国的食品行业的安全形势仍然严峻，特别是我国当代城市化建设加速，各区域的食品物流量呈几何式放大，这就容易导致食品在生产、加工、销售、运输、流转等过程中或多或少会被微生物所污染和影响，进而会严重影响到食品质量，甚至会出现食品卫生安全问题风险。因此，社会应普遍对食品安全问题重视起来，特别是对食品的微生物检测技术的发展应用要高度关注，因为这种技术的发展是及时解决食品安全问题和消除食品安全隐患的最有力的保证。随着我国的生物科技的发展和创新，有许多带有先进理念的食品微生物检测技术被应用到科学实践中，PCR 技术在检测食品微生物时可以有效地拓展微生物的检测空间，进一步地提升食品安全控制的效果和质量。那么，PCR技术在未来的发展应用中，将在食品微生物有害物质检测中起到越来越重要的作用，必将进一步推进我国食品行业安全高效发展。

3 PCR技术在食品微生物检测的应用

PCR 技术检测食品微生物时，对食品中的食源性的菌群有很强的检测作用，同时，还能够对食品的其他成分进行检测，并且能够用于转基因食品领域，应用的范围和领域是相对广泛的。

3.1 对食品食源性菌群检测

随着近几年科学技术的较快发展，PCR 技术在食品微生物检测领域也取得了技术上的优势和进步，特别是在对食品微生物的沙门氏菌群、李斯氏菌群、埃希氏菌群和葡萄球菌群等有害的微生物检测中，PCR 技术都能进行快速而有效的识别和监控，可以在最大程度上保障食品行业的安全［6］。

3.2 对食品微生物的有效成分鉴定

对于食品中微生物的有效成分，如果运用单一的检测手段和技术是无法取得准确的检测效果的。而PCR技术应用能够很好地解决这一问题，快速、便捷和有效地识别食品中的有效成分。特别是对于深加工的食品，其成分会发生相对复杂的改变，而应用PCR技术对深加工的食品进行检测，能够取得准确、高效的结果，能为食品的营养成分提供最为翔实的数据信息，便于消费者理性消费和选择性消费。

3.3 对转基因食品的鉴定

PCR 技术还有一个技术优势，就是可以对转基因食品的鉴定提供良好的技术支持，并且能够提供定量和定性的双向数据分析。当前，传统的检测技术不能够全面、有效地检测出转基因食品中的各种成分，特别是对于某些食品微生物的细菌和毒素都很难发挥检测的作用。然而，PCR 技术可以有效地在这些方面上进行应用，特别在玉米、大豆等食品微生物检测上具有较高的优势，为保证我国食品安全和食品营养成分鉴定起到了决定性的作用。

4 PCR技术对食品微生物检测应用发展

未来，PCR 技术在食品的微生物检测方面还需要确定发展方向，在以下几个方面探索和研究。第一，PCR 技术对食品微生物检测的准确性［7］。在以往的PCR技术检测中，其准确性主要是靠DNA模板和RNA模板制备精度，因此，在未来的发展实践中，要提高PCR技术检测的准确性，就得针对在提炼DNA模板和RNA 模板精度上下功夫。第二，PCR 技术数字化检测技术。随着信息产业技术的发展应用，信息技术与生物科技结合发展的趋势也越来越明显，而许多食品生产商对数字化PCR 技术的应用非常热衷，特别是将微滴液体随机排布在阵列结构，改善PCR 技术中因散热所造成的检测结果存在误差的问题。而数字化的PCR技术将突破传统技术的限制，使基因定量的特异性和灵敏性得到很大的提升，使未来的PCR 技术数字化检测技术应用前景非常的广阔。