数字PCR在食品安全检测中的应用

郑雯馨 滕达

摘 要：本文运用文献分析法、归纳总结法，对数字PCR在食品安全检测中的应用进行了研究。研究发现数字PCR技术提供了新的检测思路，在沙门氏菌检测、李斯特菌检测、金黄色葡萄球菌检测等领域发挥了重要的作用。其可为食品安全提供强有力的保障，能够更好地防控食品安全问题，同时提高了国家食品安全管理的有效性。

关键词：数字PCR技术；食品安全；检测；应用

The Application of Digital PCR in Food Safety Testing

ZHENG Wenxin， TENG Da

（Inner Mongolia Zhongpu Inspection and Testing Co.， Ltd.， Chifeng 024000， China）

Abstract： In this paper， the application of digital PCR in food safety detection is studied by means of literature analysis and summarization. The study found that digital PCR technology provides a new detection idea， plays an important role in the detection of Salmonella， Listeria monocytogenes， Staphylococcus aureus detection and other fields， provides a strong guarantee for food safety， and can better detect. The prevention and control of food safety issues has also improved the effectiveness of national food safety management.

Keywords： digital PCR technology; food safety; detection; application

近年來，在食品领域，我国与世界各个国家的贸易合作不断被深化，食品安全也开始成为市场监管的关键[1]。根据调查，在国际食品贸易当中，每年由于食品中掺杂动植物源成分或者由于失信问题而造成的损失超过400亿美元。在这样的背景下，运用非培养宿主式的检测方法是十分重要的，这种方法具有精准、快速的特点，可以有效降低在生产、运输、销售以及储存等环节中出现的食品安全风险，同时可以提高对各类食品的监管效率。数字PCR技术在这样的背景下出现，且已得到了广泛的应用。

1 数字PCR技术的概述

数字PCR即聚合酶链式反应，属于分子生物学领域中的方法。该技术可以被细分为微滴式和芯片式两种类型。其中微滴式数字PCR技术的特点是将待检测样本反应液分为由若干乳液包裹的微液滴，需要对不同的微滴内进行PCR扩增反应，并对荧光信号进行检测，最后根据相应的比重来对目的序列的含量进行检测和计算。而芯片式数字PCR技术则需要利用微流控技术将反应仓导入到芯片上，然后进行PCR反应。此外，还可以利用相近基因芯片法对反应仓中的荧光信号进行检测，并对目的序列含量进行计算和判断。上述方法在实际应用时，样品都会发生20 000多个PCR反应，实现了精准定量检测的要求[2]。

数字PCR技术包括以下3个应用步骤。①稀释核酸模板，然后将其分配到独立的反应单元当中，不同单元所对应的DNA模板分子是不同的。②在反应单元中开展PCR扩增反应，并在反应完成后统计荧光信号。③统计荧光信号阳性结果在反应单元中的比例，然后推算核酸序列拷贝数。

2 数字PCR在食品安全检测中的应用优势

2.1 方便性

在过去，食品安全检测过程需要开展大量复杂的操作，这些操作不仅需要较长的时间才能完成，同时也需要投入大量的人工成本和材料成本，这导致相关检测部门和检测企业的资金投入过多[3]。而在数字PCR技术应用后，整个检测过程操作方便，显著降低了成本投入。这是因为数字PCR技术可以借助自动化设备对食品中的微生物含量和种类进行检测，缩短了检测时间，同时使检测活动具有周期性。由此可见，数字PCR技术的应用使相关操作变得简单与方便，实现了由多人食品安全检测到一人检测的转变，减少了人工投入。

2.2 快捷性

在食品安全检测中，腐败菌的检测周期通常在2～5 d，这难以满足实际检测需要，在检测结果与实际生产之间表现出了时间上的落差，具有滞后性的特点。当检测结果出来时，很多食品都已经被投放到市场。而数字PCR技术的应用可以有效解决这一问题，具有快捷性的特征，能够大幅度缩短食品中腐败菌的检测周期，通常在24 h内就可以获得检测结果。简单的食品检测项目的检测时间可以控制在5 h左右，不会对市场销售产生影响，提高了市场投放效率，能够为食品生产企业的发展提供推动力。

2.3 准确性

与其他产品相似，食品在投放市场的过程中需要经历出库、运输、货架摆放等一系列过程[4]。在这个过程中，食品可能会受到微生物污染，进而影响食用者的生命健康。而传统食品安全检测方法，难以将污染性微生物从食品中剥离，同时也难以进行实验室培养，导致检测结果不准确。数字PCR技术可以有效解决以上问题，能够确定食品中的微生物种类和含量，提高了检测的科学性和准确性。

3 数字PCR在食品安全检测中的具体应用

3.1 在沙门氏菌检测中的具体应用

在食品安全检测过程中，需要将沙门氏菌检测作为重点工作。除了常规的数字PCR技术之外，套式技术和多重技术都在该领域有着重要的应用。在检测要求高、检测条件复杂的场合，单独使用某种技术难以达到预期的效果，因此需要合并使用多种技术来对多种病菌进行同时检测[5]。尤其是在玉米、番茄等转基因类食品的检测中，多重数字PCR技术在方便快捷方面的应用优势十分明显。数字PCR技术对沙门氏菌的检测步骤如下。①根据沙门氏菌的基因设计一对引物以及基因扩增片段。②设置合适的反应条件，确保在该条件下引物可与沙门氏菌产生反应。③在两条引物之间设计半套式引物，进而准确检测扩增结果。

3.2 在李斯特菌检测中的具体应用

李斯特菌广泛存在于环境中。该种细菌将食物作为传染源，表现出了较强的致命性。如果食品中李斯特菌的含量比较低，人们在食用后并不会出现明显的反应，但如果含量超过一定的数量，则会表现出食物中毒症状，严重情况下会出现血液和脑组织感染。从基因学角度来讲，李斯特菌中的致病因子主要是李氏溶血素O基因和内化素基因。数字PCR技术可以将这两种基因检测出来，不会影响抑制酶的活性。在使用数字PCR技术对李斯特菌进行检测时，要对扩散的李斯特菌进行培养，且要运用化学法来对培养成功的物质进行化学抽离，去除其中的蛋白质和脂类物质，以免影响检测结果。此外，还要通过加热分解的形式来提高细菌的检出率。

3.3 在金黄色葡萄球菌检测中的具体应用

金黄色葡萄球菌被称为“嗜肉菌”，属于葡萄球菌，广泛存在于空气、水和灰尘中。其可使奶类、肉类、蛋类、鱼类及其制品出现质量安全问题。数字PCR技术在金黄色葡萄球菌检测中发挥了重要作用。在过去，检测金黄色葡萄球菌时，需要先培养金黄色葡萄球菌，而数字PCR技术可以在不培养的情况下直接进行检测，表现出了较强的便捷性，同时缩短了检测周期。但也正是如此，在检测的时候其他病菌容易渗透和侵入。在这样的情况下，使用数字PCR技术对金黄色葡萄球菌进行检测时，需要将大肠杆菌作为干扰，这样可以避免其他病菌对检测结果的影响，同时能在短时间内准确地将病原菌检测出来。但在这个过程中要确保大肠杆菌的数量大于金黄色葡萄球菌的数量。

3.4 在水产养殖动植物类食品中的安全检测

为了应对市场需求，近年来我国水产养殖呈现出了集约化与规模化的发展趋势，这也对相关食品的安全检测工作提出了更高的要求。水产生物的致病菌呈现出了由单一化到多元化和复杂化的转变，这不仅影响到了水产养殖的效果，同时也影响到了相关食品的安全，进而会制约行业的发展。而数字PCR技术可以利用基因序列的保守性来进行安全检测，建立检定拟态弧菌的专门PCR技术，增强对嗜水气单胞菌、鳗弧菌等多种病原菌检测的精准性。除了能够对水产养殖动植物类食品中的病原菌含量进行检测之外，还可以计算出病原菌的发展周期，这不仅确保了相关食品的安全性，同时也为水产养殖行业的安全生产提供了保障。

3.5 在生鲜肉类食品中的安全检测

在生活水平不断提高的背景下，人们对生鲜肉类食品的需求也在增加，相关检测单位将这类食品的安全检测作为了重点。但市场上生鲜肉的种类比较多，品质也表现出了明显的差异，这增加了检测的难度。数字PCR技术可以从生鲜类食品的肌肉细胞线粒体中提取出相应的DNA，并合理选择和设计引物，在扩增之后得到DNA片段，然后开展检测工作。通过这种方式，可以缩短检测周期，部分检测单位能够在5 h左右得到检测结果，大大缩短了从检测到食品投放的时间，满足了人们对生鲜肉在安全和新鲜方面的需求[6]。

4 数字PCR在食品安全检测中的应用进展

4.1 转基因检测

数字PCR技术在转基因食品的检测方面发挥了重要作用。目前常用的方法为dPCR定性分析法和qPCR定量分析法。其中qPCR定量分析法在应用的过程中容易受到转基因核酸含量与基质的影响，而dPCR定性分析法所受的影响比较小，因此应用范围更广，表现出了较强的灵敏性和较高的拷贝数分辨精度。

4.2 动物源成分掺杂

在肉制品生产过程中，部分非法分子会在其中掺杂一些未注明的肉类成分。其中常见的是在高价格的肉制品当中掺杂低廉的肉制品，这损害了消费者的利益，同时也在食品安全方面增加了隐患。而通过数字PCR技术，可以对肉制品当中的动物源成分进行精准、定量测量，同时还可以对掺杂的成分进行准确区分。①利用数字PCR技术可以測定动物源成分的准确拷贝数，经过计算之后得到拷贝数与样本质量的比例数，然后将其与标准比例数进行对比，以此来判断产品中目标动物源成分的掺杂情况。②通过直接拷贝数的比例可以对掺杂情况进行判别。这需要工作人员从不同类型动物组织或者含有动物源的食物当中提取核酸，然后对各种类目标基因的拷贝数比值进行测量，明确基因拷贝数和质量之间的关系，然后基于该比例关系换算出不同种类物质的添加量，以此来实现对动物源成分的定量检测。

5 结语

综上所述，近年来，多样化转基因生物的出现使食品安全检测的复杂性增强，同时也使检测难度进一步提升。微生物种类多样、构型复杂以及感染宿主范围广泛，这也增加了食品安全检测的难度。数字PCR技术具有方便性、快捷性和准确性的特点，在沙门氏菌检测、李斯特菌检测以及金黄色葡萄球菌检测等方面都表现出了明显的应用优势。同时，为水产养殖动植物类食品和生鲜肉类食品的安全提供了保障。

参考文献

[1]吴晶，伏建国，刘晓宇，等.利用双重数字PCR方法检测进口粮谷中携带地肤的EPSPS基因拷贝数[J].安徽农业科学，2022，50（9）：179-181.

[2]熊苏玥，李家鹏，李金春，等.一种基于双重微滴式数字PCR的肉制品中牛源性成分定量分析方法[J/OL].食品科学：1-11[2022-06-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20220321.1606.008.html.

[3]张秀平，苗丽，黄世英，等.食品中鸭源性成分的微滴数字PCR定量检测方法的建立[J].中国兽医杂志，2020，56（6）：29-34.

[4]魏咏新，马丹，李丹，等.食品中Escherichia coli O157：H7微滴数字PCR绝对定量检测方法的建立[J].食品科学，2020，41（16）：259-265.

[5]梅建华，雷永良，陈秀英，等.基于芯片式数字PCR技术的乙型肝炎病毒绝对定量检测方法的建立及应用[J].中国卫生检验杂志，2018，28（8）：925-928.

[6]王鸣秋，张涛，林津，等.微滴式数字PCR和实时荧光PCR在豆奶饮料转基因成分检测中的应用[J].现代食品科技，2018，34（12）：239-245.