近紅外光譜分析技術(shù)在乳源致病菌快速檢測中的應(yīng)用研究

邢 敏，史恩聰，俞雅萍，昂 媛，劉俊江，劉學(xué)偉，康懷彬，費(fèi) 鵬

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.河南科技大學(xué)河南省食品綠色加工與質(zhì)量安全控制國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471023；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院乳品科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150030）

近年來，乳制品的安全問題深受全社會廣泛關(guān)注，其中食源性致病菌污染被認(rèn)為是威脅乳制品安全的主要問題之一。乳制品中常見的致病菌主要有大腸桿菌（Escherichia coli）、沙門氏菌（Samonella）、蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）及克羅諾桿菌（Cronobacter）等，不僅會造成乳制品營養(yǎng)價值和風(fēng)味的降低，同時也對消費(fèi)者的健康造成了嚴(yán)重的危害[1-2]。目前，乳品工業(yè)中對致病菌的檢測普遍遵循的是國家標(biāo)準(zhǔn)提供的傳統(tǒng)生理生化檢測方法，費(fèi)時費(fèi)力、準(zhǔn)確性低，無法及時得到檢測結(jié)果，不能起到快速檢測的作用[3]。常規(guī)的理化檢測方法容易出現(xiàn)假陽性，而且檢測限高不適用于乳及乳制品安全快速檢測的需要[4]。因此，現(xiàn)代乳品工業(yè)迫切需求能夠快速、準(zhǔn)確、客觀地檢測食源性致病菌的方法，從而確保乳制品的質(zhì)量安全。

近紅外光譜（Near Infrared spectroscopy，NIR）分析技術(shù)是一種新型的、具有較強(qiáng)實(shí)用性的現(xiàn)代分析技術(shù)，具有檢測效率高、無污染、不破壞樣品、檢測成本低等優(yōu)點(diǎn)，在食品的成分分析、摻假識別及致病菌檢測等方面得到了廣泛應(yīng)用[5-7]。綜述近紅外光譜技術(shù)在乳源致病菌中快速檢測中的應(yīng)用，以期為乳制品安全檢測技術(shù)的研究提供理論依據(jù)。

1 近紅外光譜分析技術(shù)的原理及特點(diǎn)

近紅外光譜實(shí)際上屬于電磁波的一種，其主要是指波長為780～2 526 nm，波數(shù)為12 820～3 959 cm-1的光譜區(qū)[8]。近紅外的吸收光譜是在分子振動的非諧振性的作用下，分子振動從基態(tài)向高能級躍遷的過程中所產(chǎn)生[9]。近紅外光譜分析方法利用有機(jī)物分子中含氫基團(tuán)（-OH，-CH，-SH，-NH）的伸縮振動倍頻和組合頻，對樣品在近紅外區(qū)的吸收光譜進(jìn)行識別分析，然后結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)，構(gòu)建樣品特征光譜與樣品待測成分之間的校正模型，從而實(shí)現(xiàn)對樣品組分的快速定性或定量檢測[10]。

近紅外光譜分析技術(shù)作為當(dāng)今應(yīng)用較為廣泛的一種檢測技術(shù)，主要具有以下特點(diǎn)：①步驟簡單、操作方便。近紅外光譜分析技術(shù)僅需對樣品進(jìn)行掃描就可得到目標(biāo)物質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)，一般不會對樣品進(jìn)行預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對樣品的無損檢測，操作較為簡便[11]。②檢測時間短，效率高[12]?？稍趲追昼娚踔翈酌雰?nèi)完成對樣品多種組分的定性或定量檢測。③分析成本低、無污染。該技術(shù)在檢測過程中無需使用化學(xué)試劑，可以避免化學(xué)試劑對檢測結(jié)果的影響，同時防止對環(huán)境的污染[13]。

2 乳制品中常見的食源性致病菌

2.1 大腸桿菌

大腸桿菌又稱大腸埃希氏菌，為周身鞭毛、無芽孢、短桿狀的革蘭氏陰性菌，是乳制品中常見的食源性致病菌之一。大腸桿菌屬于條件性致病菌，通常情況下不致病，但是某些致病性大腸桿菌可以引起人體腹瀉、腸炎、敗血癥等，嚴(yán)重時甚至死亡[14-15]。盡管國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大腸桿菌在乳制品中不得檢出，但其仍然可通過空氣、水、加工環(huán)境等污染乳制品[16]。

2.2 沙門氏菌

沙門氏菌是污染乳及乳制品另一種常見的致病菌，同時也是全球范圍內(nèi)誘發(fā)細(xì)菌性食源性疾病的主要原因之一。沙門氏菌可產(chǎn)生腸毒素，引起腸熱、膿毒癥和胃腸道疾病，人體一旦食用了被沙門氏菌感染的乳或乳制品，會不同程度地出現(xiàn)高燒、嘔吐、腹瀉等癥狀[17]。據(jù)報道，2000年在廣東省出現(xiàn)了一起因食用沙門氏菌污染的乳制品而引起的食物中毒案例，導(dǎo)致40人住院[18]。而在美國，每年約有130萬人受到沙門氏菌感染，并造成500人死亡[19]。

2.3 蠟樣芽孢桿菌

蠟樣芽胞桿菌是一種革蘭氏陽性菌，該菌可引起幼兒和成人，尤其是低免疫力人群的急性腹瀉及胃腸道疾病等。芽孢是該菌繁殖的主要方式，其對高溫、低水分等外界因素具有較強(qiáng)的抵抗性[20]。目前，仍有大量研究報道顯示，蠟樣芽胞桿菌在原料乳、巴氏殺菌奶、干酪、乳粉等多種乳制品中被檢出。Zhang Y等人[21]在2013—2015年采集65個品牌共401份嬰幼兒配方乳粉，蠟樣芽孢的檢出率為8.2%。Gao T等人[22]對中國市售的巴氏殺菌乳中蠟樣芽孢桿菌的污染進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)致病菌的污染率高達(dá)27%。因此，有必要建立對乳及乳制品中蠟樣芽胞桿菌的快速檢測方法。

2.4 克羅諾桿菌

克羅諾桿菌是嬰兒配方乳粉中的A類致病菌，可導(dǎo)致嬰兒和成人免疫缺陷病毒感染、腦膜炎和壞死性小腸結(jié)腸炎，死亡率可達(dá)40%～80%[23]?？肆_諾桿菌在自然界中廣泛存在，其中嬰幼兒配方奶粉被認(rèn)為是其主要的污染源[24]?？肆_諾桿菌還具有高效的生物膜形成能力，可使其在乳制品包裝材料表面形成生物膜，提高了對生產(chǎn)環(huán)境的耐受性，從而增加致病風(fēng)險[25]。因此，開展對乳及乳制品中克羅諾桿菌的檢驗(yàn)也極為重要。

3 近紅外光譜分析技術(shù)在乳源致病菌檢測中的應(yīng)用

乳制品具有較高的營養(yǎng)價值，適當(dāng)食用可以補(bǔ)充人體所必需的一些蛋白質(zhì)、維生素等，但其在加工及貯藏等過程中極易受到致病微生物侵染，從而增加人體感染食源性疾病的風(fēng)險。目前，近紅外光譜技術(shù)已被證實(shí)其能夠有效地辨別乳制品中的致病菌，并且準(zhǔn)確率較高[11]。王建明等人[26]探究了傅里葉變換近紅外光譜技術(shù)（Fourier transform near infrared spe-ctroscopy，F(xiàn)T-NIR）對阪崎腸桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌判別的可行性，通過采集被上述3種致病菌污染的牛奶的近紅外透射光譜，經(jīng)不同的預(yù)處理后結(jié)合偏最小二乘法進(jìn)行判別分析。研究表明，利用多元散射校正對光譜進(jìn)行預(yù)處理得到的模型的判別結(jié)果的準(zhǔn)確率可達(dá)100%，明顯優(yōu)于一階求導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換2種預(yù)處理方法下的判別結(jié)果，預(yù)測性能更理想。Pereira J M等人[27]使用近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法構(gòu)建定標(biāo)模型，以鑒別被沙門氏菌不同程度污染的牛奶，模型預(yù)測表明，脫脂乳和全脂乳的校準(zhǔn)的均方根誤差分別為0.163 9，0.135 1，預(yù)測均方根誤差分別為0.097 1，0.092 8。結(jié)果表明，該方法可用于鑒別牛奶樣品中沙門氏菌的存在與否。Cámara-Aartos F等人[28]采用近紅外光譜分析法在4 000～10 000 cm-1的掃描范圍內(nèi)對全脂牛奶中的大腸桿菌和銅綠假單胞菌進(jìn)行了檢測和定量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過24 h培養(yǎng)后的牛奶樣品，其定量模型效果更好。李守軍[29]建立了快速檢測乳中致病菌的近紅外光譜分析法，該方法可在50 min內(nèi)完成對原料乳中大腸桿菌的檢測，遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的生化檢測方法。

4 結(jié)語

近紅外光譜技術(shù)作為一種新型的分析技術(shù)，在乳制品致病菌的快速檢測方面取得了很好的進(jìn)展，應(yīng)用前景較為廣闊，但仍存在以下問題：①近紅外光譜分析技術(shù)分析成本低，然而儀器較為昂貴，應(yīng)用前期投入大，限制了其適用范圍；②近紅外光譜定量分析檢測模型的建立需要大量的具有代表性的樣品，但多數(shù)研究中采集的樣品數(shù)量較少，而且理想樣品很難獲得，缺乏一定的代表性；③乳制品成分較為復(fù)雜，致病菌的紅外光譜信息在采集過程中容易受到樣品狀態(tài)、儀器干擾，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確率，因此檢測模型的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高；④目前，對于乳制品致病菌的近紅外快速檢測研究大多處于初步探索階段，因此如何將其應(yīng)用于乳品工業(yè)生產(chǎn)體系的質(zhì)量安全控制，還需要進(jìn)行深入探究。