食品微生物快速檢測(cè)方法研究

摘 要：食品微生物污染已成為威脅人類健康的重大公共衛(wèi)生問題，迫切需要高效監(jiān)測(cè)手段?？焖贆z測(cè)技術(shù)因具有檢測(cè)周期短、靈敏度高、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，在食品檢驗(yàn)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文分析了免疫學(xué)、生物傳感器、電化學(xué)、分子生物學(xué)和光譜5大類快速檢測(cè)技術(shù)的原理和在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用，提出了加大人才培養(yǎng)力度、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、建立監(jiān)管機(jī)制等建議，旨在推動(dòng)快速檢測(cè)技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，為食品安全提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：食品檢驗(yàn)；微生物檢驗(yàn)；快速檢測(cè)方法；應(yīng)用

Study on Rapid Detection Method of Food Microorganism

HUANG Yuan

（Qiannan Inspection and Testing Institute， Duyun 558000， China）

Abstract： Microbial contamination of food has become a major public health problem threatening human health， and efficient monitoring methods are urgently needed. Rapid detection technology has shown broad application prospects in the field of food inspection due to its advantages of short detection cycle， high sensitivity， and high degree of automation. This article analyzes the principles and applications of five categories of rapid detection technologies， namely immunology， biosensors， electrochemistry， molecular biology， and spectroscopy， in food microbiology testing. Suggestions are proposed to increase talent cultivation， strengthen technological innovation， and establish regulatory mechanisms， aiming to promote the promotion and application of rapid detection technologies in the field of food safety and provide strong technical support for food safety.

Keywords： food inspection; microbial testing; rapid detection methods; application

食品微生物檢測(cè)是保障食品安全的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的平板培養(yǎng)法和顯微鏡檢測(cè)法雖然操作簡單，但存在周期長、人工操作量大、靈敏度和特異性較低等不足，難以滿足現(xiàn)代食品安全監(jiān)測(cè)的要求。近年來，免疫學(xué)、生物傳感器等技術(shù)在食品微生物檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，形成了一系列快速檢測(cè)新方法。這些方法具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高及檢測(cè)周期短等優(yōu)勢(shì)，可有效檢出細(xì)菌、病毒、寄生蟲等多種微生物污染，能精確鑒別微生物種屬[1]。與傳統(tǒng)方法相比，快速檢測(cè)技術(shù)無須復(fù)雜的培養(yǎng)過程，大大提高了檢測(cè)效率，可滿足食品生產(chǎn)、流通、監(jiān)管等各環(huán)節(jié)對(duì)快速高效快速微生物檢測(cè)的需求，為食品安全提供了有力技術(shù)支撐。

1 食品微生物快速檢測(cè)技術(shù)概述

食品微生物快速檢測(cè)技術(shù)是近年來興起的一類新型檢測(cè)手段，與傳統(tǒng)的平板培養(yǎng)法和顯微鏡檢測(cè)法相比，具有檢測(cè)周期短、靈敏度高、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)。這些新技術(shù)主要來源于免疫學(xué)、生物傳感器、電化學(xué)、分子生物學(xué)和光譜等學(xué)科前沿理論和尖端技術(shù)的滲透與融合，通過對(duì)微生物的抗原抗體反應(yīng)、代謝產(chǎn)物、核酸以及光譜指紋等特征進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，能夠在極短時(shí)間內(nèi)精確鑒別出細(xì)菌、病毒、寄生蟲等多種微生物，可滿足當(dāng)代食品安全監(jiān)控對(duì)高通量、高效率微生物檢測(cè)的迫切需求。

2 傳統(tǒng)檢測(cè)方法

2.1 平板培養(yǎng)法

瓊脂平板培養(yǎng)法是食品微生物檢測(cè)最傳統(tǒng)、最基本的方法之一。其原理是將消毒后的培養(yǎng)基加入適量瓊脂，制成固體培養(yǎng)皿，然后將待測(cè)食品樣品接種到平板表面，置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一段時(shí)間。不同類型的微生物對(duì)營養(yǎng)成分和生長條件的要求不同，通過添加選擇性培養(yǎng)基成分，可以選擇性地培養(yǎng)出特定類型的微生物。經(jīng)過一段時(shí)間的培養(yǎng)后，不同種屬的微生物在平板上會(huì)形成不同形態(tài)和特征的菌落，借助顯微鏡等儀器對(duì)菌落的形態(tài)、大小、顏色等特征進(jìn)行觀察和鑒定，從而確定樣品中存在何種微生物。該方法操作簡便，但需要較長的培養(yǎng)周期，一般需要24～48 h甚至更長時(shí)間，且人工操作量大，檢測(cè)效率低下。

2.2 顯微鏡檢測(cè)法

顯微鏡檢測(cè)法是另一種傳統(tǒng)的食品微生物檢測(cè)方法。其原理是利用顯微鏡對(duì)微生物細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行觀察和鑒別。實(shí)際操作時(shí)要先將待測(cè)食品樣品進(jìn)行適當(dāng)處理和稀釋，制成微生物懸液，然后將少量懸液滴加到載玻片上，使微生物細(xì)胞均勻分散，最后在顯微鏡下觀察和計(jì)數(shù)微生物細(xì)胞[2]。不同種屬微生物的細(xì)胞大小、形狀、排列方式等特征存在差異，經(jīng)過專業(yè)人員的觀察和對(duì)比，能夠初步鑒別出樣品中存在的微生物種類。這種方法直觀便捷，能夠?qū)罴?xì)胞和死細(xì)胞進(jìn)行區(qū)分，但檢出限較高，鑒別難度大，操作人員需要經(jīng)過專門培訓(xùn)，且存在一定的主觀性，檢測(cè)質(zhì)量參差不齊。

3 微生物快速檢測(cè)方法及應(yīng)用

3.1 免疫學(xué)快速檢測(cè)方法

免疫學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)利用抗原與抗體之間高度專一性的免疫反應(yīng)原理，對(duì)食品中的特定微生物及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性定量分析。免疫層析技術(shù)是將抗體或抗原固定在多孔膜條基質(zhì)上，利用毛細(xì)管析出原理在測(cè)試區(qū)和對(duì)照區(qū)產(chǎn)生免疫反應(yīng)，形成可視的信號(hào)條帶。該方法檢測(cè)時(shí)間短（10～30 min），操作簡便，但靈敏度較低（104～106 CFU·mL-1）。免疫磁珠分離技術(shù)則是將抗體偶聯(lián)到納米磁性微球上，通過磁場(chǎng)富集并分離目標(biāo)微生物，富集率可達(dá)99%。結(jié)合聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）或培養(yǎng)計(jì)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)高通量快速檢測(cè)，靈敏度可達(dá)102～103 CFU·mL-1[3]。酶聯(lián)免疫分析技術(shù)利用酶與抗體或抗原特異性結(jié)合，催化底物產(chǎn)生可測(cè)量的發(fā)色或發(fā)光信號(hào)，可定量檢測(cè)靶標(biāo)微生物。其中酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)靈敏度高（102～104 CFU·mL-1），適用于多種病原體的檢測(cè)。免疫學(xué)快速檢測(cè)方法特異性好、操作簡便，但受抗體制備和存儲(chǔ)條件影響較大，成本相對(duì)較高，已廣泛應(yīng)用于食品中沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌等病原體的快速檢測(cè)。

3.2 生物傳感器檢測(cè)方法

生物傳感器檢測(cè)技術(shù)是將生物分子識(shí)別元件與信號(hào)轉(zhuǎn)換元件有機(jī)結(jié)合的一種新型檢測(cè)手段。生物識(shí)別元件包括酶、抗體、核酸等，能與靶標(biāo)微生物及其代謝產(chǎn)物發(fā)生高度專一的生物學(xué)反應(yīng)；信號(hào)轉(zhuǎn)換元件則將這一生物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電流、電位、光等物理信號(hào)并輸出。其中，電化學(xué)生物傳感器是應(yīng)用最廣泛的類型。例如葡萄糖氧化酶生物傳感器，利用葡萄糖被氧化時(shí)釋放電子，通過檢測(cè)電流信號(hào)變化可檢測(cè)微生物代謝產(chǎn)生的葡萄糖濃度變化，檢測(cè)限低至102 CFU·mL-1。熒光生物傳感器則可通過檢測(cè)細(xì)菌RNA或標(biāo)記物質(zhì)的苂光信號(hào)實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，靈敏度可達(dá)10 CFU·mL-1。生物傳感器在多項(xiàng)食品污染物快速監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)出優(yōu)異性能。例如，肉類中沙門氏菌檢測(cè)的免疫磁珠電化學(xué)紙基分析裝置，檢測(cè)時(shí)間僅2 h，檢出限為102 CFU·mL-1，準(zhǔn)確度高達(dá)98%。生物傳感器具有快速、高通量、無損及可在線連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，但生物活性因子的穩(wěn)定性較低和成本較高制約了其廣泛應(yīng)用。

3.3 電化學(xué)快速檢測(cè)方法

電化學(xué)快速檢測(cè)方法是利用微生物代謝活動(dòng)導(dǎo)致的電化學(xué)信號(hào)變化來定性和定量分析微生物，主要技術(shù)包括電阻抗法、伏安法、電位法等。電阻抗法是最常見的一種電化學(xué)快速檢測(cè)方法，它利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的離子導(dǎo)致培養(yǎng)基電阻發(fā)生變化進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)微生物數(shù)量較多時(shí)，代謝產(chǎn)生的離子濃度升高，培養(yǎng)基電阻就會(huì)下降。通過測(cè)量電阻變化值并與標(biāo)準(zhǔn)曲線比對(duì)，可定量檢測(cè)培養(yǎng)基中微生物的數(shù)量[4]。伏安法則是通過測(cè)量微生物代謝產(chǎn)生的可氧化還原物質(zhì)與工作電極之間的氧化還原電位，間接測(cè)定微生物濃度，常用的有BIAS伏安法、TNAD伏安法等。電位法是基于微生物代謝活性導(dǎo)致培養(yǎng)基氧化還原電位變化的原理，通過測(cè)量電位值變化來監(jiān)測(cè)微生物的生長狀況。電化學(xué)檢測(cè)方法不需要復(fù)雜的裝置，操作簡單，重現(xiàn)性好，且可實(shí)現(xiàn)在線、自動(dòng)化檢測(cè)，是一種理想的快速分析手段。

3.4 分子生物學(xué)快速檢測(cè)方法

分子生物學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)是利用微生物的核酸作為檢測(cè)靶標(biāo)，通過分子水平的特異性識(shí)別和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌、病毒等微生物的快速鑒別和定量分析，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是其中應(yīng)用最廣泛的一種。PCR技術(shù)可以對(duì)微量微生物基因組或質(zhì)粒DNA進(jìn)行數(shù)百萬倍的指數(shù)擴(kuò)增，檢出靈敏度可達(dá)10～100個(gè)細(xì)胞/mL[5]。實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)將熒光報(bào)告分子引入反應(yīng)體系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的定量檢測(cè)，檢測(cè)限可低至1 cps/反應(yīng)。核酸分子雜交是利用單鏈DNA或RNA與其互補(bǔ)鏈特異性結(jié)合的原理，通過標(biāo)記探針與靶核酸雜交產(chǎn)生苂光等可測(cè)信號(hào)。其檢出靈敏度可達(dá)105～107個(gè)細(xì)胞/mL?；蛐酒夹g(shù)則是在固相載體上高密度并行地固定成千上萬種特異性探針，通過雜交實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜微生物群系成分的同步檢測(cè)，單次檢測(cè)可覆蓋數(shù)百種細(xì)菌。這些技術(shù)靈敏度高、特異性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高，但對(duì)樣品前處理要求較高，存在抑制物和污染物干擾等缺陷，檢測(cè)成本也相對(duì)較高。

3.5 光譜快速檢測(cè)方法

光譜快速檢測(cè)技術(shù)是利用微生物細(xì)胞的生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等）對(duì)特定波長光的吸收、散射、發(fā)射等光譜行為，對(duì)微生物的種屬、濃度等進(jìn)行“指紋識(shí)別”，主要技術(shù)包括拉曼光譜、紅外光譜、熒光光譜等。拉曼光譜技術(shù)利用入射光與分子發(fā)生非彈性散射產(chǎn)生的拉曼散射光來獲取分子振動(dòng)信息。它對(duì)水的拉曼散射很小，可直接對(duì)生物樣品進(jìn)行分析，是研究生物大分子結(jié)構(gòu)的重要工具。不同物種的細(xì)菌拉曼光譜呈現(xiàn)獨(dú)特的“指紋圖譜”，能夠?qū)崿F(xiàn)種屬水平的鑒別，靈敏度可達(dá)103 CFU·mL-1。紅外光譜是通過測(cè)量樣品對(duì)4 000～400 cm-1紅外光的吸收來獲取分子振動(dòng)信息。與拉曼光譜互補(bǔ)，可用于研究蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模式識(shí)別手段，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜樣品中微生物的快速鑒別。熒光光譜技術(shù)利用熒光團(tuán)激發(fā)后發(fā)射熒光的現(xiàn)象，能快速檢測(cè)微生物內(nèi)源熒光團(tuán)或熒光標(biāo)記物的存在，同樣具有較高的檢測(cè)靈敏度。這些光譜技術(shù)無須復(fù)雜前處理，操作簡便快捷，正逐步在食品微生物快速檢測(cè)中得到應(yīng)用。

4 相關(guān)建議

4.1 加大人才培養(yǎng)力度

為推動(dòng)我國食品微生物檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)加大人才培養(yǎng)力度，可在高校和科研機(jī)構(gòu)設(shè)立食品微生物檢測(cè)相關(guān)專業(yè)，開設(shè)系統(tǒng)的課程體系，培養(yǎng)復(fù)合型、高水平的檢測(cè)人才。同時(shí)鼓勵(lì)高校與企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家為學(xué)生提供實(shí)踐指導(dǎo)，使學(xué)生能夠充分掌握前沿理論知識(shí)并獲得實(shí)操鍛煉，縮短人才培養(yǎng)周期。企業(yè)也應(yīng)注重內(nèi)部員工的在職培訓(xùn)，聘請(qǐng)專家開展各類專題講座，不斷提升從業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)。政產(chǎn)學(xué)研多方通力合作，構(gòu)建人才培養(yǎng)的長效機(jī)制，為我國食品微生物檢測(cè)事業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供智力支持和人力資源保障。

4.2 加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)食品微生物檢測(cè)領(lǐng)域持續(xù)進(jìn)步的根本動(dòng)力。相關(guān)部門應(yīng)高度重視科研投入，鼓勵(lì)開展基礎(chǔ)研究和前沿探索，不斷推陳出新。要注重對(duì)新理論、新方法、新技術(shù)的研發(fā)，努力擴(kuò)展檢測(cè)手段，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性和靈敏度，縮短檢測(cè)周期，降低檢測(cè)成本。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)高通量檢測(cè)、智能化檢測(cè)等前沿技術(shù)的攻關(guān)，推動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)化、智能化進(jìn)程，提高監(jiān)測(cè)的高效性和便利性。同時(shí)，政府和企業(yè)應(yīng)建立創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制，為科研人員創(chuàng)造良好環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)他們的工作熱情和創(chuàng)新活力。

4.3 建立監(jiān)管機(jī)制

加強(qiáng)對(duì)于食品微生物檢測(cè)的監(jiān)管至關(guān)重要。政府相關(guān)部門應(yīng)制定統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，明確檢測(cè)機(jī)構(gòu)的資質(zhì)審核、人員要求、儀器設(shè)備配備及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境等各個(gè)環(huán)節(jié)的具體標(biāo)準(zhǔn)，并定期進(jìn)行檢查評(píng)估，對(duì)不合格的機(jī)構(gòu)予以懲處。同時(shí)，建立覆蓋食品加工、流通、餐飲等全流程的監(jiān)管體系，落實(shí)檢測(cè)制度，規(guī)范檢測(cè)操作，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。監(jiān)管部門還應(yīng)加大執(zhí)法力度，對(duì)違法違規(guī)行為從嚴(yán)查處，維護(hù)行業(yè)秩序。同時(shí)，要加快建立第三方獨(dú)立檢測(cè)機(jī)制，邀請(qǐng)中立公正的專業(yè)機(jī)構(gòu)介入，對(duì)重點(diǎn)食品開展抽樣檢測(cè)，監(jiān)督檢測(cè)機(jī)構(gòu)的工作，促進(jìn)行業(yè)自律。

5 結(jié)語

綜上所述，我國食品微生物快速檢測(cè)技術(shù)雖取得一定進(jìn)展，但與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距。食品安全事關(guān)民生，加快微生物檢測(cè)技術(shù)發(fā)展意義重大。要加大人才培養(yǎng)力度，為檢測(cè)事業(yè)培養(yǎng)更多高素質(zhì)復(fù)合型人才；應(yīng)該加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，不斷推陳出新，推動(dòng)檢測(cè)手段自動(dòng)化、智能化；應(yīng)該建立嚴(yán)格的監(jiān)管機(jī)制，規(guī)范檢測(cè)行為，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。只有持續(xù)努力，采取有力措施，不斷完善人才隊(duì)伍、技術(shù)水平、監(jiān)管體系，我國食品微生物檢測(cè)事業(yè)才能全面走上快車道，為守護(hù)舌尖安全筑起堅(jiān)實(shí)屏障，更好地保障人們的身體健康，促進(jìn)食品行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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