食品質(zhì)量控制中的微生物檢測技術(shù)研究

摘 要：食品微生物檢測是保障食品安全的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)檢測方法存在檢測周期長、靈敏度低等問題，難以滿足現(xiàn)代食品工業(yè)的需求。本文綜述了食品質(zhì)量控制中新興的微生物檢測技術(shù)，包括分子生物學(xué)檢測技術(shù)、免疫學(xué)檢測技術(shù)和生物傳感器技術(shù)。通過分析各種技術(shù)的檢測原理、特點(diǎn)及應(yīng)用要點(diǎn)，探討這些新型技術(shù)在提高檢測效率、靈敏度和特異性等方面的優(yōu)勢，以期為食品安全監(jiān)管提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：食品安全；微生物檢測；分子生物學(xué)技術(shù)

Research on Microbial Detection Technology in

Food Quality Control

CHEN Shuangbao

（Naiman Banner Market Supervision Administration， Tongliao 028300， China）

Abstract： Microbial detection in food is an important part of ensuring food safety. Traditional detection methods have problems such as long detection cycles and low sensitivity， which are difficult to meet the needs of modern food industry. This article reviews emerging microbial detection technologies in food quality control， including molecular biology detection technology， immunological detection technology and biosensor technology. By analyzing the detection principles， characteristics and application points of various technologies， the advantages of these new technologies in improving detection efficiency， sensitivity and specificity were discussed， in order to provide reference for food safety supervision.

Keywords： food safety; microbial testing; molecular biology techniques

隨著人們生活水平的提高，食品安全問題已成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。食品中存在的微生物，尤其是病原微生物，不僅會(huì)引起食品腐敗變質(zhì)，還可能危害人體健康，甚至導(dǎo)致死亡。為保障食品安全，控制食源性疾病的發(fā)生，開展食品微生物檢測十分必要[1]。傳統(tǒng)的食品微生物檢測方法，如平板計(jì)數(shù)法、最大可能數(shù)法等，存在檢測周期長、靈敏度低等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代食品工業(yè)快速、高通量檢測的要求?；诖?，本文總結(jié)分析了食品質(zhì)量控制領(lǐng)域幾種新興的微生物檢測技術(shù)，包括分子生物學(xué)檢測技術(shù)、免疫學(xué)檢測技術(shù)和生物傳感器技術(shù)，重點(diǎn)討論了各種技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及其在食品微生物檢測中的應(yīng)用流程和要點(diǎn)，以期為食品安全監(jiān)管提供參考。

1 食品質(zhì)量控制中微生物檢測的必要性

食品作為人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其安全性直接關(guān)系到消費(fèi)者的身體健康和生命安全。然而，食品在生產(chǎn)、加工、貯藏、運(yùn)輸和銷售等環(huán)節(jié)中，難免會(huì)受到微生物的污染。一旦食品中的微生物超過一定限量，不僅會(huì)引起食品腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生難聞的氣味和異常的風(fēng)味，降低食品的感官品質(zhì)，縮短食品的貨架期，還可能產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，甚至導(dǎo)致食源性疾病的暴發(fā)，給消費(fèi)者的健康和生命安全帶來極大威脅，同時(shí)也會(huì)影響食品企業(yè)的聲譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益[2]。因此，在食品質(zhì)量控制體系中，微生物檢測是一項(xiàng)不可或缺的環(huán)節(jié)。通過微生物檢測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)食品中潛在的微生物危害，準(zhǔn)確評(píng)估食品的微生物指標(biāo)安全性，為食品工藝過程的改進(jìn)和產(chǎn)品安全評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

2 食品質(zhì)量控制中的微生物檢測技術(shù)

2.1 分子生物學(xué)檢測技術(shù)

2.1.1 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）技術(shù)是一種基于核酸擴(kuò)增原理的分子生物學(xué)檢測方法。該技術(shù)利用一對(duì)特異性引物，在聚合酶的作用下，通過變性、退火、延伸3個(gè)步驟，對(duì)目標(biāo)核酸序列進(jìn)行指數(shù)擴(kuò)增，從而實(shí)現(xiàn)快速、靈敏、特異地檢測微生物。與傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法相比，PCR技術(shù)具有檢測速度快、靈敏度高、特異性強(qiáng)等優(yōu)勢[3]。其不受微生物是否可培養(yǎng)的限制，能夠檢測樣品中的死細(xì)胞和難培養(yǎng)的微生物，大大縮短了檢測周期。此外，PCR技術(shù)的特異性引物能夠精確識(shí)別不同種屬的微生物，從而實(shí)現(xiàn)微生物的準(zhǔn)確定性和定量分析。

PCR技術(shù)在食品微生物檢測中的一般流程包括樣品制備、核酸提取、PCR擴(kuò)增和結(jié)果分析等步驟。①根據(jù)檢測對(duì)象和基質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的樣品制備方法，如勻漿、振蕩等，使微生物細(xì)胞從食品基質(zhì)中釋放出來。②采用物理、化學(xué)或酶解等方法裂解細(xì)胞，提取微生物核酸。③純化后的核酸作為模板，與特異性引物、聚合酶等混合，進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng)。④擴(kuò)增產(chǎn)物可以通過瓊脂糖凝膠電泳、熒光定量PCR、DNA測序等方法進(jìn)行定性或定量分析。現(xiàn)階段，針對(duì)食源性致病菌，如沙門氏菌、李斯特菌等，已建立了成熟的PCR檢測方法和商業(yè)化試劑盒，可以實(shí)現(xiàn)食品中目標(biāo)菌的快速、準(zhǔn)確檢測[4]。但PCR技術(shù)也存在假陽性、PCR抑制等問題，因此在實(shí)際應(yīng)用中，還需要對(duì)檢測方法進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，以保證食品微生物檢測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.1.2 基因芯片技術(shù)

基因芯片技術(shù)是一種高通量、并行化的分子生物學(xué)檢測方法。其以固相載體為支撐，通過將大量探針分子（如寡核苷酸、cDNA等）按一定順序排列并固定在芯片表面，形成高密度的探針陣列。當(dāng)帶有熒光標(biāo)記的靶序列與芯片雜交時(shí)，探針會(huì)特異性地捕獲互補(bǔ)的靶序列，通過檢測雜交信號(hào)的位置和強(qiáng)度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種微生物的同時(shí)分析。與傳統(tǒng)的微生物檢測方法相比，基因芯片技術(shù)具有通量高、靈敏度高、特異性強(qiáng)、樣品用量少等優(yōu)點(diǎn)。一次實(shí)驗(yàn)就可以檢測多種微生物，大大提高了檢測效率。此外，基因芯片還可以提供微生物的遺傳信息，為深入研究微生物的致病機(jī)制、流行規(guī)律等提供技術(shù)支持[5]。

食品微生物檢測中應(yīng)用基因芯片技術(shù)的一般流程包括樣品制備、核酸提取與標(biāo)記、雜交反應(yīng)和數(shù)據(jù)分析等步驟。①根據(jù)檢測目標(biāo)和食品基質(zhì)，采用物理、化學(xué)或生物方法制備樣品，釋放樣品中微生物的核酸物質(zhì)。②提取純化核酸，并進(jìn)行熒光標(biāo)記，制備雜交探針。③將探針與芯片在適宜條件下雜交，進(jìn)行特異性結(jié)合。雜交后，利用激光掃描儀或電荷耦合元件成像系統(tǒng)掃描芯片，獲得雜交信號(hào)圖像。④應(yīng)用專業(yè)軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析，確定微生物的種類、數(shù)量等信息?；蛐酒夹g(shù)在食品微生物檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究人員已開發(fā)出多種食源性致病菌和腐敗微生物的基因芯片，如沙門氏菌屬芯片、李斯特菌屬芯片等，可同時(shí)檢測和鑒定多種食源性致病菌。然而，基因芯片技術(shù)也存在成本較高、操作較復(fù)雜等局限性，在未來的實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

2.2 免疫學(xué)檢測技術(shù)

2.2.1 酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)

酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（Enzyme-Linked Immunosorbent"Assay，ELISA）是一種基于抗原、抗體特異性結(jié)合原理的免疫學(xué)檢測方法。其利用抗體的高度特異性和酶的高催化活性，通過抗原抗體反應(yīng)和酶促顯色反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的定性和定量分析。與傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)方法相比，ELISA具有操作簡便、靈敏度高、特異性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，已成為食品微生物檢測領(lǐng)域的常用技術(shù)之一。

ELISA在食品微生物檢測中的一般流程包括樣品制備、抗原包被、抗體反應(yīng)、酶標(biāo)記物反應(yīng)和結(jié)果判定等步驟。①根據(jù)檢測對(duì)象和基質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的樣品前處理方法，如勻漿、離心等，獲得待測樣品。②將待測抗原包被于固相載體（如酶標(biāo)板）上，與酶標(biāo)記的特異性抗體進(jìn)行反應(yīng)。洗滌去除未結(jié)合的抗體后，加入底物，在酶的催化下產(chǎn)生顏色變化。③用酶標(biāo)儀測定吸光值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中待測物的含量。ELISA可用于食品中多種致病菌和毒素的檢測，如沙門氏菌、李斯特菌、葡萄球菌腸毒素等。目前已開發(fā)出多種商業(yè)化的ELISA試劑盒，可快速、靈敏、特異地檢測食品中的微生物及其代謝產(chǎn)物，為食品安全監(jiān)測提供了有力保障。但ELISA也存在假陽性、交叉反應(yīng)等問題，在實(shí)際應(yīng)用中還需要對(duì)檢測方法進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，以提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.2.2 免疫層析技術(shù)

免疫層析技術(shù)（Immunochromatographic Assay，ICA）是一種基于免疫學(xué)原理的快速檢測方法。其利用毛細(xì)管作用力，將液體樣品沿著層析膜上的多孔纖維進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)發(fā)生抗原-抗體反應(yīng)，形成可見的顏色帶，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的定性或半定量檢測。與ELISA相比，ICA操作更簡便、檢測速度更快、結(jié)果判讀更直觀，特別適用于現(xiàn)場快速檢測。

免疫層析技術(shù)在食品微生物檢測中的一般流程包括樣品制備、樣品滴加、層析反應(yīng)和結(jié)果判定等步驟。①將待測食品樣品經(jīng)過勻漿、離心等預(yù)處理后，滴加到層析試紙的樣品墊上。②樣品液在毛細(xì)管作用力的驅(qū)動(dòng)下，沿著硝酸纖維膜向上移動(dòng)，依次經(jīng)過結(jié)合有抗體的標(biāo)記墊、檢測線和對(duì)照線。如果樣品中存在目標(biāo)抗原，就會(huì)與標(biāo)記墊和檢測線上的抗體結(jié)合，形成可見的顏色帶；若樣品中不含目標(biāo)抗原，則只在對(duì)照線上形成顏色帶。③根據(jù)顏色帶的位置和數(shù)量，可判斷樣品中是否含有目標(biāo)微生物。免疫層析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食源性致病菌的快速檢測。但是，免疫層析法的靈敏度和定量性相對(duì)較差，仍需要與其他檢測方法聯(lián)合使用，以提高食品微生物檢測的綜合性能。

2.3 生物傳感器技術(shù)

2.3.1 光學(xué)生物傳感器

光學(xué)生物傳感器是一類利用光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)原理，將生物感應(yīng)元件與光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器相結(jié)合的新型微生物檢測技術(shù)。其基本原理是目標(biāo)微生物或其代謝產(chǎn)物與生物感應(yīng)元件（如酶、抗體、核酸探針等）特異性結(jié)合引起光學(xué)信號(hào)的變化，再由光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為可定量測量的電信號(hào)。與傳統(tǒng)方法相比，光學(xué)生物傳感器具有檢測速度快、靈敏度高、特異性強(qiáng)以及可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。

光學(xué)生物傳感器在食品微生物檢測中的應(yīng)用流程一般包括生物感應(yīng)元件的構(gòu)建、樣品前處理、光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和數(shù)據(jù)分析等步驟。①根據(jù)檢測目標(biāo)選擇合適的生物感應(yīng)元件，如酶、抗體、適配體等，并將其固定在光學(xué)傳感器表面。②食品樣品經(jīng)過勻漿、離心、過濾等預(yù)處理后，與生物感應(yīng)元件進(jìn)行特異性結(jié)合。③結(jié)合過程中，光學(xué)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測光信號(hào)的變化，如光強(qiáng)度、波長、相位等參數(shù)的改變。④光學(xué)信號(hào)由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和定量分析。目前，光學(xué)生物傳感器已成功應(yīng)用于食品中多種病原菌和腐敗微生物的快速檢測，為食品質(zhì)量安全控制提供了新的解決方案。

2.3.2 電化學(xué)生物傳感器

電化學(xué)生物傳感器是一類基于電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)原理的微生物檢測技術(shù)，通過將微生物或其代謝產(chǎn)物與電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的定性定量分析。其基本原理是特定的生物感應(yīng)元件（如酶、抗體、核酸探針等）與目標(biāo)物特異性結(jié)合可引起電化學(xué)信號(hào)的變化，通過電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器（如電極、場效應(yīng)晶體管等）將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可定量測量的電信號(hào)。與其他類型的生物傳感器相比，電化學(xué)生物傳感器具有儀器設(shè)備簡單、制作成本低、靈敏度高以及易于微型化等優(yōu)點(diǎn)。

電化學(xué)生物傳感器在食品微生物檢測中的應(yīng)用流程通常包括電極修飾、樣品前處理、電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和數(shù)據(jù)分析等步驟。①在電極表面修飾捕獲探針（如抗體、核酸等），構(gòu)建生物感應(yīng)元件。②食品樣品經(jīng)過勻漿、離心、凈化等預(yù)處理后，滴加到電化學(xué)傳感器表面，與捕獲探針發(fā)生特異性結(jié)合。③結(jié)合過程中，電化學(xué)信號(hào)發(fā)生變化，如電流、電位、電阻抗等參數(shù)的改變。④通過電化學(xué)工作站等儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄信號(hào)變化，得到響應(yīng)曲線。⑤根據(jù)峰電流、峰電位等特征參數(shù)，借助校準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析，計(jì)算待測樣品中目標(biāo)微生物的含量。憑借靈敏、快速、便攜等優(yōu)勢，電化學(xué)生物傳感器在食源性致病菌、農(nóng)藥殘留等食品安全檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

食品微生物檢測技術(shù)的發(fā)展為保障食品安全提供了重要的技術(shù)支撐。分子生物學(xué)、免疫學(xué)、生物傳感器等現(xiàn)代檢測技術(shù)，不斷突破傳統(tǒng)檢測技術(shù)的局限性，在檢測速度、靈敏度和特異性等方面都取得了顯著進(jìn)展。未來，隨著生物技術(shù)、納米技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的快速發(fā)展，食品微生物檢測技術(shù)將向著更加快速、精準(zhǔn)、智能化的方向發(fā)展。同時(shí)，檢測技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和商業(yè)化應(yīng)用也將進(jìn)一步推進(jìn)，為食品安全保障體系的完善提供更有力的技術(shù)支持。

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