食品中致病菌快速檢測技術(shù)的研究進(jìn)展

Research Progress on Rapid Detection Technologies for Pathogenic Bacteria in Food

NI Yang， ZHANG Shangshang （Qinhuangdao Food and Drug Inspection Center， Qinhuangdao O66ooo， China）

Abstract： Food safety isues are increasingly drawing global atention. As one of the primary factors causing foodborne diseases，the rapid and accurate detection of pathogenic bacteria is crucial for public health. In recent years，traditional culture methods have been gradually replaced by eficient and sensitive rapid testing technologies due to their longer processing times.This article systematically reviews the current mainstream technologies for rapid detectionof pathogenic bacteriainfood，including molecular biology methods，immunological methods，sensor technology，as well ascutting-edge detection methods based on nanomaterials and microfluidic chips. By analyzing the principles，advantages，and limitations of each technology，and discussing their applicability and development trends in practical applications，it aims to provide theoretical support and reference basis forthe construction of an efficient， convenient， and on-site food safety detection system.

Keywords： food safety; pathogenic bacteria; rapid detection; molecular biology

隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展和全球食品貿(mào)易的加速，食品安全問題愈發(fā)引起公眾和政府的廣泛關(guān)注。食源性致病菌，如沙門氏菌（Salmonella）、大腸桿菌 O157：H7 、單核細(xì)胞增生李斯特菌（Listeriamonocytogenes）以及金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）等，是引發(fā)食源性疾病的主要病原體。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，每年全球有數(shù)億人因食用被致病菌污染的食品而感染相關(guān)疾病，尤其對嬰幼兒、老年人及免疫力低下人群構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，建立高效、靈敏、便捷的致病菌檢測技術(shù)，對提升食品安全監(jiān)管能力具有重要意義。傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)法雖具有良好的準(zhǔn)確性和標(biāo)準(zhǔn)化程度，但其操作煩瑣、耗時(shí)較長，難以滿足現(xiàn)代食品生產(chǎn)對快速響應(yīng)與大批量檢測的需求。近年來，隨著分子生物學(xué)、免疫學(xué)、納米技術(shù)及微流控等領(lǐng)域的發(fā)展，多種新型致病菌快速檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文旨在系統(tǒng)梳理和評估當(dāng)前主流快速檢測方法的技術(shù)原理、應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，探討其在食品安全領(lǐng)域的適應(yīng)性及未來研究方向，為相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考依據(jù)。

1分子生物學(xué)檢測技術(shù)

1.1聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及其衍生技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PolymeraseChainReaction，PCR）是最早用于食品致病菌檢測的分子生物學(xué)技術(shù)之一，其核心在于通過特異性引物擴(kuò)增目標(biāo)基因序列，從而實(shí)現(xiàn)病原體的高靈敏檢測。其衍生技術(shù)如實(shí)時(shí)熒光定量PCR可實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)U(kuò)增過程，不僅提升了準(zhǔn)確性，也可實(shí)現(xiàn)半定量或絕對定量分析，已廣泛應(yīng)用于商業(yè)檢測產(chǎn)品中[]。多重PCR通過多組引物同時(shí)擴(kuò)增多個(gè)致病菌目標(biāo)片段，提高了檢測通量和檢測效率，但在引物設(shè)計(jì)、擴(kuò)增效率平衡等方面仍存在一定的技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，數(shù)字PCR作為新興技術(shù)，可利用液滴或微反應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)高精度定量，尤其適用于痕量樣品檢測，但由于其較高的設(shè)備成本和操作復(fù)雜性，目前尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

1.2 等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)

等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)克服了PCR對熱循環(huán)設(shè)備的依賴，適合現(xiàn)場快速檢測。常見類型包括環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（Loop-mediated Isothermal Amplification，LAMP）、重組酶聚合擴(kuò)增（RecombinasePolymeraseAmplification，RPA）、滾環(huán)擴(kuò)增（RollingCircleAmplification，RCA）等。其中，LAMP技術(shù)以4～6個(gè)引物識別目標(biāo)區(qū)域，擴(kuò)增效率高，可通過肉眼或比色法讀數(shù)，適合與簡易便攜設(shè)備結(jié)合使用。其主要挑戰(zhàn)在于非特異性擴(kuò)增易產(chǎn)生假陽性，需優(yōu)化引物設(shè)計(jì)與反應(yīng)體系。RPA技術(shù)可在體溫條件下完成擴(kuò)增，速度快（約20min ），操作簡單，可與側(cè)向?qū)游鰲l、熒光探針、CRISPR系統(tǒng)等結(jié)合開發(fā)新型平臺[2]。雖然目前尚處于技術(shù)開發(fā)階段，但其在便攜式檢測設(shè)備中的應(yīng)用前景廣闊。

1.3 高通量測序技術(shù)

高通量測序（High-Throughput Sequencing，HTS）是近年來興起的一種先進(jìn)分子檢測技術(shù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)對食品中的微生物群落進(jìn)行全面解析。其核心優(yōu)勢在于無須預(yù)先知道自標(biāo)致病菌的基因序列，即可通過對樣本中所有微生物DNA進(jìn)行測序，精確識別食物中可能存在的多種致病菌及其變異株。相比傳統(tǒng)PCR方法，HTS能夠提供更加全面、靈敏和定量的信息，尤其適用于復(fù)雜樣品中未知病原體的檢測。在食品安全領(lǐng)域，HTS已廣泛應(yīng)用于溯源分析和大規(guī)模監(jiān)測。通過構(gòu)建病原菌數(shù)據(jù)庫，HTS技術(shù)可快速識別新興病原體和突發(fā)性污染事件[3]。此外，隨著測序成本的逐年下降，HTS技術(shù)的應(yīng)用逐步從高端研究機(jī)構(gòu)擴(kuò)展至中小型實(shí)驗(yàn)室。然而，盡管HTS技術(shù)具有極高的檢測精度，高成本、長檢測周期及數(shù)據(jù)分析復(fù)雜性依然限制了其在日常食品檢測中的廣泛應(yīng)用。

2免疫學(xué)檢測技術(shù)

2.1酶聯(lián)免疫吸附法

酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（Enzyme-LinkedImmunosorbentAssay，ELISA）是一種經(jīng)典的免疫學(xué)檢測方法，利用抗原與抗體之間的高度特異性結(jié)合，通過酶與底物反應(yīng)產(chǎn)生可測信號，從而間接判斷目標(biāo)致病菌的存在與濃度。其檢測原理主要包括將目標(biāo)抗原固定于固相載體（如微孔板），再依次加入特異性酶標(biāo)抗體與底物，最終通過比色讀數(shù)判斷反應(yīng)強(qiáng)度。ELISA檢測具有較高的靈敏度和特異性，檢測限可達(dá) 10²～10³CFU?mL^-1 ，適合食品中沙門氏菌、大腸桿菌 O157：H7 等常見病原菌的篩查與定量分析[4]。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于乳制品、肉制品、水產(chǎn)品等領(lǐng)域，并已形成成熟的商業(yè)化試劑盒。其優(yōu)勢在于方法標(biāo)準(zhǔn)化程度高、適合高通量檢測，便于實(shí)驗(yàn)室推廣。然而，該方法檢測周期相對較長，通常需要2＼～5h ，且對樣品處理、操作步驟及酶反應(yīng)條件要求較高，存在一定的技術(shù)門檻，不適用于即時(shí)現(xiàn)場檢測。此外，基質(zhì)干擾和抗體交叉反應(yīng)也可能影響結(jié)果準(zhǔn)確性。針對這些問題，近年來研究者正在通過納米酶、多重ELISA及自動(dòng)化平臺等手段優(yōu)化其性能。

2.2 免疫層析快速檢測技術(shù)

免疫層析技術(shù)是一種基于毛細(xì)作用和抗原抗體反應(yīng)的快速檢測方法，常用于開發(fā)膠體金試紙條、熒光層析卡等便攜式檢測設(shè)備。其核心原理是將標(biāo)記抗體（如膠體金或熒光微球）固定在層析試紙上，當(dāng)樣品加入后，目標(biāo)致病菌抗原與標(biāo)記抗體結(jié)合并隨樣品流動(dòng)至檢測線，若存在目標(biāo)物則出現(xiàn)可見線條或熒光信號。該技術(shù)具有檢測速度快（通常在 15～ 30min ）、操作簡便、無須復(fù)雜儀器的優(yōu)點(diǎn)，非常適合食品生產(chǎn)現(xiàn)場、口岸檢疫、市場抽檢等實(shí)際應(yīng)用場景。常見的應(yīng)用包括沙門氏菌、李斯特菌、志賀氏菌等致病菌的現(xiàn)場快速篩查。近年來，隨著標(biāo)記材料的發(fā)展，免疫層析檢測的靈敏度和穩(wěn)定性不斷提升，如使用量子點(diǎn)、上轉(zhuǎn)換納米粒子等材料可實(shí)現(xiàn)更低檢測限和多重檢測能力。然而，免疫層析方法普遍存在靈敏度偏低、難以定量、抗體穩(wěn)定性受限等問題。為解決這些問題，研究者正積極探索可視信號放大、讀數(shù)儀集成以及多靶標(biāo)檢測一體化技術(shù)，以提升其實(shí)用性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2.3 新型免疫傳感技術(shù)

新型免疫傳感器技術(shù)融合了免疫識別與現(xiàn)代傳感技術(shù)，通過抗原抗體專一性結(jié)合觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對食品中致病菌的快速、靈敏檢測。根據(jù)信號輸出方式的不同，該技術(shù)可分為電化學(xué)型、光學(xué)型、壓電型等多種類型。以電化學(xué)免疫傳感器為例，其利用電流、電壓或電阻的變化來反映抗原抗體反應(yīng)的程度，具有響應(yīng)速度快、可微型化和便于集成的特點(diǎn)。光學(xué)免疫傳感器則通過熒光、表面增強(qiáng)拉曼散射等方式進(jìn)行信號輸出，可實(shí)現(xiàn)高靈敏的可視化檢測[5]。近年來，隨著納米材料、生物功能界面和微納制造技術(shù)的快速發(fā)展，免疫傳感器的檢測限已顯著下降，部分系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對單個(gè)細(xì)菌的檢測。此外，結(jié)合微流控芯片、智能手機(jī)及無線通信模塊的便攜式傳感平臺也逐漸興起，實(shí)現(xiàn)了從樣品處理到信號讀取的“一體化”操作。但目前該類技術(shù)多處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，仍面臨穩(wěn)定性、成本和標(biāo)準(zhǔn)化方面的挑戰(zhàn)。未來，免疫傳感器有望在食品鏈各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)快速預(yù)警和智能監(jiān)控，成為食品安全監(jiān)測的重要工具。

3新型傳感技術(shù)

3.1納米材料輔助傳感技術(shù)

納米材料具有優(yōu)異的表面功能化能力和信號放大效應(yīng)，在食品致病菌檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，可用于提高傳感器的捕獲效率和信噪比。例如，金納米顆粒因其良好的生物相容性和可調(diào)控光學(xué)性質(zhì)，常被用于顏色變化型免疫傳感系統(tǒng)，能在短時(shí)間內(nèi)肉眼識別陽性反應(yīng)；碳點(diǎn)、石墨烯氧化物等材料也被廣泛用于電化學(xué)和熒光檢測中，實(shí)現(xiàn)了超靈敏的信號轉(zhuǎn)換。此外，磁性納米顆?？捎糜谇疤幚磉^程中對目標(biāo)致病菌的富集，提高系統(tǒng)整體檢測靈敏度。這類納米技術(shù)的輔助策略已被證明可將檢測限降低至個(gè)位數(shù)CFU·mL-水平，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨生物相容性和生產(chǎn)一致性的工程挑戰(zhàn)。

3.2微流控芯片技術(shù)

微流控芯片技術(shù)通過在芯片內(nèi)部的微通道中對微量樣品進(jìn)行流體操控與反應(yīng)整合，實(shí)現(xiàn)了“樣品進(jìn)、結(jié)果出”的全流程自動(dòng)化檢測，具有樣本需求少、反應(yīng)效率高、便于集成多功能模塊等優(yōu)點(diǎn)。通過與PCR、LAMP、免疫反應(yīng)等體系整合，可顯著縮短操作流程與響應(yīng)時(shí)間[。近年來發(fā)展出的紙基微流控技術(shù)因其低成本、易批量制造的特性，在食品安全現(xiàn)場檢測中應(yīng)用潛力巨大。例如，結(jié)合LAMP與比色讀數(shù)的紙基芯片可在 30min 內(nèi)完成對大腸桿菌O157：H7的可視化檢測，為資源匱乏地區(qū)的快速檢測提供了便利。然而，微流控系統(tǒng)的商業(yè)化推廣仍面臨材料耐久性、反應(yīng)模塊兼容性以及批量制造標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)障礙，需進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝。

3.3智能傳感系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)集成

隨著智能制造和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，食品致病菌檢測也正向“智能傳感 + 無線傳輸 + 遠(yuǎn)程監(jiān)控”的方向拓展。一些研究通過將生物傳感器與無線通信模塊集成，開發(fā)出具備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測功能的系統(tǒng)，可通過手機(jī)App或云平臺遠(yuǎn)程獲取檢測數(shù)據(jù)，極大提升食品企業(yè)與監(jiān)管機(jī)構(gòu)對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的預(yù)警能力。例如，基于藍(lán)牙模塊的電化學(xué)傳感器可實(shí)現(xiàn)對沙門氏菌的遠(yuǎn)程檢測結(jié)果上傳；結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法的圖像識別系統(tǒng)則可自動(dòng)讀取比色試紙條結(jié)果，提升讀數(shù)準(zhǔn)確性并減少人為誤差。然而，該類系統(tǒng)尚處于技術(shù)探索與示范應(yīng)用階段，未來有望在食品冷鏈物流、倉儲監(jiān)測、餐飲終端等場景中發(fā)揮重要作用。

4結(jié)語

食品中致病菌的快速檢測技術(shù)在保障食品安全和公共健康方面具有重要意義。當(dāng)前主流的檢測手段包括分子生物學(xué)方法（如實(shí)時(shí)熒光定量PCR、LAMP）、免疫學(xué)技術(shù)（如ELISA、免疫層析）以及融合納米材料、微流控與智能傳感的新興技術(shù)，這些技術(shù)在檢測速度、靈敏度和便攜性等方面均取得了顯著進(jìn)展。但與此同時(shí)，這些方法在復(fù)雜樣本的適應(yīng)性、檢測標(biāo)準(zhǔn)化、成本控制和多靶標(biāo)集成等方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來的研究應(yīng)聚焦于系統(tǒng)的集成化、小型化與智能化發(fā)展，加強(qiáng)多學(xué)科交叉融合，并推動(dòng)檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化落地。通過構(gòu)建高效、穩(wěn)定、可追溯的食品安全檢測體系，有望實(shí)現(xiàn)從“快速響應(yīng)”向“主動(dòng)預(yù)警”的轉(zhuǎn)變，為食品行業(yè)與公共監(jiān)管提供更有力的技術(shù)支持。

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