微生物揮發性有機物檢測及在食品安全監測中的應用

方舒婷,劉舒芹,向章敏

(廣東省測試分析研究所,廣東省化學危害應急檢測技術重點實驗室,廣東廣州 510070)

微生物揮發性有機物(MVOCs)是真菌和細菌在代謝過程中產生的多種揮發性有機化合物的總稱。到目前為止,微生物中的揮發性有機物已被鑒定的有1000多種[1],包括醇類、醛類、烴類、酸類、醚類、酯類、酮類、萜類、硫和氮類化合物等。近年來,MVOCs作為微生物污染的指標,已在臨床診斷和環境監測中發揮著重要作用,如呼吸道感染[2-5],尿路感染[6-7],胃腸道疾病診斷[8],室內空氣評估[9-10],建筑病害的病原體[11-12],也逐步成為目前食品安全監測新技術的研究熱點。

腐敗變質是食品生產和流通過程中的主要問題之一,微生物污染則是導致食品發生腐敗變質的最重要根源[13],微生物污染的食品所導致的食源性疾病已發展成為危害人類健康的首要食品安全問題,其發病率逐年顯著增加,如沙門氏菌、李斯特菌和大腸桿菌等病原體,能導致腸道感染癥及食物中毒,甚至引發癌癥和死亡[14]。目前,食品微生物的鑒定方法主要有培養法、生化法等,但這些傳統方法耗時長,如細菌的分離通常需要24～48 h,在某些特殊情況下,真菌的檢測與鑒定可能需要更長的時間[15-16]。為此,傳統的微生物鑒定方法已不能滿足食品安全快速且有效監測的要求,需要更便捷高效的檢測技術方法。

隨著食品安全形勢的日益嚴峻,食品安全監測在促進食品衛生和人類健康方面發揮著重要作用,而可靠的分析檢測技術是食品安全監測的重要依據,因此,食品中微生物污染的快速評價工作顯得十分必要且刻不容緩。目前,揮發性有機物的檢測正逐漸成為揭示食品中微生物污染的一種新的、有效的方法,測定食品中微生物揮發性有機物和鑒定其種類的程序通常如圖1所示。因此,本文綜述了食品中微生物揮發性有機物的檢測分析方法及其在食品安全檢測與監測中的實際應用,旨在研究微生物污染食品的程度情況,為提高食品安全,促進安全食品新技術開發提供理論參考。

圖1 微生物揮發性有機物的檢測和種類鑒定的流程Fig.1 Flow of microbial volatile organic compounds and species identification

1 食品中MVOCs的檢測分析方法

1.1 前處理方法

微生物在生長代謝過程中產生的揮發性有機物含量較低,因此盡可能全面富集MVOCs是檢測的前期關鍵。其次,MVOCs成分較為復雜,往往含有不同極性、不同官能團、不同異構體的多種物質,這就要求采用一種高效、適宜的采樣方法。食品中MVOCs的采樣技術主要有固相微萃取(SPME)[17-18]、吹掃捕集(PT)[19-20]和針捕集(NT)[21],不同食品MVOCs的樣品富集方法見表1。尤其SPME,因具有高靈敏性、耗時短、采集速度快等特點[22-24],已廣泛應用于食品中MVOCs的采樣步驟[25-30]。

表1 不同食品中MVOCs的樣品富集方法Table 1 Sample enrichment methods for MVOCs in different foods

1.2 定性與定量方法

MVOCs的鑒定應以高靈敏度的現代儀器分析技術為基礎,以獲取準確的定性和定量數據,氣相色譜-質譜(GC-MS)和氣相色譜-飛行時間質譜(GC-TOFMS)聯用技術因其既可對已知物進行準確定量,又可對未知物進行初步定性的能力,是目前食品中MVOCs分析的常見檢測方法[27,33,36,38]。

然而一維氣相色譜分離存在色譜峰容量不足、共流出以及雜峰干擾等諸多弊端,對此,全二維氣相色譜(GC×GC)通過將分離機理不同而又相互獨立的兩根色譜柱以正交方式組合,極大地提高了色譜的分離能力和分析速度,并與飛行時間高分辨率質譜相結合,提供了更高分辨率、高峰容量和高分離度的檢測技術,大大提高了MVOCs的分離與鑒定水平。如采用非靶向的二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術(GC×GC-TOFMS)檢測發酵黃瓜中與微生物腐敗有關的揮發性有機物[42],通過比較發酵前后檢測到的MVOCs,發現33種揮發性有機物的排放量發生了顯著變化,其中乙酸、丙酸、丁酸、乙酸正丙酯的濃度均大幅度增加,糠醛的含量卻有所下降。GC×GC-TOFMS方法還可用于識別受污染的谷物和咖啡豆排放出來的揮發性有機物[43],共鑒定出54種MVOCs,首次發現甲苯、3-辛酮、2-壬酮、2-甲基-3-戊醇、1-辛-3-醇、2-己酮的含量與樣本受微生物污染程度密切相關。

此外,二次電噴霧電離質譜(SESI-MS)[41]、離子遷移率譜(IMS)[44]、選擇性離子流管質譜(SIFT-MS)[45-47]和質子轉移反應質譜(PT-MS)[48-49]等直接質譜分析技術也逐漸在食品MVOCs檢測領域展開了應用,其方法的特點是將微生物產生的VOCs直接引入電離器件和后續的質譜分析儀中,無需富集取樣和分離即可進行檢測,實現了MVOCs的實時在線監測。另外,電子鼻(E-nose)作為一種新型的分析技術,也被提出用于食品MVOCs的檢測與研究[50-51]。表2收集了不同食品MVOCs的檢測分析方法。由表2可知，不同的食品種類,其優勢腐敗菌各有差異,而且在同一食品基質下,利用不同的檢測分析方法,鑒定出來的微生物種類也有一定的區別。

表2 食品MVOCs的檢測方法Table 2 Detection methods of food MVOCs

綜上,MVOCs因具有多種類、多成分的特點,其檢測分析方法也形式多樣,且各有利弊。GC-MS對于大多數揮發性成分的研究來說無疑是一種成熟的分析技術,但在某些情況下,由于存在較大濃度范圍內的代謝物的相互洗脫,其分辨率受到限制。SESI-MS、IMS等直接質譜技術則避免了因樣品前處理造成的損失和成分變化,具有分析速度快、靈敏度高的特點。E-nose作為一種化學多傳感器檢測陣列,雖成本較低且方便攜帶,但對具體分析單獨揮發性物質成分仍存在一定的難度。因此MVOCs定性和定量檢測分析方法如何更好地與現實應用需求成功聯結,仍值得深入探討。

2 MVOCs分析在食品安全監測中的應用

縱觀當前的食品安全檢測技術,MVOCs的分析無疑為食品安全監測的手段注入了新鮮血液,在監管監督各類食品安全時,MVOCs檢測技術由于其精確度高和靈敏性強而在食品行業中具有較為樂觀的發展前景,而且采用該技術的同時也推動了我國食品安全檢測技術的發展與革新。但現如今,食品安全問題熱度居高不下,社會大眾對食品的采購與食用陷入了信任危機,因此,新技術的引用與發展可在促進我國食品安全相關問題解決的同時,也能相應改善我國食品安全事故頻發的現狀。

2.1 MVOCs分析在食品包裝中的應用

食品包裝是食品商品的組成部分,是食品工業的必要工程之一,它能使食品在流通過程中,防止生物的、化學的、物理的外來因素的損害。食品包裝作為影響微生物生長的主要因素之一,不僅能影響微生物區系的發育,還能影響揮發性有機物的生成。

Mayr等[56]研究了4 ℃下空氣包裝和真空包裝的肉類(牛肉和豬肉)被微生物污染的腐敗情況,發現牛肉和豬肉中MOVCs的濃度在這兩種包裝方式下均大量增加,且空氣包裝的牛肉和豬肉樣品中MOVCs的排放量較大。此外,空氣包裝的牛肉樣品中的假單胞菌的揮發性有機物濃度與其細菌數量有顯著的正相關性,而豬肉樣品中,MVOCs濃度越大表明其受腸桿菌污染的程度越大。Casaburi等[58]采用氣相色譜-質譜聯用技術監測了在空氣和真空包裝貯藏條件下,被酒石酸肉桿菌污染的牛肉樣品中的揮發性有機物,分別鑒定出33種(空氣)和24種(真空)MVOCs,所有在空氣中被污染的牛肉樣品散發出的揮發性有機物的濃度均高于真空貯藏,其中乙酸乙酯、丁酸和1-辛醇被認為是MVOCs的主要化合物。Balamatsia等[59]以揮發性胺作為監測指標,評價了家禽肉類在空氣、真空和改性大氣三種包裝中的腐敗情況。其研究結果發現,在整個貯藏過程中,三甲胺氮(TMA-N)和總揮發性堿性氮(TVB-N)的含量顯著增加,且所有雞肉樣品在改良空氣包裝中檢測到的TMA-N和TVB-N值均明顯低于空氣和真空包裝。Parlapani等[34]還通過監測海鯛魚片在空氣和改性大氣兩種包裝中散發出的揮發性有機物,共檢測到由醇、醛、酮、酯和乙酸等組成的44種MVOCs,觀察到酯類和大部分酮類化合物僅存在于空氣貯藏的樣品中,得出假單胞菌是主要的腐敗性微生物。

食品包裝技術是現代食品工業的最后一道工序,良好的包裝能夠有效抑制病原菌的滋生,延長食品保質期限,方便運輸,促進銷售。因此,通過監測不同包裝條件下腐敗菌散發出的揮發性有機物的成分和含量,可及時了解食品受微生物污染的程度以及變質情況,從而及時改進食品的生產與管理,實現食品安全問題“四早”目標(早發現、早警示、早控制和早處理),以盡可能保證食品避免受到微生物污染的威脅。

2.2 MVOCs分析在食品貯藏中的應用

食品貯藏是食品流通間的重要中間環節,涉及到生產、運輸、銷售和消費的各個步驟。食品貯藏除了應采取措施避免食品受到物理性、化學性污染、機械性損害和蟲鼠危害外,最重要的還是預防和控制微生物對食品的污染和腐敗。

2.2.1 肉制品 對肉類食品貯藏的研究中,Lasse等[38]對商業和無菌冷熏三文魚樣品中腐敗細菌產生的揮發性有機物進行了研究,在冷藏溫度為5 ℃時,共檢測到醇類、醛類、酯類、酮類、酚類等38種揮發性有機化合物。其中,在商業冷熏三文魚樣本中檢測到的揮發性有機物中,1-丙醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇和(E)-2-戊-1-醇)和2-丁酮的濃度明顯升高,多數醛類物質濃度無明顯變化。而在無菌冷熏三文魚樣品中,2-甲基-1-丙醇、1-丁醇、2-乙基-1-己醇等醇類物質含量呈下降趨勢,說明此類揮發性有機物可能是腐敗微生物活動的結果。Alexandrakis等[60]從感染了假單胞菌和熱帶菌的愛爾蘭雞胸脯肌肉所釋放的揮發性有機物中鑒定出了乙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯甲酸甲酯、庚烷、甲乙酮、二硫化碳、二甲基硫化物、己醛和甲苯等10種化合物,發現這些化合物的濃度隨貯藏時間的變化而變化,如乙醇、丙酮和乙酸乙酯的濃度第4 d起逐漸升高,在第8 d時顯著升高,尤其是丙酮,推測這三種濃度顯著增加的化合物是微生物污染的潛在生物標志物。Geeraerts等[61]采用頂空固相微萃取-氣相色譜-飛行時間-質譜聯用技術(HS-SPME-GC-TOF-MS)對一種熟雞肉產品在3個不同儲藏溫度范圍的可能存在的污染細菌的揮發性物質進行了定性分析,研究結果共提出33種揮發物,提出1-辛醇、2,3-丁二醇、乙酰托因、苯甲醛、乙醇、甲基丁醛和甲基丁醇可作為家禽熟制品細菌生長或化學降解的生物標志物。

2.2.2 水果類 水果是人們日常生活中不可缺少的副食品,是食品工業重要的加工原料,但是作為水果貯藏的主要病害,由微生物引起的浸染性病害在貯藏初期卻是不易被發現。于是,Vikram等[62]采用GC-MS方法,對麥金托什紅蘋果接種了4種真菌(灰葡萄孢菌、青霉菌、梨狀毛霉菌和念珠菌)后產生的MVOCs進行分析,研究結果共檢測到498種不同的MVOCs,其中梨狀毛霉菌的特征性物質是丁酸丁酯、4-甲基-1-己烯和2-甲基四唑,氟乙烯和3,4-二甲基-1-己烯只存在于青霉菌,氟乙烷和乙酸甲酯對灰葡萄球菌和念珠菌均有特異性,為果實采后病害的早期防治提供了一種新方法。之后,Moalemiyan等[36]將芒果作為研究對象,研究了感染焦腐病菌和炭疽桿菌的芒果的MVOCs。研究結果顯示,1-戊醇和崖柏醇分別是焦腐病菌和炭疽桿菌的特異性物質,萜烯在炭疽桿菌揮發性有機物中含量最高,3-蒈烯則是焦腐病菌的高含量揮發性成分。同時實驗數據表明1,2,4-苯并羧甲酸、1,2-二甲酯、1,4-環己二烯、1-甲基和1,4-戊二烯等幾種物質可作為焦腐病原菌的早期監測指標。而在對變質番茄的研究[35]中,4-甲基辛烷,1,2,3-三甲基苯,3,7-二甲基十一烷,1-十六烷醇,2-異丙烯基-5,5-二甲基-1,3-二惡烷和正丙烯腈(3-疊氮基丙烯腈)等6種MVOCs被發現是接種單核細胞增生李斯特氏菌的果實所特有的,表明這些獨特的代謝物可以用作生物標記物,以在疾病發展的早期階段檢測番茄病/病原體或產毒真菌。

2.2.3 谷物類 糧食作物在儲藏過程中經常受到細菌、真菌等微生物的污染,揮發性有機物的檢測也已成為早期鑒別糧食中微生物污染的有效手段[63]。如Salvador等[43]調查了受微生物和螨蟲污染的谷物和咖啡豆中的揮發性有機物,發現54種MVCOs在物品儲存過程中產生,而且MVCOs在不同的谷物中表現出明顯的差異,如白米、糙米和小麥中醛類物質含量較高,與Wang等[64]的研究結果相一致,而粗米中醇類物質占比較大,燕麥籽粒則以醛類和醇類為主。嘔吐毒素是谷物受到鐮刀菌感染后的主要產物,Lippolis等[27]分析了鐮刀菌污染的硬質小麥產生的70種MVOCs,發現單端孢霉烯,長葉烯,3-甲基丁醛,十三烷,γ-己內酯和6,10,14-甲基2-十五酮與嘔吐毒素的產生緊密相連。Sun等[65]運用了SPME和GC-MS方法對2株黃曲霉菌株在玉米基質上生長代謝產生的揮發性化合物進行監測,鑒別出52種揮發性有機物,能夠對兩種黃曲霉菌株進行很好地區分。

MVOCs的分析主要是利用與某一微生物屬相關的特異性揮發性有機物對食品在貯藏過程中的污染變質情況做出快速、早期和在線的檢測,為盡早采取處理措施以及進行防治提供了依據,逐漸成為了監測和預防食品在貯藏期間的遭受微生物侵害的簡便、高效的新方法。當下,隨著人們健康意識的加強、食品安全理論的不斷深入以及現代快檢技術的廣泛應用,MVOCs的分析檢測在防控食品腐敗變質的研究開發展現出新的發展機遇,利用MVOCs的特異性防治微生物侵染貯藏食品的技術將日趨完善。

2.3 MOVCs檢測在食品風味品質中的應用

在我國，隨著國民物質生活水平的提高,人們對生活的質量越來越注重,對食品的要求也越來越高,不僅要求食品的外觀與口味,還注重食品的營養價值與安全等。因此,對食品進行高效及準確地檢測,評價與控制產品風味品質,保證食品的質量等一系列的食品安全防控問題隨之而來。

2.3.1 乳制品風味 乳制品作為一種高營養價值的食品,含有人體新陳代謝所必需的全部營養物質,同時,它對微生物來說也是極好的培養基。當牛奶被微生物污染后,在適當的溫度下,微生物會迅速增殖,從而使牛奶酸敗、變質,失去食用價值。Hettinga等[32,54]采用頂空固相微萃取富集方法對牛奶中的MVOCs進行了研究分析,共檢出19種化合物,鑒定出了金黃色葡萄球菌、凝固酶陰性葡萄球菌、乳房鏈球菌、失乳鏈球菌和大腸桿菌等5種細菌。隨后,Chen等[66]的研究報告證實了3-甲基丁酸是金黃色葡萄球菌在牛奶中的重要生物標記物。而Bahroun等[67]則通過HS-SPME-GC-MS方法對牛奶樣品中的沙門氏菌釋放的外源VOC進行了鑒定和定量,表明2-氯苯酚,苯酚和3-氟苯胺是沙門氏菌釋放的特異性物質。此外,Ndagijimana等[68]還研究了三種冷藏溫度下短青霉在不同類型酸奶(分別添加蔗糖、果糖、果糖-水果片)中產生MVOCs的情況,在21 d的貯藏過程中,共鑒定出30個揮發性有機化合物。結果詳細描述了隨著貯藏時間的延長和營養物質的添加量增加,酸奶中MVOCs的含量發生了很大的變化:含蔗糖的酸奶,酒精含量在第5 d達到29%,而含果糖的酸奶,甲基酮含量在第5 d達到90%,且2-戊酮含量較高;兩種酸奶均以2-庚酮為主。自第5 d起,酸奶樣品中3-甲基-1-丁醇、1-戊醇、2-庚酮、2-戊酮等化合物的濃度逐漸下降,在某些情況下,這些化合物在21d后甚至達到無法檢測的水平。

2.3.2 肉制品風味 肉制品因品種繁多、色澤獨特、口味優良等特點深受消費者的青睞,但目前肉制品的加工方式存在著不少缺陷,質量安全不宜控制、貯藏時間短等,從而引起食品腐敗變質問題。Hierro等[52]研究了接種總狀毛霉、青霉后的干發酵香腸的MVOCs,共鑒定出55種揮發性有機物,青霉菌中1-辛烯3-醇的濃度約為總狀毛霉菌的2～7倍,以2-甲基丙醛、2-甲基丁烷和3-甲基丁烷為主的支鏈醛濃度較高,其對應的醇類物質(2-甲基-1-丙醇、2-甲基-1-丁醇和3-甲基-1-丁醇)同樣存在相同情況。4 ℃下研究兩種包裝環境儲存長達22 d的白香腸的揮發性有機化合物頂空分布[69],發現其VOCs譜包括5種醇類、4種酯類、4種酮類、14種單萜類、14種含硫化合物和5種雜類化合物,變質白香腸中含硫化合物占比較大,與腐敗有關的硫乙酸甲酯、硫乙酸丙酯和二甲基三硫醚在第16 d后排放越來越多。

2.3.3 醬制品風味 醬類食品雖滲透壓高,自由水分少,微生物不易繁殖,室溫下能夠臨時存放,但是卻會緩慢地發生脂肪氧化反應,風味變差,且開封后若不適當保存,易容易引起微生物污染。Nieminen等[70]對接種黑曲霉VH10、翹孢霉VH12、毛霉AK1、青霉(S645H、VH11、VS13、14、21)、木霉VS20和枝霉95/113等10種真菌菌株的草莓醬中的MVOCs進行了研究,一共發現了25種揮發性有機物,除95/113枝霉菌外,其他真菌均產生2-戊酮和3-甲基-1-丁醇兩種物質,此外,青霉屬、黑曲霉VH10、翹孢霉VH12和木霉VS20都含有1,3-戊二烯和苯乙烯。Niu等[71]則利用GC-MS研究了蠶豆醬腐敗微生物的產氣情況,對地衣芽孢桿菌在生長過程中揮發出來的氣體進行了檢測,為進一步采取有效策略來抑制蠶豆醬中產氣微生物的生長提供理論基礎。

2.3.4 飲料風味 微生物污染同樣會引起飲料的腐敗變質和感官缺陷。Hubert等[72]利用兩不同菌株研究了醋酸菌在功能性飲料中的腐敗情況,采用GC×GC-TOF-MS檢測技術共鑒定出33種主要物質,其中發現2-苯乙醇,3-戊酮,2-壬醇,2-硝基-1-丁醇為關鍵揮發物。再者,Iamanaka等[28]調查了咖啡飲料接種青霉菌、曲霉菌后的MVOCs情況,結果表明,青霉菌接種樣品中檢測到辛-3-酮、戊-2-酮,2-甲基丙-醇、己醇和2,6-雙(1,1-二甲基乙基)-4-乙基-苯酚,曲霉菌接種的咖啡樣品中,只檢測到甲基丙醇、辛-1-烯-3-醇和3-甲基-丁醇等醇類物質。

食品風味對食品的受歡迎程度影響較大,在食品加工、食品貿易、食品經濟等領域具有重要的指導意義,作為一種新興的檢測技術手段,MVOCs的儀器檢測比傳統微生物菌落數檢測方法更加省時、便捷,樣品前期處理也比現代分子生物技術和免疫學技術更加簡便一些,通過對MVOCs進行檢測和分析,找到影響食品風味品質的關鍵揮發性成分,為快速檢測與鑒定食品中的致病菌,及時有效控制及預防致病菌傳播和食物中毒提供技術支持。

2.4 MOVCs檢測在食品腐敗菌鑒定中的應用

食品腐敗變質的一個實質內容是食品中蛋白質、碳水化合物、脂肪等被微生物代謝分解的過程,因此對食品進行微生物含量的測定及其種類鑒定,可以反映食品被微生物污染的程度及是否發生變質現象,同時它是判定食品生產的一般衛生狀況以及食品衛生質量的一項重要依據。

2.4.1 肉類食品腐敗菌的鑒定 通常肉類食品能與某一微生物屬相關的特異性MVOCs作為相應微生物的檢測指標。Ercolini等[73]通過對牛肉MVOCs的分析,研究了嗜溫和嗜冷細菌的腐敗潛力,結果表明已酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯和乙酸異戊酯等醇類物質對大腸桿菌污染的牛肉樣品具有特異性;假單胞菌25P污染后的牛肉樣品僅有2-丁基辛烯醛、10-十一烯醛等醛類物質和唯一存在的酯類化合物-甲酸乙酯;此外,麥芽酒石酸桿菌9P揮發物中醇類物質含量最高,2-乙基-1-己醇、2-丁基-1-醇、2-己醇-1-辛醇、2-壬酮、2-乙基己醛均不存在。Martín等[26]對伊比利亞干腌火腿中的揮發性有機物進行了微生物深層腐敗的表征,共鑒定了70多種揮發性有機物,發現變質火腿的碳氫化合物的比例明顯升高,甲苯和間二甲苯含量最高,但這被認為是由于豬的飼料所引起的[40]。直鏈羰基化合物和支鏈羰基化合物在伊比利亞干腌火腿的風味中起著重要作用,但在變質火腿中,苯甲醛、苯乙醛和環己酮等環狀和芳香羰基物質所占的比例更高,鑒定出腸桿菌科腐敗菌。Holm等[53]通過研究了四種腐敗菌污染的臘腸切片所釋放的揮發性有機物,對熱裂薊馬菌、黃斑假單胞菌、嗜麥芽紅肉桿菌和白串珠菌的MVOCs組成進行了評價,鑒定了42種不同的MVOCs,其中黃斑假單胞菌的揮發物成分中二甲基二硫醚和二甲基三硫醚的占比較高,1-己醇和2-庚醇為白串珠菌的 主要特征化合物,熱裂薊馬菌、黃斑假單胞菌和嗜麥芽紅肉桿菌均存在二乙酰基、乙酰托因、2,3-甲基丁醇和2,3-甲基丁醇等物質。

2.4.2 水產品腐敗菌的鑒定 水產品營養豐富,風味各異,是均衡人們飲食所需營養物質的來源。水產品捕撈后,如不立即采取有效保鮮措施,很容易腐敗變質。其變質可能是由微生物活動、自溶作用或化學氧化作用造成,但特定腐敗生物的微生物活動比化學氧化或自溶更容易導致水產品腐敗。Odeyemi等[74]利用HS-SPME-GC-MS對蚌肉在儲存期間的腐敗菌產生的揮發性代謝產物進行了實驗,最后總共鑒定出44種化合物,發現二甲基三硫化物,甲基苯酚,3,5-辛二烯和硫己烯是希瓦氏菌所特有的。Foteini等[75]的研究表明假單胞桿菌和熱殺索絲菌是歐洲鱸魚的優勢腐敗菌,3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、丙酸酯、異丁酸酯等物質可作為腐敗菌的潛在標記物。而Parlapani等[76]對墨魚在貯藏期間的新鮮度的研究結果表明嗜冷桿菌是墨魚貯藏過程的主要腐敗菌,在貯藏后期其濃度含量顯著升高,認為各種揮發性有機物可以作為墨魚潛在的新鮮度指標。

2.4.3 果蔬腐敗菌的鑒定 果蔬類產品含水量相當高,是其完成全部生命活動的必要條件,同時也給微生物和酶的活動創造了有利的條件,因此極易產生腐敗變質,導致其保存期較短。采用SPME-GC-MS對引起蘋果腐敗的主要病原體釋放出的揮發性有機化合物進行了分析,以根據腐爛指數和病原體種類比較揮發性有機化合物的變化[77],發現乙醇,3-甲基丁烷-1-醇,苯甲醛,苯乙烯,檸檬烯和一些乙酯是衰變過程中排放的主要揮發性有機化合物。擴展青霉特征性揮發物為(E)-羥乙基-2-烯醛,1-甲氧基-3-甲苯,庚酸甲酯,碳酸二乙酯,2-苯乙酸乙酯,辛酸丙酯,癸酸乙酯,葡萄座腔菌特征性揮發物為(E)-己-3-烯基乙酸酯、1-甲基-4-丙-2-基苯、2-苯基乙醇、α-萜品烯和α-異松油烯,苯甲醇,2-乙基己醇,和苯乙酮則是煙草赤星病菌的潛在標記物。另有科研工作采用E-nose和SPME-GC-MS兩種技術監測冷藏西蘭花的新鮮度[78],通過判別分析的結果可區分新鮮、中等新鮮和變質樣品。使用GC-MS分析總共檢測到43種揮發性物質(包括烴,醇,酯,醚,醛,酮,硫化合物和硫氮化合物),隨著儲存時間的增加,二甲基二硫化物之類的硫化合物的大量積累。此外,通過評估變質洋蔥品種中揮發性有機化合物以檢測相關的微生物的存在,Kabir等[79]的研究結果鑒定出變質洋蔥含有四種真菌,分別為曲霉、鐮刀菌、毛霉菌和念珠菌。

因此,研究學者們通過對MVOCs的分析,初步確定了食品腐敗變質過程相關微生物的特征揮發性有機物,這為以后深入研究單一菌種的MVOCs,進一步闡述腐敗變質食品中MVOCs的生成機理奠定前期基礎,為建立更多微生物的氣味指紋特征圖譜庫,推動微生物氣味指紋檢測技術的發展提供依據。

3 展望

食品檢驗的意義在于盡早發現問題、消除食品安全隱患。到目前為止,揮發性有機物作為微生物生長的指標已經在食品安全監測中得到了廣泛的應用,它不僅為檢測食品品質變化、保證食品質量、延長食品貨架期提供積極作用,也為微生物的鑒定提供了便捷有效的方法。然而,采樣技術對MVOCs的測定影響較大,因此基于揮發性有機物分析的微生物種類鑒定也可能受到一定的影響,這就要求今后需要發展更快速、更有效的適合各類樣品的取樣和富集技術,目前,集取樣和富集于一體的固相微萃取技術前處理技術研究無疑是一種很好的方向。其次,揮發性有機物的測定分析方法具有重要的意義,以氣相色譜-質譜聯用為基礎的技術方法具有良好的色譜分離和可靠的定性信息,有利于后續微生物屬性鑒定,同時,隨著全二維氣相色譜-質譜聯用技術的發展,在MVOCs檢測方面能夠提供高通量的檢測數據,為微生物深入研究提供良好的檢測技術。其他的質譜分析技術如SESI-MS、IMS、SIFTMS、PCR-MS等,無需采樣和色譜分離,較好地還原檢測產物的全面性,但由于此類設備的可用性有限,這些方法還不能在食品安全監測的日常工作中普及,今后在這方面還需要進行更多的研究。最后,揮發性有機物包括一系列具有不同化學性質的化合物,作為微生物種類鑒定的基礎,MVOCs指紋圖譜需要通過一系列統計分析對其組成成分進行可靠地解釋。目前,雖然不同的多元統計分析方法已經被引入到微生物源揮發性有機物的分析,但還需要更全面的研究來闡明揮發性有機物的概況,因此,進一步揭示揮發性有機物與微生物種類之間相關性的新標記物或新技術方法還尚待開發。