微生物快速檢測技術在食品安全保障中的應用

作者簡介：劉長波（1975—），女，寧夏銀川人，本科，實驗師。研究方向：食品安全監管。

摘 要：隨著食品安全問題的日益突出，傳統的微生物檢測方法已無法滿足現代社會對快速、準確檢測的需求。微生物快速檢測技術，包括免疫學檢測、基因探針和傳感器技術，為食品安全保障提供了新途徑。本文介紹了這些技術在肉類、乳制品和果蔬中的具體應用，并探討了適用于不同食品基質的技術選擇策略。通過優化和組合不同檢測方法，能夠提高檢測的靈敏度和特異性，為食品安全檢測提供可靠保障。

關鍵詞：食品安全；微生物快速檢測；免疫學檢測

Application of Rapid Microbial Detection Technology in Food Safety Guarantee

LIU Changbo

（Yinchuan Market Supervision Administration， Yinchuan 750001， China）

Abstract： With the increasing prominence of food safety issues， traditional microbial detection methods can no longer meet the needs of modern society for fast and accurate detection. Microbial rapid detection technology， including immunological testing， gene probes， and sensor technology， provides new avenues for food safety assurance. This article reviews the specific applications of these technologies in meat， dairy products， and fruits and vegetables， and explores technology selection strategies applicable to different food matrices. By optimizing and combining different detection methods， the sensitivity and specificity of detection can be improved， providing reliable guarantees for food safety testing.

Keywords： food safety; rapid microbial testing; immunological testing

隨著人們對食品安全的日益重視，傳統微生物檢測方法已無法滿足快速、準確的檢測需求。微生物快速檢測技術應運而生，為食品安全保障提供了新的解決方案。本文綜述了免疫學檢測、基因探針和傳感器等主要微生物快速檢測技術，并詳細探討了這些技術在肉類、乳制品、果蔬和飲用水等不同食品領域的具體應用[1]。

1 食品安全檢測中的微生物快速檢測技術

1.1 免疫學檢測技術

免疫學檢測技術利用抗原抗體特異性結合原理，通過抗體與食品樣品中待測物質的特異性結合實現快速檢測。常用方法包括酶聯免疫吸附測定、免疫熒光法和免疫層析法等。以酶聯免疫吸附測定中夾心法為例，簡述操作步驟：將特異性抗體包被于微孔板上，加入待測樣品，若存在目標抗原則與抗體結合；洗滌除去未結合物質后，加入酶標記的二抗，與抗原抗體復合物結合；洗滌后加入顯色底物，根據顏色變化判斷樣品中是否含有目標物質，并可通過比色定量分析。該方法靈敏度高，特異性強，可實現對食源性致病菌、毒素、農藥殘留等有害物質的快速篩查[2]。但該法同時存在操作較煩瑣、容易出現假陽性、抗體制備及保存成本較高等局限性。因此，在實際應用中還需進一步優化改進，如采用非標記免疫檢測技術簡化操作步驟，開發高親和力重組抗體提高特異性，并與其他技術聯用提升檢測性能，以更好地滿足食品安全檢測的需求。

1.2 基因探針技術

基因探針技術是以核酸分子雜交原理為基礎，利用DNA或RNA探針與樣品中特定序列互補結合實現目標微生物的快速檢測。制備寡核苷酸探針時，先根據目標微生物的特異性基因序列設計并合成探針，并進行標記，常用標記方式有放射性同位素、生物素和熒光染料等。將標記探針與變性后的樣品DNA雜交，在適宜條件下探針與目標序列特異性結合形成穩定的雜交復合物[3]。未雜交探針被洗脫去除，而結合探針的數量可通過檢測標記物的信號強度來判斷，且信號強度與目標序列含量成正比。采用熒光原位雜交可實現對樣品中微生物的原位可視化檢測，通過熒光顯微鏡直接觀察并計數發光菌體。基因探針技術具有特異性強、靈敏度高、無須培養等優勢，但操作相對復雜，對檢測環境和操作人員技術要求較高。

1.3 傳感器技術

傳感器技術通過將微生物代謝產物或細胞組分與傳感器表面的識別元件特異性結合，將生物信號轉化為可檢測的電信號，實現對食品中微生物的快速、實時檢測。基于識別元件的不同，傳感器可分為酶傳感器、免疫傳感器、DNA傳感器等[4]。①以免疫傳感器為例，其基本原理為將特異性抗體固定在電極表面，當樣品中存在相應抗原時，抗原抗體結合引起電極界面性質改變，導致電信號變化，將電信號采集處理后，即可實現對目標物的定性定量分析。②電化學傳感器靈敏度高、選擇性強、響應速度快，但易受環境因素干擾，如pH值、溫度、樣品基質效應等均會影響檢測結果。③光學傳感器包括表面等離子體共振傳感器、光導波導傳感器和光纖傳感器等，可實現實時、在線和無標記檢測，但儀器設備昂貴、操作復雜。④還有基于微生物代謝產生揮發性化合物的氣敏傳感器，基于微生物呼吸作用引起pH值變化的氧氣傳感器等。隨著微納米加工技術和信號處理技術的發展，傳感器正朝著微型化、集成化和智能化方向發展，有望實現便攜、高通量、多指標聯合檢測，為食品安全檢測提供更加快速、靈敏的解決方案。

2 微生物快速檢測技術在食品安全中的具體應用

2.1 在肉類產品中的應用

肉類產品中微生物快速檢測技術的應用主要針對肉類加工各環節中的致病菌和腐敗菌檢測。①采用熒光聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）技術檢測肉類中的沙門氏菌時，應先提取肉樣中總DNA，設計特異性引物和TaqMan探針，針對沙門氏菌特異性基因invA進行擴增。PCR擴增過程中，TaqMan探針特異性結合于擴增子，并被Taq DNA聚合酶5'→3'核酸外切酶活性水解，釋放出熒光基團，產生熒光信號。通過實時監測熒光信號強度變化，可判斷樣品中是否存在沙門氏菌，且起始循環數與菌量呈負相關，可實現定量分析[5]。該方法靈敏度可達10 CFU·g-1，檢測時間縮短為4～6 h。②而采用環介導等溫擴增（Loop-Mediated Isothermal Amplification，LAMP）技術檢測肉制品中的單增李斯特菌時，只需在恒溫條件下通過兩對特異性引物進行等溫擴增，無須溫度循環，可大大簡化操作流程和儀器設備。同時，采用pH指示劑或濁度法可實時檢測LAMP反應過程，實現目視化判斷結果，無須電泳等復雜檢測手段。③此外，將核酸適配體與量子點結合，構建熒光傳感器可實現肉類中致病菌的快速、靈敏檢測。核酸適配體通過指數富集

的配體系統進化（Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment，SELEX）技術篩選獲得，對目標菌具有極高的特異性和親和力，而量子點具有發光穩定、抗光漂白等優點。當樣品中存在目標菌時，核酸適配體特異性結合后構象發生改變，與量子點分離，熒光信號顯著增強，通過檢測熒光強度變化即可判斷致病菌的存在。

2.2 在乳制品中的應用

乳制品中微生物快速檢測技術的應用旨在檢測乳品生產加工各環節中的致病菌、腐敗菌以及食品安全指示菌。①采用核酸適配體芯片技術檢測乳制品中的金黃色葡萄球菌時，以表面等離子體共振成像（Surface Plasmon Resonance imaging，SPRi）為信號讀出方法，將篩選獲得的核酸適配體探針點樣固定于芯片表面，芯片表面還可修飾親水性化合物以減少非特異性吸附。將樣品通入芯片表面，樣品中目標菌與核酸適配體特異性結合引起SPR信號變化，根據信號強度與變化速率可實現對金黃色葡萄球菌的定性定量分析。SPRi可實現多通道、高通量檢測，無須標記，靈敏度與特異性較傳統SPR技術大大提高。②基于核酸適配體的光誘導電子轉移傳感器也可用于乳制品中致病菌的快速檢測。以大腸桿菌為例，將巰基化的核酸適配體修飾于金電極表面，另一端標記光敏染料如釕配合物，大腸桿菌存在時，核酸適配體特異性結合后構象發生改變，染料基團遠離電極表面，光照時產生的光電子不能傳遞至電極表面，因此光電流顯著降低。該方法無須分離純化，可實現全細胞一步檢測，且染料標記的核酸適配體更加穩定，可重復利用。與之類似，將核酸適配體與量子點、上轉換納米材料等熒光納米材料偶聯構建的光學傳感器也可實現乳制品中致病菌的快速、靈敏檢測，為食品安全提供有力保障。

2.3 在果蔬中的應用

果蔬中微生物快速檢測技術的應用主要針對農藥殘留、重金屬、腐敗菌和致病菌的檢測。①利用量子點作為生物標記，可構建紙基芯片實現對果蔬農藥殘留的快速、便攜檢測。以有機磷農藥為例，將其特異性識別的核酸適配體固定在纖維素紙上，另一端連接生物素化的量子點，存在農藥分子時，核酸適配體特異性結合后構象發生改變，使得量子點與紙基分離，紙基熒光顯著減弱。而當果蔬中農藥殘留含量較低時，量子點保持在紙基上，紙條在紫外燈下發出明亮熒光。使用一系列濃度梯度的標準溶液對應的熒光強度繪制工作曲線，可實現對果蔬中農藥殘留的定量分析。該方法操作簡單，無須復雜儀器設備，可實現現場快速檢測，且熒光量子點具有發光穩定、抗光漂白等優點，是理想的現場快檢工具。采用核酸適配體與金納米顆粒偶聯構建比色傳感器，通過顏色變化也可實現對果蔬農藥殘留的快速、靈敏檢測。②在果蔬致病菌檢測方面，基于免疫磁性分離與核酸同位素探針雜交的檢測技術可顯著提高致病菌檢測的靈敏度和特異性。以檢測甜瓜中沙門氏菌為例，將抗沙門氏菌抗體偶聯于磁性微球表面，果蔬樣品經勻漿、離心等前處理后，與免疫磁珠混合，沙門氏菌特異性結合于磁珠表面，經磁分離洗滌除去干擾雜質后，加入放射性同位素標記的核酸探針，與結合在磁珠上的沙門氏菌核糖體RNA特異性雜交，通過檢測放射性同位素的量即可實現對沙門氏菌的高靈敏定量檢測，為確保果蔬食品安全提供重要保障。

3 微生物快速檢測技術在食品檢測中的應用策略

食品基質復雜多樣，在應用微生物快速檢測技術時需綜合考慮食品樣品類型、待測微生物特性、檢測目的及靈敏度、特異性要求等因素。①對于固體食品樣品，如肉制品、奶酪等，由于其組織結構致密，微生物與基質結合緊密，采用傳統方法難以有效釋放微生物，影響檢測效果。此時宜選擇超聲波處理、酶解等樣品前處理技術，破碎組織結構，釋放微生物細胞，再結合免疫磁性分離技術富集分離目標菌，去除雜菌和PCR抑制物的干擾，從而提高檢測的靈敏度和特異性。②對于高蛋白、高脂肪含量的食品基質，PCR易受抑制，采用核酸提取純化試劑盒去除抑制物的同時，可能導致核酸損失，影響檢測靈敏度。此時可選擇基于RNA的恒溫擴增技術，如核酸序列等溫擴增（Nuclear Acid Sequence-Based Amplification，NASBA）技術等，RNA作為擴增模板，降低了PCR抑制物的影響，且RNA水平與細菌活性相關，可實現活菌檢測。③對于易形成生物膜的微生物，如李斯特菌等，可選擇高壓均質、超聲波處理等樣品處理技術，破碎生物膜，釋放微生物細胞，提高檢測靈敏度。而對于芽孢桿菌等有芽孢的耐熱菌，傳統的DNA提取方法難以破碎其芽孢壁，影響核酸提取效率。此時可采用梯度PCR技術，根據不同引物退火溫度設置多個反應管，有效提高擴增效率，降低假陰性率。④對于食源性致病菌的毒力基因檢測，可選擇熒光PCR技術，根據特異性毒力基因設計引物和探針，實現對標志性致病基因的快速篩查，為判斷微生物的致病性提供依據。

4 結語

本文系統地討論了微生物快速檢測技術在食品安全檢測中的應用，并探討了不同食品基質下的技術應用策略。結合免疫學檢測、基因探針和傳感器技術，可以顯著提高食品中微生物檢測的靈敏度和特異性。未來，隨著技術的不斷進步，微型化、集成化和智能化將是微生物快速檢測技術的發展方向。

參考文獻

[1]王旭.食品微生物快速檢測技術的現狀分析及應用[J].食品工程，2023（3）：4-6.

[2]李昕夢，趙相艷.食品微生物快速檢測技術研究進展[J].現代食品，2023，29（4）：162-164.

[3]李超瑩.快速檢測技術在食品微生物檢測中的運用[J].中國食品，2021（5）：110.

[4]齊艷君.快速檢測技術在動物動物食品微生物檢測中的應用[J].吉林畜牧獸醫，2020，41（8）：81-82.

[5]王艷婷，衛芳.探析快速檢測技術在食品微生物檢測中的應用[J].科技創新導報，2020，17（20）：75-76.