微生物檢測技術的相關研究進展

摘 要：本文探討食品檢驗中微生物檢測技術及其應用、實施流程，分析微生物檢測技術面臨的挑戰，并提出解決方案，旨在提升食品安全水平。

關鍵詞：食品檢驗；微生物；標準化檢測

Abstract： This paper discusses the microbial detection technology and its application and implementation process in food inspection， analyzes the challenges faced by microbial detection technology， and puts forward solutions to improve food safety.

Keywords： food inspection; microorganisms; standardized testing

《中華人民共和國食品安全法》對食品安全提出了更為嚴格的要求，強調在食品供應鏈各環節建立質量控制體系。隨著人們對健康的重視和對食品安全要求的提升，微生物檢測在食品安全領域的應用越來越廣泛。微生物檢測需求的增長推動微生物檢測技術的研究與發展。微生物污染是食品源疾病的主要問題，傳統培養法是食品微生物檢測的常用方法，通過培養細菌觀察菌落形態并確定微生物種類。但此方法的操作時間較長，可能遺漏微生物的種類。因此，食品檢驗中的微生物標準化檢測至關重要。

1 微生物檢測技術及其應用

1.1 常見的微生物檢測技術

1.1.1 傳統培養法

在食品微生物檢測中，傳統培養法是通過將食品樣品接種到特定的培養基上，在適當的溫度和濕度條件下進行培養，然后觀察微生物的生長情況。這種方法能夠直觀反映微生物的活性，并觀測出微生物的種類和數量信息[1]。但此方法的檢測周期長，需數天甚至數周，不適用于需快速判斷食品安全的場合。

1.1.2 分子生物學方法

分子生物學方法是利用生化、免疫學、分子生物學原理，快速、準確檢測食品中的微生物。常見方法包括PCR法和ELISA法。PCR法是在體外擴增DNA序列的技術，用于檢測食品中的病原微生物，如沙門氏菌、大腸桿菌等。

1.1.3 免疫學方法

免疫學方法是利用抗原與抗體之間的反應來檢測和識別有害物質。常用的免疫學方法包括免疫熒光法、免疫酶技術、免疫膠體金技術等。免疫熒光法檢測病原微生物的靈敏度超過90%，特異性也較高，其檢測限可達到納克級別。

1.1.4 生物傳感器技術

生物傳感器技術融合了生物學、化學和物理學原理，用于檢測食品中的有害物質。該技術利用生物識別元件與待測物質發生特異性反應，并轉化為可測量的電信號。在農藥殘留檢測中，生物傳感器技術的檢出限低于傳統方法，檢測時間縮短。

1.2 微生物檢測技術在不同類型食品中的應用

1.2.1 奶制品

在奶制品中，微生物標準化檢測技術主要應用于檢測乳制品中的致病菌，如沙門氏菌、金黃色葡萄球菌。通過定期的檢測，可以保障乳制品的食用安全。數據顯示，使用微生物標準化檢測技術后，乳制品的合格率有了顯著提升，某地區乳制品的抽檢合格率從之前的90%提升到了98%[2]。

1.2.2 肉制品

肉制品在加工、儲存和運輸過程中使用微生物檢測技術，可以有效地檢測出肉制品中的細菌總數、大腸菌群等微生物指標，進而判斷肉制品的衛生質量。據統計，應用該技術后，某地區肉制品的微生物污染率降低了30%[3]。

1.2.3 果蔬制品

果蔬制品在生長、采摘和加工過程中也容易受到微生物的污染。微生物標準化檢測技術可以檢測果蔬制品中的農藥殘留、重金屬以及病原微生物等。數據顯示，在使用該技術后，某地區果蔬制品中的農藥殘留超標率從5%降低到了1%[4]。

1.2.4 水產品

水產品由于其特殊的生長環境和處理方式，更容易受到微生物的污染。使用該技術后，某地區水產品的合格率從85%提升到了97%，提高了水產品的安全性[5]。

2 微生物檢測技術的實施流程

2.1 樣品采集與處理

2.1.1 采集方法

在采集樣品時，應選擇無菌棉簽擦拭法和空氣采樣法。例如，在實驗室內部的不同表面（如工作臺、儀器設備等）進行采樣時，應采用無菌棉簽擦拭法，使用無菌棉簽輕輕擦拭表面，確保采集到足夠的微生物樣本[6]。

2.1.2 預處理步驟

每次采樣后，棉簽應放入含緩沖液的試管中。空氣采樣是使用微生物采樣器在不同位置進行連續一周采樣，每天兩次，每次30 min。棉簽擦拭法采集20個樣本，空氣采樣法采集14個樣本。樣品需預處理去除雜質并濃縮微生物。利用無菌棉簽擦拭法采集的樣品應放入生理鹽水離心管，混勻離心后取上清液分析；將過濾材料（如濾紙或濾膜）放在采樣夾上，并用抽氣裝置抽氣，使空氣中的顆粒物被阻留在過濾材料上。稱量過濾材料上的顆粒物質量，根據采樣體積計算出空氣中顆粒物的濃度。將濾膜放入離心管中。在2～8 ℃條件下以1 000×g的速度離心20 min，以除去細胞碎片和雜質。收集上清液備用。

2.2 微生物培養與分離

2.2.1 培養基的選擇與制備

由于營養瓊脂培養基支持多種微生物的生長，故檢測時選擇營養瓊脂培養基進行微生物的培養與分離[3]。培養基的制備應嚴格按照標準操作規程進行，確保無菌條件，避免污染。配制程序是準確稱量所需培養基成分，將固體成分溶解于去離子水中（必要時加熱攪拌）。使用緩沖物質調整pH值至適宜范圍，去除懸浮物和雜質。將溶液分裝到適當的容器中，121 ℃高壓滅菌20 min，檢定確認培養基的質量。

2.2.2 微生物的接種與培養條件

每批培養基應隨機取不少于5支（瓶），于各培養基規定的溫度下培養14 d，確保無菌生長。接種前，相關人員應對培養基進行檢查，確保其無菌且質量合格。接種時，取一小部分預處理后的樣品，輕輕涂抹在培養基上。培養條件設定為37 ℃，培養時間為24 h。培養基的pH值應保持在適當的范圍內，通常在7.2～7.4。

2.3 微生物鑒定與計數

在微生物培養完成后，通過形態學觀察對微生物進行初步鑒定。利用顯微鏡觀察菌落的形狀、大小、邊緣特征，以及細菌的形狀、排列和染色特性[4]。為了更為精準地確定微生物的種類歸屬，需要進行一系列生化特性檢測，包括糖發酵、吲哚測試以及MR-VP實驗等。這些實驗有助于深入了解該微生物的代謝特性及其酶活性。為了評估微生物的數量，通常會進行菌落計數。通過稀釋平板法或其他計數方法，可以確定每毫升或每克樣品中的微生物數量。

2.4 結果分析與報告

針對形態學觀察、生理生化試驗和分子生物學鑒定的數據進行綜合分析。將PCR擴增產物進行末端修復、連接測序接頭和PCR擴增，構建測序文庫。使用高通量測序儀（如Illumina HiSeq、Ion Torrent PGM等）對文庫中的DNA片段進行測序，生成fastq格式的原始數據。以Illumina測序為例，在測序過程中，DNA模板在流動池中被固定，測序引物與模板結合，隨后加入帶有熒光標記的dNTP進行邊合成邊測序。利用生物信息學軟件分析16S rRNA基因測序結果。通過比較不同樣本的序列數據，可以識別出微生物群落中存在的不同菌屬和菌種，進而進行功能預測和生態學分析。

3 微生物檢測技術的挑戰與解決方案

3.1 技術挑戰

3.1.1 食品微生物多樣性檢測精度不足

微生物種類多樣，包括細菌、真菌、病毒等，且其形態、生理特性和環境適應性各異，為檢測帶來了挑戰。傳統的微生物檢測方法，如顯微鏡觀察等，雖然在一定程度上可以識別微生物，但面對種類繁多的微生物，傳統方法已難以滿足檢測需求。此外，常規方法針對痕量級別的微生物的檢測也存在困難。特別是在冷藏食品中，某些病原菌的濃度可能極低，使得檢測工作變得較為困難[7]。

3.1.2 樣品成分存在潛在影響

在微生物檢測中，外部因素如溫度、濕度、pH值及化學物質可能影響結果的準確性。樣品中的其他成分也可能干擾微生物的生長和檢測。研究發現，在處理食品樣品時，pH值波動超過0.5個單位，可能導致微生物檢測的準確率下降20%。pH值會影響酶的活性。當pH值抑制菌體中某些酶的活性時，會阻礙菌體的新陳代謝。同時，pH值還會影響微生物細胞膜所帶電荷的狀態，從而改變細胞膜的通透性，影響微生物對營養物質的吸收。不同微生物種類對pH值的要求也不同。一般來說，細菌和放線菌的pH值一般為中性或微堿性，而酵母和霉菌則適合在偏酸的環境中生長。當環境中的pH值超過或低于其適于生長的pH值范圍時，微生物的生長就會受到抑制。

3.2 解決方案

3.2.1 技術創新與改進

為了應對挑戰，科研人員和技術人員正在探索新的檢測方法和技術。例如，質譜檢測和宏基因組測序等新技術在微生物檢測領域的應用越來越廣泛。質譜技術可以利用已知菌種數據庫進行對比檢驗，通過對待測樣本進行檢測，獲得其蛋白質圖譜，再將所得的質譜圖與數據庫中的微生物參考圖譜進行比對，從而得到鑒定結果。宏基因組測序技術也在微生物檢測中發揮著重要作用。該技術通過對臨床樣本中的核酸進行高通量測序，然后與病原體數據庫進行逐一比對并分析序列信息，依據大數據分析比對得出的序列信息來判斷樣本所包含的病原微生物。此外，高光譜技術結合平板菌落法能夠同時捕獲樣本的光譜信息與空間位置信息，并結合化學計量學方法對平板的菌落進行分割，可實現計數，提高了食品品質安全監測的準確性[8]。這些技術提高了檢測的靈敏度和特異性，并能提供微生物種群信息。

3.2.2 儀器設備的升級與優化

采用高通量測序平臺，如Illumina MiSeq或Ion Torrent，可以同時檢測和鑒定大量微生物樣本，大大縮短檢測時間。集成多參數分析功能的微生物檢測儀器，如流式細胞儀，可以同時檢測微生物的大小、形狀、熒光標記等多個參數，提供更全面的微生物信息，幫助技術人員從大量數據中提取有價值的信息，優化檢測流程。

3.2.3 標準化操作流程的完善

為提高微生物檢測的準確性和可重復性，應制訂詳細的操作指南和質量控制標準，減少人為因素和操作誤差對檢測結果的影響。在標準化操作流程的實驗室中，微生物檢測準確率提升近10%，檢測結果的波動性降低。

4 結語

本研究運用先進微生物檢測技術，對食品進行了全面檢測分析。在奶制品、肉制品、果蔬制品和水產品等領域，該技術提高了抽檢合格率，降低了微生物污染和農藥殘留風險，有助于維護食品安全，保障消費者權益。

參考文獻

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[8]王雪.微生物檢驗技術在食品微生物檢測中的應用[J].中文科技期刊數據庫（全文版）自然科學，2023（4）：196-199.