微生物挥发性代谢产物检测及在食品安全监测中的应用研究

□ 文 兴 陈柳翠 周燕霞 曹芸榕 成都市华测检测技术有限公司

近年来，人们的物质生活品质不断提升，对食品安全问题高度重视，同时也对安全检测技术提出了更高的要求。微生物挥发性代谢产物（MVOCs）是真菌与细菌在代谢中产生的多样挥发性化合物，是食品腐烂变质的根源所在，容易引发食源性疾病，如肠道感染症、食品中毒等等。对此，应采取科学合理的检测方式，有效控制微生物食品污染程度，使食品安全得到切实保障。

1 MVOCs 检测的内容与重要性

当前，食品安全检测技术的重要性日益突显，受到人们的高度重视。从检测技术层面上看，该项技术可准确全面检测出食品中微生物的类型与含量，使食品安全得到切实保障，主要的检测技术类型如下，①免疫学快速检测技术。该项技术采用荧光标记法，可分为直接法与间接法两种，具有操作性强、方便快捷的特点，但也存在些许不足，如检测结果容易受到影响，对检测设备要求较高等，在检测中需要高倍显微镜的支持，导致检测成本增加，可持续发展能力不强。②分子生物学检测技术，该项技术包括多聚酶链式技术、基因探针技术等。其中基因技术是通过带有同位素标记的探针与微生物基因的结合，对食品中微生物信息进行获取，该技术具有较强的时效性特征，应用价值较高，但存在一定的安全隐患，尤其是带有的放射性，可能危及检测者身体健康；多聚酶链技术是以多聚酶为核心，在体外针对微生物特异基因进行扩增、检测，由此获取食物内部微生物信息，该项技术操作简便，检测结果精准度高，值得推广使用。现阶段，食品安全问题日益严峻，致使整个食品行业陷入低谷时期。为了改善生产现状，需要发挥高科技食品安全检测技术的作用，对腐败变质的食品进行筛选，将食物污染问题扼杀在萌芽状态，杜绝食物中毒事件。食品安全关系到国计民生，只有不断提高食品质量，保障食品安全，才能使百姓吃得健康、放心[1]。

2 当前我国食品安全现状

2.1 安全标准体系不健全

我国食品安全问题始终不断，说明安全体制层面仍然存在不足。我国人口数量较多，分布范围较广，在制定安全标准时未能考虑到不同地区的个性需求，导致协调性不完善，食品问题多发。对此，国家食品部门应对各地食品状况进行调查，根据各地实际情况展开综合分析，由此制定更加科学适用的安全标准。

2.2 安全检测存在漏洞

与发达国家相比，我国食品安全检测仍然不够完善，导致食品安全问题时有发生，尽管当前检测制度与以往相比更加规范，但仍存在一些漏洞。现阶段，因化学制剂引发的食品安全事件发生概率降低，但因病原微生物引发的食品问题仍没有得到有效控制，这就要求食品相关部门对检测机制进行优化，对较为常见的肠出血性大肠杆菌、沙门氏菌等微生物给予高度重视。

2.3 违法违规生产存在

对于国内许多偏远地区来说，食品生产条件未能达到安全标准，仍存在不合法生产、加工现象，影响食品安全，且加工环境不达标，甚至存在无证经营情况，不但扰乱了食品市场秩序，还对消费者身体健康构成了严重威胁[2]。

3 MVOCs 在食品安全检测中的应用

从整体来看，MVOCs 在食品检测领域可谓是一股新流，在监督各类食品安全时具有精度高、灵敏度强的特点，拥有良好的行业发展前景。长期以来，食品安全始终是热点话题，消费者在食品采购方面产生信任危机。对此，新技术的应用与发展不但可提高食品安全问题，还可使食品安全现状得到有效改善。

3.1 食品包装

包装作为食品商品的重要内容，是食品工程的主要环节之一，可使食品在流通中避免受到物理、化学等外在因素的损害，有效抑制微生物的生长和发育。相关调查研究表明，在4 ℃环境下，分别对空气、真空包装下的肉类受污染情况进行对比，结果显示，在上述两种包装形式下MVOCs 浓度均有所增加，尤其是空气包装状态下的MVOCs 排放量相对更大，假单胞菌挥发性有机物浓度与细菌量具有正比关系，如若浓度较高说明污染度更高。利用气相色谱法对上述两种包装的贮藏效果进行检测，发现被酒石酸肉杆菌污染的肉质样品中带有挥发性有机物，空气状态下有33 种有机物，真空状态下有24 种，空气中被污染的肉制品中带有的挥发性物质浓度均超过真空状态，尤其是丁酸、乙酸乙酯，均属于MVOCs 中的关键化合物。在某项研究中，对挥发性胺进行检测，对家禽肉在真空、空气、改性大气3 类包装形式下的腐烂变质状态进行检测。根据检测结果可知，在贮藏全过程中，总挥发性盐基氮含量显著增加，且在改性大气中检测的TVB—N 与TMA—N数值与其他两种包装相比较低。分别在空气、改性大气两种状态下，对海鱼片中散发的MVOCs 进行检测，共计检测到44 种MVOCs，主要为醛、酮、醇等。包装是食品工业的最终工序，完整的包装有助于抑制病原菌的繁殖，延长食品保质期，便于后续运输与销售。通过对多种包装条件下产生的MVOCs 成分、含量进行检验，可准确了解MVOCs 污染程度，以此为依据调整食品生产模式，最大限度避免食品受到MVOCs 的污染。

3.2 腐败菌鉴定

从本质来看，食品腐败变质主要是食品蛋白质、脂肪等被微生物分解的过程。微生物含量测定与种类检定，可反映食品被微生物污染度、变质情况等，还可将其作为食品生产卫生状况与质量的关键依据。

3.2.1 肉类食品

一般情况下，在肉类食品检测中可以某相关微生物的MVOCs 为指标。例如，对牛肉中MVOCs 进行分析，重点探究其嗜冷、嗜温细菌的腐败潜力。根据研究结果可知，辛酸乙酯、壬酸乙酯、乙酸异戊酯等对受到大肠杆菌污染的肉制品具有特异性。此外，麦芽酒石酸杆菌有机挥发物中的醇类物质含量较高，未发现2—乙基—1、2—乙醇—1—辛醇等物质；针对腌制火腿中MVOCs 进行深层腐败表征分析，共计鉴定出70 余种MVOCs，根据检测结果可知，变质火腿中的碳氢化合物占比提升，尤其是甲苯与间二甲苯含量最高，这主要受猪饲料影响；在对四类腐败菌污染腊肠切片中释放的MVOCs 进行研究时，针对百串珠菌等MVOCs 构成进行评估，对40 余种MVOCs 进行鉴定，发现其主要为白串珠菌，2，3—甲基丁醇等物质。

3.2.2 水产品

此类产品富含大量营养，口味不同，可使人类饮食得以均衡。水产品捕捞后，如若未及时采取保险措施，很容易腐烂变质。究其原因，主要是微生物活动、化学氧化作用，但特定腐败生物的活动与化学氧化、自溶相比更易导致腐败。李俊杰学者采用HS—SPME—GC—MS（顶空固相微萃取结合气质联用技术）针对蚌肉贮藏周期内腐败菌的MVOCs 进行研究，发现存在40 余种化合物，甲基苯酚、二甲基三硫化物属于希瓦氏菌特有[3]。假单胞杆菌、热杀索丝菌为欧洲鲈鱼优势菌，以异丁酸酯为潜在标记物；以墨鱼为对象，对其保质期内的腐败菌进行研究可知，嗜冷杆菌属于该阶段的主要腐败菌，随着存储时间的延长，其浓度含量不断提升，可将其作为墨鱼潜在新鲜度指标。

3.2.3 果蔬产品

此类产品中含有极多的水分，是生活活动的必需条件，可为微生物活动创造良好条件。因此，很容易导致腐败变质的情况发生，存储期较短。利用SMPE—GC—MS 法可针对导致水果腐烂的主要病原MVOCs 进行分析，根据病原体类型对比MVOCs 的变化，发现苯甲醛、柠檬烯在衰变过程中属于主要的MVOCs 物质。在李勤的研究中，利用电子鼻（E—nose）技术对西蓝花冷藏状态下的新鲜度进行分析，将分析结果分为3 种类型，即十分新鲜、中度新鲜与变质，随着存储时间的延长，二甲基二硫化物不断积累[4]。此外，针对变质洋葱样品的MVOCs 进行检验，发现存在部分微生物与真菌，主要为曲霉、念珠菌与镰刀菌等。可见，通过对MVOCs 进行试验分析，基本可以确定食品腐败变质相关MVOCs，可为后续单一菌种MVOCs 研究打下坚实基础。同时，以此为基础构建更多微生物气味特征图库，可促进微生物气味检测技术的快速发展。

3.3 风味口感

当前国民生活质量提升，对食品方面给予了高度重视，不但要求外观与营养价值得宜，还注重食物的口感与安全性。对此，在食品检测中应注重对食品风味、口感的控制和评价，使食品更受大众喜爱。

3.3.1 乳制品

此类食品的营养价值较高，含有人体代谢所需的全体营养元素，同时也为维生素滋生提供了温床。当牛奶受到微生物污染后，在温度得宜的情况下，维生素会迅速繁殖，使牛奶变质、变味，失去营养价值。相关研究中，采用顶空固相微萃法对牛奶中的MVOCs 进行分析，共计检验出19 种化合物，对乳房链球菌、葡萄球菌、大肠杆菌等5 类细菌进行鉴定。在不同冷藏温度下，对短青霉在多种类型酸奶中形成的MVOCs 进行分析，经过21 天的存储后，共计发现存在30 种MVOCs。根据研究结果可知，当存储时间越长时，营养物质含量越低。酸奶中MVOCs 主要出现以下变化：对于带有蔗糖的酸奶来说，第5 天时酒精含量达到29%；对于含有果糖的酸奶，在第5 天时甲基酮含量达到90%，其2—戊酮含量较高；两种酸奶中均带有2—庚酮。自第5 天后，酸奶样品中2—庚酮、2—戊酮浓度逐渐降低，在某种特殊情况下，上述化合物在21 天后难以满足检测标准。

3.3.2 饮料

此类产品同样会受到微生物污染，出现腐败变质等情况，为产品带来感官缺陷。相关研究中，采用两种菌株对红牛饮料中醋酸菌的腐败程度进行分析，在GC—TOF—MS（气相色谱高通量飞行时间质谱仪）检测技术下，共计检测出33 种关键物质，如2—苯乙醇、3—戊酮等挥发物。再如，针对咖啡饮品中曲霉菌、青霉菌的MVOCs 进行分析。根据研究结果可知，青霉菌样品中主要检测出戊—2—酮、乙醇、辛—3—酮；在曲霉菌样品中，只发现甲基丙醇、2—甲基—丁醇等物质。食品味道与口感受到广大消费者的高度重视，且与食品销量息息相关。在检测过程中，与以往微生物菌落检测相比，MVOCs 仪器检测更加便捷高效。前处理也相对容易，通过MVOCs 检测分析，可找到影响该食品味道、品质的主要挥发成分，为快速检测与鉴定食品中致病菌提供更多便利，同时也为预防病菌传播提供强有力的技术支持[5]。

3.4 食品储藏

在MVOCs 分析中，主要采用与某项微生物属性相关的特异性MVOCs，对食品贮藏中污染程度进行迅速准确的检测，并提早采取有效措施进行处理，成为食品存储期间预防微生物污染的有效措施。该项环节为食品流通的中间环节，与生产、销售、运输等环节相关。在贮藏过程中，除采取措施避免受到化学污染、虫鼠危害之外，还应做好MVOCs 的污染预防工作。以水果类食物为例，作为人类生活中不可或缺的副食品，在储藏过程中的主要病害由微生物引发，且在存储初期具有较强的隐蔽性。在相关研究中，利用GC—MS 法对红苹果接种4 类真菌后，对MVOCs 情况进行对比。根据检测结果可知，共计包括489 类不同类型的MVOCs，其中梨状毛霉菌特征物质为丁酸丁酯、氟乙烯，乙酸甲酯对念珠菌具有特异性，可为后续果实采摘病害预防提供新思路。再如，以芒果为对象，对内部蕴含的感染焦腐病菌、炭疽杆菌中的MVOCs 进行研究，研究结果表明，1—戊醇对焦腐病菌具有特异性，带有高含量挥发性成分。根据试验结果可知，1，4—环已二烯、4—戊二烯等物质可作为焦腐病菌的早期监测指标。又如，对腐烂番茄进行研究时，发现含有1，2，3—三甲基苯、2—异丙烯基—5 等多种MVOCs，且在果实中带有单核细胞，可将上述代谢物作为生物标记物，使番茄病原体得到早期检测。

此外，谷类食物在存储过程中也很容易受到微生物影响，MVOCs 检测成为早期粮食鉴别中的有效措施。在相关研究中，对受螨虫、微生物污染的谷物、咖啡豆中的MVOCs 进行调查，共计发现50 余种MVOCs 存留在谷类食物中，且不同谷物中的表现有所不同，如白米、糙米、小麦醛类物等等，尤其是在粗米中，醇类物质的比重较大，燕麦中主要为醇类与醛类。呕吐毒素主要是谷物“镰刀感染”后的产物，受污染小麦中具有70 种MVOCs，主要为长叶烯、十三烷等等；利用SPME、GC—MS 法针对两株黄曲霉菌株在玉米上的代谢MVOCs 进行检测，共计发现有52 种MVOCs，可对不同菌株进行准确区分。在肉质品贮藏中，主要针对腐败三文鱼样品中的细菌产生的MVOCs 进行检测。在温度为5 ℃的环境内，共计检测出38 种MVOCs，主要为酯类、醛类、醇类等。在无菌冷熏三文鱼样品中，醇类物质含量降低，这意味着此类MVOCs 可能是腐败微生物活动的产物。申丹宁学者以熟鸡肉为例，利用顶空—固相微萃取技术在不同温度范围内，针对潜在的污染菌MVOCs 进行定性分析。根据研究结果可知，共计发现33 种挥发物，主要为乙酰托因、1—辛醇等，可将其当作家禽熟制品细菌生长的标志物[6]。

4 结论

综上所述，当前人们的健康意识不断增强，对食品安全给予高度重视。我国食品类型众多，安全检测十分耗时，可将食品安全理论与快检技术相结合，为MVOCs 分析检测提供新思路，从根本上保障食品卫生与安全，有效降低对人类健康的危害。将该项技术应用到食品包装、贮藏、口感风味检测中，并健全食品安全标准体系，加强食品生产过程监管，由此促进食品检测效率的提升，推动食品行业的稳健发展。