食品微生物检测技术应用探讨

尹 超，李昱鼎，曾 蕾，张及亮，余雅芹

（1.中国检验认证集团湖北有限公司，湖北武汉 430056；2.湖北中检检测有限公司，湖北武汉 430056）

食源性疾病对公共健康安全构成威胁，建立科学的食品微生物检测体系对于保障食品安全极为重要。近年来，各种先进的检测技术不断涌现，只有选择符合实际情况的检测方法，才能发挥最大效果。

1 食品微生物检测的重要性

食品中的有害微生物可以导致食源性疾病，如由细菌、病毒引起的各种食物中毒事件。其中，沙门氏菌、李斯特菌、大肠杆菌O157∶H7等食源性细菌能够在消费者体内生长和繁殖，轻则出现轻微的肠胃不适，重则会出现严重的健康问题，甚至死亡。食品微生物污染会影响食品的质量和保质期，某些微生物可以分解食品中的蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养成分，从而改变食品的口感、颜色、气味，影响食用。某些微生物在食品中生产的毒素，如霉菌所产生的黄曲霉毒素，不仅对人体有害，而且通过加热和常规的食品加工过程难以消除。因此，食品微生物检测对保障食品安全、预防食源性疾病具有重要意义[1]。对食品进行微生物检测可以监控食品在生产流通过程中的卫生状况，及时发现问题并采取纠正措施。通过检测结果判断食品是否达到微生物指标的标准，是否安全可供食用。食品微生物检测还可为病原微生物的流行病学调查提供线索，追踪微生物污染的来源，以控制疾病的传播。

总之，建立科学合理的食品微生物检测体系，选择适当的检测技术，提高检测范围和检测频次，有助于完善整个食品安全监管网络，保护公众健康。

2 食品微生物检测技术发展概况

食品微生物检测技术的发展脉络始于早期的传统检测方法，逐渐延伸至当今的先进的快速检测技术。在早期，食品微生物的检测主要依赖于微生物培养技术，包括群体计数法、多菌种混合分离等[2]。这些方法将食品样品接种到特定的培养基上，在适宜的温度和环境条件下孵化，等待微生物生长。几天后，观察和计数微生物菌落，确定样品中的微生物数量。显微镜用于观察细菌的形态特征，帮助识别不同的微生物种类。虽然这些方法经久不衰，且在某些情境下仍然被视为金标准，但它们通常需要的时间较长、操作烦琐，并且受到多种因素的影响。新型的快速检测技术在近几十年得到了广泛的发展和应用。免疫学方法利用特异性抗体与目标微生物之间的结合反应检测微生物的存在。酶联免疫吸附测定（Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA）是广泛使用的免疫学检测技术，结果准确、快速、灵敏度较高。分子生物学技术，如聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）、DNA微阵列、高通量测序等，已经革命性地改变了食品微生物检测的方式。PCR在数小时内进行微生物的基因检测，并且能够准确地检测到低至几个细胞的微生物。此外，电化学、光学等传感技术的应用使生物传感器成为食品安全快速监测的重要工具。随着纳米生物传感器的发展，食品微生物检测向更快速、更便携化的方向演进。这些新技术弥补了传统检测的不足，极大地拓展了食品微生物检测的范围。但任一技术都存在局限性，必须根据不同检测目的，选择适宜的技术手段，才能保证结果的准确可靠。

3 食品微生物检测技术

食品微生物的多样性要求检测技术具有广泛的适应性和特异性，如细菌、病毒等不同的微生物群体有特有的生物学特征，需要使用特定的检测方法。

3.1 分子生物学技术

分子生物学在食品微生物检测中所起的作用越来越大，尤其在追踪和鉴定食品中潜在的病原体时。其中，PCR技术尤为突出。基于其对目标DNA序列的高度扩增能力，这项技术已经在食品安全检测领域取得了广泛的应用。

PCR基本原理建立在DNA的指数级扩增之上。通过反应条件的逐步变化，如变性、退火、延伸等，特定的DNA片段在短时间内得到大量复制。此外，为了达到高度的扩增效率和特异性，需要设计一对能与目标DNA片段两端完美结合的引物。这种特异性结合确保了只有对应的DNA片段得到扩增，从而排除了非特异性产品的干扰。一旦PCR反应完成，产物可以通过多种方法进行检测。其中，凝胶电泳是最常用的方法，可以通过电流作用将DNA分子按大小排序。如果样品中的DNA被成功扩增，研究人员可以在凝胶上看到一个明确的条带[3]。

以PCR技术用于检测乳制品中是否存在致病的沙门氏菌为例，实验步骤如下。

①样品预处理与DNA提取。将肉制品样本进行适当的均质处理，使用专用的DNA提取试剂盒从样本中提取微生物DNA。②引物设计。选择与沙门氏菌特有的基因序列相对应的一对引物，确保只有目标细菌的DNA会在PCR过程中被扩增。③PCR混合物制备。将提取的DNA、前述引物、特定的核苷酸、适当的缓冲液以及DNA聚合酶混合在一起，形成PCR反应体系。④PCR扩增。将上述混合物放入PCR仪中，并设置适当的变性、退火、延伸温度，进行25～35个循环，使目标DNA片段得到大量扩增。⑤产品检测。通过凝胶电泳分析PCR产物。如果肉制品样本中存在沙门氏菌，那么凝胶上将出现一个与预期大小相符的明确条带。

尽管PCR技术在食品微生物检测中具有显著的优势，但其在实际应用中还面临一些挑战。为了确保结果的可靠性，必须从样品中有效地提取出高质量的DNA，因为DNA的质和量会直接影响PCR的效果。此外，引物的设计、反应体系的优化、PCR仪器的性能都是决定检测效果的关键因素。因此，在使用PCR进行食品微生物检测时，必须综合考虑这些因素，确保获得可靠和准确的结果。

3.2 免疫学检测技术

免疫学检测技术基于抗原与抗体之间的特异性结合反应。在自然界中，抗体由生物体的免疫系统生成，用以识别和中和外部入侵的物质，如细菌、病毒或其他外部蛋白质，这些被识别的物质称为抗原。利用这种天然的、高度特异性的抗原-抗体亲和作用，免疫学检测技术能够对特定的物质进行识别和定量[4]。其中，ELISA是最常用的免疫学检测方法之一。其利用与目标抗原结合的抗体实现抗原的检测，该抗体上连接有一个可以产生颜色反应的酶。在生鸡肉或牛肉食品中，如果怀疑存在沙门氏菌污染，ELISA可以作为一种快速筛查工具。

在筛查过程中，经过特殊处理的沙门氏菌特异性抗体被固定到ELISA板上，将待测食品样品中的提取物加入每一个孔中。如果样品中存在沙门氏菌，抗原会与板上的抗体结合。将另一种标记有酶的抗沙门氏菌抗体加入板中，这些抗体会结合到任何已经与固定抗体结合的沙门氏菌上。加入含有该酶底物的溶液，酶与底物作用，会产生一个可测量的颜色反应，颜色的强度与样品中沙门氏菌的数量成正比。

使用ELISA技术，实验室可以在几小时内确定食品样品中是否存在沙门氏菌，这种快速的反馈能够帮助食品生产商迅速做出决策，召回可能受污染的产品，从而更好地保护消费者的健康。虽然ELISA技术为食品微生物的检测提供了一个高度敏感和特异性的工具，但它也有一些局限性和缺点。①虽然抗体和抗原之间的亲和作用具有高度的特异性，但有时可能会出现交叉反应，即抗体可能与非目标抗原结合，导致误报。②ELISA的结果会受到样品中其他成分的干扰，如脂质、蛋白质、盐，这些成分会影响抗原-抗体的结合或酶的活性。因此，需对该方法的结果进行更仔细的解释，并考虑使用其他确认方法验证其准确性。

3.3 生物传感器技术

生物传感器的核心原理是利用生物分子的高度特异性与传统传感器技术的集成，为食品微生物的检测提供方便。在这一技术中，生物识别元件起到了至关重要的作用。为识别特定的病原菌，可以利用相应的抗体。当这些抗体遇到目标微生物时，会迅速且特异地结合，形成一个明确的抗原-抗体复合物[5]。

当选择了生物识别元件并进行了适当的优化后，接下来的关键步骤是固定。为了确保传感器上的生物分子仍保持其固有的活性，一般会选择使用特殊的连接剂或纳米颗粒。既可确保生物分子与传感器表面的紧密结合，也可避免对其活性造成破坏。当食品样品与传感器接触时，任何存在的目标微生物都会与传感器表面的生物识别元件结合，这种结合会引发传感器的一系列物理或化学变化。在电化学传感器中，会观察到电流或者电阻的变化；在光学传感器中，会有光强度的改变或者波长的偏移；在热敏传感器中，可以记录到温度的微小变动。这些信号的变化与微生物的浓度成正相关，因此可以提供准确的定量分析数据。生物传感器在食品微生物检测中的具体应用步骤如下。①样品前处理。将食品样品进行适当的处理，包括离心、过滤或稀释，以获取含有微生物的溶液。②样品加载。将处理后的样品引入到生物传感器上。③结合。给予足够的时间，以便生物识别元件与目标微生物结合。④洗涤。移除未结合的物质，减少非特异性信号。⑤读取信号。分析传感器的信号变化，以确定微生物的存在和数量。⑥结果解释。根据得到的数据，使用预先建立的标准曲线估算样品中微生物的浓度。

生物传感器技术为食品微生物检测带来了很多便利，但还存在一些问题。例如，该技术对试剂的稳定性要求较高，传感器使用寿命有限，生物识别元件需要不断优化。随着科技的进步，相关研究者可以继续改进这种技术，使其发挥更大的作用，更好地确保食品安全。

4 结语

食品微生物检测技术不断推陈出新，为确保食品安全提供了有力保障。但任一技术都存在局限性，必须综合考量检测目的、样本基质、成本效益等因素，选择最佳方案。不同技术可以相互补充、组合应用，以发挥协同效应。随着检测技术与仪器的优化，食品微生物检测必将更快速、准确、高效。此外，还需建立标准化的检测流程，培养专业检测人才，以保证检测结果的可靠性。只有系统规范地应用检测技术，才能构筑完善的食品安全防线，有效保护公众健康。