食品安全快速检测技术在食源性致病菌检测中的应用

胡婵娟 胡莉 吴志豪 戚俊峰

摘 要：本文针对食源性致病菌检测的迫切需求，深入分析了主要致病菌的特性，并探讨了食品安全快速检测技术的多种方法及其面临的挑战。文章重点介绍了核酸扩增、免疫分析、生物传感等技术的优势与局限，同时针对样品基质复杂性、低丰度致病菌的富集分离以及现场快速检测设备的稳定性问题，提出了具体的技术改进对策。通过优化检测技术，可显著提升食源性致病菌检测的灵敏度、特异性和操作便捷性，为食品安全监管提供强有力的技术支撑。

关键词：食源性致病菌；快速检测；核酸扩增

The Application of Fast Food Safety Detection Technology in the Detection of Foodborne Pathogens

HU Chanjuan1， HU Li1， WU Zhihao1， QI Junfeng1，2*

（1.School of Biological and Food Engineering， Huanghuai University， Zhumadian 463000， China; 2.Department of General Medicine， Affiliated Zhumadian Central Hospital of Huanghuai University， Zhumadian 463000， China）

Abstract： This article focuses on the urgent need for the detection of foodborne pathogens， analyzes in depth the characteristics of the main pathogens， and explores various methods and challenges of rapid food safety detection technology. The article focuses on the advantages and limitations of technologies such as nucleic acid amplification， immunoassay， and biosensing. At the same time， specific technical improvement measures are proposed to address the complexity of sample matrices， the enrichment and separation of low abundance pathogenic bacteria， and the stability of on-site rapid detection equipment. By optimizing detection techniques， the sensitivity， specificity， and operational convenience of detecting foodborne pathogens can be significantly improved， providing strong technical support for food safety supervision.

Keywords： foodborne pathogens; rapid detection; nucleic acid amplification

食源性疾病是由污染的食物或水引起的疾病，已成为全球公共卫生的重大问题。食源性致病菌是导致食源性疾病的主要病原体，快速、准确地检测食品中的致病菌对预防控制食源性疾病至关重要。传统的致病菌检测方法耗时长、操作复杂，难以满足食品安全风险早期预警和快速反应的需求[1]。本文在分析主要食源性致病菌特性的基础上，概述了食品安全快速检测技术（以下简称快检技术）的种类和特点，剖析了快检技术在食源性致病菌检测中的应用挑战，并提出了提升快检技术应用效能的对策建议。

1 主要食源性致病菌及其特性

食品安全领域中，食源性致病菌的多样性和复杂性给食品安全风险防控带来巨大挑战。食源性致病菌主要包括沙门氏菌、单增李斯特菌、致病性大肠杆菌、空肠弯曲菌等。这些致病菌在生理特性、致病机制、耐受力等方面存在显著差异，导致检测和控制的难度增大。①沙门氏菌是一类兼性厌氧革兰氏阴性杆菌，生长温度范围广，能在低温或真空包装等环境下存活，其中鼠伤寒沙门氏菌致死率在10%～15%[2]。②单增李斯特菌作为一种喜冷菌，在0～45 ℃条件下均能生长，对热处理耐受力强，且具有很强的黏附能力，容易形成生物被膜，增加了从食品加工设备上清除的难度。③大肠杆菌O157：H7等致病性大肠杆菌感染剂量低，产生的志贺样毒素可引发严重并发症，如溶血性尿毒症综合征（Hemolytic Uremic Syndrome，HUS）。④空肠弯曲菌是一类重要的食源性致病菌，能够在微氧或厌氧条件下生长，具有很强的运动性和侵袭力，在鸡肉等禽类产品中广泛存在。

2 食品安全快检技术的种类及特点

近年来，食品安全快检技术蓬勃发展，主要包括核酸扩增技术、免疫分析技术、生物传感技术等。①核酸扩增技术，如聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）、环介导等温扩增（Loop-Mediated Isothermal Amplification， LAMP）等，通过特异性引物扩增目标基因片段，具有灵敏度高、特异性强等优势，但容易受到食品基质中干扰物质的影响。②免疫分析技术，如酶联免疫吸附测定（Enzyme-Linked Immunosorbnent Assay，ELISA）、胶体金免疫层析法等，利用抗原-抗体特异性结合反应实现目标物的快速检测，操作简便、易于实现现场快检，但灵敏度和特异性相对较低[3]。③生物传感技术，如表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）、石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）等，通过将生物分子固定在传感器表面，根据生物分子与目标物结合引起的信号变化实现定性定量分析，灵敏度高、检测速度快，但仪器设备相对昂贵。④基于微流控芯片、纳米材料等新兴技术的快速检测方法也逐渐受到关注。例如，集成PCR、毛细管电泳等功能的微流控芯片可实现样品制备、扩增、分离、检测的全流程自动化，大大缩短检测时间；而纳米材料如碳纳米管、金纳米颗粒等，具有比表面积大、导电性好等特性，可用于构建高灵敏度的电化学生物传感器。

总的来说，各类快检技术在灵敏度、特异性、速度、成本等方面各有优劣，需根据实际需求选择合适的检测方法，并不断优化改进，以满足食源性致病菌检测的高效、快速、准确的要求。

3 食源性致病菌快检技术的应用挑战

3.1 样品基质复杂导致的检测干扰

食品基质中存在大量的蛋白质、脂肪、多糖等成分，这些成分可能会与检测反应发生非特异性结合或干扰，导致检测灵敏度下降、假阳性结果增加。以PCR检测为例，食品基质中的某些多酚类物质，如花青素、单宁酸等，能够与DNA聚合酶结合，抑制其活性，从而影响PCR扩增效率；而基质中游离的镁离子，则可能影响退火温度，导致引物发生非特异性结合[4]。免疫分析法同样会受到基质效应的影响，例如，酪蛋白等食品蛋白可通过疏水作用吸附抗体，引起背景信号升高；而脂肪球表面的酪蛋白、乳球蛋白等，会对抗原-抗体反应产生空间位阻效应。

3.2 低丰度致病菌的富集和分离难度大

食源性致病菌在食品中往往以低丰度形式存在，如何实现低丰度致病菌的有效富集和分离是食品快检技术面临的另一个难题。传统的增菌培养法虽然可以提高致病菌的浓度，但耗时较长，通常需要18～48 h，不利于食品安全的快速筛查。免疫磁性分离技术利用抗体修饰的磁性微球捕获目标菌，可以在数小时内完成致病菌的分离富集，但存在抗体制备成本高、批间差异大等不足。此外，食品基质中存在大量的背景菌群，它们与目标致病菌在生长速率、营养需求等方面相似，容易产生竞争效应，影响致病菌的富集效率。以大肠杆菌O157：H7为例，其在食品中的含量通常低于100 CFU·g-1，而假单胞菌等背景菌的浓度可在105～106 CFU·g-1，二者在选择性增菌培养基中的生长速率相近，导致O157：H7的富集倍数受到限制[5]。又如，李斯特菌与某些乳酸菌在形态特征上十分相似，采用免疫磁性分离技术时容易发生交叉反应，影响分离特异性。

3.3 现场快速检测设备的稳定性和可靠性不足

食品安全快速检测的最终目的是实现现场快速筛查，然而现有的快速检测设备在稳定性和可靠性方面仍存在不足。相比于实验室条件下的精密仪器，现场快速检测设备的性能往往受温度波动、湿度变化、振动冲击等因素的影响。以核酸扩增检测为例，PCR仪的温度控制系统是影响扩增效率和特异性的关键因素，而在现场检测条件下，环境温度的剧烈波动可能导致样品温度分布不均匀，引起扩增产物量降低或非特异性扩增。又如，免疫层析试纸条作为一种便携式快速检测工具，其检测性能容易受到环境湿度的影响，在高湿条件下，样品会在硝酸纤维素膜上发生横向扩散，降低检测灵敏度。此外，现场快速检测设备由于结构简单、成本限制等，很难像实验室仪器那样设置多重质控措施，在检测过程中更容易受到各种干扰因素的影响，出现漏检或误判等问题。例如，某些胶体金免疫层析试剂盒在临近克隆效期时，由于胶体金标记抗体的解离，可能出现假阴性结果。

4 提高食源性致病菌快检技术应用效能的对策建议

4.1 开发高特异性抗体及核酸探针以减少基质干扰

为了减少食品基质对食源性致病菌快速检测的干扰，开发高特异性抗体及核酸探针至关重要。①充分利用生物信息学手段，通过比对分析目标致病菌与其他近缘菌种的基因组差异，筛选出特异性强、保守性高的核酸序列片段，作为设计PCR引物和探针的候选靶标。以志贺氏痢疾杆菌为例，可针对其独有的毒力基因如ipaH、virA等设计特异性引物，确保在复杂食品基质中实现对目标菌的精准识别和定量检测。在引物和探针设计优化过程中，需综合考虑碱基组成、长度、Tm值（解链温度）等多项参数，通过梯度PCR、熔解曲线分析等实验方法，对其特异性和灵敏度进行充分验证，确保检测性能达到实际应用要求。②在抗体制备方面，可采用噬菌体展示、杂交瘤细胞融合等技术手段，针对致病菌表面高度保守的抗原表位，如脂多糖、外膜蛋白等，制备出亲和力高、特异性强的单克隆抗体，用于开发新型免疫捕获试剂盒。以金黄色葡萄球菌肠毒素为例，通过噬菌体展示技术，可快速筛选获得能特异性识别肠毒素A型超抗原结构域的高亲和力抗体，将其用于毒素样品的富集纯化和快速检测，有望降低食品基质的非特异性干扰。

4.2 优化致病菌富集培养基及免疫磁性分离技术

针对食品中低丰度致病菌的富集和分离难题，优化致病菌富集培养基和免疫磁性分离技术是一项行之有效的策略。

在富集培养基优化方面，可根据目标致病菌的生长特性，通过响应面法等多因素实验设计，优选碳源、氮源、生长因子等关键成分的种类和含量配比，并调节pH值、渗透压等理化条件，使培养基能最大限度地满足目标菌生长繁殖需求，同时抑制背景菌生长。例如，为提高沙门氏菌的富集效率，可在改良半固体Rappaport Vassiliadis（Modified Semi-Solid Rappaport Vassiliadis，MSRV）培养基中添加木糖醇和丙酮酸钠，并将pH值调至5.2左右，既能促进沙门氏菌的定向迁移，又能抑制大肠杆菌等其他肠杆菌的生长。

在免疫磁性分离技术优化方面，可通过合理设计抗体修饰方案，最大限度地提高磁珠表面抗体的密度和空间取向，从而增强对目标菌的捕获能力。同时，优化免疫反应体系，如调整缓冲液组成、反应温度和时间等，可进一步提升抗原抗体结合的特异性和亲和力。以磁珠法分离副溶血性弧菌为例，采用Sulfo-SMCC偶联剂将IgG抗体定向固定于磁珠表面，并在PBS缓冲体系中于37 ℃温育30 min，可使磁珠的菌捕获率由60%提升至90%及以上[2]。此外，引入多重免疫亲和层析步骤，对磁珠捕获的目标菌进行多轮洗涤和解吸附，有助于进一步去除残留基质干扰，提高分离纯度。

4.3 加强现场快速检测设备的标准化和质量控制

为保障食源性致病菌现场快速检测设备的稳定性和可靠性，加强检测设备的标准化和质量控制至关重要。①制订统一的现场快速检测设备技术规范和操作规程，明确设备性能指标、使用环境要求、操作流程、结果判读标准等关键要素，确保不同检测单位、不同操作人员能够执行标准一致的检测方案。例如，在规范PCR类快速检测设备时，可对核酸提取试剂盒的最低提取效率、DNA聚合酶的最低活性水平、引物探针的特异性、扩增产物的检测限等关键指标提出量化要求，同时详细规定样品制备、加样方式、扩增程序设置、阴/阳性对照设置等具体操作步骤，最大限度减少人为因素导致的检测偏差。②建立科学完善的现场快速检测设备质量控制体系，定期开展设备性能核查和结果比对验证，及时发现并纠正检测偏差。可采用质控环、阳性质控品、空白对照等多重质控措施，评估设备的灵敏度、特异性、重复性等关键性能指标，并通过能力验证、室间比对等方式，验证不同批次试剂盒、不同检测平台之间结果的一致性。以酶联免疫胶体金快速检测试纸为例，可选取不同浓度梯度的细菌标准品，评价试纸的检测限和定量线性范围，通过连续30 d的批内重复性实验，考察试纸的批内差异；同时采用平行双人双份检测的方式，评估试纸的检测偏倚，确保检测结果的准确可靠。③现场快速检测设备的标准化和质量控制还应与食品安全检测的法律法规相衔接，将现场快检结果与实验室检测结果的一致性作为考核快检设备性能的重要指标，严把快检技术应用关口。

5 结语

本文对食源性致病菌快检技术的应用挑战进行了深入探讨，并提出了相应的技术改进对策。通过这些对策的实施，有望显著提升检测技术的灵敏度、特异性和操作便捷性。然而，食品安全检测技术的发展是一个持续的过程，未来仍需在技术创新、设备优化、标准制定等方面进行深入研究。此外，加强国际合作，共享研究成果，也是推动食品安全检测技术发展的重要途径。通过不断的努力，期待能够实现更高效、更准确的食源性致病菌检测，为保障食品安全和公众健康做出更大的贡献。

参考文献

[1]谢家艳.基层食品安全监管中快速检测技术的应用探索[J].中国食品工业，2024（4）：107-109.

[2]罗小玲，王小燕，吕奕菊，等.分子印迹荧光纸基传感器食品安全可视化快速检测技术研究现状[J].食品安全质量检测学报，2023，14（20）：160-170.

[3]陈雅敏.浅析食品快速检测技术在基层食品安全监管中的运用[J].现代食品，2023，29（18）：136-138.

[4]罗来庆.高校食品卫生安全中的食品快速检测技术应用实践[J].食品与机械，2023，39（7）：247.

[5]陈晓琳，刘洋儿，许文涛，等.合成生物学细胞传感技术在食品安全快速检测中的应用[J].生物技术通报，2023，39（1）：137-149.