食品微生物快速检测方法研究

摘 要：食品微生物污染已成为威胁人类健康的重大公共卫生问题，迫切需要高效监测手段。快速检测技术因具有检测周期短、灵敏度高、自动化程度高等优势，在食品检验领域展现出广阔的应用前景。本文分析了免疫学、生物传感器、电化学、分子生物学和光谱5大类快速检测技术的原理和在食品微生物检测中的应用，提出了加大人才培养力度、加强技术创新、建立监管机制等建议，旨在推动快速检测技术在食品安全领域的推广应用，为食品安全提供有力的技术支撑。

关键词：食品检验；微生物检验；快速检测方法；应用

Study on Rapid Detection Method of Food Microorganism

HUANG Yuan

（Qiannan Inspection and Testing Institute， Duyun 558000， China）

Abstract： Microbial contamination of food has become a major public health problem threatening human health， and efficient monitoring methods are urgently needed. Rapid detection technology has shown broad application prospects in the field of food inspection due to its advantages of short detection cycle， high sensitivity， and high degree of automation. This article analyzes the principles and applications of five categories of rapid detection technologies， namely immunology， biosensors， electrochemistry， molecular biology， and spectroscopy， in food microbiology testing. Suggestions are proposed to increase talent cultivation， strengthen technological innovation， and establish regulatory mechanisms， aiming to promote the promotion and application of rapid detection technologies in the field of food safety and provide strong technical support for food safety.

Keywords： food inspection; microbial testing; rapid detection methods; application

食品微生物检测是保障食品安全的重要环节。传统的平板培养法和显微镜检测法虽然操作简单，但存在周期长、人工操作量大、灵敏度和特异性较低等不足，难以满足现代食品安全监测的要求。近年来，免疫学、生物传感器等技术在食品微生物检测领域得到了广泛应用，形成了一系列快速检测新方法。这些方法具有灵敏度高、特异性强、自动化程度高及检测周期短等优势，可有效检出细菌、病毒、寄生虫等多种微生物污染，能精确鉴别微生物种属[1]。与传统方法相比，快速检测技术无须复杂的培养过程，大大提高了检测效率，可满足食品生产、流通、监管等各环节对快速高效快速微生物检测的需求，为食品安全提供了有力技术支撑。

1 食品微生物快速检测技术概述

食品微生物快速检测技术是近年来兴起的一类新型检测手段，与传统的平板培养法和显微镜检测法相比，具有检测周期短、灵敏度高、自动化程度高等优势。这些新技术主要来源于免疫学、生物传感器、电化学、分子生物学和光谱等学科前沿理论和尖端技术的渗透与融合，通过对微生物的抗原抗体反应、代谢产物、核酸以及光谱指纹等特征进行检测和识别，能够在极短时间内精确鉴别出细菌、病毒、寄生虫等多种微生物，可满足当代食品安全监控对高通量、高效率微生物检测的迫切需求。

2 传统检测方法

2.1 平板培养法

琼脂平板培养法是食品微生物检测最传统、最基本的方法之一。其原理是将消毒后的培养基加入适量琼脂，制成固体培养皿，然后将待测食品样品接种到平板表面，置于恒温培养箱中培养一段时间。不同类型的微生物对营养成分和生长条件的要求不同，通过添加选择性培养基成分，可以选择性地培养出特定类型的微生物。经过一段时间的培养后，不同种属的微生物在平板上会形成不同形态和特征的菌落，借助显微镜等仪器对菌落的形态、大小、颜色等特征进行观察和鉴定，从而确定样品中存在何种微生物。该方法操作简便，但需要较长的培养周期，一般需要24～48 h甚至更长时间，且人工操作量大，检测效率低下。

2.2 显微镜检测法

显微镜检测法是另一种传统的食品微生物检测方法。其原理是利用显微镜对微生物细胞的形态学特征进行观察和鉴别。实际操作时要先将待测食品样品进行适当处理和稀释，制成微生物悬液，然后将少量悬液滴加到载玻片上，使微生物细胞均匀分散，最后在显微镜下观察和计数微生物细胞[2]。不同种属微生物的细胞大小、形状、排列方式等特征存在差异，经过专业人员的观察和对比，能够初步鉴别出样品中存在的微生物种类。这种方法直观便捷，能够对活细胞和死细胞进行区分，但检出限较高，鉴别难度大，操作人员需要经过专门培训，且存在一定的主观性，检测质量参差不齐。

3 微生物快速检测方法及应用

3.1 免疫学快速检测方法

免疫学快速检测技术利用抗原与抗体之间高度专一性的免疫反应原理，对食品中的特定微生物及其代谢产物进行定性定量分析。免疫层析技术是将抗体或抗原固定在多孔膜条基质上，利用毛细管析出原理在测试区和对照区产生免疫反应，形成可视的信号条带。该方法检测时间短（10～30 min），操作简便，但灵敏度较低（104～106 CFU·mL-1）。免疫磁珠分离技术则是将抗体偶联到纳米磁性微球上，通过磁场富集并分离目标微生物，富集率可达99%。结合聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）或培养计数，可实现高通量快速检测，灵敏度可达102～103 CFU·mL-1[3]。酶联免疫分析技术利用酶与抗体或抗原特异性结合，催化底物产生可测量的发色或发光信号，可定量检测靶标微生物。其中酶联免疫吸附试验灵敏度高（102～104 CFU·mL-1），适用于多种病原体的检测。免疫学快速检测方法特异性好、操作简便，但受抗体制备和存储条件影响较大，成本相对较高，已广泛应用于食品中沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌等病原体的快速检测。

3.2 生物传感器检测方法

生物传感器检测技术是将生物分子识别元件与信号转换元件有机结合的一种新型检测手段。生物识别元件包括酶、抗体、核酸等，能与靶标微生物及其代谢产物发生高度专一的生物学反应；信号转换元件则将这一生物反应转化为可测量的电流、电位、光等物理信号并输出。其中，电化学生物传感器是应用最广泛的类型。例如葡萄糖氧化酶生物传感器，利用葡萄糖被氧化时释放电子，通过检测电流信号变化可检测微生物代谢产生的葡萄糖浓度变化，检测限低至102 CFU·mL-1。荧光生物传感器则可通过检测细菌RNA或标记物质的苂光信号实现快速检测，灵敏度可达10 CFU·mL-1。生物传感器在多项食品污染物快速监测中展现出优异性能。例如，肉类中沙门氏菌检测的免疫磁珠电化学纸基分析装置，检测时间仅2 h，检出限为102 CFU·mL-1，准确度高达98%。生物传感器具有快速、高通量、无损及可在线连续监测等优势，但生物活性因子的稳定性较低和成本较高制约了其广泛应用。

3.3 电化学快速检测方法

电化学快速检测方法是利用微生物代谢活动导致的电化学信号变化来定性和定量分析微生物，主要技术包括电阻抗法、伏安法、电位法等。电阻抗法是最常见的一种电化学快速检测方法，它利用微生物在代谢过程中产生的离子导致培养基电阻发生变化进行检测。当微生物数量较多时，代谢产生的离子浓度升高，培养基电阻就会下降。通过测量电阻变化值并与标准曲线比对，可定量检测培养基中微生物的数量[4]。伏安法则是通过测量微生物代谢产生的可氧化还原物质与工作电极之间的氧化还原电位，间接测定微生物浓度，常用的有BIAS伏安法、TNAD伏安法等。电位法是基于微生物代谢活性导致培养基氧化还原电位变化的原理，通过测量电位值变化来监测微生物的生长状况。电化学检测方法不需要复杂的装置，操作简单，重现性好，且可实现在线、自动化检测，是一种理想的快速分析手段。

3.4 分子生物学快速检测方法

分子生物学快速检测技术是利用微生物的核酸作为检测靶标，通过分子水平的特异性识别和检测，实现对细菌、病毒等微生物的快速鉴别和定量分析，聚合酶链式反应是其中应用最广泛的一种。PCR技术可以对微量微生物基因组或质粒DNA进行数百万倍的指数扩增，检出灵敏度可达10～100个细胞/mL[5]。实时荧光定量PCR技术将荧光报告分子引入反应体系，可实现对微生物的定量检测，检测限可低至1 cps/反应。核酸分子杂交是利用单链DNA或RNA与其互补链特异性结合的原理，通过标记探针与靶核酸杂交产生苂光等可测信号。其检出灵敏度可达105～107个细胞/mL。基因芯片技术则是在固相载体上高密度并行地固定成千上万种特异性探针，通过杂交实现对复杂微生物群系成分的同步检测，单次检测可覆盖数百种细菌。这些技术灵敏度高、特异性强、自动化程度高，但对样品前处理要求较高，存在抑制物和污染物干扰等缺陷，检测成本也相对较高。

3.5 光谱快速检测方法

光谱快速检测技术是利用微生物细胞的生物大分子（如蛋白质、核酸、脂质等）对特定波长光的吸收、散射、发射等光谱行为，对微生物的种属、浓度等进行“指纹识别”，主要技术包括拉曼光谱、红外光谱、荧光光谱等。拉曼光谱技术利用入射光与分子发生非弹性散射产生的拉曼散射光来获取分子振动信息。它对水的拉曼散射很小，可直接对生物样品进行分析，是研究生物大分子结构的重要工具。不同物种的细菌拉曼光谱呈现独特的“指纹图谱”，能够实现种属水平的鉴别，灵敏度可达103 CFU·mL-1。红外光谱是通过测量样品对4 000～400 cm-1红外光的吸收来获取分子振动信息。与拉曼光谱互补，可用于研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和构象。傅里叶变换红外光谱技术结合人工神经网络等模式识别手段，可实现对复杂样品中微生物的快速鉴别。荧光光谱技术利用荧光团激发后发射荧光的现象，能快速检测微生物内源荧光团或荧光标记物的存在，同样具有较高的检测灵敏度。这些光谱技术无须复杂前处理，操作简便快捷，正逐步在食品微生物快速检测中得到应用。

4 相关建议

4.1 加大人才培养力度

为推动我国食品微生物检测技术的发展，应加大人才培养力度，可在高校和科研机构设立食品微生物检测相关专业，开设系统的课程体系，培养复合型、高水平的检测人才。同时鼓励高校与企业开展产学研合作，邀请业内专家为学生提供实践指导，使学生能够充分掌握前沿理论知识并获得实操锻炼，缩短人才培养周期。企业也应注重内部员工的在职培训，聘请专家开展各类专题讲座，不断提升从业人员的专业素质。政产学研多方通力合作，构建人才培养的长效机制，为我国食品微生物检测事业可持续发展提供智力支持和人力资源保障。