食品中微生物快速检测与鉴定技术的研发与应用

摘 要：随着全球人口的增长和食品供应链的日益复杂，食品安全问题愈发受到国际社会的关注。食品微生物污染可能导致食源性疾病，威胁消费者的生命健康，是食品安全领域的重大挑战之一。因此，对食品中微生物进行快速、准确的检测与鉴定，对于确保食品安全、维护公共卫生具有重要意义。本文探讨了食品中微生物快速检测与鉴定技术的研发与应用，为食品安全领域的研究和实践提供参考。

关键词：微生物；快速检测技术；鉴定技术；食品安全

Research and Application of Rapid Detection and Identification Technology for Microorganisms in Food

LIU Yunqi， TIAN Yunjia

（Xingtai Inspection and Testing Center， Xingtai 054000， China）

Abstract： With the growth of the global population and the increasing complexity of the food supply chain， food safety issues have received increasing attention from the international community. Microbial contamination of food may cause foodborne diseases and threaten the life and health of consumers， which is one of the major challenges in the field of food safety. Therefore， rapid and accurate detection and identification of microorganisms in food is of great significance for ensuring food safety and maintaining public health. This article discusses the development and application of rapid detection and identification technology of microorganisms in food， providing a reference for research and practice in the field of food safety.

Keywords： microorganisms; rapid detection technology; appraisal technology; food safety

1 食品中微生物快速检测与鉴定技术应用的重要性

1.1 缩短检测周期，提高检测效率

快速检测技术可以在数小时内完成检测，大大缩短了检测时间。这对于易腐败变质的新鲜食品尤其重要，可以及时发现问题并采取措施，避免因检测滞后造成的经济损失。同时，快速检测技术还可以提高食品企业的生产效率，加快产品周转速度，增强市场竞争力。

1.2 提高食品安全监管的覆盖面和频率

快速检测技术可以实现更大范围、更高频率的抽检，提高了问题产品的发现概率，有利于构建更加严密的食品安全防控网络。同时，一些便携式快速检测设备还可以实现现场检测，使监管部门能够及时发现和处置问题，提高监管效率和效果。

2 食品中微生物污染的特点

2.1 常见的食源性致病微生物

常见的食源性致病微生物主要包括细菌、病毒和寄生虫等，它们通过不同方式进入食品并在适宜条件下繁殖，最终导致食品腐败变质或引发食源性疾病。细菌是最主要的食源性病原体，其中沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌等最为常见。这些细菌普遍存在于自然界和动物体内，容易通过各种途径污染食品[1]。病毒虽然不能在食品中繁殖，但可以在食品表面存活较长时间并通过食品传播，如诺如病毒和甲型肝炎病毒等。某些寄生虫如旋毛虫、肝吸虫等也可通过未经充分加热的肉类侵染食用者的身体。

2.2 微生物污染的途径和表现

微生物污染食品的途径多种多样，主要包括原料污染、加工过程污染、交叉污染以及储运销售过程污染等。原料污染是指农产品在种植养殖过程中受到病原微生物的污染，如蔬菜受到污水或粪便污染，畜禽感染沙门氏菌等。加工过程污染则可能来自操作人员、设备器具、加工环境等，不良的卫生条件和不规范的操作都可能引入微生物。交叉污染是指微生物通过接触传播，如生熟食品混放、砧板共用等。储运销售过程中，温度控制不当、包装破损等因素也可能导致微生物污染。

微生物污染的表现形式多样，既包括肉眼可见的变化，也有不易察觉的潜在危害。可见的变化如食品表面出现霉斑、黏液、异味等，这通常是腐败变质的征兆。而一些致病菌的污染可能并不引起明显的感官变化，但具有潜在的食品安全风险。不同类型的食品由于成分和特性的差异，其微生物污染的表现也各不相同。例如，高蛋白质食品如肉类、奶制品等更易滋生细菌，而高糖分食品则容易滋生酵母菌和霉菌。新鲜果蔬的微生物污染可能表现为软化、褐变或腐烂，而谷物类食品则可能出现发霉或虫蛀等现象。

3 常见的微生物快速检测技术

3.1 分子生物学技术

分子生物学技术是基于核酸检测的方法，主要包括聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）及其衍生技术。PCR技术通过特异性引物扩增目标DNA片段，具有灵敏度高、特异性强的优点。实时荧光定量PCR（Quantitative Real-Time PCR，qPCR）在传统PCR基础上引入荧光探针，可实现对目标微生物的定量检测。此外，多重PCR、数字PCR等新型PCR技术也被广泛应用于微生物检测。除PCR外，核酸序列扩增技术（Nuclear Acid Sequence-Based Amplification，NASBA）、环介导等温扩增（Loop-Mediated Isothermal Amplification，LAMP）等也逐渐得到应用。这些分子生物学方法可在短时间内实现对特定微生物的高灵敏度检测，为微生物快速检测提供了有力工具。

3.2 免疫学技术

免疫学技术是利用抗原-抗体特异性结合反应来检测微生物的方法。酶联免疫吸附试验（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）是最常用的免疫学检测技术之一，通过酶标记的抗体与目标抗原结合并产生颜色反应来实现定性或定量检测。免疫荧光技术则利用荧光标记的抗体与目标抗原结合后在荧光显微镜下观察，实现微生物的检测。免疫层析技术将抗原-抗体反应与层析分离相结合，可实现快速便捷的现场检测。免疫磁珠分离技术利用磁珠富集目标微生物，提高了检测灵敏度[2]。免疫学技术操作简便、检测速度快，在微生物快速检测中得到广泛应用。

3.3 代谢学技术

代谢学技术是基于微生物代谢产物检测的方法。ATP生物发光法是一种常用的代谢学检测技术，通过测定微生物细胞内ATP含量来间接反映微生物数量。该方法操作简单、检测速度快，但无法区分不同种类的微生物。气相色谱-质谱联用技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）可对微生物代谢产生的挥发性有机化合物进行定性定量分析，从而实现对特定微生物的鉴定。此外，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry，MALDI-TOF MS）技术可通过分析微生物蛋白质指纹图谱来实现微生物的快速鉴定，已成为微生物检测领域的重要工具。代谢组学技术则通过分析微生物代谢产物的整体谱图来实现微生物的鉴定与分类。

3.4 生物传感器技术

生物传感器由生物识别元件和信号转换器两部分组成，可将生物分子识别信号转换为可测量的电信号。根据生物识别元件的不同，生物传感器可分为酶生物传感器、免疫生物传感器、DNA生物传感器等。酶生物传感器利用酶与底物的特异性反应来检测目标物质，具有灵敏度高、选择性好的优点。免疫生物传感器基于抗原-抗体特异性结合反应，可实现对特定微生物的快速检测。DNA生物传感器则利用DNA探针与目标核酸序列的杂交反应来检测微生物。此外，基于纳米材料的生物传感器如量子点生物传感器、碳纳米管生物传感器等新型传感器也不断涌现，进一步提高了检测灵敏度和特异性。

3.5 流式细胞术

流式细胞术是一种基于单细胞分析的微生物检测技术。该技术利用激光束照射悬浮在液流中的单个细胞，通过检测散射光和荧光信号来分析细胞的理化特性。流式细胞术可同时分析多个参数，如细胞大小、颗粒度、核酸含量、蛋白质表达等，从而实现对微生物的快速检测和分类。荧光标记技术的应用进一步扩展了流式细胞术的应用范围，可通过特异性荧光标记实现对特定微生物的检测。此外，流式细胞术还可与细胞分选技术相结合，实现对特定微生物的富集和分离。近年来，微流控技术与流式细胞术的结合产生了微流控流式细胞仪，大大降低了仪器成本和样品消耗，使得流式细胞术在微生物检测领域的应用更加广泛。

4 快速检测与鉴定技术的应用

4.1 在食品生产过程中的应用

在食品生产过程中，快速检测与鉴定技术的应用主要体现在实时监控和质量把控两个方面。通过实时监控，可以对原料、半成品和成品中的各种有害物质进行快速检测，及时发现潜在风险，从而采取相应的预防措施，避免不合格产品流入市场。同时，快速检测与鉴定技术还可以用于生产环节的质量把控，确保每一道工序都能严格遵循规范，保证最终产品的安全性和品质[3]。此外，快速检测技术在生产线自动化控制系统中也有广泛应用，能够实现对关键参数的实时监测和调节，从而优化生产过程，提高效率和产品一致性。

4.2 在食品检验机构中的应用

在食品检验机构中，快速检测与鉴定技术则是实现高效、精准检测的关键。与传统检测方法相比，这些新兴技术不仅检测速度更快、灵敏度更高，而且能够对多种指标进行同步检测，大大提高了工作效率。此外，一些先进的鉴定技术还能够对样品进行深入分析，准确判断其成分和来源，为食品安全评估提供重要依据。值得一提的是，随着技术的不断进步，一些新型检测设备已经实现了自动化操作和智能化分析，极大地降低了人为误差，提高了检测结果的可靠性和一致性。

5 食品中微生物快速检测与鉴定技术的发展趋势

5.1 技术的进一步优化与整合

在食品微生物快速检测与鉴定领域，各种检测技术正在不断优化完善。基于分子生物学的核酸检测技术，如PCR及其衍生技术、基因芯片技术等，检测灵敏度和特异性持续提高，样品制备、扩增反应及结果分析环节也在精简，并向自动化方向发展[4]。免疫学检测技术如酶联免疫吸附试验等，新型高亲和力抗体的开发应用使其检测能力大幅增强。生物传感器技术凭借其特有优势也备受关注，新型生物识别元件和转导机理的开发使其检测性能持续改善。

5.2 现场快速检测的发展

现场快速检测是食品微生物检测的发展趋势。目前，基于免疫层析试纸等技术的快速检测试剂盒已广泛应用于食品加工和流通环节，但检测项目较为单一。未来，多种检测技术的融合将大大拓展现场检测的范围和深度。集成化检测芯片或微流控芯片，将基因、蛋白、代谢物等多种生物标志物的检测集成在一个微型平台上，能够实现多项指标的同步检测[5]。此外，借助纳米材料、新型生物识别元件等新兴技术，现场快速检测的灵敏度和特异性也将进一步提高。

5.3 智能化与自动化的趋势

智能化与自动化是食品微生物检测的发展方向。检测过程的智能化主要体现在智能算法的应用，如机器学习、人工智能等，能够有效处理和分析海量复杂数据，实现精准识别和智能判断。同时，检测流程的自动化也在不断推进，从样品前处理到检测分析的各个环节都有望实现自动操作，极大提升了检测效率和可靠性。此外，移动互联网、云计算等信息技术与检测技术的融合，也将推动检测过程的远程操控和大数据分析，实现智能化检测与监控。

6 结语

综上所述，食品中微生物快速检测与鉴定技术正向更加智能化、自动化和一体化的方向发展。技术的不断优化与整合、现场快速检测的发展，以及智能化与自动化的趋势，将为食品安全提供更有力的技术保障，促进食品产业的健康发展。但同时也需要注意，新技术的应用必须遵循相关法律法规，确保技术在安全、有效、可控的前提下得到推广应用。

参考文献

[1]姚松坪，燕荣，杨少华，等.食品中微生物快速检测技术发展概况[J].食品研究与开发，2017，38（4）：194-197.

[2]刘振宇.食品中病原微生物快速检测技术的研究进展[J].广州化工，2014，42（16）：32-33.

[3]苗小雨，柴春祥，鲁晓翔.无损检测技术在食品微生物检测中的应用与展望[J].食品与发酵工业，2022，48（8）：311-319.

[4]杨平.食品中4种致病微生物的多联PCR快速检测技术研究[D].重庆：重庆大学，2007.

[5]江峰锦，郑良萍.食品微生物检验内容及检测技术方式分析[J].中国卫生产业，2019，16（25）：169-170.