糧食微生物檢測技術與防制措施*

田泱源 李瑞芳

（河南工業大學生物工程學院，鄭州 450001）

糧食微生物檢測技術與防制措施*

田泱源**李瑞芳

（河南工業大學生物工程學院，鄭州 450001）

對目前最新檢測和鑒定糧食微生物的方法及原理、糧食微生物防制措施進行總結，以期為糧食儲藏提供指導。

糧食微生物；微生物檢測；防制措施

糧食微生物是指寄附在糧食和食品上的微生物的統稱，包括細菌類中的真細菌和放線菌，真菌類中的霉菌、酵母菌以及病毒等，這些微生物寄附在糧食及其制品的表面和內部。糧食中含有豐富的碳水化合物、蛋白質等營養物質，一旦條件合適，微生物就會通過分泌水解酶，將糧食中的營養物質分解，破壞糧食的組織結構，甚至會在糧食中產生具有強烈毒性和致癌性的毒素，引起糧食產后嚴重損失。因此了解當前糧食微生物監測體系和防制措施，對有效減少糧食產后損失是十分必要的。

1 糧食微生物檢測技術

糧食微生物檢測包括定量和定性兩個方面，定量是指糧食中微生物的數量測定；而定性是根據微生物表現的各種性狀特征，對微生物的種類進行鑒別。

傳統的檢測技術主要以分離純化培養為基礎，在細胞水平上從形態特征、生化反應等方面鑒別微生物；新的檢測技術包括分子生物學技術、免疫技術、代謝技術、氣相色譜等技術，使糧食微生物檢測技術向快速、靈敏、特異的方向發展。

1.1 傳統的檢測方法

1.1.1 糧食微生物的分離培養和接種鑒定技術

這是微生物檢測鑒定最常用的技術之一，他利用微生物群體特征進行檢測鑒定。尤其對于形態相對較復雜的霉菌，往往有一些區別于其他種類的突出特征，一般可以借助形態特征進行種群鑒定。

由于其簡便易行，對設備要求不高，因此分離培養技術是最常用的技術，但其最大的缺點就是需要的周期比較長，檢測的結果具有不準確性。

1.1.2 電子顯微鏡檢測技術

電子顯微鏡又分透射電鏡和掃描電鏡，透射電鏡多用于糧食微生物形態的觀察，掃描電鏡主要用于細菌和真菌孢子表面形態特征觀察。但是這些技術都需要昂貴的設備，廣泛應用尚有難度。

1.2 分子生物學技術

1.2.1 DNA探針技術

DNA探針技術又稱分子雜交技術，是利用DNA分子的變性、復性以及堿基互補配對的高度精確性，對某一特異性DNA序列進行探查的新技術。應用不同病原微生物的DNA探針，進行相應病原微生物的檢測。如Chen JC等將食品病原菌Listeria monocytogenes的特異DNA序列經過熒光標記后作為探針，檢測Listeria monocytogenes病原菌，而其他李斯特菌種不能被檢測，因此，避免了其他菌對結果的干擾。目前，DNA探針技術已經在沙門氏菌、產腸毒素大腸桿菌及乙型肝炎病毒等檢測中得到了應用。但是采用DNA探針技術檢測微生物無法區別糧食中的死菌和活菌，得到的結果對糧食微生物堆集程度的判斷會有一定的偏差。

1.2.2 多聚酶鏈式反應（PCR）

PCR的基本原理是在體外對特定的雙鏈DNA片段進行高效擴增，故又稱基因體外擴增法。利用PCR精確、微量的優點對某些微生物特異基因進行擴增，以確定糧食中是否受到這些微生物的污染。現在廣泛利用的有反轉錄PCR（Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction，RT-PCR） 和熒光定量PCR等。RT-PCR是利用信使RNA（mRNA） 為模板，應用反轉錄酶，在4種dNTP存在條件下，合成出DNA鏈，并利用DNA聚合酶將其進一步大量擴增的技術。相對于PCR技術只能檢測病原菌染色體來說，RT-PCR檢測的是病原菌的mRNA，即檢測活菌的存在。熒光定量PCR又稱實時定量PCR（Real-Time PCR），是指在PCR反應體系中加入熒光基團，利用熒光信號的積累來實時監測整個PCR過程和PCR產物的量，最后通過標準曲線對未知模板進行定量分析的方法。實時熒光PCR技術與傳統的PCR相比，可檢測mRNA含量水平，由此可判斷出特定基因的轉錄水平。

D'Souza DH等利用熒光定量RT-PCR檢測沙門氏菌侵襲宿主相關基因invA的mRNA水平，判斷食品中致病性沙門氏菌活菌的存在及其侵染能力。蔣魯巖等為同時測定糧食中的副溶血性弧菌和金黃色葡萄球菌，建立了基于TaqMan探針的雙重Real-time（實時）PCR方法。該方法對2種細菌菌液的檢測敏感度均低于10 cfu/PCR反應體系，相關系數均為1.00，整個試驗可在2 h內完成。

1.2.3 基因芯片技術

基因芯片技術是將各種基因寡核苷酸點樣于芯片表面，微生物樣品DNA經PCR擴增后制備熒光標記探針，然后再與芯片上寡核苷酸點雜交，最后通過掃描儀定量分析熒光分布模式，來確定檢測樣品中是否存在某些特異微生物。基因芯片技術理論上可以在一次實驗中檢出所有潛在的致病菌，也可以用同一張芯片檢測某一致病菌的各種遺傳學指標。

基因芯片技術需要特殊的檢測設備，易污染，這也降低了他在實際工作中的應用，因此又構建了一種新的納米金基因芯片。直徑為納米范圍的金顆粒或含金的化合物，具有良好的生物兼容性，對其進行修飾后就能標記到特定的核酸上，作為信號報告分子使用，化學性質穩定，且與銀反應后可形成比原來體積大106倍的黑色顆粒，可以用肉眼觀察或用普通裝置記錄。因此，納米金基因芯片技術大大提高了基因芯片的靈敏度和適用性。

1.3 免疫技術

1.3.1 乳膠凝集反應

乳膠凝集反應是利用抗原與抗體特異性結合的特性，加上人工大分子的乳膠顆粒，發生肉眼可見的凝集反應。用該方法制成的試劑盒檢測金黃色葡萄球菌，1 min就可以發生凝集反應。該方法實驗設備要求低、靈敏度和特異性均較高，適用于定性檢測。

1.3.2 酶聯免疫法（ELISA）

ELISA是把抗原抗體免疫反應的特異性和酶的高效催化作用有機結合起來的一種檢測技術，既可測抗原，也可測抗體。ELISA用固相載體吸附抗體（抗原），加待測抗原（抗體），再與相應的酶標記抗體（抗原）進行抗原抗體的特異免疫反應，生成抗體（抗原） -待測抗原（抗體） -酶標記抗體（抗原）的復合物，最后再與該酶的底物反應生成有色產物，通過定性或定量分析有色產物量即可確定樣品中待測物質含量。陳福生等以曲霉特異性抗體為材料，運用酶聯免疫法對幾種糧食曲霉的多糖進行檢測，并和平板計數法的曲霉菌落數進行比較，結果表明兩者有很好的線性關系。該方法實驗設備要求低，靈敏度和特異性均較高，可進行定性和定量檢測。

1.3.3 免疫磁性微球

免疫磁性分離方法，是將特異性抗體偶聯在磁性顆粒表面，與樣品中被檢致病微生物發生特異性結合，載有致病微生物的磁性顆粒在外加磁場的作用下，向磁極方向聚集，棄去檢樣混合液，使致病微生物不但得到分離，而且也得到濃集，達到了檢測和鑒定微生物的目的。劉琳琳利用免疫磁性微球1h內就可以分離檢測出金黃色葡萄球菌和鏈球菌，且穩定性好，成本低，可以在微生物檢測方面得到廣泛的應用。

1.4 代謝技術

代謝技術主要包括生物發光技術、電阻抗技術、放射測量技術、微熱量技術。這些技術都是通過測量微生物新陳代謝過程中一些特殊現象和物理量的變化來檢測微生物的含量。生物發光技術利用ATP是熒光素酶發光的必需底物且呈線性關系來測定ATP的含量，而微生物的特定生長時期其ATP含量恒定，因此可以通過發光強度來確定微生物的含量。電阻抗技術的原理是細菌在生長繁殖的過程中會將大分子電惰性物質如多糖、蛋白質分解為小分子具有電活性的物質，我們可以通過檢測電阻抗的變化來判定細菌的生長繁殖特性。放射測量技術是通過測定引入的放射性14C標記來判斷細菌的數量。微熱量技術是通過測定細菌生長時熱量的變化進行細菌的檢出和鑒別。

1.5 氣相色譜技術

氣相色譜法是英國生物學家Martin等人于1952年創立的一種物理及物理化學的分離分析方法。他是一種以氣體為流動相，采用沖洗法的柱色譜分離技術，并與適當的鑒定手段相結合的一種分離分析方法。其特點是高選擇性、高分離效能、高靈敏度、高速度以及應用范圍廣。采用氣相色譜法可以通過分析細菌的細胞成分、體外培養的代謝物等來檢測和鑒定微生物。

Schmidt H等采用氣相色譜對大腸桿菌、藤黃微球菌和巨大芽孢桿菌進行檢測，試驗結果顯示，在保留時間1.5 min～28 min內，每種菌都有15種特定物質，這些物質的峰大多分布在這段保留時間內，但大約有一半大腸桿菌裂解產物的峰保留時間大于20 min。根據細菌裂解產物的圖譜分析，即可進行菌種鑒定。Maddula S等利用氣相色譜技術測量細菌分泌的易揮發性代謝物的量來確定大腸桿菌的數量。

1.6 毛細管電泳技術

毛細管電泳是泛指以高壓電場為驅動力，以毛細管為分離通道。依據樣品中各組分之間淌度和分配行為的差異而實現分離的一類分離技術。毛細管電泳與傳統的平板電泳方法相比，具有分離柱效高、分析速度快、自動化程度高、分析對象廣、分離模式多等特點。毛細管電泳已廣泛應用于食品微生物的分析檢測中，與氣相色譜方法相比，具有樣品前處理相對簡單、無需提取物和方法發展相對快等優勢。

毛細管電泳技術能將細菌當作“離子”看待。細菌在一定的生理條件下，其表面基團的電離狀態和雙電層的厚度是電泳緩沖液種類、pH值、離子強度和溫度等參數的函數，可以通過優化這些參數分離不同種類的細菌。毛細管電泳理論指出，分離柱效隨樣品分子擴散系數或分子量的增大而上升，這就預示著毛細管電泳在細胞分離中具有獨特的優勢。Law SW等利用毛細管電泳技術檢測食品中的大腸桿菌，比其他的方法均節約時間。

1.7 微生物自動檢測儀

隨著微生物快速檢測技術的不斷發展，很多檢測技術日趨成熟和完善，并被人們進一步開發研制成自動或半自動微生物檢測儀。比如最新研制的霉菌快速檢測裝置就可以檢測糧食中微生物數量的變化。其基本原理是當霉菌等微生物在糧食中活動時，隨著微生物數量的增加，酶的活性將提高，利用新研制的檢測儀可以檢測糧食樣品中酶活性的變化，即可快速檢測和判斷出糧食中微生物活動的狀況。而且研究表明，儀器檢測結果與糧食中實際微生物數量變化具有很強的線性相關。檢測儀最大的優點是可以避免死菌對于結果的影響，因為死菌是不能產酶的，而酶活力與微生物的數量是顯著相關的，所以儀器檢測的結果與儲藏糧食中的實際微生物數量變化具有很強的線性相關性。利用儀器檢測的缺點是無法分辨微生物的種類。

2 糧食微生物的防制措施

糧食發生霉變，不僅影響糧食容重（即糧食所含的能量），而且嚴重地影響糧食的品質，甚至使糧食喪失食用價值，因此預防糧食微生物引起的損失主要是防止糧食發生霉變。防止霉變的措施主要有：

2.1 控制環境溫度

環境溫度對霉菌的生長、繁殖及存活有著極為重要的作用。各種霉菌均有其最適宜生長發育的溫度范圍，在此溫度下霉菌代謝強度高、生長旺盛、繁殖迅速。當超過最低或最高溫度界限時，其代謝便會受到抑制，以致停止生長或死亡。如曲霉生長最適溫度一般在30℃左右。一般說來，糧溫在20℃～40℃是大多數微生物生長的適宜溫度；當溫度為5℃～15℃，則生長發育緩慢，甚至停滯。因此控制糧堆溫度是防霉的重要措施之一。控制溫度是比較容易實現的一種預防措施，已經被廣泛的應用。

2.2 控制環境水分

儲糧環境中水分條件包括大氣、倉房和糧堆的相對濕度、糧食含水量或水活度（AW）。水分是生物細胞的主要成分之一，微生物的新陳代謝必需有水的參加。水分是微生物生長繁殖的基本條件，各種微生物生長的最低水活度（AW）為：一般細菌0.90；一般酵母0.88；一般霉菌0.80；一些干生性霉菌0.65。糧食上曲霉屬霉菌孢子萌發最低AW值為0.65～0.78；青霉屬霉菌為0.79～0.81。一般說來、糧食水分降至13%以下AW為0.65，才能完全抑制霉菌的活動。因此可以通過控制環境的水分來抑制霉菌的生長繁殖。

2.3 氣體成分

絕大多數霉菌是好氧的，在低氧環境下霉菌生長速度大為減弱。要達到完全抑制霉菌生長，糧堆氧體積分數必須控制在0.2%左右。有人研究當糧堆CO2體積分數達40%以上時，對一些霉菌的發育有抑制作用，在體積分數80%的CO2氣體中，白曲霉、黃曲霉、黑曲霉、雜色曲霉和青霉的生長可完全抑制，而且也可抑制一些酵母菌的生長。

因此可以人為地排除糧堆中原有氣體，引入某些惰性氣體如CO2、N2以及這些氣體的混合物，使得糧堆內氧含量降低，霉菌在低氧或絕氧情況下就會停止生長或受到抑制。在國外，氣調儲藏已作為現代儲糧的一種重要方法。

3 展望

民以食為天，食以安為先。面臨嚴峻的糧食安全問題，快速、有效的微生物檢測技術和方法是解決這一問題的關鍵。目前的糧食微生物檢測技術都有各自的優缺點和適用范圍，如有的技術經濟適用，但是耗時太長，使用受到限制；有的技術靈敏度高、特異性好、方便快捷，但由于需要精密昂貴的儀器和專業技術，目前不能普及應用。目前，國外多應用氣相色譜、液相色譜、毛細管電泳等技術檢測糧食微生物。這些技術靈敏度高、特異性強，但由于所需儀器設備昂貴，在國內應用較少。因此，尋找新的方便、快捷并可廣泛應用的檢測方法仍是研究的熱點。

目前，雖然已能通過降低水分含量、補充惰性氣體和控制環境溫度來實現固定儲糧糧倉微生物的控制。但在糧食進出口和運輸過程中，火車、汽車、輪船等運輸工具由于缺少相應的技術設備，糧食霉變嚴重。因此，加強糧食運輸過程中簡易防霉技術的研究仍具有重要意義。

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Detection technologies and prevention methods offood and grain microorganism

TIANYang-yuan**LI Rui-fang
（College ofbioengineering，Henan universityoftechnology，Zhengzhou 450001，China）

In order to provide valuable advising for food and grain storege，an overview of technologies and their principles of food and grain microorganism detection and identification was given and the prevetion methods were summarized.

food and grain microorganism；microbiological detection technolgy；prevention method

河南省高等學校青年骨干教師資助計劃（2008051）**田泱源，男，1987年出生，在讀碩士研究生，研究方向為微生物學。

2010-09-02