基于SnO2納米花氣體傳感器快速檢測牛奶中的單增李斯特菌

劉紅平，朱永恒,2，劉海泉,2，馬歐妹，趙 勇,2,*

基于SnO2納米花氣體傳感器快速檢測牛奶中的單增李斯特菌

劉紅平1，朱永恒1,2，劉海泉1,2，馬歐妹1，趙 勇1,2,*

（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，農業部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室（上海），上海 201306）

以單增李斯特菌特征性代謝物3-羥基-2-丁酮為檢測靶點，水熱法合成與之匹配的敏感材料，制備出單增李斯特菌特異檢測半導體氣體傳感器。采用X射線衍射和透射電子顯微鏡手段對材料的結構和形貌進行表征。并分析傳感器對3-羥基-2-丁酮標準氣體的氣敏性能及其在牛奶中單增李斯特菌的檢測效果。結果表明，本研究合成的SnO2材料為納米花結構。制備出的單增李斯特菌特異檢測半導體氣體傳感器對3-羥基-2-丁酮靈敏度高、響應恢復時間短、選擇性和穩定性好。用于檢測單增李斯特菌時，傳感器的靈敏度與細菌濃度呈現出良好的線性關系，線性方程為lg（S-1）=0.198 3lgC-0.472 5（R2=0.990 1）。本方法快速靈敏、操作簡便，可用于食品中單增李斯特菌的快速檢測。

單增李斯特菌；3-羥基-2-丁酮；水熱法；氣敏性能；納米花；靈敏度

單增李斯特菌（Listeria monocytogenes）是全世界普遍公認的一種重要的人畜共患食源性致病菌[1-2]，人感染后可引起嘔吐、腦膜炎、敗血癥和自然流產等癥狀，免疫力較弱者如孕婦、新生兒和老人尤易被感染[3-5]。該菌廣泛存在于各種肉類、蔬菜、乳制品等食品中[6-8]，在4 ℃環境中仍可生長繁殖，是冷藏食品威脅人類健康的主要致病菌之一[9]，日益引起食品安全工作者的重視。目前國際上對單增李斯特菌的檢測還沒有統一標準，其檢測方法主要包括傳統的培養和生理生化方法、分子生物學方法以及免疫學等方法。這些方法可靠準確，但操作繁雜、檢測周期長，且對專業技術人員和儀器設備依賴程度高，不適宜快速診斷[10-16]。因此對單增李斯特菌進行實時、靈敏而無損檢測迫切需要操作簡單、便攜、低成本的快速檢測技術。

自金屬氧化物半導體氣體傳感器問世以來，因其具有制備簡單、價格低廉、體積小和使用壽命長等優點，在工業生產、環境監測以及人類生活等領域中得到了廣泛的應用，在檢測易燃易爆、有毒有害氣體等方面顯示了獨特的優勢[17-19]。其中，SnO2是一種寬禁帶（3.6 eV）n型半導體金屬氧化物，由于其優越的光學、電學以及催化等性能，成為當今研究最深入、應用最廣泛的氣敏材料[20-22]。而將其制備成氣體傳感器運用于微生物揮發性代謝物的特異性檢測的實驗研究卻少見報道。

微生物揮發性代謝產物是微生物在生長代謝過程中利用周圍環境中的糖類、蛋白質和脂肪等營養成分產生的一類代謝產物。它與微生物生命活動密切相關，是人類了解微生物生命活動本質規律的重要窗口，已被廣泛應用于臨床診斷、環境監測和微生物鑒定[23-25]。如李絢梅等[26]研究了肺部感染幾種常見致病菌，發現吲哚、十一烷醇、丁基羥基甲苯分別為大腸桿菌、綠膿桿菌、肺炎克雷伯桿菌的特征性揮發物，可用于肺部感染疾病的診斷。本實驗室前期研究中發現，3-羥基-2-丁酮是單增李斯特菌產生的特征性揮發物，其含量隨細菌的培養時間而變化，當培養時間為18 h時，相對含量高達48.93%[27-28]。因此，本實驗以單增李斯特菌特征性代謝物3-羥基-2-丁酮為檢測靶點，利用比表面積大的SnO2納米花敏感材料對氣體快速響應的氣敏性能，探索出一種基于SnO2氣體傳感器快速檢測單增李斯特菌的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛奶 光明集團；鹽酸、無水乙醇、氫氧化鈉、五水四氯化錫（SnCl4·5H2O） 國藥集團化學試劑有限公司；胰蛋白胨大豆肉湯（tryptic soy broth，TSB）、胰蛋白胨大豆瓊脂（tryptic soy agar，TSA） 北京陸橋技術股份有限公司；L. monocytogenes WaX12由本實驗室從豬肉中分離得到；實驗所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DHG-9055A鼓風干燥箱、GHP-9270隔水式恒溫培養箱、SX2箱式電阻爐 上海一恒科技儀器有限公司；Bioscreen C全自動微生物生長曲線分析儀 芬蘭Oy Growth Curves Ab公司；MYP11-2A恒溫磁力攪拌器上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；SMS-60R半導體氣敏傳感器陣列測量平臺 河南圣瑪斯科技有限公司；實驗用水為去離子水；實驗所用玻璃器皿、去離子水及吸頭均經高壓滅菌處理。

1.3 方法

1.3.1 材料的合成及表征

將0.5 mol SnCl4·5H2O溶于45 mL去離子水中，磁力攪拌均勻，用NaOH溶液調節體系pH值至10左右，緩慢加入25 mL無水乙醇，再攪拌30 min使其充分混合，得到均勻的反應溶液。將混合均勻的反應溶液引入100 mL的高壓釜中，螺釘旋緊密封，置于180 ℃烘箱中反應24 h。關掉烘箱使高壓反應釜自然冷卻至室溫，獲得一定量的沉淀產物。將沉淀產物用去離子水和無水乙醇交替洗滌多次，置于70 ℃烘箱中隔夜干燥，得到SnO2納米花前驅體。將前驅物置于馬弗爐中550 ℃煅燒2 h，所獲樣品即為SnO2納米花。采用X射線衍射和透射電子顯微鏡對所得樣品進行表征，分析樣品的形貌、粒子大小以及分散狀況。

1.3.2 傳感器的制作

圖1 氣敏元件的結構Fig. 1 Schematic illustration of the gas-sensor structure

在瑪瑙研缽中加入少許樣品，研磨均勻后滴入少量去離子水，調成糊狀后用毛筆均勻涂于帶Pt引線的陶瓷管外面，將涂好氣敏材料的陶瓷管立于瓷方舟內放在紅外燈下烘干（約10 min）后，置于500 ℃馬弗爐中煅燒2 h，以除去材料中所用的黏合劑，自然冷卻后備用。將涂有氣敏材料的陶瓷管的4 個電極絲焊接在底座上，然后將加熱絲從陶瓷管中穿過并將其兩端也焊接在底座上，制成氣敏元件，結構如圖1所示。為了改善器件的性能，增加元件的穩定性，將焊好的元件置于專用的老化臺上，通5 V直流電壓，老化1周[29]。

1.3.3 3-羥基-2-丁酮標準氣體的氣敏性能測試

采用靜態配氣法，在SMS-60R氣敏元件測試系統上進行傳感器對3-羥基-2-丁酮氣敏性能測試，測試內容包括最佳工作電壓的判斷、響應恢復情況、選擇性和長期穩定性分析。基本測試電路如圖2所示。Vh為加熱電壓，Vc為測試回路電壓，Vout為負載電阻RL上的電壓。加熱電壓Vh，0～6 V連續可調；回路電壓Vc，2～10 V連續可調；負載電阻RL，可換插卡式。通過測試與氣敏元件串聯的負載電阻RL上的電壓Vout來反映傳感器的特性。在本實驗中，定義元件的靈敏度S=Ra/Rg，Ra和Rg分別為元件在空氣中和被測氣體中的電阻值。定義響應時間tres為元件接觸被測氣體后，負載電阻RL上的電壓U0變化到U0+90%（UX-U0）所需的時間，恢復時間trev為元件脫離被測氣體后，負載電阻RL的電壓由UX恢復到U0+ 10%（UX-U0）所用的時間[30]。測試氣體包括3-羥基-2-丁酮和幾種常見的干擾氣體如氨氣、二甲苯、甲醛、乙醇、異丙醇、丙酮、一氧化碳、二氧化硫、氫氣、乙烯等。

1.3.4 TSB培養基中單增李斯特菌的檢測

挑取一環單增李斯特菌單菌落接種到裝有10 mL TSB培養基的試管中，于37 ℃、以180 r/min搖床過夜培養，使菌液濃度達到109CFU/mL左右，將菌液按梯度稀釋。然后從稀釋液中吸取100 μL一定濃度的菌液接種到裝有15 mL TSB培養基的頂空收集瓶中，使菌液濃度約為104CFU/mL，37 ℃、180 r/min搖床培養。每隔2 h取出一個頂空收集瓶，在37 ℃水浴、18 r/min磁力攪拌15 min進行頂空氣體收集，再用注射器抽取瓶中頂空氣體，快速注入氣體測試箱中，進行單增李斯特菌氣味檢測，每次實驗做3 個平行。另外，將初始接種量約為104CFU/mL的菌液用全自動微生物生長曲線分析儀進行單增李斯特菌生長曲線的測定，將所得結果與傳感器檢測結果對比。同時為考察單增李斯特菌氣味檢測傳感器的特異性及培養基背景氣味對傳感器的影響，本實驗還對大腸桿菌、副溶血性弧菌、沙門氏菌和TSB進行了檢測。

1.3.5 牛奶樣品中單增李斯特菌的檢測

為評價本方法在實際樣品中的可行性，將濃度約為10、102、103、104、105、106CFU/mL的單增李斯特菌接種到市售無菌牛奶樣品中，37 ℃、180 r/min搖床培養，培養12 h后取出樣品，進行氣味檢測。

2 結果與分析

2.1 材料的表征

圖3 a為溶劑熱條件下180 ℃水熱24 h后得到的樣品X射線衍射圖譜。經過與標準卡片比較分析可知，圖3a中標出的所有衍射峰與標準圖譜（JCPDS 41-1445）相吻合，屬于四方金紅石結構。無其他雜質的衍射峰，說明樣品是單一的SnO2相，結晶度和純度均很高。如圖3b1、b2所示，所得樣品為形貌規則、分布均勻的多級花狀結構，它是由若干根納米棒組成，每根納米棒的直徑大約為200～300 nm，長約1～1.5 μm。

2.2 3-羥基-2-丁酮標準氣體的氣敏性能測試結果

圖4 傳感器對50 mL/m33-羥基-2-丁酮的靈敏度與加熱電壓的關系（a）、靈敏度和3-羥基-2-丁酮含量關系（b）及含量對數的線性關系（c）Fig. 4 Heating voltage dependence of response to 50 mL/m33-hydroxy-2-butanone of the sensor (a), relationship between the response of sensor and concentrations of 3-hydroxy-2-butanone (b) and linear relationshipbetween the logarithm of response and concentrations (c)

由圖4a可知，傳感器的靈敏度與加熱電壓的關系呈火山形曲線，當加熱電壓為5 V時傳感器的靈敏度最大。因此，5 V選為本實驗的工作電壓。由圖4b可知，基于SnO2納米花制作的傳感器的靈敏度隨3-羥基-2-丁酮含量增加而增大，即傳感器對3-羥基-2-丁酮的響應隨著氣體含量的增加而升高，幾乎呈線性關系，符合經驗公式：S=a[C]b+1（其中a、b為常數，S、C分別為靈敏度和氣體含量）[31-32]。如圖4c所示，靈敏度和氣體含量在對數坐標軸上線性關系為：lg（S-1）=0.478 2lgC+0.844 3，線性系數R2為0.995 2。傳感器對3-羥基-2-丁酮響應的重復性好，響應-恢復時間短，其響應和恢復時間分別在11、16 s以內，檢測限達10-9級。

圖5 傳感器對不同氣體響應（a）及長期穩定性（b）Fig. 5 Response of the sensor to different gases (a) and its long-term stability to 3-hydroxy-2-butanone (b)

傳感器對氨氣、二甲苯、甲醛、乙醇、異丙醇、丙酮、一氧化碳、二氧化硫、氫氣、乙烯等11 種氣體（含量皆為50 mL/m3）的測試結果如圖5a所示。傳感器對3-羥基-2-丁酮的靈敏度最高，可達46.26。而對其他氣體，丙酮最高靈敏度為16.09。由此可知，傳感器對3-羥基-2-丁酮具有很好的選擇性。長期穩定性是傳感器實際應用中的一個重要指標。將制備好的傳感器每隔7 d對50 mL/m3的3-羥基-2-丁酮氣體進行測試，從圖5b可以看出，傳感器在35 d后的靈敏度變化很小，說明該傳感器有著很好的長期穩定性。

2.3 TSB培養基中單增李斯特菌的檢測結果

圖6 單增李斯特菌的生長曲線（a）和靈敏度與細菌培養時間的關系（b）Fig. 6 Growth curve of Listeria monocytogenes (a) and relationship between the response of sensor and bacterial culture time (b)

由圖6a可知，隨著細菌培養時間的延長，傳感器的靈敏度由變化緩慢到變化顯著最后趨于穩定。這與用全自動微生物生長曲線分析儀測得單增李斯特菌的生長曲線的結果相一致。微生物在生長過程中會經歷延滯期、對數生長期、穩定期和衰亡期4 個生命階段。當細菌處于延滯期時，細菌生長緩慢，產生的揮發性代謝物3-羥基-2-丁酮少，傳感器的靈敏度小。當細菌處于對數生長期時，細菌以對數形式生長，產生的3-羥基-2-丁酮氣體急劇增加，傳感器靈敏度增大，這段時期靈敏度變化顯著。當細菌進入穩定期后，細菌生長速率不再增加，此時細菌產生的3-羥基-2-丁酮的量不再急劇增加，靈敏度變化緩慢，最后將趨于穩定。從圖6b中還可以看到，傳感器對副溶血性弧菌、大腸桿菌、沙門氏菌和TSB培養基的檢測效果。由圖6b可知，傳感器檢測副溶血性弧菌、大腸桿菌、沙門氏菌和TSB培養基時，靈敏度隨細菌的培養時間變化緩慢，對TSB培養基幾乎無變化。表明本實驗所制備的傳感器具有良好的特異性，對單增李斯特菌具有很好的檢測效果。

2.4 牛奶樣品中單增李斯特菌的檢測結果

圖7 傳感器檢測不同濃度單增李斯特菌的靈敏度（a）和靈敏度與細菌濃度的線性關系曲線（b）Fig. 7 Response of the sensor to different concentrations of Listeria monocytogenes (a) and linear relationship curve between response and concentrations of L. monocytogenes (b)

將初始接種量約為0、10、102、103、104、105、106CFU/mL的單增李斯特菌接種到無菌牛奶中培養12h后，由圖7可知，菌液濃度越大，傳感器的靈敏度越大，細菌被傳感器檢出所需的增菌時間越短。靈敏度與菌液濃度呈現出良好的線性關系，線性方程為lg（S-1）= 0.198 3lgC-0.472 5（R2=0.990 1）。初始接種量約為10 CFU/mL的單增李斯特菌在牛奶中培養12 h后也能被檢測出。說明本研究所制備的單增李斯特菌特異檢測傳感器可以應用于實際樣品中單增李斯特菌的檢測。

3 結 論

采用水熱法成功合成了形貌規則的SnO2納米花材料。基于SnO2納米花制備的單增李斯特菌特異檢測半導體氣體傳感器對3-羥基-2-丁酮靈敏度高、選擇性強和穩定性好，響應和恢復時間分別在11、16 s以內。用于檢測單增李斯特菌時，傳感器的靈敏度與細菌培養時間之間的關系符合單增李斯特菌的生長規律。并且靈敏度與菌液濃度呈現出良好的線性關系，線性方程為lg（S-1）= 0.198 3lgC-0.472 5（R2=0.990 1），初始接種量約為10 CFU/mL的單增李斯特菌在牛奶中培養12 h后也能被檢測出。說明通過該傳感器對單增李斯特菌產生的特征性氣味3-羥基-2-丁酮的檢測以達到快速檢測單增李斯特菌的目的是可行的。不同微生物在生長過程中產生的特征揮發性代謝物不盡相同，可以根據特征性代謝物制備出與其匹配的敏感材料。因此，這種方法還可被借鑒到其他食源性致病菌的快速檢測。

[1] GUILLET C, JOIN-LAMBERT O, LE M A, et al. Human listeriosis caused by Listeria ivanovii[J]. Emerg Infect Diseases, 2010, 16(1): 136-138. DOI:10.3201/eid1601.091155.

[2] ORSI R H, den BAKKER H C, WIEDMANN M. Listeria monocytogenes lineages: genomics, evolution, ecology, and phenotypic characteristics[J]. International Journal of Medical Microbiology, 2011, 301(2): 79-96. DOI:10.1016/j.ijmm.2010.05.002.

[3] ALTHAUS D, LEHNER A, BRISSE S, et al. Characterization of Listeria monocytogenes strains isolated during 2011–2013 from human infections in Switzerland[J]. Foodborne Pathogens and Disease, 2014, 11(10): 753-758. DOI:10.1089/fpd.2014.1747.

[4] 丁建英, 韓劍眾. 食品中單增李斯特菌的存在現狀及檢測方法研究進展[J]. 食品研究與開發, 2008, 29(12): 171-174. DOI:10.3969/ j.issn.1005-6521.2008.12.050.

[5] MONTERO D, BODERO M, RIVEROS G, et al. Molecular epidemiology and genetic diversity of Listeria monocytogenes isolates from a wide variety of ready-to-eat foods and their relationship to clinical strains from listeriosis outbreaks in Chile[J]. Frontiers in Microbiology, 2015, 6: 384. DOI:10.3389/fmicb.2015.00384.

[6] BüLA C J, BILLE J, GLAUSER M P. An epidemic of foodborne listeriosis in western Switzerland: description of 57 cases involving adults[J]. Clinical Infectious Diseases, 1995, 20(1): 66-72. DOI:10.1093/clinids/20.1.66.

[7] MACDONALD P D M, WHITWAM R E, BOGGS J D, et al. Outbreak of listeriosis among Mexican immigrants as a result of consumption of illicitly produced Mexican-style cheese[J]. Clinical Infectious Diseases, 2005, 40(5): 677-682. DOI:10.1086/427803.

[8] KOCH J, DWORAK R, PRAGER R, et al. Large listeriosis outbreak linked to cheese made from pasteurized milk, Germany, 2006–2007[J]. Foodborne Pathogens and Disease, 2010, 7(12): 1581-1584. DOI:10.1089/fpd.2010.0631.

[9] JUNTTILA J R, NIEMEL?S I, HIRN J. Minimum growth temperatures of Listeria monocytogenes and non-haemolytic listeria[J]. Journal of Applied Bacteriology, 1988, 65(4): 321-327. DOI:10.1111/ j.1365-2672.1988.tb01898.x.

[10] JASSON V, JACXSENS L, LUNING P, et al. Alternative microbial methods: an overview and selection criteria[J]. Food Microbiology, 2010, 27(6): 710-730. DOI:10.1016/j.fm.2010.04.008.

[11] DWIVEDI H P, JAYKUS L A. Detection of pathogens in foods: the current state-of-the-art and future directions[J]. Critical Reviews in Microbiology, 2011, 37(1): 40-63. DOI:10.3109/104084 1X.2010.506430.

[12] ZENG H, ZHANG X, SUN Z, et al. Multiplex PCR identification of Listeria monocytogenes isolates from milk and milk-processing environments[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2006, 86(3): 367-371. DOI:10.1002/jsfa.2352.

[13] V?LIMAA A L, TILSALA-TIMISJ?RVI A, VIRTANEN E. Rapid detection and identification methods for Listeria monocytogenes in the food chain-a review[J]. Food Control, 2015, 55: 103-114. DOI:10.1016/j.foodcont.2015.02.037.

[14] 鄭曉風, 韓勇, 劉英玉, 等. 單增李斯特菌便捷檢測試紙的制備及檢測效果[J]. 食品科學, 2016, 37(20): 191-197. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201620033.

[15] SHIM W B, CHOI J G, KIM J Y, et al. Enhanced rapidity for qualitative detection of Listeria monocytogenes using an enzymelinked immunosorbent assay and immunochromatography strip test combined with immunomagnetic bead separation[J]. Journal of Food Protection, 2008, 71(4): 781-789. DOI:10.4315/0362-028X-71.4.781.

[16] LONG Y, ZHOU X, XING D. Sensitive and isothermal electrochemiluminescence gene-sensing of Listeria monocytogenes with hyperbranching rolling circle amplification technology[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2011, 26(6): 2897-2904. DOI:10.1016/ j.bios.2010.11.034.

[17] 張強, 管自生. 電阻式半導體氣體傳感器[J]. 儀表技術與傳感器, 2006(7): 6-9. DOI:10.3969/j.issn.1002-1841.2006.07.003.

[18] MIRZAEI A, LEONARDI S G, NERI G. Detection of hazardous volatile organic compounds (VOCs) by metal oxide nanostructuresbased gas sensors: a review[J]. Ceramics International, 2016, 42(14): 15119-15141. DOI:10.1016/j.ceramint.2016.06.145.

[19] 鄭慶呈, 張鵬, 魏影. 可燃氣體檢測報警器的原理及其應用[J]. 計量與測試技術, 2014, 41(9): 20-22. DOI:10.3969/j.issn.1004-6941.2014.09.013.

[20] LI Z, ZHOU Y, SONG J, et al. Versatile nanobead-scaffolded N-SnO2mesoporous microspheres: one-step synthesis and superb performance in dye-sensitized solar cell, gas sensor, and photocatalytic degradation of dye[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1(3): 524-531. DOI:10.1039/C2TA00103A.

[21] WEN Z, ZHENG F, YU H, et al. Hydrothermal synthesis of flowerlike SnO2nanorod bundles and their application for lithium ion battery[J]. Materials Characterization, 2013, 76: 1-5. DOI:10.1016/ j.matchar.2012.11.011.

[22] 劉陽, 李勃, 姚有為, 等. 改善SnO2氣體傳感器氣敏性能的研究進展[J]. 傳感器與微系統, 2013, 31(12): 5-8. DOI:10.3969/ j.issn.1000-9787.2012.12.002.

[23] WANG Y, LI Y, YANG J, et al. Microbial volatile organic compounds and their application in microorganism identification in foodstuff[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2016, 78: 1-16. DOI:10.1016/ j.trac.2015.08.010.

[24] LEMFACK M C, NICKEL J, DUNKEL M, et al. mVOC: a database of microbial volatiles[J]. Nucleic Acids Research, 2014, 42(D1): D744-D748. DOI:10.1093/nar/gkt1250.

[25] AUDRAIN B, FARAG M A, RYU C M, et al. Role of bacterial volatile compounds in bacterial biology[J]. FEMS Microbiology Reviews, 2015, 39(2): 222-233. DOI:10.1093/femsre/fuu013.

[26] 李絢梅, 應可凈. 部分細菌和真菌特征揮發性有機物的研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2012.

[27] YU Y, SUN X, LIU Y, et al. Odor fingerprinting of Listeria monocytogenes recognized by SPME-GC-MS and E-nose[J]. Canadian Journal of Microbiology, 2014, 61(5): 367-372. DOI:10.1139/cjm-2014-0652.

[28] 陳雪, 倪鵬, 喻勇新, 等. 李斯特屬細菌特征揮發性代謝物的鑒定分析[J]. 食品科學, 2013, 34(10): 231-237. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201310051.

[29] WANG D, HU P, XU J, et al. Fast response chlorine gas sensor based on mesoporous SnO2[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2009, 140(2): 383-389. DOI:10.1016/j.snb.2009.05.027.

[30] WANG H, QU Y, CHEN H, et al. Highly selective n-butanol gas sensor based on mesoporous SnO2prepared with hydrothermal treatment[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 201: 153-159. DOI:10.1016/j.snb.2014.04.049.

[31] WILLIAMS D E. Semiconducting oxides as gas-sensitive resistors[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 1999, 57(1): 1-16. DOI:10.1016/ S0925-4005(99)00133-1.

[32] ZHANG L, ZHAO J, LU H, et al. Facile synthesis and ultrahigh ethanol response of hierarchically porous ZnO nanosheets[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2012, 161(1): 209-215. DOI:10.1016/ j.snb.2011.10.021.

Rapid Detection of Listeria monocytogenes in Milk Base on SnO2Nanoflower Gas Sensor

LIU Hongping1, ZHU Yongheng1,2, LIU Haiquan1,2, MA Oumei1, ZHAO Yong1,2,*
(1. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2. Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Aquatic Product on Storage and Preservation (Shanghai), Ministry of Agriculture, Shanghai Aquatic and Storage Engineering Technology Research Center, Shanghai 201306, China)

The aim of this study was to develop a semiconductor gas sensor for the rapid and sensitive detection of L. monocytogenes by targeting 3-hydroxy-2-butanone, the characteristic metabolite of L. monocytogenes. The sensitive material that matches 3-hydroxy-2-butanone was synthesized by a hydrothermal method and used to fabricate the sensor. The structure and morphology of the material were characterized by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The response of the as-prepared sensor to 3-hydroxy-2-butanone calibration gases and its performance for the detection of L. monocytogenes in milk were analyzed. The results indicated that the sensor exhibited high response, quick response-recovery kinetics, and good repeatability to 3-hydroxy-2-butanone. Furthermore, the response showed a good linear relationship with the concentration of L. monocytogenes, and the linear regression equation was lg(S-1)=0.198 3lgC -0.472 5 (R2= 0.990 1). This method could be completed within a short time without extensive sample preparation. Accordingly, it has a great potential as a rapid method for the detection of L. monocytogenes in food samples.

Listeria monocytogenes; 3-hydroxy-2-butanone; hydrothermal method; gas-sensing performance; nanoflower; response

10.7506/spkx1002-6630-201716036

TS201.3

A

1002-6630（2017）16-0228-06

劉紅平, 朱永恒, 劉海泉, 等. 基于SnO2納米花氣體傳感器快速檢測牛奶中的單增李斯特菌[J]. 食品科學, 2017, 38(16): 228-233. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201716036. http://www.spkx.net.cn

LIU Hongping, ZHU Yongheng, LIU Haiquan, et al. Rapid detection of Listeria monocytogenes in milk base on SnO2nanoflower gas sensor[J]. Food Science, 2017, 38(16): 228-233. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201716036. http://www.spkx.net.cn

2016-10-20

國家自然科學基金面上項目（31571917；31671779）；上海市科技興農重點攻關項目（滬農科攻字2014第3-5號；滬農科攻字2015第4-8號；滬農科攻字2016第1-1號）作者簡介：劉紅平（1989—），男，碩士研究生，研究方向為食品安全檢測。E-mail：liuhp3358189@126.com

*通信作者：趙勇（1975—），男，教授，博士，研究方向為食品安全與生物技術。E-mail：yzhao@shou.edu.cn