食品安全檢測中微生物檢測技術的運用

摘 要：在食品供應鏈日益復雜的背景下，食品安全問題成為公共衛生領域面臨的重大挑戰，尤其是食源性疾病的預防與控制方面。微生物污染是食品安全領域中最普遍且最具挑戰性的問題之一，它不僅影響食品的質量和消費者的健康，還可能對食品生產企業和國家的經濟造成重大損失。在這種背景下，快速、準確地檢測食品中的微生物污染成為確保食品安全的關鍵。本文深入探討了微生物檢測技術在食品安全檢測中的應用，并提出通過技術進步應對食品安全檢測面臨的挑戰。

關鍵詞：食品安全；微生物污染；快速檢測

Application of Microbial Detection Technology in Food Safety Testing

FU Jianrui

（Weifang HR-HC Testing Technology Co.， Ltd.， Weifang 261000， China）

Abstract： In the context of increasingly complex food supply chains， food safety issues have become a major challenge in the field of public health， especially in the prevention and control of foodborne diseases. Microbial contamination is one of the most common and challenging issues in the field of food safety. It not only affects the quality of food and the health of consumers， but may also cause significant economic losses to food production enterprises and countries. In this context， rapid and accurate detection of microbial contamination in food has become the key to ensuring food safety. This article delves into the application of microbial detection technology in food safety testing and proposes to address existing challenges in food safety testing through technological progress.

Keywords： food safety; microbial contamination; quick detection

食品安全問題不僅關系到消費者的健康和生命安全，也影響著食品生產企業的品牌形象以及國家的經濟發展和社會穩定。在食品安全問題中，由微生物引起的食品污染和食源性疾病是最常見也是最嚴重的問題之一。細菌、病毒、寄生蟲及霉菌等微生物可以在食品加工、包裝、運輸和儲存過程中進入食品，導致食品腐敗變質，甚至產生毒素，對消費者健康造成威脅。隨著科學技術的發展，微生物檢測技術已成為食品安全控制中不可或缺的工具，能夠幫助檢測和識別食品中的有害微生物，評估食品的微生物污染水平，從而確保食品的安全性和衛生質量。傳統的微生物檢測方法主要依賴于培養技術，這些方法雖然有效，但通常耗時較長，靈敏度和特異性有限[1-2]。因此，快速、高效、準確的微生物檢測技術的研究和應用成為食品安全領域的研究熱點。

1 食品中常見的微生物及影響

1.1 常見的食品微生物類型

食品中存在多種微生物，包括細菌、霉菌、酵母和病毒等。細菌在食品微生物中占據了極其重要的位置，它們既可以導致食品腐敗，又可以在發酵食品的生產中起到關鍵作用[3]。例如，乳酸菌在酸奶和發酵乳制品的生產中起到至關重要的作用，而沙門氏菌和大腸桿菌等則可能導致食物中毒；霉菌和酵母廣泛存在于食品中，主要影響食品的保質期和安全性；霉菌能在食品表面形成菌落，產生可能對人體健康有負面影響的毒素，如黃曲霉毒素；酵母在某些發酵食品的生產中發揮作用，如面包和啤酒的制造；病毒通過污染食品危害人體健康，如諾如病毒是引發食源性疾病的重要因素。

1.2 微生物對食品的影響

微生物對食品的影響是雙面的，既有利也有弊。①某些微生物在食品制造過程中扮演著積極的角色。在發酵食品的生產中，如面包、酒、酸奶等，微生物通過其生命活動促進食品風味的形成和營養價值的提升。例如，酵母在面包制作過程中產生的二氧化碳使得面團膨脹，而乳酸菌在酸奶生產中通過發酵乳糖產生乳酸，賦予酸奶特有的酸味和濃郁的風味。②微生物也是威脅食品安全的因素之一。在不適宜的條件下，有害微生物如細菌和霉菌可以在食品中迅速繁殖，引起食品腐敗變質，產生不良的氣味、味道和外觀變化，降低食品的感官品質和營養價值。更嚴重的是，一些微生物能夠產生毒素，如肉毒桿菌和黃曲霉菌所產生的毒素，這些毒素對人體有害，即使在微生物被殺死后，毒素依然存在，可能導致食源性中毒甚至死亡[4-5]。

食品中微生物的影響不僅取決于它們的種類，還受到食品存儲和處理條件的影響。因此，食品生產和加工過程中的微生物控制是食品安全管理中的核心環節。通過采取科學的加工方法和儲存條件，如低溫儲存、熱處理、干燥以及使用防腐劑等手段，可以有效控制或消滅有害微生物，保護食品不被污染，從而確保食品對消費者的安全和健康。

2 食品安全檢測中的微生物檢測技術

2.1 傳統的微生物檢測技術

在食品安全檢測中，傳統的微生物檢測技術仍然占有重要地位，其中培養法和顯微鏡觀察是兩種基本且廣泛應用的方法。

2.1.1 培養法

培養法通過將食品樣品中的微生物引入適合其生長的營養培養基中，然后在適宜的環境條件下（如溫度、濕度等）培養一定時間，使微生物繁殖至可見的菌落。通過計數菌落數量，可以評估食品樣品中微生物的含量。此外，根據不同微生物對特定營養培養基的生長反應，可以進一步鑒定出食品中存在的特定微生物種類。培養法因其簡便、成本低廉而被廣泛使用，尤其適合于對食品微生物總量的檢測和特定有害微生物的鑒定。然而，這種方法通常需要較長的培養時間（通常幾天到一周），并且對一些生長條件特殊或難以培養的微生物檢測存在局限性。

2.1.2 顯微鏡觀察

顯微鏡觀察通過直接在顯微鏡下觀察食品樣品制作的涂片識別和計數微生物。這種方法可以提供微生物的形態學信息，對于快速檢測食品中是否存在微生物污染以及初步判斷微生物的類型非常有用。顯微鏡觀察可以使用不同的染色技術，如革蘭氏染色、孢子染色等，增加特定類型微生物的可見性，從而輔助微生物的識別和分類。盡管顯微鏡觀察對于快速檢測和初步識別微生物具有一定的價值，但通常需要經驗豐富的技術人員進行操作，并且難以對微生物的數量進行精確計數，對于一些形態相似的微生物種類也難以準確鑒定。

2.2 現代微生物檢測技術

2.2.1 分子生物學技術

現代微生物檢測技術中，分子生物學技術因其高靈敏度和高特異性，在食品安全檢測領域得到了廣泛的應用。分子生物學技術主要依賴于檢測食品樣本中微生物的遺傳物質，如DNA或RNA，從而實現對微生物的快速、準確識別和定量。

聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）是分子生物學技術中應用最為廣泛的方法。PCR技術的核心在于使用特定的引物（短單鏈DNA片段），與目標微生物的特定DNA序列完美匹配。檢測過程開始時，需要提取目標微生物DNA，然后將提取的DNA作為模板加入PCR反應混合物中。PCR反應通常經過3個主要的溫度循環階段：變性、退火和延伸。在變性階段，混合物被加熱至94～

98 ℃，高溫使雙鏈DNA解鏈成為兩條單鏈。在退火階段，溫度降至50～65 ℃，使得引物能夠與其互補的DNA模板特異性結合。在延伸階段，溫度調至72 ℃，DNA聚合酶開始沿著模板DNA合成新的DNA鏈。溫度循環反復進行30～40次，每經過一次循環，目標DNA序列的數量理論上翻倍，通過這種方式，極少量的遺傳物質可以在幾小時內被大量復制。PCR技術的高度特異性來源于引物的設計，能確保僅擴增目標DNA序列，這使得PCR技術不僅可以用來檢測食品中是否存在特定的有害微生物，還能夠通過量化PCR（qPCR）技術對微生物的數量進行精確定量分析。qPCR通過在PCR反應中加入熒光標記物質，使得在每個擴增周期中熒光信號的增加與DNA的數量成正比，從而實現實時

定量。

實時熒光定量PCR技術通過在PCR反應過程中加入熒光標記，能夠實時監測DNA擴增的過程，不僅能夠識別微生物種類，還能準確測定微生物的數量。除了PCR技術，核酸雜交技術也是分子生物學中重要的檢測手段。核酸雜交技術利用互補的核酸片段與目標微生物的遺傳物質特異性結合，通過標記的探針發出的信號來檢測微生物的存在。另外，基于序列的分析方法如次世代測序（Next-Generation Sequencing，NGS）技術，可以提供更加全面和深入的微生物群落分析，適用于復雜樣品中多種微生物的同時檢測和鑒定。

分子生物學技術的應用極大地提升了食品微生物檢測的效率和準確性，能夠在短時間內識別和定量食品樣本中的微生物，尤其是對于那些難以培養或生長緩慢的微生物。這些技術靈敏度高，即使在極低的微生物含量下也能進行檢測，能有效預防食源性疾病的發生。

2.2.2 免疫學技術

免疫學技術利用抗原和抗體之間的特異性結合反應來識別和定量食品中的微生物。免疫學技術的核心在于高度特異的抗體能夠識別并結合到特定的微生物抗原上，從而實現對目標微生物的檢測。酶聯免疫吸附試驗（Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA）、免疫層析技術以及免疫磁珠技術是其中的3種代表性方法。

（1）酶聯免疫吸附試驗技術。ELISA依賴于高度特異性的抗體與酶的結合能力定量檢測食品中的特定微生物或其代謝物。檢測過程中，抗體被固定在固相載體上，用于捕獲樣品中的目標抗原。隨后與酶標記的第二抗體結合，通過添加底物引發顏色變化，該變化的強度與樣品中目標抗原的含量成正比。ELISA具有高度的特異性和靈敏度，已成為食品安全檢測中用于快速篩查和定量分析微生物含量的有效工具。

（2）免疫層析技術。免疫層析技術常用于制作快速檢測試紙，是一種基于抗體與抗原特異性結合的快速診斷方法。當樣品液滴加到試紙上，樣品中的抗原與試紙上預先固定的抗體結合，隨著毛細作用使混合物遷移，進而與標記有可視化信號（如金顆粒）的二抗結合，形成顏色變化或條帶。該技術操作的簡便性和快速性使其特別適用于現場測試，如食品安全現場快速篩查和初步檢測。

（3）免疫磁珠技術。免疫磁珠技術結合了免疫學原理和磁性納米技術，通過磁珠表面修飾的特異性抗體捕獲樣品中的目標微生物。捕獲后，利用磁場簡單地將磁性珠子及其結合的微生物從樣品中分離出來，便于后續定量分析或進一步微生物培養和鑒定。免疫磁珠法提高了從復雜樣品中快速富集目標微生物的能力，顯著提升了檢測的靈敏度和準確性，尤其適用于那些低濃度微生物的檢測和需要高靈敏度檢測的場合。

免疫學技術由于其高特異性和靈敏度，在食品安全檢測中發揮著重要作用，特別是在快速檢測和現場檢測方面顯示出了獨特的優勢。通過技術創新和方法優化，免疫學技術在提高食品安全監測效率和精度方面的應用前景廣闊。

2.2.3 生物傳感器技術

生物傳感器技術融合了生物學、化學和微電子技術，提供了快速、靈敏且經濟有效的檢測手段。生物傳感器能夠將生物識別事件轉換為易于量化的電信號的分析設備，其工作原理基于特異性生物識別元件（如酶、抗體、微生物細胞等）與目標分析物（此處為食品中的微生物或其代謝產物）的相互作用。當目標微生物或其代謝產物與生物識別元件發生特異性結合時，會引起傳感器的物理或化學變化，通過轉換器轉換為電信號，進而被檢測和量化。

生物傳感器的關鍵優勢在于其快速響應和高度特異性，能夠在幾分鐘到幾小時內完成對食品樣本中特定微生物或毒素的檢測，這對于食品安全監管和及時應對食源性疾病暴發具有重要意義。生物傳感器的設計越來越向著便攜化、小型化發展，使得現場快速檢測成為可能，為食品安全檢測提供了更多靈活性和便利性。在食品安全檢測中應用的生物傳感器技術包括基于酶的傳感器、抗體基傳感器（免疫傳感器）和基于細胞的傳感器等。其中，抗體基傳感器因其對特定微生物或毒素具有高度特異性的識別能力而被廣泛應用。通過工程化改造，傳感器還能夠增強其對低濃度目標物的檢測能力，進一步提高檢測的靈敏度和準確性。

3 結語

隨著人們對食品安全關注度的日益提高，微生物檢測技術在保障食品質量和安全中的作用變得尤為重要。從傳統的培養法和顯微鏡觀察到現代的分子生物學技術、免疫學技術以及生物傳感器技術，微生物檢測領域已經取得了長足的進步。盡管現有的微生物檢測技術已經能夠滿足大部分食品安全檢測的需求，但仍面臨著諸如提高檢測靈敏度、降低成本、簡化操作流程等挑戰。隨著生物技術、納米技術、信息技術等的進一步發展，新的檢測技術和方法將不斷涌現，這些技術預計更加快速、靈敏、便捷和經濟，能夠實現對食品中微生物污染的更早預警和更有效控制。

參考文獻

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作者簡介：付建瑞（1989—），男，山東招遠人，本科，工程師。研究方向：檢驗檢測及質量管理。