食品安全快速檢測技術在食源性致病菌檢測中的應用

胡嬋娟 胡莉 吳志豪 戚俊峰

摘 要：本文針對食源性致病菌檢測的迫切需求，深入分析了主要致病菌的特性，并探討了食品安全快速檢測技術的多種方法及其面臨的挑戰。文章重點介紹了核酸擴增、免疫分析、生物傳感等技術的優勢與局限，同時針對樣品基質復雜性、低豐度致病菌的富集分離以及現場快速檢測設備的穩定性問題，提出了具體的技術改進對策。通過優化檢測技術，可顯著提升食源性致病菌檢測的靈敏度、特異性和操作便捷性，為食品安全監管提供強有力的技術支撐。

關鍵詞：食源性致病菌；快速檢測；核酸擴增

The Application of Fast Food Safety Detection Technology in the Detection of Foodborne Pathogens

HU Chanjuan1， HU Li1， WU Zhihao1， QI Junfeng1，2*

（1.School of Biological and Food Engineering， Huanghuai University， Zhumadian 463000， China; 2.Department of General Medicine， Affiliated Zhumadian Central Hospital of Huanghuai University， Zhumadian 463000， China）

Abstract： This article focuses on the urgent need for the detection of foodborne pathogens， analyzes in depth the characteristics of the main pathogens， and explores various methods and challenges of rapid food safety detection technology. The article focuses on the advantages and limitations of technologies such as nucleic acid amplification， immunoassay， and biosensing. At the same time， specific technical improvement measures are proposed to address the complexity of sample matrices， the enrichment and separation of low abundance pathogenic bacteria， and the stability of on-site rapid detection equipment. By optimizing detection techniques， the sensitivity， specificity， and operational convenience of detecting foodborne pathogens can be significantly improved， providing strong technical support for food safety supervision.

Keywords： foodborne pathogens; rapid detection; nucleic acid amplification

食源性疾病是由污染的食物或水引起的疾病，已成為全球公共衛生的重大問題。食源性致病菌是導致食源性疾病的主要病原體，快速、準確地檢測食品中的致病菌對預防控制食源性疾病至關重要。傳統的致病菌檢測方法耗時長、操作復雜，難以滿足食品安全風險早期預警和快速反應的需求[1]。本文在分析主要食源性致病菌特性的基礎上，概述了食品安全快速檢測技術（以下簡稱快檢技術）的種類和特點，剖析了快檢技術在食源性致病菌檢測中的應用挑戰，并提出了提升快檢技術應用效能的對策建議。

1 主要食源性致病菌及其特性

食品安全領域中，食源性致病菌的多樣性和復雜性給食品安全風險防控帶來巨大挑戰。食源性致病菌主要包括沙門氏菌、單增李斯特菌、致病性大腸桿菌、空腸彎曲菌等。這些致病菌在生理特性、致病機制、耐受力等方面存在顯著差異，導致檢測和控制的難度增大。①沙門氏菌是一類兼性厭氧革蘭氏陰性桿菌，生長溫度范圍廣，能在低溫或真空包裝等環境下存活，其中鼠傷寒沙門氏菌致死率在10%～15%[2]。②單增李斯特菌作為一種喜冷菌，在0～45 ℃條件下均能生長，對熱處理耐受力強，且具有很強的黏附能力，容易形成生物被膜，增加了從食品加工設備上清除的難度。③大腸桿菌O157：H7等致病性大腸桿菌感染劑量低，產生的志賀樣毒素可引發嚴重并發癥，如溶血性尿毒癥綜合征（Hemolytic Uremic Syndrome，HUS）。④空腸彎曲菌是一類重要的食源性致病菌，能夠在微氧或厭氧條件下生長，具有很強的運動性和侵襲力，在雞肉等禽類產品中廣泛存在。

2 食品安全快檢技術的種類及特點

近年來，食品安全快檢技術蓬勃發展，主要包括核酸擴增技術、免疫分析技術、生物傳感技術等。①核酸擴增技術，如聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）、環介導等溫擴增（Loop-Mediated Isothermal Amplification， LAMP）等，通過特異性引物擴增目標基因片段，具有靈敏度高、特異性強等優勢，但容易受到食品基質中干擾物質的影響。②免疫分析技術，如酶聯免疫吸附測定（Enzyme-Linked Immunosorbnent Assay，ELISA）、膠體金免疫層析法等，利用抗原-抗體特異性結合反應實現目標物的快速檢測，操作簡便、易于實現現場快檢，但靈敏度和特異性相對較低[3]。③生物傳感技術，如表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）、石英晶體微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）等，通過將生物分子固定在傳感器表面，根據生物分子與目標物結合引起的信號變化實現定性定量分析，靈敏度高、檢測速度快，但儀器設備相對昂貴。④基于微流控芯片、納米材料等新興技術的快速檢測方法也逐漸受到關注。例如，集成PCR、毛細管電泳等功能的微流控芯片可實現樣品制備、擴增、分離、檢測的全流程自動化，大大縮短檢測時間；而納米材料如碳納米管、金納米顆粒等，具有比表面積大、導電性好等特性，可用于構建高靈敏度的電化學生物傳感器。

總的來說，各類快檢技術在靈敏度、特異性、速度、成本等方面各有優劣，需根據實際需求選擇合適的檢測方法，并不斷優化改進，以滿足食源性致病菌檢測的高效、快速、準確的要求。

3 食源性致病菌快檢技術的應用挑戰

3.1 樣品基質復雜導致的檢測干擾

食品基質中存在大量的蛋白質、脂肪、多糖等成分，這些成分可能會與檢測反應發生非特異性結合或干擾，導致檢測靈敏度下降、假陽性結果增加。以PCR檢測為例，食品基質中的某些多酚類物質，如花青素、單寧酸等，能夠與DNA聚合酶結合，抑制其活性，從而影響PCR擴增效率；而基質中游離的鎂離子，則可能影響退火溫度，導致引物發生非特異性結合[4]。免疫分析法同樣會受到基質效應的影響，例如，酪蛋白等食品蛋白可通過疏水作用吸附抗體，引起背景信號升高；而脂肪球表面的酪蛋白、乳球蛋白等，會對抗原-抗體反應產生空間位阻效應。

3.2 低豐度致病菌的富集和分離難度大

食源性致病菌在食品中往往以低豐度形式存在，如何實現低豐度致病菌的有效富集和分離是食品快檢技術面臨的另一個難題。傳統的增菌培養法雖然可以提高致病菌的濃度，但耗時較長，通常需要18～48 h，不利于食品安全的快速篩查。免疫磁性分離技術利用抗體修飾的磁性微球捕獲目標菌，可以在數小時內完成致病菌的分離富集，但存在抗體制備成本高、批間差異大等不足。此外，食品基質中存在大量的背景菌群，它們與目標致病菌在生長速率、營養需求等方面相似，容易產生競爭效應，影響致病菌的富集效率。以大腸桿菌O157：H7為例，其在食品中的含量通常低于100 CFU·g-1，而假單胞菌等背景菌的濃度可在105～106 CFU·g-1，二者在選擇性增菌培養基中的生長速率相近，導致O157：H7的富集倍數受到限制[5]。又如，李斯特菌與某些乳酸菌在形態特征上十分相似，采用免疫磁性分離技術時容易發生交叉反應，影響分離特異性。

3.3 現場快速檢測設備的穩定性和可靠性不足

食品安全快速檢測的最終目的是實現現場快速篩查，然而現有的快速檢測設備在穩定性和可靠性方面仍存在不足。相比于實驗室條件下的精密儀器，現場快速檢測設備的性能往往受溫度波動、濕度變化、振動沖擊等因素的影響。以核酸擴增檢測為例，PCR儀的溫度控制系統是影響擴增效率和特異性的關鍵因素，而在現場檢測條件下，環境溫度的劇烈波動可能導致樣品溫度分布不均勻，引起擴增產物量降低或非特異性擴增。又如，免疫層析試紙條作為一種便攜式快速檢測工具，其檢測性能容易受到環境濕度的影響，在高濕條件下，樣品會在硝酸纖維素膜上發生橫向擴散，降低檢測靈敏度。此外，現場快速檢測設備由于結構簡單、成本限制等，很難像實驗室儀器那樣設置多重質控措施，在檢測過程中更容易受到各種干擾因素的影響，出現漏檢或誤判等問題。例如，某些膠體金免疫層析試劑盒在臨近克隆效期時，由于膠體金標記抗體的解離，可能出現假陰性結果。

4 提高食源性致病菌快檢技術應用效能的對策建議

4.1 開發高特異性抗體及核酸探針以減少基質干擾

為了減少食品基質對食源性致病菌快速檢測的干擾，開發高特異性抗體及核酸探針至關重要。①充分利用生物信息學手段，通過比對分析目標致病菌與其他近緣菌種的基因組差異，篩選出特異性強、保守性高的核酸序列片段，作為設計PCR引物和探針的候選靶標。以志賀氏痢疾桿菌為例，可針對其獨有的毒力基因如ipaH、virA等設計特異性引物，確保在復雜食品基質中實現對目標菌的精準識別和定量檢測。在引物和探針設計優化過程中，需綜合考慮堿基組成、長度、Tm值（解鏈溫度）等多項參數，通過梯度PCR、熔解曲線分析等實驗方法，對其特異性和靈敏度進行充分驗證，確保檢測性能達到實際應用要求。②在抗體制備方面，可采用噬菌體展示、雜交瘤細胞融合等技術手段，針對致病菌表面高度保守的抗原表位，如脂多糖、外膜蛋白等，制備出親和力高、特異性強的單克隆抗體，用于開發新型免疫捕獲試劑盒。以金黃色葡萄球菌腸毒素為例，通過噬菌體展示技術，可快速篩選獲得能特異性識別腸毒素A型超抗原結構域的高親和力抗體，將其用于毒素樣品的富集純化和快速檢測，有望降低食品基質的非特異性干擾。

4.2 優化致病菌富集培養基及免疫磁性分離技術

針對食品中低豐度致病菌的富集和分離難題，優化致病菌富集培養基和免疫磁性分離技術是一項行之有效的策略。

在富集培養基優化方面，可根據目標致病菌的生長特性，通過響應面法等多因素實驗設計，優選碳源、氮源、生長因子等關鍵成分的種類和含量配比，并調節pH值、滲透壓等理化條件，使培養基能最大限度地滿足目標菌生長繁殖需求，同時抑制背景菌生長。例如，為提高沙門氏菌的富集效率，可在改良半固體Rappaport Vassiliadis（Modified Semi-Solid Rappaport Vassiliadis，MSRV）培養基中添加木糖醇和丙酮酸鈉，并將pH值調至5.2左右，既能促進沙門氏菌的定向遷移，又能抑制大腸桿菌等其他腸桿菌的生長。

在免疫磁性分離技術優化方面，可通過合理設計抗體修飾方案，最大限度地提高磁珠表面抗體的密度和空間取向，從而增強對目標菌的捕獲能力。同時，優化免疫反應體系，如調整緩沖液組成、反應溫度和時間等，可進一步提升抗原抗體結合的特異性和親和力。以磁珠法分離副溶血性弧菌為例，采用Sulfo-SMCC偶聯劑將IgG抗體定向固定于磁珠表面，并在PBS緩沖體系中于37 ℃溫育30 min，可使磁珠的菌捕獲率由60%提升至90%及以上[2]。此外，引入多重免疫親和層析步驟，對磁珠捕獲的目標菌進行多輪洗滌和解吸附，有助于進一步去除殘留基質干擾，提高分離純度。

4.3 加強現場快速檢測設備的標準化和質量控制

為保障食源性致病菌現場快速檢測設備的穩定性和可靠性，加強檢測設備的標準化和質量控制至關重要。①制訂統一的現場快速檢測設備技術規范和操作規程，明確設備性能指標、使用環境要求、操作流程、結果判讀標準等關鍵要素，確保不同檢測單位、不同操作人員能夠執行標準一致的檢測方案。例如，在規范PCR類快速檢測設備時，可對核酸提取試劑盒的最低提取效率、DNA聚合酶的最低活性水平、引物探針的特異性、擴增產物的檢測限等關鍵指標提出量化要求，同時詳細規定樣品制備、加樣方式、擴增程序設置、陰/陽性對照設置等具體操作步驟，最大限度減少人為因素導致的檢測偏差。②建立科學完善的現場快速檢測設備質量控制體系，定期開展設備性能核查和結果比對驗證，及時發現并糾正檢測偏差。可采用質控環、陽性質控品、空白對照等多重質控措施，評估設備的靈敏度、特異性、重復性等關鍵性能指標，并通過能力驗證、室間比對等方式，驗證不同批次試劑盒、不同檢測平臺之間結果的一致性。以酶聯免疫膠體金快速檢測試紙為例，可選取不同濃度梯度的細菌標準品，評價試紙的檢測限和定量線性范圍，通過連續30 d的批內重復性實驗，考察試紙的批內差異；同時采用平行雙人雙份檢測的方式，評估試紙的檢測偏倚，確保檢測結果的準確可靠。③現場快速檢測設備的標準化和質量控制還應與食品安全檢測的法律法規相銜接，將現場快檢結果與實驗室檢測結果的一致性作為考核快檢設備性能的重要指標，嚴把快檢技術應用關口。

5 結語

本文對食源性致病菌快檢技術的應用挑戰進行了深入探討，并提出了相應的技術改進對策。通過這些對策的實施，有望顯著提升檢測技術的靈敏度、特異性和操作便捷性。然而，食品安全檢測技術的發展是一個持續的過程，未來仍需在技術創新、設備優化、標準制定等方面進行深入研究。此外，加強國際合作，共享研究成果，也是推動食品安全檢測技術發展的重要途徑。通過不斷的努力，期待能夠實現更高效、更準確的食源性致病菌檢測，為保障食品安全和公眾健康做出更大的貢獻。

參考文獻

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