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檢測知識小擴展:食品微生物檢測方法優劣比較

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-04-29  瀏覽次數:548
核心提示:樣品前處理相對于傳統人工操作模式及重復使用的均質乳缽器和攪拌刀頭,目前市場上出現品類豐富的一次性均質袋、與樣品隔離的拍打
樣品前處理
相對于傳統人工操作模式及重復使用的均質乳缽器和攪拌刀頭,目前市場上出現品類豐富的一次性均質袋、與樣品隔離的拍打式均質系統及自動化重量梯度稀釋儀,不僅實現了樣品前處理的自動化、標準化及批量化,而且免除了樣品間的交叉污染。

增菌培養及分離

不論傳統方法或現代檢測技術,受檢測靈敏度的限制,食品樣本經前處理后多需經過增菌培養、選擇性分離后方可用于后續檢測分析。傳統微生物檢測中上述兩個步驟耗時長達24-96h,為整個檢測流程中的關鍵限速步驟。因此,建立高效增菌策略以及靶標高度特異性微生物濃縮、分離系統已成為實現微生物快速檢測的核心。

 

2.1 增菌條件優化

為了縮短增菌時間、提高檢測效率,國內外許多研究者致力于致病菌選擇性增菌條件改良。如通過單因素篩選、正交試驗設計優化了水產品中副溶血性弧菌的增菌培養基及培養條件,使其在相同培養時間內的菌液濃度達到國標增菌方法的1.8倍;相對于通用的耗時48h李氏增菌肉湯LB1和LB2兩步增菌法,美國學者研發了一步法oPSU增菌肉湯,適用于巴氏殺菌奶和熱狗等即食類食品中單增李斯特菌的快速檢測。此外,為了滿足當前食品致病菌多重化檢測的需求,在同一體系內實現多種目標菌共增菌的富集培養基優化也日益受到關注。

 

如針對沙門氏菌、大腸桿菌O157:H7及單增李斯特菌的復合培養基SEL,經多重PCR及免疫法驗證了其良好的復合增菌效果。國內研究者通過優化也分別獲得了可同時富集沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌或單增李斯特菌的共增菌培養基,3種致病菌在優化條件下能以相對一致的速度增殖,增菌液可滿足下游多重PCR檢測要求,有效提高了檢測效率。

 

2.2  細菌分離與濃縮

近年來,國內外學者開發了多種食源性致病菌的高效分離、濃縮法,基于其原理,主要可分為包括離心、過濾等在內的物理法和賴于免疫反應的吸附法。

 

2.2.1 密度梯度離心法

離心可將大體積樣本中的細菌經沉淀而濃縮,而后加入梯度密度的緩沖液,經多次的離心、洗滌最終實現細菌與食品基質的分離。

盡管離心法在細菌富集中具有一定的優勢,但其需經多次離心-洗滌反復循環而實現,耗時且影響濃縮效率;另外,其濃縮對象為所有細菌,缺乏靶標特異性。相對于此,基于抗原-抗體免疫反應的吸附分離法則更顯優勢。

 

2.2.2 免疫磁分離技術

免疫磁分離技術是一種高效、特異性微生物富集技術。其原理在于利用磁性微球表面偶聯的抗體特異性地吸附樣品稀釋液中的靶標菌,而后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,使致病菌得到分離和富集,從而大大縮短了常規檢測所需的冗長的增菌時間,提高檢測效率。以其高度的靶標特異性及與下游檢測技術的良好兼容性在食品微生物快速檢測中得到廣泛應用。

快速檢測技術

傳統微生物檢測方法包括形態觀察、生化鑒定及血清學分型等冗繁的操作,已不能滿足現代食品微生物檢測對靈敏度、特異性和時效性的要求。

 

3.1 分子生物學方法

此類方法在基因水平上對靶標微生物進行檢測,尤其適用于難培養或抗原結構復雜微生物的鑒定及分型,主要包括PCR、核酸分子雜交及基因芯片等技術。

 

3.1.1 PCR及其衍生技術

PCR是一種體外酶促合成特定DNA片段的技術,它通過以變性、退火和延伸3個步驟為一個周期的循環反應實現產物的指數級增長。相對于擴增單一靶基因的常規PCR,多重PCR通過在同一反應體系中加入多對特異性引物來實現在同一反應管中同時擴增多個目標基因,可用于同時檢測多種微生物或通過多基因交叉確認來進行特定微生物鑒定或種下分型。

 

實時熒光定量PCR技術是一種通過監測PCR產物熒光信號的實時累積來定性或定量分析起始模板的方法。該法全程封閉式反應且無需PCR后處理,避免了交叉污染及溴化乙錠等有毒物質的使用,具有特異性強、高度自動化等優點。通過選取特異性基因設計引物及探針,qRT-PCR法近年來已在多種致病細菌、霉菌、酵母以及乳酸菌等重要食品微生物指標的定性和定量檢測中被廣泛應用。

 

盡管上述PCR及其衍生技術具有高靈敏度、快速等優點,但方法實施所需的昂貴儀器設備嚴重限制了其在我國食品檢測機構的推廣應用。

 

3.1.2 核酸分子雜交技術

核酸分子雜交是利用帶有標記的特定DNA或RNA探針與已變性的待檢核酸樣品進行雜交,若樣品中存在與探針互補的靶標序列則二者退火形成帶標記的雙鏈,通過對標記物信號有無及強度的檢測即可實現微生物定性或定量分析。 分子雜交技術應用的關鍵在于靶標特異性核酸片段選取及相應探針設計及標記。如以葡糖苷酸酶基因設計核酸探針可用于檢測食品中的總大腸桿菌,而其不同致病型的區分則需針對特異毒力基因合成適宜的探針。由于放射性標記存在標記元素的半衰期短、對人體及環境不友好以及需要特殊操作設備等缺陷,近年來已逐漸被非放射性DNA探針檢測系統所取代,其主要通過酶促反應將特定的底物轉變為生色物質或化學發光物質而達到信號放大的目的。

 

3.1.3 基因芯片

基因芯片又稱DNA微陣列,是一種高通量的核酸分子雜交技術。它通過原位合成或顯微打印將一系列探針以預設的次序固定于固相支持介質表面,形成高密度的寡核苷酸陣列,樣品經核酸提取、PCR擴增及標記后與芯片上的探針陣列雜交,最后通過熒光掃描或酶學方法檢測雜交信號的強度和分布以確定受檢樣品中特定微生物的存在及豐度。

 

食品中的微生物種群具有種類廣、豐度低、隨機性強等特點,傳統的培養、鑒定方法往往會掩蓋一些低豐度或不易培養的微生物,而PCR、免疫雜交等現代技術則多限于檢測一種或少數幾種靶標微生物或基因,難以全面分析食品受污染狀況。而基因芯片具有高通量、并行化及高度自動化等優點,為食品微生物群落結構研究、食源性致病菌多個毒力、藥敏基因的同步化、快速檢測等提供了一個有力的平臺。

 

3.2 免疫學方法

免疫學方法是基于抗原-抗體的特異性結合反應發展而成的蛋白質水平上的系列檢測方法,相對于分子生物學手段其更直接地靶向微生物特異性基因的表達產物,在一定意義上更具說服力。

 

3.2.1 酶聯免疫吸附測定

 酶聯免疫吸附法是將抗原-抗體免疫反應的特異性與酶的高效催化作用有機地結合起來的一種固相酶免疫分析方法。相對于傳統ELISA的檢測限,通過單克隆抗體雙夾心法將海產品中副溶血性弧菌的檢測靈敏度提高了1000~10000倍;而以新型碳納米管作為固相吸附材料在沙門氏菌的ELISA檢測中亦取得了類似的效果。此外,許多學者還結合PCR技術的倍增放大效果開發PCR-ELISA檢測技術,進一步提高檢測靈敏度。

 

酶聯熒光免疫分析技術則是近年來在ELISA基礎上發展而來的新型免疫熒光檢測技術。該技術用熒光底物代替生色底物, 提高了分析靈敏度,增寬測量范圍,減少試劑的用量。Mini-VIDAS即是法國梅里埃公司根據上述原理開發的一款全自動酶聯免疫熒光儀,實現了雙抗夾心的ELISA技術的自動化。

 

3.2.2 免疫層析技術

免疫層析將免疫反應和層析原理相結合, 借助毛細管作用使樣品在條狀纖維制成的膜上泳動, 其中的待測物與膜上一定區域的配體發生高特異性、高親和性的免疫結合, 通過酶促顯色反應或直接使用著色標記物, 在短時間(20min內)便可得到直觀的結果。

 

隨著檢測技術的不斷發展,免疫層析試紙也不斷應用于致病菌定量化檢測。此外,在同一免疫層析試紙條上進行多種食品致病菌同步檢測的方法也正逐步被開發。通過不同光信號標記

 

3.2.3 乳膠凝集反應

乳膠凝集反應采用人工大分子乳膠顆粒標記抗體, 使之與待測抗原發生肉眼可見的凝集反應,以達到檢測目標病原微生物或毒素的目的;谌槟z凝集檢測法的高靈敏度和特異性以及結果直觀性、操作簡易度等優勢,近年來其在食源性致病菌檢測中的應用越發廣泛。

 

3.3 代謝學方法

代謝學方法是指基于微生物在生理代謝過程中發生的特異性物理、化學變化而設計的一系列檢測手段,主要包括電阻抗法、ATP發光法和微量生化法等。


3.3.1 阻抗法

阻抗法是一種通過檢測細菌在生長繁殖時將電惰性生物大分子代謝為帶電荷的活性小分子所引起的培養液電阻和電導的變化來定量表征微生物的新型檢測方法。該法因具有高敏感性、特異性、反應快速性以及可重復性等優點而在食品微生物快速檢測中被廣泛應用。

 

3.3.2  ATP生物發光法

ATP作為機體的“能量貨幣”普遍存在于所有活體生物中且含量相對恒定,其隨機體死亡亦會被快速分解,因此測定樣品中的ATP濃度即可推算出其攜帶的活菌數;诖,ATP發光法通過發光光度計檢測熒光素酶在ATP的作用下氧化熒光素所產生的熒光強度,并利用其在一定范圍內與ATP濃度的線性關系來定量樣品中的ATP含量,繼而推算系統中代謝活細胞水平。

 

該方法無需對樣本中的微生物進行培養,可在數分鐘內完成檢測,且熒光光度計小巧便攜,尤其適用于大批量食品樣本細菌污染狀況以及食品加工設備清潔度的現場快速檢定。如自動ATP生物熒光技術已在歐洲和北美的乳品工業中廣泛應用于生乳活菌數檢測、UHT乳活菌數檢測、設備清潔度的評估及成品架售期的推算等。

 

3.3.3  微量生化法

為了滿足食品微生物快速化、標準化、批量化檢測的需求,目前市場上出現了許多高精密度、高重現性的商品化微量生化鑒定試劑盒,大大提高了檢測速率以及結果的重現性。

 

盡管上述試劑盒已大大簡化了傳統微生物生化鑒定程序,但其不同反應仍需分別加樣且結果依賴人工判讀。近年來隨著檢測科學的不斷發展,全自動微生物生化鑒定分析系統也應運而生,通過結合現代計算機技術,該系統可在一次加樣后自動完成系列生化檢測并通過概率最大近似值模型法分析后直接報告鑒定結果。上述自動生化鑒定系統可在4-6h內同時完成數十個樣品的分析,可滿足批量化鑒定的需求,且與其他檢測方法的結果高度吻合。

編輯:songjiajie2010

 
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