肉类及肉制品中食源性病原体的检测

来源：武汉市灰藻生物科技有限公司　　浏览量：58　　发布时间：2026-01-19 19:27:55

摘要

尽管食品工业在保鲜与食品安全技术方面取得了显著进展，但由细菌（bacteria）、真菌（fungi）和病毒（viruses）等食源性病原体（foodborne pathogens）引发的疾病暴发事件仍屡见不鲜。

这些病原体仍是全球公共卫生的重大威胁，尤其在肉类及肉制品（meat and meat-based products）中更为突出，其加工（processing）与处理（handling）极易受到多种途径的污染。

本章全面综述了针对沙门氏菌（Salmonella）、大肠杆菌（Escherichia coli）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）等，主要食源性病原体的各类检测方法，涵盖从传统的培养法（culture-based techniques）到现代分子技术（molecular approaches），包括免疫学检测（immunological assays）以及新兴的生物传感器（biosensors）技术。

其中，免疫传感器（immunosensors）展现出巨大应用潜力。然而，即便采用上述先进技术，仍存在假阳性/假阴性（false positives/negatives）及监管障碍（regulatory hurdles）等问题。因此，本章最后呼吁整合多种检测方法，以提升检测准确性，保障食品安全，维护公众健康。

一、引言

在食品工业中，微生物（microorganisms）扮演着关键角色。从生产环节到食品安全与腐败过程，微生物间的相互作用可导致食品变质（spoilage），使其不再适合人类食用。除引起腐败外，食源性病原体还对食品安全构成严重威胁，不仅危及食品从业者，更直接影响消费者健康。据美国疾病控制与预防中心（CDC）统计，2011–2012年间全球报告的食源性疾病暴发事件共导致29,112人患病、1,750人住院，并造成68人死亡。世界卫生组织（WHO）指出，仅在欧洲，食源性病原体每年就引发约2,300万例食源性疾病，导致约5,000人死亡。

食源性疾病常由致病性微生物引起，包括细菌、病毒、真菌、酵母（yeast）和寄生虫（parasites）。其中，沙门氏菌、弯曲菌属（Campylobacter spp.）、单核细胞增生李斯特菌和大肠杆菌是人类食源性疾病的主要致病菌。新鲜食品（如鱼、肉、禽、蛋和乳制品）在其生长、屠宰、加工、储存、运输及保藏等任一环节均可能被污染。因此，开发高效、精准的检测方法对于保障食品安全、预防疾病暴发至关重要。

肉类富含优质蛋白质、必需脂肪酸及微量营养素（micronutrients），是重要的营养来源。然而，其高水分活度与丰富营养成分也使其极易腐败（highly perishable），主要归因于微生物增殖（microbial proliferation）、化学变化（chemical alterations）及内源酶（endogenous enzymes）降解。由于肉类生产与加工流程复杂，病原体污染风险极高。不当的胴体处理（improper handling of carcasses）、烹饪温度不足（inadequate cooking temperatures）、加工过程中的交叉污染（cross-contamination）以及不良卫生条件（poor hygiene）等因素均可能促进病原体在肉品中的存活。

例如，沙门氏菌可在动物肠道（尤其是家禽和牲畜）及加工环境中长期存在，成为肉品供应链中的持续性威胁。而大肠杆菌O157:H7因其极低的感染剂量（low infectious dose）和引发溶血性尿毒综合征（hemolytic uremic syndrome, HUS）等严重并发症的能力，备受关注。此外，这些病原体对环境的适应能力进一步增加了检测与控制的难度。因此，在评估肉及肉制品安全性时，必须充分考虑其传播潜力。开发快速、可靠且强健（robust）的病原体检测技术势在必行。

本章将系统讨论肉类及肉制品中病原体检测的传统与前沿技术，重点聚焦于生物传感器，尤其是以抗体（antibodies）为生物识别元件（biorecognition elements）的免疫传感器（immunosensors）——因其高特异性（high specificity）而备受瞩目。同时，本文也将探讨当前行业面临的挑战与未来发展方向。

二、肉类中的食源性病原体

2.1 常见病原体及其健康危害

沙门氏菌（Salmonella spp.）、大肠杆菌O157:H7（E. coli O157:H7）、单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）和空肠弯曲菌（C. jejuni）是肉类及肉制品中最常见的食源性病原体。此外，一些机会致病菌如阪崎克罗诺杆菌（Cronobacter sakazakii）也日益构成威胁——其可污染多种食品，导致婴儿及免疫缺陷人群死亡率高达40–80%。由于各病原体具有独特的生物学特性与宿主来源（reservoirs），在复杂食品基质（food matrix）中对其进行检测极具挑战。

沙门氏菌感染引起的沙门氏菌病（salmonellosis）是欧盟（EU）第二常见的胃肠道疾病。典型症状包括腹痛、血性腹泻、发热、肌痛、头痛、恶心和呕吐。据报告，2018年欧盟超过半数的食源性疾病暴发均由沙门氏菌引起。该菌属包含众多血清型（serotypes），多数对人类具有致病性，可通过动物肠道（尤其是禽类和牲畜）在肉类加工各阶段污染产品。

大肠杆菌O157:H7是一种高致病性菌株，主要存在于牛肠道中，易在屠宰过程中污染胴体。例如，鸡肉中检出大肠杆菌即反映出屠宰场及交易场所的卫生管理不足。该菌可引发从轻度腹泻、出血性结肠炎（hemorrhagic colitis）到致命性溶血性尿毒综合征（HUS）等一系列疾病，后者可导致肾衰竭，尤其对儿童和老年人危害极大。其极低的感染剂量使其成为重大公共卫生隐患。

单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）因其能在冷藏温度下生长而尤为危险，可引发李斯特菌病（listeriosis），对免疫抑制人群、老年人、新生儿及孕妇构成严重威胁。症状从轻微流感样表现到脑膜炎等重症不等。该菌耐受恶劣环境并可在多种表面形成生物膜（biofilms），常见于即食肉制品（ready-to-eat, RTE meat products），且能在冰箱温度下繁殖。其广泛存在于动物肠道、土壤、水体和植物中，是肉品供应链中的重要风险因子。

空肠弯曲菌（C. jejuni）是全球关注的细菌性食源性病原体，常存在于生或未煮熟的禽肉中。欧洲每年约1%人口受其感染，美国每10万人中约有13例。其引发的胃肠道症状包括发热、腹痛和腹泻。食品制备过程中的交叉污染即可导致感染。食源性病原体不仅造成急性健康问题，还可能导致反应性关节炎（reactive arthritis）或慢性肾病等长期后遗症——后者常继发于溶血性尿毒综合征（HUS）。高昂的医疗支出、生产力损失等经济负担进一步凸显了建立高效、精准检测与防控体系的紧迫性。

三、检测方法

在食品产业链及加工过程中，病原体检测是确保合规（regulatory compliance）、保障食品安全与消费者健康的关键环节，要求方法具备高重现性（reproducibility）与高灵敏度（sensitivity）。目前已有从传统到现代的多种检测技术（见图1）。

图1.病原体检测方法的示意图

3.1 传统检测方法

3.1.1 培养方法

传统方法通常将样品接种于琼脂平板（agar plates），结合标准生化鉴定流程进行病原体识别。该方法成本低廉、选择性强，可通过选择性/鉴别性培养基（differential media）抑制非目标微生物生长。例如，Rogosa培养基通过添加乙酸、乙酸钠及亚硝酸盐、多粘菌素B、放线菌酮等抑制剂，有效区分乳杆菌属（Lactobacillus）与其他非乳酸菌。又如，在Cefsulodin-Irgasan-Novobiocin（CIN）琼脂上出现蓝紫色菌落，可指示小肠结肠炎耶尔森菌（Yersinia enterocolitica）的存在。

3.1.2 生化试验

该方法基于病原体的代谢特征进行鉴定，常结合培养技术，通过一系列生化反应判断结果。常用试验包括：过氧化氢酶（catalase）、吲哚（indole）、甲基红（methyl red）、Voges-Proskauer、三糖铁琼脂（TSI）、氧化酶（oxidase）、血琼脂溶血、淀粉水解、半乳糖水解、糖发酵、柠檬酸盐利用、脲酶（urease）、硫化氢产生、动力试验、甘露醇盐琼脂（MSA）、硝酸盐还原、Optochin敏感性及杆菌肽敏感性等。但此类方法耗时长、特异性有限。

主要缺点：操作繁琐（需配制培养基、接种、计数），灵敏度低，且无法检出“可存活但不可培养”（viable but nonculturable, VBNC）状态的病原体，易导致假阴性，增加疾病传播风险。

3.2 现代检测方法

3.2.1 分子方法

3.2.1.1 聚合酶链式反应

PCR通过特异性扩增目标DNA片段实现快速鉴定。其原理包括：高温变性（denaturation）使双链DNA解离；引物（primers）退火（annealing）至单链模板；在耐热DNA聚合酶及脱氧核苷酸存在下延伸（polymerization）。扩增产物经溴化乙锭染色后，可通过凝胶电泳观察条带。PCR已广泛用于检测李斯特菌、大肠杆菌O157:H7、金黄色葡萄球菌、空肠弯曲菌、沙门氏菌及志贺氏菌等。

3.2.1.2 多重PCR

mPCR可同时扩增多个基因靶标，显著提升检测效率。其原理与常规PCR相同，但需设计多对引物，且要求所有引物具有相近的退火温度（annealing temperature）。引物浓度亦需优化，以避免引物二聚体（primer dimers）形成。早期mPCR仅能同时检测2–3种病原体，现已发展至可同步检测5种以上。

3.2.2 蛋白质组学与代谢组学

3.2.2.1 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱

该技术通过短脉冲激光电离微生物细胞，在真空系统中加速离子，生成微生物特有的“分子指纹”（molecular fingerprint）。所得质谱图与数据库比对即可实现快速鉴定。其优势在于样本前处理简单、速度快、灵敏度达皮摩尔（picomole）至飞摩尔（femtomole）级，可直接分析生物样本（如体液、组织匀浆、细胞裂解液）。例如，有研究利用该技术成功区分牛肉、羊肉、猪肉和鸡肉的蛋白图谱。

3.2.2.2 免疫学检测

基于抗原-抗体（antigen-antibody）特异性结合原理。单克隆抗体（monoclonal antibodies）因特异性强、重复性好、灵敏度高，优于多克隆抗体（polyclonal antibodies）。该方法较培养法更快速，适用于病原体及其毒素（如霉菌毒素 mycotoxin）的检测。

酶联免疫吸附测定（ELISA）
ELISA利用酶促反应放大抗原-抗体复合物信号。常用载体包括微孔板（microtiter plates）、膜、试纸条等；常用酶标记物有β-半乳糖苷酶、过氧化物酶和碱性磷酸酶。抗原包被于微孔板后，加入高亲和力抗体，形成的复合物经显色反应（肉眼可见或ELISA读板仪检测）实现定量。该方法通量高、特异性强、操作简便，但受限于酶活性稳定性、抗原变异及检测灵敏度下限。

下一代测序（NGS）
NGS结合生物信息学分析，已成为病原体检测的高精度工具。其应用包括：
• 宏基因组学（metagenomics）：无需培养，直接测序样本中全部微生物DNA；
• 全基因组测序（WGS）：解析单个分离株的完整基因组；
• 靶向测序：利用16S rRNA等标记基因鉴定特定微生物类群（如细菌、真菌、病毒）。

图2. 采用下一代测序方法检测和鉴定食源性病原体的方法

NGS可同时检测多种致腐/致病微生物，包括不可培养菌种。例如，有研究利用液相色谱-质谱（LC-MS）实现了非靶向细菌检测。然而，其推广受限于标准化流程缺失及公共数据库不完善。目前，食品微生物学研究正大力推动WGS在菌株溯源与特定商品微生物组（microbiomes）鉴定中的应用。

3.3 新兴技术

3.3.1 生物传感器及其类型

生物传感器是由生物识别分子（如抗体、核酸、酶）与物理化学换能器（transducer）集成的分析装置，可将生物反应转化为电信号（见图3）。其核心组件包括：
• 生物受体（bioreceptor）：识别目标分析物；
• 换能器：将识别事件转换为可测信号；
• 信号处理系统：放大并显示结果。

图3. 生物传感器的基本原理及其组成部分

主要类型包括：
• 酶生物传感器（enzyme-based biosensors）：基于酶（如氧化还原酶、过氧化物酶）的高特异性催化反应；
• 磁性生物传感器（magnetic biosensors）：利用磁阻效应检测微流控通道中的磁性纳米粒子；
• 适配体生物传感器（aptamer biosensors）：使用高亲和力DNA/RNA寡核苷酸（适配体 aptamers）作为识别元件；
• DNA生物传感器（DNA biosensors）：基于单链核酸与互补链的杂交；
• 免疫传感器（immunosensors）：利用抗体-抗原高亲和力结合，是本章重点。

四、免疫传感器在肉类污染物检测中的应用

免疫传感器是一类基于免疫化学反应的生物传感器，其识别元件（抗体或抗原）固定于换能器表面，形成稳定复合物后产生可测信号。根据换能机制，可分为三类（见表1）：

表1. 用于检测肉类及肉制品中污染物的免疫传感器

分析物（Analyte）	生物识别元件（Biorecognition element）	电极（Electrode）	固定化技术与检测方法（Immobilization technique and detection）	目标食品（Target food）	检出限/灵敏度或相关性（Limit of detection/sensitivity or correlation）
沙门氏菌肠炎亚种、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌O157:H7	Alexa Fluor 647标记的单克隆抗体	光学波导（链霉亲和素包被）	生物素化多克隆抗体	即食牛肉、鸡肉、火鸡胸肉	检出限（LOD）：10³ CFU/mL
鸡白痢沙门氏菌（Salmonella pullorum）	抗沙门氏菌多克隆抗体	基于丝网印刷电极的安培传感器（MWCNT-壳聚糖过氧化物酶修饰）	硝酸纤维素膜	鸡肉	检出限（LOD）：10² CFU/mL；检测时间：1.5–2 小时
金黄色葡萄球菌肠毒素B（Staphylococcal enterotoxin B）	抗体	电-光生物传感器	羧甲基葡聚糖	罐头肉（Hormel）	灵敏度：1–10 ng/mL
大肠杆菌K-12（E. coli K-12）	抗大肠杆菌抗体	电化学阻抗谱 & 表面等离子共振成像（SPR imaging）	金表面	冷冻鸡肉	检出限（LOD）：3 log CFU/mL
鼠伤寒沙门氏菌（S. Typhimurium）	抗体	石英晶体微天平	功能化纳米颗粒	鸡肉	检出限（LOD）：1 CFU/mL
鸡伤寒沙门氏菌和鸡白痢沙门氏菌（Salmonella gallinarum and S. pullorum）	抗体	屏幕打印碳电极	金纳米颗粒	鸡肉	检出限（LOD）：3 log CFU/mL
大肠杆菌O157:H7（E. coli O157:H7）	抗体	屏幕打印微电极（葡萄糖氧化酶-聚多巴胺纳米复合材料 & 普鲁士蓝）	金纳米颗粒	碎牛肉	检出限（LOD）：2.05 × 10³ CFU/g
空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）	抗体	基于表面等离子共振（SPR）的光学生物传感器	免疫亲和固定	家禽（肉鸡）	对C. jejuni的良好灵敏度：10³ CFU/mL
沙门氏菌属（Salmonella spp.）	沙门氏菌属单克隆抗体	玻璃碳电极（GCE）	接枝乙二胺和自组装金纳米颗粒单层	猪肉	检出限（LOD）：2 log CFU/mL；检测时间：40 分钟

注释：
LOD：检出限（Limit of Detection）
GCE：玻璃碳电极（Glassy Carbon Electrode）

1. 电化学免疫传感器
• 包括安培型（amperometric）、电位型（potentiometric）、阻抗型（impedimetric）和电导型（conductometric）；
• 通过检测免疫反应引起的电流、电位、电导或阻抗变化实现定量；
• 可分为标记型（labeled）与无标记型（label-free）。

2. 光学免疫传感器
• 利用光源、光学元件和光电探测器构建光路；
• 通过监测抗原-抗体结合引起的倏逝波（evanescent wave）光学性质变化进行检测。

3. 压电免疫传感器
• 在石英晶体表面固定抗原/抗体；
• 抗原-抗体结合导致晶体振荡频率变化，可实时监测；
• 频率受液体密度、粘度、介电常数、温度等因素影响。

五、未来方向

随着食品工业的发展，病原体检测技术亦需持续革新。鉴于肉类加工流程复杂、污染风险高，保障肉品安全是当前与未来的重中之重。建议：
• 整合传统与分子技术，提升检测准确性；
• 深化生物传感器研究，拓展其在肉品加工各环节的应用；
• 引入数据科学：利用机器学习与预测微生物学（predictive microbiology），基于历史数据、环境因素及加工实践预测污染风险；
• 加强消费者教育：通过宣传倡导安全烹饪、正确储存及良好卫生习惯；
• 完善法规标准：政府应强化监管，推动检测方法标准化。

六、结论

食源性病原体在肉类及肉制品中的存在对食品工业与消费者健康构成双重威胁。沙门氏菌、大肠杆菌O157:H7、单核细胞增生李斯特菌和空肠弯曲菌等病原体可引发严重甚至长期健康损害。尽管传统方法曾发挥重要作用，但分子技术、蛋白质组学、代谢组学及免疫分析等现代手段正推动病原体检测迈向更高效率与精准度。

未来，应持续投入研发，优化现有方法，确保其具备准确性、经济性、可持续性、可验证性及商业化潜力，从而最大程度保障公共健康安全。其中，免疫传感器凭借低成本、微量样本、操作便捷、实时定量等优势，有望成为肉品安全监测的核心工具。展望未来，唯有技术开发者、食品生产商、监管机构与消费者协同合作，方能构建安全可靠的食品供应体系，惠及当代与后代。

参考文献

1.Aladhadh M (2023) A review of modern methods for the detection of foodborne pathogens. Microorganisms 11:1111

2.Bonaldo F, Avot BJP et al (2023) Foodborne pathogen dynamics in meat and meat analogues analysed using traditional microbiology and metagenomic sequencing. Antibiotics 13:16

3.Elbehiry A, Abalkhail A, Marzouk E (2023) An overview of the public health challenges in diagnosing and controlling human foodborne pathogens. Vaccine 11:725

4.Kurpas M, Wieczorek K, Osek J et al (2018) Ready-to-eat meat products as a source of Listeria monocytogenes. J Vet Res 62:49–55

5.Wijayanti SD, Tsvik L, Haltrich D (2023) Recent advances in electrochemical enzyme-based biosensors for food and beverage analysis. Food Secur 12:3355

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