JAFC：基于紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的食源性致病菌快速在線檢測方法

      四川大學(xué)分析儀器研究中心(RCAI)的鄧輔龍博士生在Journal of Agricultural and Food Chemistry 雜志發(fā)表了題為“Rapid and Online Detection of Foodborne Bacteria via a Novel Ultraviolet Photoionization Time-of-Flight Mass Spectrometry”的研究性論文。論文通訊作者為四川大學(xué)分析儀器研究中心的李雯雯和四川大學(xué)分析儀器研究中心主任兼艾立本科技董事長的段憶翔教授。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c01486

思路來源

      食源性致病菌是導(dǎo)致食品安全問題的重要污染源，針對食源性致病菌的檢測研究對公共衛(wèi)生安全具有重要意義。傳統(tǒng)的細(xì)菌檢測手段如培養(yǎng)基篩選和生化試驗(yàn)，作為檢測的金標(biāo)準(zhǔn)，使用廣泛，但存在著處理繁瑣耗時(shí)過久的缺點(diǎn)，無法滿足對待測樣品快速分類的檢測需求。

主要工作

      利用紫外光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜（UVP-TOF-MS）技術(shù)，建立了一種基于食源性細(xì)菌中微生物揮發(fā)性有機(jī)化合物（MVOCs）的快速檢測方法。結(jié)果表明，5種細(xì)菌間的MVOCs存在明顯差異（圖1），采用特征選擇算法對每種細(xì)菌的特征MVOCs進(jìn)行了篩選，確定了食源性致病菌間差異明顯的幾種特征揮發(fā)性有機(jī)物，即大腸埃希氏菌所產(chǎn)生的二甲基二硫醚、吲哚和二甲基三硫醚，李斯特氏菌產(chǎn)生的丙酮和異丁醛，金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的環(huán)戊烷，志賀氏菌產(chǎn)生的丙酮和二甲基二硫醚，以及鼠傷寒沙門氏菌所產(chǎn)生得丙酮等（圖2）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基中細(xì)菌樣本主成分分析處理結(jié)果。(a)細(xì)菌樣本 PCA 得分圖。(b)細(xì)菌樣本及培養(yǎng)基背景樣本 PCA 得分圖

圖2 特征MVOCs是歸一化含量對比。(a)m/z=43. (b)m/z=59. (c)m/z=61. (d)m/z=69. (e)m/z=73. (f)m/z=94.(g)m/z=117. (h)m/z=126.

      對細(xì)菌生長過程中產(chǎn)生的MVOCs進(jìn)行在線監(jiān)測，結(jié)果表明不少揮發(fā)性有機(jī)物都在細(xì)菌的生長對數(shù)期被代謝出來，且不同細(xì)菌對相同 MVOCs 的代謝有相同和不同的變化趨勢（圖3）。

圖3 熱度圖聚類分析結(jié)果，橫坐標(biāo)為監(jiān)測時(shí)間(1-12h)，縱坐標(biāo)為 MVOCs 離子(m/z 40-200)。(a)培養(yǎng)基背景(B.g)。(b)大腸埃希氏菌(E.c.)。(c)李斯特氏菌(L.i.)。(d)金黃色葡萄球菌(S.a.)。(e)志賀氏菌(S.s.)。(f)鼠傷寒沙門氏菌(S.t.)。

      最后，探究了細(xì)菌在不同食物基質(zhì)中產(chǎn)生MVOC的過程。不同基質(zhì)中培養(yǎng)的細(xì)菌的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對5種細(xì)菌均表現(xiàn)出良好的分類性能，準(zhǔn)確率超過0.95（表1）。

總結(jié)

      該研究基于在線UVP-TOF-MS的微生物揮發(fā)性有機(jī)物分析，實(shí)現(xiàn)了有效的細(xì)菌快速檢測，顯示了其在食品行業(yè)細(xì)菌監(jiān)測方面的巨大應(yīng)用潛力。