JAFC：基于紫外光電離飛行時間質譜儀的食源性致病菌快速在線檢測方法

      四川大學分析儀器研究中心(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分析儀器研究中心的李雯雯和四川大學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)的細菌檢測手段如培養(yǎng)基篩選和生化試驗，作為檢測的金標準，使用廣泛，但存在著處理繁瑣耗時過久的缺點，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間質譜（UVP-TOF-MS）技術，建立了一種基于食源性細菌中微生物揮發(fā)性有機化合物（MVOCs）的快速檢測方法。結果表明，5種細菌間的MVOCs存在明顯差異（圖1），采用特征選擇算法對每種細菌的特征MVOCs進行了篩選，確定了食源性致病菌間差異明顯的幾種特征揮發(fā)性有機物，即大腸埃希氏菌所產生的二甲基二硫醚、吲哚和二甲基三硫醚，李斯特氏菌產生的丙酮和異丁醛，金黃色葡萄球菌產生的環(huán)戊烷，志賀氏菌產生的丙酮和二甲基二硫醚，以及鼠傷寒沙門氏菌所產生得丙酮等（圖2）。

圖1 標準培養(yǎng)基中細菌樣本主成分分析處理結果。(a)細菌樣本 PCA 得分圖。(b)細菌樣本及培養(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.

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

圖3 熱度圖聚類分析結果，橫坐標為監(jiān)測時間(1-12h)，縱坐標為 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，探究了細菌在不同食物基質中產生MVOC的過程。不同基質中培養(yǎng)的細菌的機器學習模型對5種細菌均表現出良好的分類性能，準確率超過0.95（表1）。

總結

      該研究基于在線UVP-TOF-MS的微生物揮發(fā)性有機物分析，實現了有效的細菌快速檢測，顯示了其在食品行業(yè)細菌監(jiān)測方面的巨大應用潛力。