JAFC：基于紫外光电离飞行时间质谱仪的食源性致病菌快速在线检测方法

      四川大学分析仪器研究中心(RCAI)的邓辅龙博士生在Journal of Agricultural and Food Chemistry 杂志发表了题为“Rapid and Online Detection of Foodborne Bacteria via a Novel Ultraviolet Photoionization Time-of-Flight Mass Spectrometry”的研究性论文。论文通讯作者为四川大学分析仪器研究中心的李雯雯和四川大学分析仪器研究中心主任兼艾立本科技董事长的段忆翔教授。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c01486

思路来源

      食源性致病菌是导致食品安全问题的重要污染源，针对食源性致病菌的检测研究对公共卫生安全具有重要意义。传统的细菌检测手段如培养基筛选和生化试验，作为检测的金标准，使用广泛，但存在着处理繁琐耗时过久的缺点，无法满足对待测样品快速分类的检测需求。

主要工作

      利用紫外光电离飞行时间质谱（UVP-TOF-MS）技术，建立了一种基于食源性细菌中微生物挥发性有机化合物（MVOCs）的快速检测方法。结果表明，5种细菌间的MVOCs存在明显差异（图1），采用特征选择算法对每种细菌的特征MVOCs进行了筛选，确定了食源性致病菌间差异明显的几种特征挥发性有机物，即大肠埃希氏菌所产生的二甲基二硫醚、吲哚和二甲基三硫醚，李斯特氏菌产生的丙酮和异丁醛，金黄色葡萄球菌产生的环戊烷，志贺氏菌产生的丙酮和二甲基二硫醚，以及鼠伤寒沙门氏菌所产生得丙酮等（图2）。

图1 标准培养基中细菌样本主成分分析处理结果。(a)细菌样本 PCA 得分图。(b)细菌样本及培养基背景样本 PCA 得分图

图2 特征MVOCs是归一化含量对比。(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.

      对细菌生长过程中产生的MVOCs进行在线监测，结果表明不少挥发性有机物都在细菌的生长对数期被代谢出来，且不同细菌对相同 MVOCs 的代谢有相同和不同的变化趋势（图3）。

图3 热度图聚类分析结果，横坐标为监测时间(1-12h)，纵坐标为 MVOCs 离子(m/z 40-200)。(a)培养基背景(B.g)。(b)大肠埃希氏菌(E.c.)。(c)李斯特氏菌(L.i.)。(d)金黄色葡萄球菌(S.a.)。(e)志贺氏菌(S.s.)。(f)鼠伤寒沙门氏菌(S.t.)。

      最后，探究了细菌在不同食物基质中产生MVOC的过程。不同基质中培养的细菌的机器学习模型对5种细菌均表现出良好的分类性能，准确率超过0.95（表1）。

总结

      该研究基于在线UVP-TOF-MS的微生物挥发性有机物分析，实现了有效的细菌快速检测，显示了其在食品行业细菌监测方面的巨大应用潜力。