酪蛋白-明胶薄膜生物传感器：一种高效的食品病原菌检测方法

在食品安全问题频发的当下，如何快速、精准地检测出有害细菌成为了关键。一种能检测地衣芽孢杆菌的低成本生物传感器应运而生，它为保障食品安全带来了新希望。

地衣芽孢杆菌：隐藏在食物中的“危险分子”

地衣芽孢杆菌（B. licheniformis）是一种广泛存在于土壤和各类食品中的革兰氏阳性菌。它不仅会让面包变得黏糊，影响食物的品质，还会引发食物中毒，尤其对免疫力低下的人群危害极大，可能导致败血症等严重健康问题。传统检测方法，像基于培养的检测，既耗费时间又需要大量人力，结果还容易滞后；实时PCR虽然快速，但成本高、操作复杂，在复杂食品基质检测时还会出现各种问题。因此，开发一种高效、低成本的检测方法迫在眉睫。

生物传感器：检测技术的创新突破

这种新型生物传感器采用了3D打印架构，内置基于酪蛋白的防水明胶膜。当样本中存在地衣芽孢杆菌时，其分泌的外部酶会分解明胶膜，使样本液体能够穿过膜，与下方的彩色层和吸收层相互作用，从而产生明显的颜色变化，以此判断细菌的存在。这种检测方式就像是给细菌设置了一道“关卡”，一旦细菌出现，就会触发“警报”。

图1 用于检测地衣芽孢杆菌的酪蛋白/明胶层示意图。

优化探索：寻找最佳“配方”

为了让生物传感器性能更优，研究人员进行了大量实验。在选择与酪蛋白搭配的材料时，尝试了多种聚合物，发现只有酪蛋白与明胶的组合能形成稳定且灵活的薄膜。对于明胶的浓度，经过反复测试，确定2.5%（w/v）的明胶与10%（w/v）的酪蛋白组合，在薄膜强度、稳定性和通透性方面表现最佳。此外，还对薄膜厚度进行了研究，发现1.2mm厚的薄膜对细菌的检测效果最为理想。

图2 酪蛋白-明胶层厚度（A）0.8毫米、（B）1毫米和（C）1.2毫米对传感器功能的影响（通过方差分析，****表示P < 0.0001，n.s.表示不显著）。四次重复的平均值。

性能卓越：高灵敏度与高特异性兼具

在众多性能指标中，该生物传感器的灵敏度和特异性尤为突出。它能够检测到低至1 CFU/mL的地衣芽孢杆菌，检测时长仅需9.3小时。

表1 基于酪蛋白-明胶的生物传感器在检测不同食品样本中地衣芽孢杆菌的效率

在特异性方面，面对枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等多种细菌时，它能快速且准确地识别出地衣芽孢杆菌。在实验中，当检测含有不同细菌的样本时，传感器对其他细菌的反应时间明显长于地衣芽孢杆菌，精准地展现出了它的特异性。

图3 地衣芽孢杆菌检测的特异性（通过方差分析，****表示P < 0.0001）。四次重复的平均值。

实战检验：在食品检测中大展身手

研究人员选取了肉汤、米饭和牛奶这三种常见且易受污染的食物进行测试。结果令人惊喜，在低浓度（1 CFU/mL）下，生物传感器能准确检测出地衣芽孢杆菌，且对不同食物样本中的细菌都有快速响应。在牛奶、米饭和肉汤中，传感器对1 CFU/mL的地衣芽孢杆菌分别在13.5小时、15.5小时和9.5小时就能给出阳性信号，而其他细菌则无此反应。在高浓度（13 CFU/mL）下，地衣芽孢杆菌的检测速度更快，充分证明了该传感器在实际食品检测中的有效性。

图4 基于酪蛋白-明胶的生物传感器在检测不同食品样本中地衣芽孢杆菌的效率（A）——牛奶，（B）——大米，（C）——肉汤（通过方差分析，****表示P < 0.0001）。四次重复实验的平均值。

未来展望：前景广阔

这款低成本生物传感器为食品安全检测带来了新的解决方案。它操作简便，无需专业人员即可使用，大大缩短了检测时间，降低了检测成本。在未来，经过进一步优化和完善，它有望广泛应用于家庭、餐厅和食品加工厂等场所，成为保障食品安全的得力助手。随着科技的不断进步，相信会有更多类似的创新技术出现，为人们的饮食安全保驾护航，让大家吃得更放心。

参考文献：

Jeyaraman M, Eltzov E. Enhancing food safety: A low-cost biosensor for Bacillus licheniformis detection in food products[J]. Talanta, 2024, 276: 126152.