微生物挥发性有机物检测及在食品安全监测中的应用

方舒婷,刘舒芹,向章敏

(广东省测试分析研究所,广东省化学危害应急检测技术重点实验室,广东广州 510070)

微生物挥发性有机物(MVOCs)是真菌和细菌在代谢过程中产生的多种挥发性有机化合物的总称。到目前为止,微生物中的挥发性有机物已被鉴定的有1000多种[1],包括醇类、醛类、烃类、酸类、醚类、酯类、酮类、萜类、硫和氮类化合物等。近年来,MVOCs作为微生物污染的指标,已在临床诊断和环境监测中发挥着重要作用,如呼吸道感染[2-5],尿路感染[6-7],胃肠道疾病诊断[8],室内空气评估[9-10],建筑病害的病原体[11-12],也逐步成为目前食品安全监测新技术的研究热点。

腐败变质是食品生产和流通过程中的主要问题之一,微生物污染则是导致食品发生腐败变质的最重要根源[13],微生物污染的食品所导致的食源性疾病已发展成为危害人类健康的首要食品安全问题,其发病率逐年显著增加,如沙门氏菌、李斯特菌和大肠杆菌等病原体,能导致肠道感染症及食物中毒,甚至引发癌症和死亡[14]。目前,食品微生物的鉴定方法主要有培养法、生化法等,但这些传统方法耗时长,如细菌的分离通常需要24～48 h,在某些特殊情况下,真菌的检测与鉴定可能需要更长的时间[15-16]。为此,传统的微生物鉴定方法已不能满足食品安全快速且有效监测的要求,需要更便捷高效的检测技术方法。

随着食品安全形势的日益严峻,食品安全监测在促进食品卫生和人类健康方面发挥着重要作用,而可靠的分析检测技术是食品安全监测的重要依据,因此,食品中微生物污染的快速评价工作显得十分必要且刻不容缓。目前,挥发性有机物的检测正逐渐成为揭示食品中微生物污染的一种新的、有效的方法,测定食品中微生物挥发性有机物和鉴定其种类的程序通常如图1所示。因此,本文综述了食品中微生物挥发性有机物的检测分析方法及其在食品安全检测与监测中的实际应用,旨在研究微生物污染食品的程度情况,为提高食品安全,促进安全食品新技术开发提供理论参考。

图1 微生物挥发性有机物的检测和种类鉴定的流程Fig.1 Flow of microbial volatile organic compounds and species identification

1 食品中MVOCs的检测分析方法

1.1 前处理方法

微生物在生长代谢过程中产生的挥发性有机物含量较低,因此尽可能全面富集MVOCs是检测的前期关键。其次,MVOCs成分较为复杂,往往含有不同极性、不同官能团、不同异构体的多种物质,这就要求采用一种高效、适宜的采样方法。食品中MVOCs的采样技术主要有固相微萃取(SPME)[17-18]、吹扫捕集(PT)[19-20]和针捕集(NT)[21],不同食品MVOCs的样品富集方法见表1。尤其SPME,因具有高灵敏性、耗时短、采集速度快等特点[22-24],已广泛应用于食品中MVOCs的采样步骤[25-30]。

表1 不同食品中MVOCs的样品富集方法Table 1 Sample enrichment methods for MVOCs in different foods

1.2 定性与定量方法

MVOCs的鉴定应以高灵敏度的现代仪器分析技术为基础,以获取准确的定性和定量数据,气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱-飞行时间质谱(GC-TOFMS)联用技术因其既可对已知物进行准确定量,又可对未知物进行初步定性的能力,是目前食品中MVOCs分析的常见检测方法[27,33,36,38]。

然而一维气相色谱分离存在色谱峰容量不足、共流出以及杂峰干扰等诸多弊端,对此,全二维气相色谱(GC×GC)通过将分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱以正交方式组合,极大地提高了色谱的分离能力和分析速度,并与飞行时间高分辨率质谱相结合,提供了更高分辨率、高峰容量和高分离度的检测技术,大大提高了MVOCs的分离与鉴定水平。如采用非靶向的二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术(GC×GC-TOFMS)检测发酵黄瓜中与微生物腐败有关的挥发性有机物[42],通过比较发酵前后检测到的MVOCs,发现33种挥发性有机物的排放量发生了显著变化,其中乙酸、丙酸、丁酸、乙酸正丙酯的浓度均大幅度增加,糠醛的含量却有所下降。GC×GC-TOFMS方法还可用于识别受污染的谷物和咖啡豆排放出来的挥发性有机物[43],共鉴定出54种MVOCs,首次发现甲苯、3-辛酮、2-壬酮、2-甲基-3-戊醇、1-辛-3-醇、2-己酮的含量与样本受微生物污染程度密切相关。

此外,二次电喷雾电离质谱(SESI-MS)[41]、离子迁移率谱(IMS)[44]、选择性离子流管质谱(SIFT-MS)[45-47]和质子转移反应质谱(PT-MS)[48-49]等直接质谱分析技术也逐渐在食品MVOCs检测领域展开了应用,其方法的特点是将微生物产生的VOCs直接引入电离器件和后续的质谱分析仪中,无需富集取样和分离即可进行检测,实现了MVOCs的实时在线监测。另外,电子鼻(E-nose)作为一种新型的分析技术,也被提出用于食品MVOCs的检测与研究[50-51]。表2收集了不同食品MVOCs的检测分析方法。由表2可知，不同的食品种类,其优势腐败菌各有差异,而且在同一食品基质下,利用不同的检测分析方法,鉴定出来的微生物种类也有一定的区别。

表2 食品MVOCs的检测方法Table 2 Detection methods of food MVOCs

综上,MVOCs因具有多种类、多成分的特点,其检测分析方法也形式多样,且各有利弊。GC-MS对于大多数挥发性成分的研究来说无疑是一种成熟的分析技术,但在某些情况下,由于存在较大浓度范围内的代谢物的相互洗脱,其分辨率受到限制。SESI-MS、IMS等直接质谱技术则避免了因样品前处理造成的损失和成分变化,具有分析速度快、灵敏度高的特点。E-nose作为一种化学多传感器检测阵列,虽成本较低且方便携带,但对具体分析单独挥发性物质成分仍存在一定的难度。因此MVOCs定性和定量检测分析方法如何更好地与现实应用需求成功联结,仍值得深入探讨。

2 MVOCs分析在食品安全监测中的应用

纵观当前的食品安全检测技术,MVOCs的分析无疑为食品安全监测的手段注入了新鲜血液,在监管监督各类食品安全时,MVOCs检测技术由于其精确度高和灵敏性强而在食品行业中具有较为乐观的发展前景,而且采用该技术的同时也推动了我国食品安全检测技术的发展与革新。但现如今,食品安全问题热度居高不下,社会大众对食品的采购与食用陷入了信任危机,因此,新技术的引用与发展可在促进我国食品安全相关问题解决的同时,也能相应改善我国食品安全事故频发的现状。

2.1 MVOCs分析在食品包装中的应用

食品包装是食品商品的组成部分,是食品工业的必要工程之一,它能使食品在流通过程中,防止生物的、化学的、物理的外来因素的损害。食品包装作为影响微生物生长的主要因素之一,不仅能影响微生物区系的发育,还能影响挥发性有机物的生成。

Mayr等[56]研究了4 ℃下空气包装和真空包装的肉类(牛肉和猪肉)被微生物污染的腐败情况,发现牛肉和猪肉中MOVCs的浓度在这两种包装方式下均大量增加,且空气包装的牛肉和猪肉样品中MOVCs的排放量较大。此外,空气包装的牛肉样品中的假单胞菌的挥发性有机物浓度与其细菌数量有显著的正相关性,而猪肉样品中,MVOCs浓度越大表明其受肠杆菌污染的程度越大。Casaburi等[58]采用气相色谱-质谱联用技术监测了在空气和真空包装贮藏条件下,被酒石酸肉杆菌污染的牛肉样品中的挥发性有机物,分别鉴定出33种(空气)和24种(真空)MVOCs,所有在空气中被污染的牛肉样品散发出的挥发性有机物的浓度均高于真空贮藏,其中乙酸乙酯、丁酸和1-辛醇被认为是MVOCs的主要化合物。Balamatsia等[59]以挥发性胺作为监测指标,评价了家禽肉类在空气、真空和改性大气三种包装中的腐败情况。其研究结果发现,在整个贮藏过程中,三甲胺氮(TMA-N)和总挥发性碱性氮(TVB-N)的含量显著增加,且所有鸡肉样品在改良空气包装中检测到的TMA-N和TVB-N值均明显低于空气和真空包装。Parlapani等[34]还通过监测海鲷鱼片在空气和改性大气两种包装中散发出的挥发性有机物,共检测到由醇、醛、酮、酯和乙酸等组成的44种MVOCs,观察到酯类和大部分酮类化合物仅存在于空气贮藏的样品中,得出假单胞菌是主要的腐败性微生物。

食品包装技术是现代食品工业的最后一道工序,良好的包装能够有效抑制病原菌的滋生,延长食品保质期限,方便运输,促进销售。因此,通过监测不同包装条件下腐败菌散发出的挥发性有机物的成分和含量,可及时了解食品受微生物污染的程度以及变质情况,从而及时改进食品的生产与管理,实现食品安全问题“四早”目标(早发现、早警示、早控制和早处理),以尽可能保证食品避免受到微生物污染的威胁。

2.2 MVOCs分析在食品贮藏中的应用

食品贮藏是食品流通间的重要中间环节,涉及到生产、运输、销售和消费的各个步骤。食品贮藏除了应采取措施避免食品受到物理性、化学性污染、机械性损害和虫鼠危害外,最重要的还是预防和控制微生物对食品的污染和腐败。

2.2.1 肉制品 对肉类食品贮藏的研究中,Lasse等[38]对商业和无菌冷熏三文鱼样品中腐败细菌产生的挥发性有机物进行了研究,在冷藏温度为5 ℃时,共检测到醇类、醛类、酯类、酮类、酚类等38种挥发性有机化合物。其中,在商业冷熏三文鱼样本中检测到的挥发性有机物中,1-丙醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇和(E)-2-戊-1-醇)和2-丁酮的浓度明显升高,多数醛类物质浓度无明显变化。而在无菌冷熏三文鱼样品中,2-甲基-1-丙醇、1-丁醇、2-乙基-1-己醇等醇类物质含量呈下降趋势,说明此类挥发性有机物可能是腐败微生物活动的结果。Alexandrakis等[60]从感染了假单胞菌和热带菌的爱尔兰鸡胸脯肌肉所释放的挥发性有机物中鉴定出了乙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯甲酸甲酯、庚烷、甲乙酮、二硫化碳、二甲基硫化物、己醛和甲苯等10种化合物,发现这些化合物的浓度随贮藏时间的变化而变化,如乙醇、丙酮和乙酸乙酯的浓度第4 d起逐渐升高,在第8 d时显著升高,尤其是丙酮,推测这三种浓度显著增加的化合物是微生物污染的潜在生物标志物。Geeraerts等[61]采用顶空固相微萃取-气相色谱-飞行时间-质谱联用技术(HS-SPME-GC-TOF-MS)对一种熟鸡肉产品在3个不同储藏温度范围的可能存在的污染细菌的挥发性物质进行了定性分析,研究结果共提出33种挥发物,提出1-辛醇、2,3-丁二醇、乙酰托因、苯甲醛、乙醇、甲基丁醛和甲基丁醇可作为家禽熟制品细菌生长或化学降解的生物标志物。

2.2.2 水果类 水果是人们日常生活中不可缺少的副食品,是食品工业重要的加工原料,但是作为水果贮藏的主要病害,由微生物引起的浸染性病害在贮藏初期却是不易被发现。于是,Vikram等[62]采用GC-MS方法,对麦金托什红苹果接种了4种真菌(灰葡萄孢菌、青霉菌、梨状毛霉菌和念珠菌)后产生的MVOCs进行分析,研究结果共检测到498种不同的MVOCs,其中梨状毛霉菌的特征性物质是丁酸丁酯、4-甲基-1-己烯和2-甲基四唑,氟乙烯和3,4-二甲基-1-己烯只存在于青霉菌,氟乙烷和乙酸甲酯对灰葡萄球菌和念珠菌均有特异性,为果实采后病害的早期防治提供了一种新方法。之后,Moalemiyan等[36]将芒果作为研究对象,研究了感染焦腐病菌和炭疽杆菌的芒果的MVOCs。研究结果显示,1-戊醇和崖柏醇分别是焦腐病菌和炭疽杆菌的特异性物质,萜烯在炭疽杆菌挥发性有机物中含量最高,3-蒈烯则是焦腐病菌的高含量挥发性成分。同时实验数据表明1,2,4-苯并羧甲酸、1,2-二甲酯、1,4-环己二烯、1-甲基和1,4-戊二烯等几种物质可作为焦腐病原菌的早期监测指标。而在对变质番茄的研究[35]中,4-甲基辛烷,1,2,3-三甲基苯,3,7-二甲基十一烷,1-十六烷醇,2-异丙烯基-5,5-二甲基-1,3-二恶烷和正丙烯腈(3-叠氮基丙烯腈)等6种MVOCs被发现是接种单核细胞增生李斯特氏菌的果实所特有的,表明这些独特的代谢物可以用作生物标记物,以在疾病发展的早期阶段检测番茄病/病原体或产毒真菌。

2.2.3 谷物类 粮食作物在储藏过程中经常受到细菌、真菌等微生物的污染,挥发性有机物的检测也已成为早期鉴别粮食中微生物污染的有效手段[63]。如Salvador等[43]调查了受微生物和螨虫污染的谷物和咖啡豆中的挥发性有机物,发现54种MVCOs在物品储存过程中产生,而且MVCOs在不同的谷物中表现出明显的差异,如白米、糙米和小麦中醛类物质含量较高,与Wang等[64]的研究结果相一致,而粗米中醇类物质占比较大,燕麦籽粒则以醛类和醇类为主。呕吐毒素是谷物受到镰刀菌感染后的主要产物,Lippolis等[27]分析了镰刀菌污染的硬质小麦产生的70种MVOCs,发现单端孢霉烯,长叶烯,3-甲基丁醛,十三烷,γ-己内酯和6,10,14-甲基2-十五酮与呕吐毒素的产生紧密相连。Sun等[65]运用了SPME和GC-MS方法对2株黄曲霉菌株在玉米基质上生长代谢产生的挥发性化合物进行监测,鉴别出52种挥发性有机物,能够对两种黄曲霉菌株进行很好地区分。

MVOCs的分析主要是利用与某一微生物属相关的特异性挥发性有机物对食品在贮藏过程中的污染变质情况做出快速、早期和在线的检测,为尽早采取处理措施以及进行防治提供了依据,逐渐成为了监测和预防食品在贮藏期间的遭受微生物侵害的简便、高效的新方法。当下,随着人们健康意识的加强、食品安全理论的不断深入以及现代快检技术的广泛应用,MVOCs的分析检测在防控食品腐败变质的研究开发展现出新的发展机遇,利用MVOCs的特异性防治微生物侵染贮藏食品的技术将日趋完善。

2.3 MOVCs检测在食品风味品质中的应用

在我国，随着国民物质生活水平的提高,人们对生活的质量越来越注重,对食品的要求也越来越高,不仅要求食品的外观与口味,还注重食品的营养价值与安全等。因此,对食品进行高效及准确地检测,评价与控制产品风味品质,保证食品的质量等一系列的食品安全防控问题随之而来。

2.3.1 乳制品风味 乳制品作为一种高营养价值的食品,含有人体新陈代谢所必需的全部营养物质,同时,它对微生物来说也是极好的培养基。当牛奶被微生物污染后,在适当的温度下,微生物会迅速增殖,从而使牛奶酸败、变质,失去食用价值。Hettinga等[32,54]采用顶空固相微萃取富集方法对牛奶中的MVOCs进行了研究分析,共检出19种化合物,鉴定出了金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、乳房链球菌、失乳链球菌和大肠杆菌等5种细菌。随后,Chen等[66]的研究报告证实了3-甲基丁酸是金黄色葡萄球菌在牛奶中的重要生物标记物。而Bahroun等[67]则通过HS-SPME-GC-MS方法对牛奶样品中的沙门氏菌释放的外源VOC进行了鉴定和定量,表明2-氯苯酚,苯酚和3-氟苯胺是沙门氏菌释放的特异性物质。此外,Ndagijimana等[68]还研究了三种冷藏温度下短青霉在不同类型酸奶(分别添加蔗糖、果糖、果糖-水果片)中产生MVOCs的情况,在21 d的贮藏过程中,共鉴定出30个挥发性有机化合物。结果详细描述了随着贮藏时间的延长和营养物质的添加量增加,酸奶中MVOCs的含量发生了很大的变化:含蔗糖的酸奶,酒精含量在第5 d达到29%,而含果糖的酸奶,甲基酮含量在第5 d达到90%,且2-戊酮含量较高;两种酸奶均以2-庚酮为主。自第5 d起,酸奶样品中3-甲基-1-丁醇、1-戊醇、2-庚酮、2-戊酮等化合物的浓度逐渐下降,在某些情况下,这些化合物在21d后甚至达到无法检测的水平。

2.3.2 肉制品风味 肉制品因品种繁多、色泽独特、口味优良等特点深受消费者的青睐,但目前肉制品的加工方式存在着不少缺陷,质量安全不宜控制、贮藏时间短等,从而引起食品腐败变质问题。Hierro等[52]研究了接种总状毛霉、青霉后的干发酵香肠的MVOCs,共鉴定出55种挥发性有机物,青霉菌中1-辛烯3-醇的浓度约为总状毛霉菌的2～7倍,以2-甲基丙醛、2-甲基丁烷和3-甲基丁烷为主的支链醛浓度较高,其对应的醇类物质(2-甲基-1-丙醇、2-甲基-1-丁醇和3-甲基-1-丁醇)同样存在相同情况。4 ℃下研究两种包装环境储存长达22 d的白香肠的挥发性有机化合物顶空分布[69],发现其VOCs谱包括5种醇类、4种酯类、4种酮类、14种单萜类、14种含硫化合物和5种杂类化合物,变质白香肠中含硫化合物占比较大,与腐败有关的硫乙酸甲酯、硫乙酸丙酯和二甲基三硫醚在第16 d后排放越来越多。

2.3.3 酱制品风味 酱类食品虽渗透压高,自由水分少,微生物不易繁殖,室温下能够临时存放,但是却会缓慢地发生脂肪氧化反应,风味变差,且开封后若不适当保存,易容易引起微生物污染。Nieminen等[70]对接种黑曲霉VH10、翘孢霉VH12、毛霉AK1、青霉(S645H、VH11、VS13、14、21)、木霉VS20和枝霉95/113等10种真菌菌株的草莓酱中的MVOCs进行了研究,一共发现了25种挥发性有机物,除95/113枝霉菌外,其他真菌均产生2-戊酮和3-甲基-1-丁醇两种物质,此外,青霉属、黑曲霉VH10、翘孢霉VH12和木霉VS20都含有1,3-戊二烯和苯乙烯。Niu等[71]则利用GC-MS研究了蚕豆酱腐败微生物的产气情况,对地衣芽孢杆菌在生长过程中挥发出来的气体进行了检测,为进一步采取有效策略来抑制蚕豆酱中产气微生物的生长提供理论基础。

2.3.4 饮料风味 微生物污染同样会引起饮料的腐败变质和感官缺陷。Hubert等[72]利用两不同菌株研究了醋酸菌在功能性饮料中的腐败情况,采用GC×GC-TOF-MS检测技术共鉴定出33种主要物质,其中发现2-苯乙醇,3-戊酮,2-壬醇,2-硝基-1-丁醇为关键挥发物。再者,Iamanaka等[28]调查了咖啡饮料接种青霉菌、曲霉菌后的MVOCs情况,结果表明,青霉菌接种样品中检测到辛-3-酮、戊-2-酮,2-甲基丙-醇、己醇和2,6-双(1,1-二甲基乙基)-4-乙基-苯酚,曲霉菌接种的咖啡样品中,只检测到甲基丙醇、辛-1-烯-3-醇和3-甲基-丁醇等醇类物质。

食品风味对食品的受欢迎程度影响较大,在食品加工、食品贸易、食品经济等领域具有重要的指导意义,作为一种新兴的检测技术手段,MVOCs的仪器检测比传统微生物菌落数检测方法更加省时、便捷,样品前期处理也比现代分子生物技术和免疫学技术更加简便一些,通过对MVOCs进行检测和分析,找到影响食品风味品质的关键挥发性成分,为快速检测与鉴定食品中的致病菌,及时有效控制及预防致病菌传播和食物中毒提供技术支持。

2.4 MOVCs检测在食品腐败菌鉴定中的应用

食品腐败变质的一个实质内容是食品中蛋白质、碳水化合物、脂肪等被微生物代谢分解的过程,因此对食品进行微生物含量的测定及其种类鉴定,可以反映食品被微生物污染的程度及是否发生变质现象,同时它是判定食品生产的一般卫生状况以及食品卫生质量的一项重要依据。

2.4.1 肉类食品腐败菌的鉴定 通常肉类食品能与某一微生物属相关的特异性MVOCs作为相应微生物的检测指标。Ercolini等[73]通过对牛肉MVOCs的分析,研究了嗜温和嗜冷细菌的腐败潜力,结果表明已酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯和乙酸异戊酯等醇类物质对大肠杆菌污染的牛肉样品具有特异性;假单胞菌25P污染后的牛肉样品仅有2-丁基辛烯醛、10-十一烯醛等醛类物质和唯一存在的酯类化合物-甲酸乙酯;此外,麦芽酒石酸杆菌9P挥发物中醇类物质含量最高,2-乙基-1-己醇、2-丁基-1-醇、2-己醇-1-辛醇、2-壬酮、2-乙基己醛均不存在。Martín等[26]对伊比利亚干腌火腿中的挥发性有机物进行了微生物深层腐败的表征,共鉴定了70多种挥发性有机物,发现变质火腿的碳氢化合物的比例明显升高,甲苯和间二甲苯含量最高,但这被认为是由于猪的饲料所引起的[40]。直链羰基化合物和支链羰基化合物在伊比利亚干腌火腿的风味中起着重要作用,但在变质火腿中,苯甲醛、苯乙醛和环己酮等环状和芳香羰基物质所占的比例更高,鉴定出肠杆菌科腐败菌。Holm等[53]通过研究了四种腐败菌污染的腊肠切片所释放的挥发性有机物,对热裂蓟马菌、黄斑假单胞菌、嗜麦芽红肉杆菌和白串珠菌的MVOCs组成进行了评价,鉴定了42种不同的MVOCs,其中黄斑假单胞菌的挥发物成分中二甲基二硫醚和二甲基三硫醚的占比较高,1-己醇和2-庚醇为白串珠菌的 主要特征化合物,热裂蓟马菌、黄斑假单胞菌和嗜麦芽红肉杆菌均存在二乙酰基、乙酰托因、2,3-甲基丁醇和2,3-甲基丁醇等物质。

2.4.2 水产品腐败菌的鉴定 水产品营养丰富,风味各异,是均衡人们饮食所需营养物质的来源。水产品捕捞后,如不立即采取有效保鲜措施,很容易腐败变质。其变质可能是由微生物活动、自溶作用或化学氧化作用造成,但特定腐败生物的微生物活动比化学氧化或自溶更容易导致水产品腐败。Odeyemi等[74]利用HS-SPME-GC-MS对蚌肉在储存期间的腐败菌产生的挥发性代谢产物进行了实验,最后总共鉴定出44种化合物,发现二甲基三硫化物,甲基苯酚,3,5-辛二烯和硫己烯是希瓦氏菌所特有的。Foteini等[75]的研究表明假单胞杆菌和热杀索丝菌是欧洲鲈鱼的优势腐败菌,3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、丙酸酯、异丁酸酯等物质可作为腐败菌的潜在标记物。而Parlapani等[76]对墨鱼在贮藏期间的新鲜度的研究结果表明嗜冷杆菌是墨鱼贮藏过程的主要腐败菌,在贮藏后期其浓度含量显著升高,认为各种挥发性有机物可以作为墨鱼潜在的新鲜度指标。

2.4.3 果蔬腐败菌的鉴定 果蔬类产品含水量相当高,是其完成全部生命活动的必要条件,同时也给微生物和酶的活动创造了有利的条件,因此极易产生腐败变质,导致其保存期较短。采用SPME-GC-MS对引起苹果腐败的主要病原体释放出的挥发性有机化合物进行了分析,以根据腐烂指数和病原体种类比较挥发性有机化合物的变化[77],发现乙醇,3-甲基丁烷-1-醇,苯甲醛,苯乙烯,柠檬烯和一些乙酯是衰变过程中排放的主要挥发性有机化合物。扩展青霉特征性挥发物为(E)-羟乙基-2-烯醛,1-甲氧基-3-甲苯,庚酸甲酯,碳酸二乙酯,2-苯乙酸乙酯,辛酸丙酯,癸酸乙酯,葡萄座腔菌特征性挥发物为(E)-己-3-烯基乙酸酯、1-甲基-4-丙-2-基苯、2-苯基乙醇、α-萜品烯和α-异松油烯,苯甲醇,2-乙基己醇,和苯乙酮则是烟草赤星病菌的潜在标记物。另有科研工作采用E-nose和SPME-GC-MS两种技术监测冷藏西兰花的新鲜度[78],通过判别分析的结果可区分新鲜、中等新鲜和变质样品。使用GC-MS分析总共检测到43种挥发性物质(包括烃,醇,酯,醚,醛,酮,硫化合物和硫氮化合物),随着储存时间的增加,二甲基二硫化物之类的硫化合物的大量积累。此外,通过评估变质洋葱品种中挥发性有机化合物以检测相关的微生物的存在,Kabir等[79]的研究结果鉴定出变质洋葱含有四种真菌,分别为曲霉、镰刀菌、毛霉菌和念珠菌。

因此,研究学者们通过对MVOCs的分析,初步确定了食品腐败变质过程相关微生物的特征挥发性有机物,这为以后深入研究单一菌种的MVOCs,进一步阐述腐败变质食品中MVOCs的生成机理奠定前期基础,为建立更多微生物的气味指纹特征图谱库,推动微生物气味指纹检测技术的发展提供依据。

3 展望

食品检验的意义在于尽早发现问题、消除食品安全隐患。到目前为止,挥发性有机物作为微生物生长的指标已经在食品安全监测中得到了广泛的应用,它不仅为检测食品品质变化、保证食品质量、延长食品货架期提供积极作用,也为微生物的鉴定提供了便捷有效的方法。然而,采样技术对MVOCs的测定影响较大,因此基于挥发性有机物分析的微生物种类鉴定也可能受到一定的影响,这就要求今后需要发展更快速、更有效的适合各类样品的取样和富集技术,目前,集取样和富集于一体的固相微萃取技术前处理技术研究无疑是一种很好的方向。其次,挥发性有机物的测定分析方法具有重要的意义,以气相色谱-质谱联用为基础的技术方法具有良好的色谱分离和可靠的定性信息,有利于后续微生物属性鉴定,同时,随着全二维气相色谱-质谱联用技术的发展,在MVOCs检测方面能够提供高通量的检测数据,为微生物深入研究提供良好的检测技术。其他的质谱分析技术如SESI-MS、IMS、SIFTMS、PCR-MS等,无需采样和色谱分离,较好地还原检测产物的全面性,但由于此类设备的可用性有限,这些方法还不能在食品安全监测的日常工作中普及,今后在这方面还需要进行更多的研究。最后,挥发性有机物包括一系列具有不同化学性质的化合物,作为微生物种类鉴定的基础,MVOCs指纹图谱需要通过一系列统计分析对其组成成分进行可靠地解释。目前,虽然不同的多元统计分析方法已经被引入到微生物源挥发性有机物的分析,但还需要更全面的研究来阐明挥发性有机物的概况,因此,进一步揭示挥发性有机物与微生物种类之间相关性的新标记物或新技术方法还尚待开发。