摘要

背景

谷物及其加工產(chǎn)品是全球食品供應(yīng)的基本組成部分，但它們始終容易受到病原體及其毒素的污染，這對食品安全和公共衛(wèi)生構(gòu)成了持續(xù)且嚴重的威脅。從傳統(tǒng)主食到各種即食（RTE）、速食和發(fā)酵產(chǎn)品的演變，進一步增加了相關(guān)食源性危害的多樣性和復雜性。

范圍與方法

本文全面綜述并批判性地評估了2015年至2025年間用于檢測多種谷物產(chǎn)品中主要病原體（如沙門氏菌、蠟樣芽孢桿菌、克羅諾桿菌屬）和毒素（如霉菌毒素、邦克雷克酸、雪腐菌素）的技術(shù)進展。我們不僅提供了方法描述，還系統(tǒng)分析了各種檢測平臺的原理、優(yōu)勢、局限性和實際應(yīng)用性，包括基于培養(yǎng)、免疫學、核酸、生物傳感器和大規(guī)模儀器的方法，并特別強調(diào)了它們在不同產(chǎn)品基質(zhì)中的適用性。

主要發(fā)現(xiàn)與結(jié)論

我們的分析表明，檢測方法正從緩慢的實驗室中心型方法向快速、現(xiàn)場和集成型系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。諸如等溫擴增結(jié)合CRISPR-Cas系統(tǒng)、納米材料增強型生物傳感器和便攜式質(zhì)譜儀等新興技術(shù)，顯著提高了靈敏度、特異性和效率。然而，仍存在一些挑戰(zhàn)，如減輕復雜基質(zhì)干擾、準確檢測可存活但不可培養(yǎng)的細胞（VBNC）以及建立標準化協(xié)議，這些因素阻礙了這些創(chuàng)新的商業(yè)化。展望未來，我們認為智能、便攜式設(shè)備與強大驗證框架的結(jié)合對于將這些創(chuàng)新檢測概念轉(zhuǎn)化為可靠的全球谷物供應(yīng)鏈監(jiān)測工具至關(guān)重要。

引言

谷物及其衍生產(chǎn)品是全球飲食和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的基石，為人類和牲畜提供必需的營養(yǎng)（Prakash等人，2024年）。近幾十年來，食品加工技術(shù)的進步推動了谷物產(chǎn)品的顯著多樣化，從速食和即食產(chǎn)品到冷凍和發(fā)酵食品，每種產(chǎn)品都帶來了便利性和更好的感官特性（Rahman等人，2023年）。盡管這些產(chǎn)品在營養(yǎng)和商業(yè)上具有重要意義，但它們?nèi)匀粯O易受到病原體及其毒素的污染，從而對食品安全和公共衛(wèi)生構(gòu)成持續(xù)且不斷變化的風險。 據(jù)估計，食源性疾病每年影響超過6億人，并導致42萬人死亡（CDC，2023年）。這些病例的主要死因是病原菌及其毒素的污染。谷物及其加工衍生物因受到產(chǎn)毒真菌（包括青霉菌、曲霉菌和鐮刀菌）和病原菌（如沙門氏菌、大腸桿菌、蠟樣芽孢桿菌和單核細胞增生李斯特菌）的污染而存在重大食品安全風險（Adejuwon等人，2019年；Fones等人，2020年；Deligeorgakis等人，2023年）。Eskola等人（2020年）報告稱，大約60%的全球谷物受到霉菌毒素的污染。 這些毒素的化學穩(wěn)定性極強，使其在加工過程中難以消除，因此強調(diào)預防性監(jiān)測和嚴格的監(jiān)管控制的重要性，例如表1中總結(jié)的最大限量。表1匯總了谷物及其衍生產(chǎn)品中主要病原體和毒素的現(xiàn)行監(jiān)管限量，涵蓋了食品法典委員會（CAC）、中國、歐盟和美國的標準（CODEX STAN 193-1995（2025年修訂版）、國家食品安全標準：食品中的霉菌毒素最大限量（GB 2761-2017）、國家食品安全標準：預包裝食品中的病原體限量（GB 29921/2021）、歐盟法規(guī)2024/1756、歐盟法規(guī)2073/2005以及FDA法規(guī)（21 CFR）。 為了應(yīng)對這些不斷變化的風險和方法學空白，雖然歷史上霉菌毒素在谷物食品安全研究中占主導地位，但新興消費品領(lǐng)域要求更多關(guān)注細菌病原體和其他新型谷物產(chǎn)品中的生物危害（Adejuwon等人，2019年）。即食、冷凍和發(fā)酵谷物產(chǎn)品的普及引入了新的污染途徑和風險特征，需要采取平衡和全面的危害檢測策略。當前的檢測方法涵蓋了從傳統(tǒng)的基于培養(yǎng)的方法、PCR和免疫測定到先進的核酸擴增、生物傳感器和儀器技術(shù)（如LC-MS/MS和MALDI-TOF-MS）（Palazzini等人，2015年；Ren等人，2019年；Rausch等人，2020年；Kong等人，2023年）。最近，基于CRISPR的系統(tǒng)、適配體輔助傳感器和高光譜成像等新興工具，以及基于圖像的智能識別、機器學習（ML）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等集成技術(shù)，在現(xiàn)場和高通量監(jiān)測方面展示了巨大潛力（Yao等人，2022年；Sang等人，2025年）。這些工具有望整合成一種集成系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化樣品制備、高通量多重分析和智能（AI）/IoT驅(qū)動的決策。這種檢測方法的演變在圖1中進行了總結(jié)。 本文批判性地綜合評估了2015年至2025年間在各種谷物產(chǎn)品中檢測病原體和毒素的技術(shù)進展。我們不僅描述了方法，還系統(tǒng)分析了關(guān)鍵檢測平臺的原理、性能和實際應(yīng)用性。文章首先概述了不斷變化的危害格局，然后分析了快速和智能檢測系統(tǒng)的技術(shù)演變和融合，并最終提出了針對主要谷物產(chǎn)品類別的定制檢測策略。最后，我們從未來角度展望了將這些技術(shù)整合到智能、數(shù)據(jù)驅(qū)動的食品安全監(jiān)測系統(tǒng)中，以保護從農(nóng)場到餐桌的谷物供應(yīng)鏈。因此，本文特別強調(diào)了共同檢測病原體和毒素的必要性，開發(fā)智能現(xiàn)場系統(tǒng)，以及專門解決谷物基質(zhì)特定挑戰(zhàn)的必要性。目標是彌合技術(shù)潛力與實際集成食品安全解決方案之間的差距。

部分摘錄

谷物及其產(chǎn)品的危害演變

谷物產(chǎn)品的安全性面臨來自多種生物危害（如真菌、細菌、霉菌毒素）的持續(xù)威脅，這些危害的普遍性和影響受到從農(nóng)場到餐桌每個環(huán)節(jié)的影響。這些污染物會造成重大經(jīng)濟損失，降低感官和營養(yǎng)價值，并對人類和動物健康構(gòu)成實質(zhì)性風險。了解這一動態(tài)格局是制定有針對性的檢測策略的基本前提。

檢測方法的演變：原理與轉(zhuǎn)變

谷物產(chǎn)品中食源性危害的檢測和鑒定依賴于多種方法，這些方法大致可以分為傳統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)和變革性的先進平臺。前者包括基于培養(yǎng)的方法、免疫學方法、核酸擴增方法和基于LC/GC的技術(shù)，為靈敏度和確認提供了基準（Sim等人，2018年；Ferrara等人，2020年；Gu等人，2020年；André等人，2022年；Chen等人，

針對不同谷物基質(zhì)的創(chuàng)新與應(yīng)用策略

不同谷物產(chǎn)品的基質(zhì)效應(yīng)對檢測方法有深遠影響。接下來的部分將批判性地回顧和比較各種谷物產(chǎn)品中主要病原菌和毒素的最新分析方法。表3概述了不同類型谷物產(chǎn)品中這些危害的檢測方法，主要包括預處理、分析步驟、檢測目標、LOD/LQD、讀出方法和基于...的計算的檢測時間

結(jié)論與未來方向

過去十年見證了谷物產(chǎn)品安全監(jiān)測的顯著范式轉(zhuǎn)變，從依賴緩慢的集中式實驗室分析轉(zhuǎn)向集成式、多層次策略。這一新框架戰(zhàn)略性地結(jié)合了快速、現(xiàn)場篩查工具用于即時決策和高度精確的實驗室確認分析。這一轉(zhuǎn)變的背后推動力是...

未引用的參考文獻

CDC；Chen等人，2025年；Kim等人，2025年；Li等人，2023年；Liu等人，2024年；Liu等人，2024年；Martinovi?等人，2016年；Golge和Kabak，2020年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年；Wang等人，2025年。

作者貢獻聲明

史瑞媛：概念構(gòu)思；撰寫-原始草稿；撰寫-審閱和編輯。梁家健：驗證；撰寫-審閱和編輯。黃成寶：驗證；撰寫-審閱和編輯。胡立凱：驗證；撰寫-審閱和編輯。程凌雁：驗證。陶兆：驗證。王曉楠：驗證。王杰：驗證。方翔：驗證。王麗：撰寫-審閱和編輯；項目管理；資源協(xié)調(diào)；監(jiān)督；概念構(gòu)思；資金獲取。

數(shù)據(jù)可用性

數(shù)據(jù)可應(yīng)要求提供。

致謝

本研究得到了國家自然科學基金（項目編號：32572521）和廣東省重點研發(fā)計劃（項目編號：2025B0202120003）的支持。