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海鮮安全新盾牌:紙色譜陣列與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)手守護餐桌

發(fā)布時間:2024-12-18      瀏覽次數(shù):471    分享:

隨著海鮮消費量的不斷攀升,食品安全問題日益成為公眾關(guān)注的焦點,在食品安全領(lǐng)域,快速、準確的檢測技術(shù)對于預(yù)防食源性疾病至關(guān)重要。據(jù)《Food Research International》雜志最新報道,由馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校和佛羅里達大學(xué)的研究人員聯(lián)合開發(fā)的紙色譜陣列(PCA)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)結(jié)合的檢測方法,為海鮮中的病原體檢測提供了一種新穎的解決方案。

這項技術(shù)的核心在于利用PCA捕捉海產(chǎn)品中揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的變化,并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習能力,實現(xiàn)對活體病原體的快速識別。許多海產(chǎn)源的細菌分泌組氨酸脫羧酶或TMAO還原酶,作為天然代謝產(chǎn)物生成揮發(fā)性有機物,如組胺和三甲胺。研究中,Morganella morganii(M. morganii)和Shewanella putrefaciens(S. putrefaciens)分別作為食源性病原體和腐敗細菌的模型,通過PCA-NN系統(tǒng)進行檢測,PCA制作及實驗設(shè)置如下圖所示。

PCA-NN系統(tǒng)檢測關(guān)于PCA制作及實驗的設(shè)置圖

圖片來源:Food Research International

PCA可以識別VOCs的機理為PCA上的化學(xué)染料(如金屬卟啉、pH指示劑等)具有特定的化學(xué)結(jié)構(gòu),能夠與特定的VOCs發(fā)生相互作用,如氫鍵、配位鍵、離子交換等。這些染料對VOCs的識別是基于分子結(jié)構(gòu)的互補性,即染料的活性位點與VOCs的分子結(jié)構(gòu)之間存在匹配關(guān)系。當VOCs與PCA上的染料接觸時,可能會發(fā)生化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這種變化可能涉及到電子的轉(zhuǎn)移、配位鍵的形成或斷裂、氧化還原反應(yīng)等,從而導(dǎo)致染料的吸光性質(zhì)(如吸收光譜)發(fā)生變化。染料的吸光性質(zhì)變化會導(dǎo)致其顏色發(fā)生變化,這種顏色變化可以通過肉眼或儀器檢測到。

研究團隊首先在標準培養(yǎng)基上驗證了PCA-NN檢測的準確性,隨后在真實的海鮮模型—鱈魚和三文魚上進行了測試。結(jié)果顯示,該方法能夠成功區(qū)分人類食源性病原體和本地微生物群落,準確率高達90%至99%。這一成果不僅為海鮮安全檢測提供了一種高效手段,也為智能包裝技術(shù)的發(fā)展開辟了新的道路。

與傳統(tǒng)的細菌分離和鑒定方法相比,PCA-NN檢測技術(shù)無需富集、孵化或其他樣本準備步驟,大大縮短了檢測時間,降低了操作成本。此外,該方法不需要預(yù)先確定的特征或特定的分析染料,使得檢測過程更加靈活和經(jīng)濟。

隨著食品安全問題的日益嚴峻,PCA-NN檢測技術(shù)的出現(xiàn)無疑為海鮮消費安全提供了新的保障。這項技術(shù)的成功應(yīng)用,不僅能夠保護消費者的健康,也將推動食品安全檢測技術(shù)的進步,為全球食品安全監(jiān)管提供強有力的支持。

原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.112052

來源:微生物安全與健康網(wǎng),作者~張宏圖。

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