用于食品基质中大肠埃希菌的现场比色检测：DNA酶交联水凝胶

更安全的食物始于简单检测

我们大多数人都以为所购食物是安全的，但诸如有害株的大肠埃希菌等肉眼看不见的病原体可能混入牛奶、沙拉、肉类和即食食品并导致严重疾病。现有的实验室检测虽然准确，但速度慢、费用高，且很少在食品生产、加工或销售现场提供。本论文描述了一种小型、低成本的传感器，遇到大肠埃希菌时会变色，为农户、工厂乃至零售商提供了一种只需用肉眼即可现场检查污染的方法。

日常食品中的隐形威胁

食源性疾病每年影响全球数亿人，危险的大肠埃希菌株是主要元凶之一。它们已在碎牛肉、未巴氏或巴氏消毒不充分的牛奶、新鲜蔬菜，尤其是莴苣和菠菜等叶类蔬菜中被发现。由于召回常常在人员出现疾病后才发生，因此沿食品链——从农场到超市货架——进行定期检查至关重要。然而，许多现有检测方法，如细菌培养或PCR，需要受过训练的人员、专用设备和实验室条件，因此不适合常规现场使用。

为何食品难以检测

在食品中检测细菌比在洁净水中困难得多。真实的食品含有脂肪、蛋白质、糖和颗粒，这些成分会堵塞传感器、模糊光学信号或粘附到用于识别病原体的分子上。食物中天然存在的酶甚至可能分解基于DNA的检测，而无害的背景细菌会使缺乏足够特异性的传感器产生干扰。为应对这些问题，许多当前方法增加了额外的样品预处理步骤以将细菌与样品其他成分分离，但这会增加成本、时间和复杂性——恰恰与快速现场检测的需求相悖。

一种智能凝胶让金粒子释放出来

作者此前制备了一种微小的水凝胶——一种柔软、富水的固体——由称为DNA酶的特殊DNA链交联而成。这些DNA酶被设计用于识别许多大肠埃希菌株释放的一种蛋白质。凝胶中囚禁着呈红色的金纳米颗粒，使其呈现鲜明的颜色。进行检测时，将凝胶与食品样品、简单营养物和一种能感染大肠埃希菌的噬菌体混合。如果存在大肠埃希菌，噬菌体会感染并导致细菌破裂，释放更多目标蛋白。该蛋白激活DNA酶，剪切维系凝胶结构的DNA连接。当凝胶解体时，金纳米颗粒被释放并在液体中扩散，改变样品的外观。如果没有大肠埃希菌，凝胶保持完整，颜色仍集中。

从牛奶到沙拉：将传感器投入使用

在这项研究中，团队测试了他们的变色凝胶在真实食品中的适用性，而不仅限于洁净的实验室样品。他们在脱脂牛奶、商店买的烤鸡液、包装熟鸡蛋的卤水和切碎胡萝卜的汁液中接种了已知数量的无害模型大肠埃希菌。因为某些样品过稠，他们略微稀释后，将所有样品与凝胶和噬菌体在体温下孵育。约18小时后，肉眼即可分辨差异：受污染样品表现为明显降解的凝胶和分散的颜色，而对照样品保持完整。该传感器在牛奶中可检测到约10^4–10^5个细菌/毫升的污染，性能与许多简单现场检测相当或更好。

攻克叶类蔬菜问题

叶类蔬菜经常引发大规模的大肠埃希菌暴发，因此作者探索了几种现实的检测方法。他们首先收集了雾化的冰山生菜上的水滴，然后收集了在甩干机中清洗的混合沙拉的冲洗水，并在两者中接种细菌。在每种情况下，凝胶都能在存在大肠埃希菌时正确发出信号，即使在相对较低的菌落水平。为模拟公共卫生实验室处理真实受污染农产品的流程，研究者接着直接在沙拉叶上接种细菌，用水将其在“揉碎”步骤中物理碾碎，并测量回收的细菌数量。在稀释这些含颗粒的液体后，传感器在中等和高污染水平仍产生清晰的视觉响应，同时能忽略存在的其他天然细菌。

这对你餐盘意味着什么

通过证明DNA酶交联水凝胶可以可靠地在多种常见食品中检测到大肠埃希菌，这项工作指向了一个未来：简单、廉价且无需复杂设备的检测可以内置于食品包装或在供应链各环节使用。尽管当前传感器显示结果需约18小时，并需进一步改进以提高速度和灵敏度，但其已达到传统培养检测所需时间的水平，同时避免了复杂的实验室设备。随着进一步开发并适配其他细菌，类似凝胶有望更早更频繁地发现污染，降低危险微生物进入餐盘的风险。

引用: Mann, H., Prasad, A., Uthayasekaram, R. et al. Point-of-use colorimetric detection of Escherichia coli in food matrices with DNAzyme crosslinked hydrogels. npj Sci Food 10, 92 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00745-3

关键词: 食品安全, 大肠埃希菌检测, 比色传感器, DNA酶水凝胶, 现场检测