食品微生物檢測(cè)是保障食品安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需快速、準(zhǔn)確識(shí)別有害微生物（如沙門氏菌、大腸桿菌、霉菌），傳統(tǒng)檢測(cè)方法（如培養(yǎng)法、生化鑒定法）存在耗時(shí)久（24-72小時(shí)）、操作復(fù)雜的問題。8-羥基喹啉（8-Hydroxyquinoline，簡(jiǎn)稱8-HQ）作為一種兼具螯合性與熒光特性的有機(jī)化合物，可通過與微生物細(xì)胞內(nèi)的金屬離子（如 Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺）特異性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的選擇性染色，同時(shí)借助熒光信號(hào)增強(qiáng)或顯色反應(yīng)，縮短檢測(cè)時(shí)間（可至 1-2小時(shí)），成為食品微生物快速鑒定的重要工具。本文將從8-羥基喹啉的染色機(jī)制出發(fā)，系統(tǒng)解析其在食品微生物檢測(cè)中的染色效果、適配場(chǎng)景及快速鑒定應(yīng)用策略，為食品安全檢測(cè)提供技術(shù)參考。

一、染色機(jī)制：基于金屬離子螯合的特異性識(shí)別

8-羥基喹啉的分子結(jié)構(gòu)含“羥基（-OH）”與“喹啉環(huán)”，羥基的氧原子與喹啉環(huán)的氮原子可形成雙齒螯合位點(diǎn)，能與微生物細(xì)胞內(nèi)的二價(jià)金屬離子（Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺）形成穩(wěn)定的五元環(huán)螯合物，這種螯合作用是其實(shí)現(xiàn)微生物染色的核心機(jī)制，同時(shí)賦予染色過程“特異性、高靈敏度”的優(yōu)勢(shì)。

細(xì)胞內(nèi)金屬離子的靶向螯合

微生物細(xì)胞（細(xì)菌、霉菌）為維持生命活動(dòng)，需大量攝取金屬離子（如 Fe²⁺參與呼吸鏈反應(yīng)、Zn²⁺參與酶活性調(diào)節(jié)），這些離子在細(xì)胞內(nèi)呈不均勻分布 —— 細(xì)菌的細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及酶活性位點(diǎn)是金屬離子的主要富集區(qū)；霉菌的菌絲體與孢子中，金屬離子多集中在細(xì)胞壁的幾丁質(zhì)層與細(xì)胞質(zhì)的細(xì)胞器內(nèi)。8-羥基喹啉可通過以下路徑與金屬離子結(jié)合：

穿透細(xì)胞屏障：它的分子質(zhì)量?。?/span>145.16 Da）、脂溶性強(qiáng)（LogP≈2.0），可快速穿透細(xì)菌細(xì)胞膜或霉菌細(xì)胞壁，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部；對(duì)于革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌），其外膜的孔蛋白可允許8- 羥基喹啉自由通過，無需額外處理即可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)滲透；

特異性螯合金屬離子：進(jìn)入細(xì)胞后，8-羥基喹啉的羥基與喹啉環(huán)氮原子可與 Fe²⁺、Cu²⁺等金屬離子形成穩(wěn)定螯合物（穩(wěn)定常數(shù) LogK：Fe²⁺-8-HQ≈19.8，Cu²⁺-8-HQ≈20.0），這種螯合作用具有強(qiáng)特異性 —— 對(duì) Na⁺、K⁺等一價(jià)離子幾乎無結(jié)合能力，僅靶向二價(jià)金屬離子，避免非特異性染色干擾；

螯合物的信號(hào)特性：8-羥基喹啉本身呈弱熒光（激發(fā)波長 365nm，發(fā)射波長 495nm），但與金屬離子形成螯合物后，熒光強(qiáng)度會(huì)顯著增強(qiáng)（如 Fe²⁺-8-HQ 螯合物的熒光強(qiáng)度是游離8-羥基喹啉的 5-10 倍），或呈現(xiàn)特定顏色（如Cu²⁺-8-HQ 螯合物呈黃綠色，Zn²⁺-8-HQ 螯合物呈淡黃色），這種信號(hào)變化為微生物的可視化鑒定提供了依據(jù)。

二、在食品微生物檢測(cè)中的染色效果：適配不同微生物類型

不同食品微生物（細(xì)菌、霉菌、酵母菌）的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、金屬離子含量存在差異，8-羥基喹啉的染色效果也呈現(xiàn)針對(duì)性差異，需根據(jù)微生物特性調(diào)整染色條件（如濃度、pH、染色時(shí)間），以實(shí)現(xiàn)良好的檢測(cè)效果。

（一）對(duì)食品有害細(xì)菌的染色效果：快速識(shí)別致病菌

食品中常見的有害細(xì)菌（如沙門氏菌、大腸桿菌 O157:H7、李斯特菌）細(xì)胞內(nèi)富含 Fe²⁺（參與細(xì)胞呼吸）與Cu²⁺（參與氧化應(yīng)激防御），8-羥基喹啉可通過與這些離子螯合，實(shí)現(xiàn)高效染色，且具有“低背景、高對(duì)比度”的優(yōu)勢(shì)：

革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌、沙門氏菌）：這類細(xì)菌的細(xì)胞膜通透性高，8-羥基喹啉無需助染劑即可快速滲透，染色時(shí)間僅需 5-10分鐘。以大腸桿菌檢測(cè)為例，將食品樣品（如牛肉、牛奶）經(jīng)前處理（離心富集、去除雜質(zhì)）后，加入 0.1mmol/L8- 羥基喹啉溶液（pH7.0），37℃孵育8分鐘，在熒光顯微鏡下（激發(fā)波長 365nm）可觀察到大腸桿菌呈明亮的綠色熒光，熒光強(qiáng)度均勻，背景（食品殘?jiān)o明顯熒光，檢出限可達(dá) 10²CFU/mL；若結(jié)合熒光定量技術(shù)，可在1小時(shí)內(nèi)完成大腸桿菌的定性與定量檢測(cè)，較傳統(tǒng)培養(yǎng)法（24 小時(shí)）大幅縮短時(shí)間。

革蘭氏陽性菌（如李斯特菌、金黃色葡萄球菌）：這類細(xì)菌的細(xì)胞壁含厚肽聚糖層，8-羥基喹啉的滲透速度較慢，需添加 0.05%Triton X-100（表面活性劑）輔助破壁，染色時(shí)間延長至 15-20分鐘，例如，檢測(cè)冷藏食品中的李斯特菌時(shí)，經(jīng) Triton X-100 預(yù)處理后，它可有效進(jìn)入細(xì)胞，與胞內(nèi) Fe²⁺形成螯合物，在熒光顯微鏡下呈強(qiáng)綠色熒光，且李斯特菌的典型桿狀形態(tài)清晰可見，可與其他球菌（如葡萄球菌）快速區(qū)分，準(zhǔn)確率達(dá) 95%以上。

（二）對(duì)食品霉菌與酵母菌的染色效果：精準(zhǔn)識(shí)別真菌污染

食品霉菌（如黃曲霉素產(chǎn)生菌、青霉菌）與酵母菌（如念珠菌）是導(dǎo)致食品霉變的主要微生物，其細(xì)胞內(nèi)的 Zn²⁺含量顯著高于細(xì)菌（Zn²⁺參與真菌細(xì)胞壁合成），8-羥基喹啉與Zn²⁺的螯合作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)真菌的特異性染色：

霉菌染色：霉菌的菌絲體與孢子均含 Zn²⁺，8-羥基喹啉染色后，菌絲體呈淡黃色熒光（激發(fā)波長365nm，發(fā)射波長505nm），孢子因 Zn²⁺富集度高，熒光強(qiáng)度更強(qiáng)，呈亮黃色。檢測(cè)花生中的黃曲霉菌時(shí)，將花生樣品研磨后經(jīng)無菌水提取、過濾，加入 0.2mmol/L 8-羥基喹啉溶液（pH6.5），25℃孵育12分鐘，在熒光顯微鏡下可清晰觀察到黃曲霉菌的分支狀菌絲與圓形孢子，且可通過熒光強(qiáng)度初步判斷污染程度（熒光越強(qiáng)，污染量越高），檢出限為10¹CFU/g，較傳統(tǒng)霉菌計(jì)數(shù)法（48小時(shí)）縮短檢測(cè)時(shí)間至2小時(shí)。

酵母菌染色：酵母菌的細(xì)胞體積較大（5-10μm），胞內(nèi) Zn²⁺主要集中在細(xì)胞質(zhì)的液泡中，8-羥基喹啉染色后，液泡呈明亮的黃色熒光，細(xì)胞質(zhì)呈弱熒光，細(xì)胞形態(tài)（圓形或橢圓形）清晰可辨。檢測(cè)果汁中的念珠菌時(shí)，無需復(fù)雜前處理（果汁澄清度高），直接加入 0.15mmol/L 8- 羥基喹啉溶液，30℃孵育10分鐘，即可在熒光顯微鏡下計(jì)數(shù)念珠菌，準(zhǔn)確率達(dá) 98%，且不會(huì)與果汁中的色素（如胡蘿卜素）產(chǎn)生顯色干擾。

三、在食品微生物快速鑒定中的應(yīng)用策略

基于染色效果的特異性與高靈敏度，8-羥基喹啉可結(jié)合“熒光顯微鏡觀察、試紙條檢測(cè)、流動(dòng)Cytometry（流式細(xì)胞術(shù)）”等技術(shù)，構(gòu)建多場(chǎng)景的快速鑒定體系，適配不同食品類型（如液態(tài)食品、固態(tài)食品、半固態(tài)食品）的檢測(cè)需求。

（一）熒光顯微鏡觀察：定性與形態(tài)學(xué)鑒定

熒光顯微鏡觀察是8-羥基喹啉基礎(chǔ)的應(yīng)用方式，通過染色后的熒光信號(hào)與微生物形態(tài)，可快速實(shí)現(xiàn)定性鑒定，適配實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測(cè)：

操作流程：食品樣品經(jīng)“富集（如37℃培養(yǎng) 1-2小時(shí)，提升微生物濃度）→ 凈化（離心去除食品殘?jiān)?、蛋白質(zhì)）→ 染色（加入8-羥基喹啉溶液孵育 5-20分鐘）→ 鏡檢”四個(gè)步驟，即可完成鑒定，例如，檢測(cè)牛奶中的沙門氏菌時(shí)，牛奶經(jīng) 4000rpm 離心10分鐘去除脂肪與酪蛋白，沉淀用無菌水重懸后加入0.1mmol/L 8-羥基喹啉溶液，37℃孵育10分鐘，在熒光顯微鏡下觀察到綠色熒光的短桿狀細(xì)菌，即可初步判定為沙門氏菌，后續(xù)可通過生化試驗(yàn)確認(rèn)，總檢測(cè)時(shí)間可控制在3小時(shí)內(nèi)。

優(yōu)勢(shì)與適配場(chǎng)景：該方法操作簡(jiǎn)單、成本低，適合中小型食品企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，可快速篩查食品中的有害微生物（如大腸桿菌、霉菌），尤其適配固態(tài)食品（如肉類、谷物）的微生物定性檢測(cè)。

（二）試紙條檢測(cè)：現(xiàn)場(chǎng)快速篩查

針對(duì)食品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或基層檢測(cè)機(jī)構(gòu)的“快速篩查”需求，可將8- 羥基喹啉固定于試紙條上，通過顯色反應(yīng)或熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)微生物的現(xiàn)場(chǎng)鑒定，無需復(fù)雜儀器：

試紙條制備與檢測(cè)原理：將8- 羥基喹啉（0.5mmol/L）與羧甲基纖維素鈉（黏合劑）混合，噴涂于硝酸纖維素膜上，制成檢測(cè)試紙條；當(dāng)試紙條接觸含目標(biāo)微生物的食品提取液時(shí)，微生物細(xì)胞內(nèi)的金屬離子（如 Fe²⁺）與試紙上的8- 羥基喹啉結(jié)合，形成有色螯合物（如Fe²⁺-8-HQ 呈黃綠色），出現(xiàn)明顯色帶，色帶強(qiáng)度與微生物濃度正相關(guān)；若結(jié)合熒光試紙條（添加熒光增強(qiáng)劑），可通過紫外燈照射觀察熒光帶，進(jìn)一步提升靈敏度。

應(yīng)用實(shí)例：檢測(cè)蔬菜中的大腸桿菌時(shí)，將蔬菜樣品剪碎后用無菌水浸泡10分鐘，取上清液滴加于8-羥基喹啉試紙條上，室溫放置15分鐘，若出現(xiàn)黃綠色色帶，即為陽性（含大腸桿菌），檢出限為10³CFU/mL，整個(gè)檢測(cè)過程僅需25分鐘，適合田間或食品加工車間的現(xiàn)場(chǎng)快速篩查，無需專業(yè)檢測(cè)人員操作。

（三）流式細(xì)胞術(shù)：高通量定量檢測(cè)

對(duì)于大型食品企業(yè)或檢測(cè)機(jī)構(gòu)的“高通量、定量”需求，8-羥基喹啉可作為熒光探針，結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品微生物的快速定量與分型：

檢測(cè)原理：將8- 羥基喹啉標(biāo)記的微生物（如經(jīng)染色的沙門氏菌、大腸桿菌）通過流式細(xì)胞術(shù)的流動(dòng)室，在激光照射下，螯合物產(chǎn)生的熒光信號(hào)被檢測(cè)器捕獲，結(jié)合散射光信號(hào)（反映細(xì)胞大小、形態(tài)），可同時(shí)實(shí)現(xiàn)微生物的計(jì)數(shù)（定量）與分型（根據(jù)熒光強(qiáng)度與散射光特性區(qū)分不同微生物）。

應(yīng)用實(shí)例：檢測(cè)肉制品中的多種致病菌（沙門氏菌、李斯特菌、大腸桿菌）時(shí)，肉制品樣品經(jīng)均質(zhì)、離心富集后，加入0.1mmol/L 8- 羥基喹啉溶液染色，通過流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)，可在30分鐘內(nèi)完成三種致病菌的定量（濃度范圍10²-10⁶CFU/g）與分型，準(zhǔn)確率達(dá)96%以上，較傳統(tǒng)培養(yǎng)法（需分別培養(yǎng)鑒定，72小時(shí)）效率提升10倍，適配批量食品樣品的高通量檢測(cè)。

四、染色應(yīng)用的注意事項(xiàng)與優(yōu)化方向

8-羥基喹啉在食品微生物檢測(cè)中的染色效果易受“食品基質(zhì)、染色條件、干擾物質(zhì)”影響，需通過參數(shù)優(yōu)化與前處理改進(jìn)，確保檢測(cè)準(zhǔn)確性，同時(shí)需關(guān)注其應(yīng)用局限性，避免誤判。

（一）關(guān)鍵注意事項(xiàng)

食品基質(zhì)的干擾控制：

高油脂食品（如食用油、肥肉）中的油脂會(huì)包裹微生物，阻礙8- 羥基喹啉滲透，需通過正己烷萃取去除油脂；

高蛋白質(zhì)食品（如牛奶、豆?jié){）中的蛋白質(zhì)會(huì)與8- 羥基喹啉結(jié)合（蛋白質(zhì)的氨基與8-羥基喹啉的羥基形成氫鍵），導(dǎo)致染色效率下降，需通過離心（8000rpm，15分鐘）去除蛋白質(zhì)沉淀；

有色食品（如果汁、醬油）中的色素可能掩蓋熒光或顯色信號(hào)，需通過活性炭吸附或稀釋降低色素濃度，避免干擾。

染色條件的精準(zhǔn)控制：

濃度：8-羥基喹啉濃度過高（＞0.5mmol/L）會(huì)導(dǎo)致背景熒光增強(qiáng)，過低（＜0.05mmol/L）則染色不充分，需根據(jù)微生物類型調(diào)整（細(xì)菌0.1-0.2mmol/L，真菌0.2-0.3mmol/L）；

pH：pH6.5-7.5時(shí)，8-羥基喹啉的螯合活性極強(qiáng)，pH＜6.0 或＞8.0會(huì)導(dǎo)致螯合物解離，需用磷酸鹽緩沖液調(diào)節(jié)樣品pH；

溫度與時(shí)間：30-37℃孵育 5-20分鐘（細(xì)菌短、真菌長），溫度過低會(huì)延長染色時(shí)間，過高可能導(dǎo)致微生物死亡，影響形態(tài)觀察。

特異性與檢出限的平衡：8-羥基喹啉對(duì)金屬離子的螯合具有特異性，但部分非目標(biāo)微生物（如無害酵母菌）也含Zn²⁺，可能出現(xiàn)假陽性，需結(jié)合微生物形態(tài)（如細(xì)菌桿狀、酵母菌圓形）或后續(xù)生化試驗(yàn)確認(rèn)；檢出限需根據(jù)食品安全性標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整（如致病菌需達(dá)到 10²CFU/mL以下），必要時(shí)通過富集培養(yǎng)提升微生物濃度。

（二）優(yōu)化方向

改性增強(qiáng)特異性：通過化學(xué)改性（如在8-羥基喹啉分子上連接微生物特異性抗體），實(shí)現(xiàn)“螯合染色+抗體識(shí)別”的雙重特異性，避免非目標(biāo)微生物干擾，例如將8- 羥基喹啉與沙門氏菌抗體偶聯(lián)，可僅對(duì)沙門氏菌染色，特異性提升至 99%以上。

與快速前處理技術(shù)結(jié)合：開發(fā)“磁珠富集 +8-羥基喹啉染色”的一體化技術(shù)，通過磁珠特異性吸附目標(biāo)微生物（如添加致病菌特異性適配體），縮短前處理時(shí)間（從30分鐘降至10分鐘），同時(shí)提升微生物濃度，進(jìn)一步降低檢出限（至 10¹CFU/mL）。

適配便攜檢測(cè)設(shè)備：將8- 羥基喹啉染色與便攜式熒光檢測(cè)儀結(jié)合，開發(fā)小型化檢測(cè)設(shè)備（如手持熒光儀），適配食品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的快速定量檢測(cè)，無需依賴實(shí)驗(yàn)室大型儀器，降低檢測(cè)門檻。

8-羥基喹啉憑借與微生物細(xì)胞內(nèi)金屬離子的特異性螯合作用，在食品微生物檢測(cè)中展現(xiàn)出“染色效率高、特異性強(qiáng)、檢測(cè)快速”的優(yōu)勢(shì)，可適配細(xì)菌、霉菌、酵母菌等不同微生物類型，結(jié)合熒光顯微鏡、試紙條、流式細(xì)胞術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)篩查到實(shí)驗(yàn)室高通量檢測(cè)的多場(chǎng)景應(yīng)用，檢測(cè)時(shí)間從傳統(tǒng)培養(yǎng)法的24-72小時(shí)縮短至1-3小時(shí)，為食品安全快速管控提供了有效工具。未來，通過分子改性、前處理優(yōu)化與便攜設(shè)備適配，8-羥基喹啉的染色特異性與檢測(cè)靈敏度將進(jìn)一步提升，有望在食品微生物快速鑒定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，助力食品安全保障體系的高效運(yùn)行。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://m.gempho.com/