Needle Trap技术精准捕获细菌mVOCs信号

2026-03-03 09:15:30, 英诺德德祥科技有限公司

微生物腐败与污染始终威胁食品安全、影响食品质量稳定性，给食品工业生产与市场监管带来持续挑战。微生物挥发性有机物（mVOCs）作为微生物生命活动的 “化学指纹”，其组成与含量能够直接帮助我们评价食品质量安全和优化食品发酵工艺。

什么是mVOCs？

微生物挥发性有机物（mVOCs）是指微生物（包括细菌、真菌、放线菌等）在生长、繁殖及代谢过程中，通过初级代谢或次级代谢产生并释放到环境中的一类具有挥发性的有机化合物总称。主要包括烷烃类、烯烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、芳香族化合物以及含硫、含氮化合物等。

以下列出了食品中具有代表性的微生物及其微生物挥发性有机物：

表1.代表性微生物挥发性有机化合物 (mVOCs) 途径、微生物来源和典型食品的总结。【1】

mVOCs是微生物生长和代谢过程中释放的代谢副产物。来源产生分为三大代谢途径：初级碳水化合物代谢、氨基酸分解、脂质降解，从而产生乙醇、乙酸、丙酮等常见的挥发性代谢物，用于评估它们在食品质量和安全性。

图1.微生物挥发性有机化合物（mVOCs）的代谢途径，这些化合物源自碳水化合物、蛋白质和脂质代谢。【1】

mVOC在食品工业中的应用

mVOCs作为微生物代谢的特征产物，为食品系统中的微生物动态提供了灵敏、特异的指标，在食品工业中被广泛应用于食品质量控制、腐败预警、发酵过程监测、病原体检测等多个环节。mVOC在食品工业中的应用如下：

食品腐败预警

mVOCs是食品腐败的“早期指示器”，用于动态监测各种食品安全和腐败过程。例如，食品在腐败过程中，假单胞菌属（Pseudomonas species）通常会在肉制品中释放二甲基硫醚和环丙烷等挥发性化合物。

食品发酵过程监测

mVOCs可作为发酵进程与产品品质的“调控指标”。食品发酵（如酿酒、酿醋、发酵乳制品、发酵豆制品）依赖于特定微生物的代谢活动，发酵过程中微生物产生的mVOCs组成与含量会随发酵时间、微生物生长状态发生规律性变化，通过检测mVOCs的动态变化，可实时监测发酵进程，调控发酵参数（如温度、pH、发酵时间），确保发酵产品品质稳定。例如，在乳制品发酵过程中，乳杆菌属和链球菌属将糖代谢为乳酸，从而改善酸奶和奶酪的质地和酸度。

食品病原体检测

mVOCs可作为病原体污染的“特异性标志物”。食品中常见的致病性微生物（如沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌），在生长代谢过程中会产生自身特有的mVOCs，例如大肠杆菌产生二硫化碳、丁醛和吲哚。

微生物代谢产生的mVOCs具有含量低、具有活性等特点，为获得足够的灵敏度，往往需要对分析物进行预浓缩，选择一款合适的前处理手段非常关键。

Needle Trap动态针捕集技术

今天英诺德INNOTEG给大家提出一种能分析细菌VOCs全新的萃取分析技术——Needle Trap动态针捕集技术。

Needle Trap（简称NT）技术是一种主动动态提取方式，其原理是把吸附剂填充在针尖内，通过Sampling Case气体采样器把气态样品富集到针内吸附剂，可通过增加吸附剂的量以及复合不同种类的吸附剂在增加吸附能力，适合于更宽范围的挥发性有机物分析。

技术特点：

主动采样方式，仅需少量样品，实现短时间采样；

不需要任何解析装置，直接在气相进样口热解析；

便携式设计，现场采样和分析；

非侵入性分析，无创伤面积；

复合3种吸附剂，吸附更宽范围的化合物，展现出优异的性能。

细菌VOC应用案例

本文介绍一种利用动态针捕集（needle trap，NT）结合气相色谱 - 质谱（GC - MS）分析细菌培养过程中挥发性代谢物变化的新方法[2]。

菌株：大肠杆菌 ATCC 11775（DSM 30083）和铜绿假单胞菌 ATCC 10145（DSM 50071）。

生长实验：菌株在营养琼脂平板 30°C 预培养过夜，接种到相应培养基，调整细胞浓度，设置无菌对照，在 36°C、150rpm 培养 48h。

采样条件：期间定时取样顶空和液体样品，顶空部分使用Needle trap（NT）以 5mL/min 抽取 60mL气态样品，液体样品用于测定总细胞数。

图2.NT-细菌VOC采样过程

实验结论

NT - GC - MS 可用于监测细菌培养物顶空中挥发性代谢物的变化，实现了代谢物的表征和定量。通过分析代谢物模式，能够区分大肠杆菌和铜绿假单胞菌，强调了在研究中区分无菌培养基和消毒剂产生的化合物与细菌产生的化合物的重要性。

结果表示，铜绿假单胞菌产生二甲硫醚（最大125 μg L−1<定量限 (LOQ)）、1-十一碳烯（最大 164 μg L −1）和 2-壬酮（最大 200 μg L−1），其中大肠杆菌产生二硫化碳、丁醛和吲哚（最大 149 mg L−1）；两种生物体都产生异戊二烯。

Sampling Case气体采样器

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参考文献：

[1] Trends in Food Science&Technology 166 (2025) 105414; DOI:https://doi.org/10.1016/j.tifs.2025.105414

[2] Anal Bioanal Chem (2014) 406:6617–6628 ;DOI 10.1007/s00216-014-8111-2

英诺德INNOTEG

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