《Trends in Food Science & Technology》：On-site, intelligent, and integrated monitoring of cereal safety: A review of advances in pathogens and toxins detection (2015-2025)
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谷物食品面临病原体和毒素污染威胁，传统检测方法效率低。本文系统评述2015-2025年检测技术进展，涵盖CRISPR、纳米传感器、便携质谱等创新平台，分析其灵敏度、特异性和适用性。指出智能设备与标准化流程结合是解决基质干扰、可培养非增殖细胞检测等问题的关键，需建立多层级检测体系。
作者列表：史瑞媛|梁家健|黄成宝|胡立凯|程凌雁|陶兆|王晓楠|王杰|方翔|王丽
中国华南农业大学食品科学学院，广东省食品质量安全重点实验室，广州
摘要
背景
谷物及其加工产品是全球食品供应的基本组成部分，但它们始终容易受到病原体及其毒素的污染，这对食品安全和公共卫生构成了持续且严重的威胁。从传统主食到各种即食（RTE）、速食和发酵产品的演变，进一步增加了相关食源性危害的多样性和复杂性。
范围与方法
本文全面综述并批判性地评估了2015年至2025年间用于检测多种谷物产品中主要病原体（如沙门氏菌、蜡样芽孢杆菌、克罗诺杆菌属）和毒素（如霉菌毒素、邦克雷克酸、雪腐菌素）的技术进展。我们不仅提供了方法描述，还系统分析了各种检测平台的原理、优势、局限性和实际应用性，包括基于培养、免疫学、核酸、生物传感器和大规模仪器的方法，并特别强调了它们在不同产品基质中的适用性。
主要发现与结论
我们的分析表明，检测方法正从缓慢的实验室中心型方法向快速、现场和集成型系统转变。诸如等温扩增结合CRISPR-Cas系统、纳米材料增强型生物传感器和便携式质谱仪等新兴技术，显著提高了灵敏度、特异性和效率。然而，仍存在一些挑战，如减轻复杂基质干扰、准确检测可存活但不可培养的细胞（VBNC）以及建立标准化协议，这些因素阻碍了这些创新的商业化。展望未来，我们认为智能、便携式设备与强大验证框架的结合对于将这些创新检测概念转化为可靠的全球谷物供应链监测工具至关重要。
引言
谷物及其衍生产品是全球饮食和农业经济的基石，为人类和牲畜提供必需的营养（Prakash等人，2024年）。近几十年来，食品加工技术的进步推动了谷物产品的显著多样化，从速食和即食产品到冷冻和发酵食品，每种产品都带来了便利性和更好的感官特性（Rahman等人，2023年）。尽管这些产品在营养和商业上具有重要意义，但它们仍然极易受到病原体及其毒素的污染，从而对食品安全和公共卫生构成持续且不断变化的风险。
据估计，食源性疾病每年影响超过6亿人，并导致42万人死亡（CDC，2023年）。这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产毒真菌（包括青霉菌、曲霉菌和镰刀菌）和病原菌（如沙门氏菌、大肠杆菌、蜡样芽孢杆菌和单核细胞增生李斯特菌）的污染而存在重大食品安全风险（Adejuwon等人，2019年；Fones等人，2020年；Deligeorgakis等人，2023年）。Eskola等人（2020年）报告称，大约60%的全球谷物受到霉菌毒素的污染。
这些毒素的化学稳定性极强，使其在加工过程中难以消除，因此强调预防性监测和严格的监管控制的重要性，例如表1中总结的最大限量。表1汇总了谷物及其衍生产品中主要病原体和毒素的现行监管限量，涵盖了食品法典委员会（CAC）、中国、欧盟和美国的标准（CODEX STAN 193-1995（2025年修订版）、国家食品安全标准：食品中的霉菌毒素最大限量（GB 2761-2017）、国家食品安全标准：预包装食品中的病原体限量（GB 29921/2021）、欧盟法规2024/1756、欧盟法规2073/2005以及FDA法规（21 CFR）。
为了应对这些不断变化的风险和方法学空白，虽然历史上霉菌毒素在谷物食品安全研究中占主导地位，但新兴消费品领域要求更多关注细菌病原体和其他新型谷物产品中的生物危害（Adejuwon等人，2019年）。即食、冷冻和发酵谷物产品的普及引入了新的污染途径和风险特征，需要采取平衡和全面的危害检测策略。当前的检测方法涵盖了从传统的基于培养的方法、PCR和免疫测定到先进的核酸扩增、生物传感器和仪器技术（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的系统、适配体辅助传感器和高光谱成像等新兴工具，以及基于图像的智能识别、机器学习（ML）和物联网（IoT）等集成技术，在现场和高通量监测方面展示了巨大潜力（Yao等人，2022年；Sang等人，2025年）。这些工具有望整合成一种集成系统，实现自动化样品制备、高通量多重分析和智能（AI）/IoT驱动的决策。这种检测方法的演变在图1中进行了总结。
本文批判性地综合评估了2015年至2025年间在各种谷物产品中检测病原体和毒素的技术进展。我们不仅描述了方法，还系统分析了关键检测平台的原理、性能和实际应用性。文章首先概述了不断变化的危害格局，然后分析了快速和智能检测系统的技术演变和融合，并最终提出了针对主要谷物产品类别的定制检测策略。最后，我们从未来角度展望了将这些技术整合到智能、数据驱动的食品安全监测系统中，以保护从农场到餐桌的谷物供应链。因此，本文特别强调了共同检测病原体和毒素的必要性，开发智能现场系统，以及专门解决谷物基质特定挑战的必要性。目标是弥合技术潜力与实际集成食品安全解决方案之间的差距。
部分摘录
谷物及其产品的危害演变
谷物产品的安全性面临来自多种生物危害（如真菌、细菌、霉菌毒素）的持续威胁，这些危害的普遍性和影响受到从农场到餐桌每个环节的影响。这些污染物会造成重大经济损失，降低感官和营养价值，并对人类和动物健康构成实质性风险。了解这一动态格局是制定有针对性的检测策略的基本前提。
检测方法的演变：原理与转变
谷物产品中食源性危害的检测和鉴定依赖于多种方法，这些方法大致可以分为传统的基础技术和变革性的先进平台。前者包括基于培养的方法、免疫学方法、核酸扩增方法和基于LC/GC的技术，为灵敏度和确认提供了基准（Sim等人，2018年；Ferrara等人，2020年；Gu等人，2020年；André等人，2022年；Chen等人，
针对不同谷物基质的创新与应用策略
不同谷物产品的基质效应对检测方法有深远影响。接下来的部分将批判性地回顾和比较各种谷物产品中主要病原菌和毒素的最新分析方法。表3概述了不同类型谷物产品中这些危害的检测方法，主要包括预处理、分析步骤、检测目标、LOD/LQD、读出方法和基于...的计算的检测时间
结论与未来方向
过去十年见证了谷物产品安全监测的显著范式转变，从依赖缓慢的集中式实验室分析转向集成式、多层次策略。这一新框架战略性地结合了快速、现场筛查工具用于即时决策和高度精确的实验室确认分析。这一转变的背后推动力是...
未引用的参考文献
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。
作者贡献声明
史瑞媛：概念构思；撰写-原始草稿；撰写-审阅和编辑。梁家健：验证；撰写-审阅和编辑。黄成宝：验证；撰写-审阅和编辑。胡立凯：验证；撰写-审阅和编辑。程凌雁：验证。陶兆：验证。王晓楠：验证。王杰：验证。方翔：验证。王丽：撰写-审阅和编辑；项目管理；资源协调；监督；概念构思；资金获取。
数据可用性
数据可应要求提供。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32572521）和广东省重点研发计划（项目编号：2025B0202120003）的支持。
