การระบาดของโรคที่เกิดจากอาหารเมื่อเร็ว ๆ นี้และการประมาณการใหม่เกี่ยวกับการเจ็บป่วยจากโรคที่เกิดจากอาหารจากศูนย์ควบคุมและป้องกันโรคหรือ CDC อาจเป็นแรงผลักดันที่กระตุ้นให้มีการผ่านร่างกฎหมายความปลอดภัยด้านอาหาร S.510 ฉบับล่าสุด ส่วนหนึ่งของกฎหมายดังกล่าว องค์การอาหารและยาจะต้องสร้างกฎระเบียบด้านความปลอดภัยสำหรับผลิตผลใหม่สำหรับผู้ผลิตผักและผลไม้ที่มีความเสี่ยงสูงสุด ความรู้สึกเร่งด่วนที่เพิ่มขึ้นสำหรับอาหารปลอดภัยทำให้ผู้ปลูกและผู้แปรรูปอาหารประเมินทางเลือกใหม่สำหรับการทดสอบอาหารที่แหล่งที่มาหรือในสนาม
เทคโนโลยีการทดสอบที่มีอยู่
ในอดีต ผู้ปลูกและผู้แปรรูปเคยใช้หนึ่งในสามวิธีในการทดสอบแบคทีเรีย ได้แก่ ระบบตรวจสอบความสะอาดของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) การทดสอบการเพาะเลี้ยง และการทดสอบปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR)
ระบบตรวจสอบความสะอาดของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟตทดสอบโมเลกุล ATP ซึ่งพบได้ในสารอินทรีย์ทั้งหมด การทดสอบ ATP วัดค่า ATP จากเซลล์สัตว์และพืช รวมถึงแบคทีเรีย ยีสต์ หรือราที่มีชีวิตหรือตายแล้ว การทดสอบนี้สามารถใช้กับพื้นผิวที่ไม่ใช่สารอินทรีย์เพื่อกำหนดความสะอาดและต้องมีแบคทีเรีย 10,000 ถึง 100,000 ตัวในการผลิต ATP ที่เพียงพอเพื่อให้ตรวจพบแบคทีเรียในเชิงบวก
การทดสอบวัฒนธรรมคือการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่กำหนดว่าแบคทีเรียหรือยีสต์ใดที่อาจมีอยู่ในตัวอย่างที่กำหนด การทดสอบการเพาะเชื้อต้องการให้ตัวอย่างได้รับการบ่มตามเวลาที่กำหนด โดยทั่วไปคือ 24 ถึง 48 ชั่วโมง เพื่อให้แบคทีเรียมีโอกาสเติบโตเพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของมัน ต้องส่งตัวอย่างไปยังห้องปฏิบัติการ
PCR เป็นการทดสอบที่ใช้ DNA เพื่อทดสอบแบคทีเรียและเชื้อโรคต่างๆ กระบวนการนี้ขยายชิ้นส่วนของ DNA ที่สร้างสำเนาหลายพันถึงล้านชุด มีความแม่นยำสูงและใช้เวลาระหว่าง 12 ชั่วโมงถึง 26 ชั่วโมง
ปัญหาโดยธรรมชาติ
เทคโนโลยีที่มีอยู่มีข้อเสียที่ทำให้ไม่มีประสิทธิภาพสำหรับวัตถุประสงค์ของผู้ผลิตอาหาร และการทดสอบที่ไม่ได้ผลอาจส่งผลให้เกิดการปนเปื้อนในอาหาร การเจ็บป่วย การสูญเสียรายได้ และอื่นๆ อีกมากมาย
ATP ทดสอบการมีอยู่ของโมเลกุล ATP ซึ่งมีอยู่ในสารอินทรีย์ทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าการทดสอบ ATP เป็นบวกจะยืนยันว่ามีสารอินทรีย์อยู่เท่านั้น – ไม่จำเป็นต้องเป็นแบคทีเรีย การทดสอบนี้เป็นการทดสอบความสะอาด หรือพื้นผิวที่ไม่มีสารอินทรีย์ที่มีชีวิตหรือตายแล้ว เนื่องจากเป็นการทดสอบสารอินทรีย์ จึงไม่สามารถใช้กับอาหารได้เนื่องจากอาหารเป็นสารอินทรีย์ นอกจากนี้ การทดสอบ ATP ไม่สามารถตรวจพบไบโอฟิล์ม ซึ่งเป็นผลพลอยได้เหนียวเหนอะหนะของสิ่งมีชีวิตที่สามารถซ่อนแบคทีเรียที่มีชีวิตได้ ปัญหาอีกประการหนึ่งของการทดสอบ ATP คือการผลิต ATP ให้เพียงพอเพื่อสร้างการทดสอบที่เป็นบวก แบคทีเรียจะต้องมีจำนวนแบคทีเรียอย่างน้อย 10,000 ตัว
การตรวจเพาะเชื้อโดยทั่วไปค่อนข้างแม่นยำ แต่วิธีการนี้ต้องการให้แบคทีเรียฟักตัวเป็นเวลา 24 ชั่วโมงถึง 48 ชั่วโมงเพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของแบคทีเรีย ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างจะถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการในช่วงเวลาบ่มนี้ และช่างเทคนิคที่ผ่านการฝึกอบรมจะอ่านการทดสอบ ความจำเป็นในการทำงานในห้องปฏิบัติการจะเพิ่มต้นทุนให้กับผู้ใช้ และเวลาที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มโอกาสที่อาหารที่ปนเปื้อนจะเล็ดลอดผ่านกระบวนการ
การทดสอบ PCR ในขณะเดียวกันก็มีความแม่นยำสูง ผู้ผลิตจำเป็นต้องส่งตัวอย่างไปยังห้องปฏิบัติการที่ช่างเทคนิคที่ผ่านการฝึกอบรมใช้อุปกรณ์ราคาแพงในการประมวลผลการทดสอบ การทดสอบประกอบด้วยขั้นตอนที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน ซึ่งเป็นการเพิ่มต้นทุนที่ส่งต่อไปยังผู้ผลิตอาหาร การตรวจด้วยวิธี PCR จำเป็นต้องมีขั้นตอนการเสริมประสิทธิภาพที่ใช้เวลาระหว่าง 8 ชั่วโมงถึง 20 ชั่วโมง และอีก 1 ชั่วโมงถึง 4 ชั่วโมงสำหรับการทดสอบจริง ขั้นตอนที่เพิ่มและเวลาเพิ่มต้นทุน และโอกาสที่อาหารจะปนเปื้อนก็ไม่มีใครสังเกตเห็น
การทดสอบเอนไซม์
นักจุลชีววิทยาได้ศึกษาและใช้เอนไซม์ในการตรวจหาแบคทีเรียตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1950 หลายคนเลิกใช้วิธีเอนไซม์และเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีแอนติเจน/แอนติบอดีหรือการทดสอบการขยายกรดนิวคลีอิก (NAAT) ในช่วงปี 1970 และ 1980 อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา การวิจัยเอนไซม์อย่างต่อเนื่องได้นำไปสู่การค้นพบเอนไซม์เฉพาะของแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับจุลินทรีย์หลายชนิด ข้อมูลนี้นำไปสู่การพัฒนาสารตั้งต้นที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งสามารถระบุและเชื่อมโยงกับเอนไซม์เฉพาะที่ปล่อยออกมาจากแบคทีเรียเฉพาะ ด้วยการทดสอบข้อมูลใหม่นี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้สารตั้งต้นที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งเมื่อถูกไฮโดรไลซ์ด้วยเอนไซม์จะทำให้เกิดสารเรืองแสงที่สามารถอ่านได้ด้วยฟลูออโรมิเตอร์หรือโดยการเติมรีเอเจนต์เพื่อสร้างการวัดค่าสีของปฏิกิริยา
ระบบการวินิจฉัยอื่น ๆ จะต้องค้นหาเซลล์ของแบคทีเรียเองโดยการเพาะตัวอย่างในวัฒนธรรม หรือจำลองดีเอ็นเอโดยใช้ระบบ PCR/NAAT ในกรณีส่วนใหญ่ วิธีการเหล่านี้จะใช้เวลามากกว่าหนึ่งวันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์จากเวลาเก็บตัวอย่าง และต้องใช้ช่างเทคนิคในห้องปฏิบัติการที่ผ่านการฝึกอบรมและอุปกรณ์ราคาแพง เมื่อใช้วิธีการตรวจหาเอนไซม์ แบคทีเรียสามารถผลิตโมเลกุลของเอนไซม์ได้หลายพันโมเลกุล ซึ่งจะเพิ่มโอกาสและเวลาของการตรวจพบในอัตราที่เร็วกว่าการตรวจจับด้วยวิธีอื่นๆ
ชุดตรวจเอนไซม์แบคทีเรีย
ใช้วิธีการนี้ ชุดตรวจหาเอนไซม์ของแบคทีเรีย ซึ่งมาในชุดแบบเช็ดด้วยมือหรือชุดเครื่องมือวัดฟลูออโรมิเตอร์แบบมือถือแบบดิจิตอล สามารถนำไปใช้ในภาคสนามเพื่อทดสอบพื้นผิวและอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แบคทีเรียแกรมลบ (Enterobacteriaceae) การทดสอบจะยืนยันการมีอยู่หรือไม่มีของแบคทีเรียเหนือระดับพื้นหลังปกติโดยให้ผลทันทีใน 20 นาที การทดสอบทำได้ง่าย ไม่ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติม และยังตรวจจับแบคทีเรียที่ซ่อนอยู่ในไบโอฟิล์มได้อีกด้วย ความแม่นยำจะมากกว่า 98 เปอร์เซ็นต์ หากมีสิ่งมีชีวิตมากกว่า 1,000 ตัวต่อแถบทดสอบ เมื่อเทียบกับวิธีดั้งเดิม ชุดอุปกรณ์นี้ออกแบบมาเพื่อใช้เป็นเครื่องมือคัดกรองเพื่อค้นหา "จุดร้อน" ที่มีการปนเปื้อนของแบคทีเรียในระดับที่ยอมรับไม่ได้ เนื่องจากมีราคาไม่แพง รวดเร็ว และใช้งานง่าย จึงสามารถตรวจสอบและทดสอบได้บ่อยขึ้น
ประโยชน์
การตรวจหาแบคทีเรียด้วยเอนไซม์มีประโยชน์มากมายเหนือการเพาะเลี้ยงแบบมาตรฐาน การตรวจ ATP และ PCR รวมถึงความเร็วที่เร็วกว่า ใช้งานง่าย ความแม่นยำสูงกว่า ต้นทุนต่ำกว่า และความสามารถในการตรวจหาไบโอฟิล์ม การตรวจวิเคราะห์เอนไซม์ให้ผลลัพธ์ในเวลาเพียง 20 นาทีจากตัวอย่างหนึ่งไปยังอีกผลลัพธ์หนึ่ง และผลลัพธ์มีให้ในภาคสนามหรือนอกสถานที่ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องส่งตัวอย่างไปยังห้องปฏิบัติการ การทดสอบวัฒนธรรมหรือ PCR ใช้อุปกรณ์พิเศษและช่างเทคนิคที่ผ่านการฝึกอบรม ซึ่งการทดสอบดังกล่าวไม่สามารถทำได้ ทำให้เป็นเครื่องมือคัดกรองที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำสำหรับผู้ปลูกและผู้แปรรูปอาหาร
สรุป
การตรวจเพาะเลี้ยง ATP และ PCR ในปัจจุบันมีราคาแพง ช้า และยุ่งยาก การใช้การตรวจจับเอนไซม์เพื่อระบุแบคทีเรียในภาคสนามทำให้เป็นวิธีที่แม่นยำ รวดเร็ว และราคาไม่แพงในการคัดกรองระดับการปนเปื้อนของแบคทีเรียที่เป็นอันตราย การมีเครื่องมือคัดกรองต้นทุนต่ำหมายความว่าผู้ใช้สามารถทดสอบได้บ่อยขึ้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตราความสำเร็จอย่างมากในการตรวจจับการปนเปื้อนของแบคทีเรียก่อนที่มันจะมาถึงมือผู้บริโภค