Accurate and non-destructive monitoring of mold contamination in foodstuffs based on whole-cell biosensor array coupling with machine-learning prediction models

模具 生物传感器 污染 真菌毒素 色谱法 黄曲霉 化学 食品科学 生物技术 生物 生物化学 植物 生态学
作者
Junning Ma,Yue Guan,Fuguo Xing,Evgeni Eltzov,Yan Wang,Xu Li,Bowen Tai
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:449: 131030-131030 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131030
摘要

Mold contamination in foodstuffs causes huge economic losses, quality deterioration and mycotoxin production. Thus, non-destructive and accurate monitoring of mold occurrence in foodstuffs is highly required. We proposed a novel whole-cell biosensor array to monitor pre-mold events in foodstuffs. Firstly, 3 volatile markers ethyl propionate, 1-methyl-1 H-pyrrole and 2,3-butanediol were identified from pre-mold peanuts using gas chromatography-mass spectrometry. Together with other 3 frequently-reported volatiles from Aspergillus flavus infection, the volatiles at subinhibitory concentrations induced significant but differential response patterns from 14 stress-responsive Escherichia coli promoters. Subsequently, a whole-cell biosensor array based on the 14 promoters was constructed after whole-cell immobilization in calcium alginate. To discriminate the response patterns of the whole-cell biosensor array to mold-contaminated foodstuffs, optimal classifiers were determined by comparing 6 machine-learning algorithms. 100 % accuracy was achieved to discriminate healthy from moldy peanuts and maize, and 95 % and 98 % accuracy in discriminating pre-mold stages for infected peanuts and maize, based on random forest classifiers. 83 % accuracy was obtained to separate moldy peanuts from moldy maize by sparse partial least square determination analysis. The results demonstrated high accuracy and practicality of our method based on a whole-cell biosensor array coupling with machine-learning classifiers for mold monitoring in foodstuffs.
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