快速檢測技術(shù)在果蔬農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用

李志成，鄭曉冬，閆新煥，劉雪梅，孟曉萌，潘少香，宋燁

（中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

快速檢測技術(shù)在果蔬農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用

李志成，鄭曉冬，閆新煥，劉雪梅，孟曉萌，潘少香，宋燁

（中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

水果、蔬菜的農(nóng)藥殘留超標(biāo)問題一直以來嚴(yán)重威脅食品安全，僅僅依靠傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測方法難以滿足監(jiān)管的需要。本文概述了快速檢測技術(shù)在蔬菜、水果農(nóng)藥殘留檢測中的研究進(jìn)展。主要介紹了酶抑制法、化學(xué)速測法、生物傳感器、免疫分析法、近紅外光譜法及拉曼光譜法等果蔬農(nóng)殘快速檢測技術(shù)，闡述了各自的檢測原理、優(yōu)缺點(diǎn)及研究現(xiàn)狀，并對農(nóng)殘快速檢測技術(shù)前景進(jìn)行了展望。

果蔬；農(nóng)藥殘留；快速檢測技術(shù)

水果、蔬菜的農(nóng)藥殘留超標(biāo)問題一直是食品安全部門監(jiān)管的重點(diǎn)。水果、蔬菜中農(nóng)藥殘留的檢測方法開發(fā)與應(yīng)用直接關(guān)系到果蔬行業(yè)食品安全監(jiān)管的成效。就目前用于水果、蔬菜的農(nóng)藥種類而言，按照其化學(xué)結(jié)構(gòu)主要分為有機(jī)磷類、有機(jī)氯類、氨基甲酸酯類以及擬除蟲菊酯類共四大類。目前較為成熟的檢測方法包括氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法（GC-MS）、液質(zhì)聯(lián)用法（LC-MS）、液相色譜法。但這些技術(shù)與優(yōu)點(diǎn)在于方法靈敏度高、適用范圍較廣，可以做到多殘留同時分析并且具有較好的重現(xiàn)性[1,2]。盡管傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典方法具有優(yōu)越性，但隨著目前食品安全形勢的越發(fā)嚴(yán)峻，實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)檢測技術(shù)的缺陷性也顯露出來，需要大型儀器，前處理步驟繁瑣，且無法現(xiàn)場檢測。檢測過程通常需要經(jīng)過有機(jī)試劑提取、然后進(jìn)行一系列前處理凈化、富集，最后借助大型儀器進(jìn)行檢測分析；存在時效性差、耗時長、對檢測人員要求較高等限制因素，通常只能在具有資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，延長了檢測周期。難以滿足果蔬分布廣、季節(jié)性要求強(qiáng)、檢測需求量大的要求。因此一些更適用于現(xiàn)場快速篩查的檢測方法，如：酶抑制法、化學(xué)速測法、生物傳感器法、免疫分析法、近紅外光譜法及拉曼光譜法等被研究人員開發(fā)利用，逐漸成為新鮮果蔬監(jiān)管的有效手段[3]。

1 果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測的方法

1.1 酶抑制法

研究人員對酶抑制法進(jìn)行了長達(dá)半個世紀(jì)的研究，是目前最為成熟的農(nóng)殘快速檢測技術(shù)。酶抑制法的基本原理是根據(jù)有機(jī)磷類及氨基甲酸脂這兩類農(nóng)藥可以對存在于昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)中乙酰膽堿酯酶的活性產(chǎn)生特異性的抑制作用這一現(xiàn)象。具體操作是將提取后乙酰膽堿酶與待測樣品進(jìn)行反應(yīng)，根據(jù)乙酰膽堿酶受到抑制的程度判斷樣品中農(nóng)藥的含量多少。研究人員根據(jù)這一原理研制出了快速檢測箱、快速檢測卡、快速測定儀等多種快速檢測設(shè)備[4]。

采用酶抑制法檢測水果、蔬菜中有機(jī)磷及氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留的檢測時間通常在30min之內(nèi)。王文[5]通過改變pH值條件，用酶抑制法檢測了大蒜中的農(nóng)藥含量。在pH9.0條件下對分別添加8種農(nóng)藥的大蒜樣品進(jìn)行檢測，與pH7.5農(nóng)藥緩沖液的判定結(jié)果較為一致，且該方法簡單、低成本、有效，適用于現(xiàn)場快速檢測的場合。

酶抑制法檢測農(nóng)藥殘留的優(yōu)勢在于前處理簡單、檢測時間短、對操作人員要求低，特別適合現(xiàn)場檢測以及對大批量樣品進(jìn)行篩查。然而盡管研究人員對酶抑制法進(jìn)行深入的研究，該方法仍存在一定局限性。首先是該方法不能檢測所有種類農(nóng)藥殘留，僅限于有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥，其次該方法使用的酶、底物、顯色劑有一定的特異性，需要控制的因素復(fù)雜，結(jié)果難以辨認(rèn)。最后該方法的靈敏度、重復(fù)性、回收率不是很理想[6]。

1.2 化學(xué)速測法

化學(xué)速測法是一種利用化學(xué)反應(yīng)后顯色的檢測方法，目前還在實(shí)驗(yàn)室研究階段，其原理是利用具有催化作用的離子催化劑與有機(jī)磷類農(nóng)藥進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將有機(jī)磷類藥物分解成小分子的磷酸、硫醇、胺和酚的形式。再將其與本身具有紫紅色的檢測劑進(jìn)行反應(yīng)，使檢測劑顏色褪去。

該方法較酶抑制法的優(yōu)勢在于其基于穩(wěn)定的化學(xué)氧化還原反應(yīng)機(jī)理，因而避免了酶抑制法假陽性、不穩(wěn)定性、不易保存等缺陷。同時，化學(xué)速測法具有檢測成本低的優(yōu)勢。該方法的缺陷在于目前只適用于有機(jī)磷類農(nóng)藥殘留的檢測并且易受到具有還原性物質(zhì)的干擾。

1.3 生物傳感器法

生物傳感器對農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析于20世紀(jì)80年代開始，至今為止研究人員建立一系列有效的方法對農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測。生物傳感器法的基本原理是將生物敏感部件與檢測器連接，兩者相互配合對農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析。首先通過生物敏感部件對特定待測化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而將這種生物學(xué)響應(yīng)轉(zhuǎn)化為pH、電導(dǎo)等物理化學(xué)信號的變化，由檢測器進(jìn)行表達(dá)。通過數(shù)值變化可以了解待測物中農(nóng)藥殘留量的信息。

干寧等[7]將膽堿氧化酶和乙酸膽堿酯酶固定在電極表面納米復(fù)合微粒上，構(gòu)建了一種針對有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的雙酶傳感器。該生物傳感器將電流強(qiáng)度與酶濃度之間建立響應(yīng)關(guān)系，研究顯示其對克百威和敵敵畏兩種農(nóng)藥在0～1.00μg/mL范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系（R2=0.977），最低檢出限為0.01μg/mL，經(jīng)過對白菜的添加回收率實(shí)驗(yàn)，其回收率在95%～110%之間。Rekha等[8]利用有機(jī)磷類農(nóng)藥能夠抑制抗壞血酸氧化酶活性的生物學(xué)機(jī)理，設(shè)計(jì)安培型生物傳感器對機(jī)磷類農(nóng)藥——乙基對氧磷進(jìn)行快速檢測，結(jié)果顯示在1～10mg/kg范圍內(nèi)酶底物反應(yīng)的抑制率與乙基對氧磷的濃度呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)是0.9942。

1.4 近紅外光譜法

近紅外光是一種介于可見光和中紅外光之間的電磁波。分子在近紅外譜區(qū)的吸收主要由分子中含氫基團(tuán)的吸收組成。不同基團(tuán)或同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長與強(qiáng)度都有明顯差別，幾乎所有有機(jī)物的主要結(jié)構(gòu)和組成都能夠在近紅外光譜形成穩(wěn)定的光譜圖，這是近紅外光譜分析的理論基礎(chǔ)。近紅外光譜分析技術(shù)作為一種分析手段最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，結(jié)合現(xiàn)有計(jì)算機(jī)分析技術(shù)、傳感器處理技術(shù)對信息進(jìn)行捕獲和分析。但直到21世紀(jì)初，研究人員才將近紅外分析技術(shù)引入農(nóng)藥殘留的分析。

周向陽等[9]采用傅立葉變換近紅外光譜法（FT-NIR）對十字花科、旋藥科、菊科、傘形花科、莧科等20多種葉菜類蔬菜中的有機(jī)磷農(nóng)殘進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并與其他方法進(jìn)行了比較，為有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的快速分析提供一種簡便、快速、可靠的手段。徐琳等[10]采用傅里葉變換紅外光譜分析法（FTIR-ATR）對青菜和白菜表面殘留的氯氰菊酯進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，ATR-FTIR測定蔬菜農(nóng)殘具有快速、簡便，無需預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。

近紅外光譜技術(shù)檢測果蔬中農(nóng)藥殘留的優(yōu)勢在于測試中不破壞樣品，定性分析與定量分析可同時兼顧，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分同時測量，易于在線分析[11,12]。目前近紅外技術(shù)存在的一些固有的缺陷，主要問題在于該方法靈敏度低，容易受到其他因素的干擾。若要對農(nóng)藥殘留進(jìn)行定量分析，需要建立大量的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擬合，結(jié)果可靠性有待提高。同時背景干擾和儀器自身穩(wěn)定性是制約其發(fā)展的因素，農(nóng)藥殘留檢測對象的濃度多為mg/kg或μg/kg級別，如何進(jìn)一步降低檢出限，提高穩(wěn)定性是該方法下一步需要解決的關(guān)鍵問題。

1.5 拉曼光譜法

拉曼光譜是近幾年來熱門的光譜分析技術(shù)，在各個行業(yè)應(yīng)用都得到發(fā)展，其中在果蔬安全檢測中的應(yīng)用主要是對農(nóng)殘的檢測。拉曼光譜是借助分子的振動譜來識別物質(zhì)的，獲得的是分子的“指紋信息”。不同農(nóng)藥的分子結(jié)構(gòu)不同，其振動譜也會不同，因而會在特定的拉曼位移處產(chǎn)生特征信號峰。利用拉曼光譜識別農(nóng)藥時必須首先獲得各種樣品的拉曼數(shù)據(jù)，然后分別測量各種農(nóng)藥的拉曼光譜，分別形成數(shù)據(jù)庫和評判模型[13]。

翟晨等[14]采用拉曼光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對果蔬中農(nóng)藥殘留進(jìn)行定性定量分析，嘗試對蘋果中溴氰菊酯和啶蟲脒兩種農(nóng)藥進(jìn)行快速無損識別和檢測。當(dāng)蘋果中的溴氰菊酯和啶蟲脒殘留的含量分別為0.78mg/kg和0.15mg/kg時，兩種農(nóng)藥的特征峰清晰可見。

2 各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)

在目前幾類農(nóng)藥殘留快速檢測方法中，酶抑制法能檢測的農(nóng)藥種類以及濃度范圍有限，就目前來說很難得到大的突破，其自身局限性進(jìn)一步限制了該方法在果蔬農(nóng)殘快速檢測領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。生物傳感器亟需解決穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差和使用壽命短等問題，其發(fā)展方向依賴精密儀器的開發(fā)。近紅外光譜與拉曼光譜同屬光譜法，近年來得到了快速發(fā)展。光譜法先天具有快速、無損、高通量、低成本等優(yōu)勢，是發(fā)展快速檢測的理想手段。長久以來困擾其發(fā)展的熒光光譜法適應(yīng)性差、實(shí)現(xiàn)定量比較難、干擾因素多，響應(yīng)值低等問題，通過儀器穩(wěn)定性提升及表面增強(qiáng)劑的開發(fā)得到了一定的彌補(bǔ)。其在藥物打假、珠寶鑒定、刑偵勘察等領(lǐng)域取得了突破，現(xiàn)有技術(shù)完全可對果蔬農(nóng)殘進(jìn)行定性篩查、定量計(jì)算。此外，近年來逐漸興起的太赫茲光譜分析技術(shù)也吸引了越來越多的關(guān)注，已有研究人員嘗試將該技術(shù)用于果蔬的農(nóng)殘檢測，光譜分析技術(shù)作為果蔬品安全檢測的一種有效手段，它的發(fā)展也將進(jìn)一步推動果蔬產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

3 發(fā)展趨勢與展望

3.1 快速檢測技術(shù)日漸成為果蔬農(nóng)殘檢測的必要技術(shù)

中國水果蔬菜市場巨大，農(nóng)產(chǎn)品分布范圍十分廣泛且以山區(qū)、林地及廣大農(nóng)村菜地為主。傳統(tǒng)的色譜類及質(zhì)譜方法現(xiàn)已足夠成熟，形成了完善的國家標(biāo)準(zhǔn)。但受限于儀器昂貴、體積笨重、前處理過程復(fù)雜、時效性差及對操作人員要求高等限制因素，適合抽樣后送檢出具權(quán)威結(jié)論?？焖贆z測技術(shù)及設(shè)備在水果蔬菜質(zhì)量安全監(jiān)管中具有不可替代的作用，這是由中國的特殊國情決定的。

3.2 逐步擴(kuò)大快速檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍

食藥監(jiān)系統(tǒng)在其監(jiān)管范圍內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了省級快速檢測實(shí)驗(yàn)室在全國范圍內(nèi)的配備，部分發(fā)達(dá)省份和城市在縣區(qū)這一級也相繼配備了快速檢測設(shè)備。目前較為成熟的快速檢測方法多采用光譜法與酶抑制法。大型商超、農(nóng)貿(mào)市場、水果批發(fā)市場農(nóng)殘快速檢測儀隨處可見。目前在大型商超、農(nóng)貿(mào)市場、水果批發(fā)市場普遍使用的快速檢測技術(shù)是采用酶抑制法為原理的快速檢測試劑盒，根據(jù)抑制率反映農(nóng)殘風(fēng)險，抑制率在50%以下視為合格，模式是每天果蔬進(jìn)入市場前由專門食品安全員使用快速檢測試劑盒對水果蔬菜進(jìn)行快速檢測，作為一種有效的監(jiān)管手段，快速檢測技術(shù)在水果、蔬菜農(nóng)藥殘留檢測中發(fā)揮的作用將越來越大。

3.3 加強(qiáng)對快速檢測技術(shù)的市場監(jiān)管

果蔬農(nóng)殘快速檢測技術(shù)的發(fā)展需要嚴(yán)格的市場監(jiān)管。下一步的發(fā)展有兩個主要方面。一方面，在方法與儀器開發(fā)上攻克技術(shù)難題，如酶抑制法需要降低假陽性率，拉曼光譜與近紅外光譜法需要在儀器穩(wěn)定性及降低背景干擾上進(jìn)行提高，開發(fā)出更加靈敏的表面增強(qiáng)劑以降低農(nóng)殘檢出限。生物傳感器作為一種新興的快速檢測技術(shù)，前景是寬廣的，但就目前來說亟需解決穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差和使用壽命短等問題，要完善這一情況需要長時間對精密儀器進(jìn)行開發(fā)與研究。另一方面是快速檢測水果蔬菜中農(nóng)藥殘留的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)需要加緊頒布并及時進(jìn)行跟進(jìn)完善。目前快速檢測水果蔬菜中農(nóng)藥殘留的各類方法缺少相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此快速檢測結(jié)果的權(quán)威性難以得到保障，大多作為監(jiān)管篩查問題產(chǎn)品使用。這一情況制約了快速檢測技術(shù)的應(yīng)用，因此需要國家標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)與明確。隨著國家對食品安全的重視程度不斷提升，快速檢測技術(shù)在水果蔬菜農(nóng)藥殘留檢測中發(fā)揮的作用將會越來越大，快速檢測技術(shù)方法與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測方法將在控制水果蔬菜農(nóng)殘安全方面發(fā)揮各自不可替代的作用。

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Application of Rapid Detection Technology in Pesticide Residue Detection of Fruits and Vegetables

LI Zhi-cheng,ZHENG Xiao-dong,YAN Xin-huan,LIU Xue-mei,MENG Xiao-meng,PAN Shao-xiang,SONG Ye
(Jinan Fruit Research Institute All-China Federation of Supply&Marketing Co-operatives,Jinan 250014,China)

The problem of excessive pesticide residues in fruits and vegetables has been a serious threat to food safety. Traditional laboratory testing methods are difficult to meet the needs of the regulation.In this paper,the author summarized rapid detection technology in the research development of fruits and vegetables pesticide residue detection,mainly introduced the method of enzyme inhibition,chemical measuring method,biosensor,ELISA,NIR and Raman spectroscopy fast detection technology of fruit and vegetable pesticide residues,expounded the principles of these quick technical detection,and analzed the advantages and disadvantages of these methods.At last,the author introduced the research status of rapid detection technology,and put forward the outlook for development prospect of rapid detection technology.

Fruits and vegetables;pesticide residues;rapid detection technology

S481.8

A

1008-1038(2016)12-0033-04

2016-11-22

李志成（1990—），男，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量安全檢測