食品安全快速檢測技術(shù)研究進(jìn)展*

高 興 馬 莉 鄭峰屹 李 聰 楊 雨 郭 峰 胡高爽*

1（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

2（河北省食品質(zhì)量與安全檢測技術(shù)創(chuàng)新中心，河北石家莊 050000）

1 色譜分析技術(shù)

1.1 薄層色譜技術(shù)

薄層色譜法是一種利用吸附劑對不同組分吸附能力不同從而使各成分分離的色譜分離方法。樊瑋、楊勇和Gaugain 等分別采用薄層色譜法實(shí)現(xiàn)了食品樣品中菊酯類農(nóng)藥、喹諾酮類獸藥以及硝基咪唑的大量篩選。然而，薄層色譜法因其在定性定量及重現(xiàn)性上的局限性，限制了其在食品安全分析領(lǐng)域的發(fā)展。

1.2 氣相色譜技術(shù)

氣相色譜法適用于易揮發(fā)而不發(fā)生分解的化合物的分離。趙文亞和張瑩等分別采用氣相色譜法檢測水產(chǎn)品中氯霉素和茶葉中有機(jī)磷農(nóng)藥的殘留，分析快速高效準(zhǔn)確。但由于該方法只適合分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性組分，對高沸點(diǎn)有機(jī)物的分析相當(dāng)困難，因而限制了其在食品安全檢測領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。衍生化反應(yīng)則是解決該問題的有效策略之一，常用的衍生化方法主要包括醚化反應(yīng)、酰化反應(yīng)、硅烷化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)和酯化反應(yīng)，通過衍生化能夠降低有機(jī)物的極性，增強(qiáng)其揮發(fā)性，改善色譜峰形，增大相鄰峰的分離度，提高其在特定檢測器上的靈敏度。綜上所述，衍生化氣相色譜法未來的發(fā)展方向主要包括：開發(fā)新型衍生試劑以獲得最佳的衍生效果；簡化提取步驟，開發(fā)液體原位衍生技術(shù)；優(yōu)化衍生程序，縮短衍生時(shí)間；研究衍生產(chǎn)物穩(wěn)定技術(shù)，適合批處理分析。

1.3 高效液相色譜和超高效液相色譜技術(shù)

高效液相色譜法采用高壓泵和高效固定相，改善了氣相色譜法在測定沸點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性差有機(jī)物方面的不足。Mengelers 和孫鵬等分別用高效液相色譜法實(shí)現(xiàn)了食品中3 種磺胺類獸藥和2 種喹諾酮類獸藥殘留的分析檢測，方法表現(xiàn)出分離效率高、靈敏度好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。超高效液相色譜是高效液相色譜的衍生，其基本原理是隨著柱填料粒徑減小，效率和分辨率增加。超高效液相色譜相較于高效液相色譜，其固定相色譜填料更加精細(xì)，采用耐高壓的超高壓輸液泵，采用壓力輔助自動進(jìn)樣系統(tǒng)等。此外，超高效液相色譜的應(yīng)用還大大降低了分析時(shí)間和溶劑消耗。

1.4 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

質(zhì)譜分析技術(shù)利用電磁學(xué)原理把化合物電離成不同質(zhì)量的離子，能提供物質(zhì)詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，將其與色譜技術(shù)相結(jié)合為食品安全檢測提供最有效分析手段。目前常用的質(zhì)譜技術(shù)包括低分辨質(zhì)譜技術(shù)、高分辨質(zhì)譜分析技術(shù)和原位電離質(zhì)譜技術(shù)。其中低分辨質(zhì)譜包括離子阱質(zhì)譜、四極桿質(zhì)譜和三重四極桿質(zhì)譜。Pugajeva 等采用氣相色譜－四極桿質(zhì)譜對嬰兒食品中呋喃類化學(xué)物的殘留進(jìn)行了檢測，該方法采用頂空進(jìn)樣，檢測線能夠達(dá)到0.021 μg/kg，平均回收率在89%～109%之間。Xu 等利用液相色譜-三重四極質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測了野生食用菌中的多肽毒素，樣品檢出限能夠達(dá)到0.002 mg/kg～0.005 mg/kg，平均回收率72.6%～91.8%，RSD 值5.2%～10.1%(n=6)。高分辨質(zhì)譜分析技術(shù)在食品安全多殘留的快速篩查中尤為重要，包括磁質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜以及靜電場軌道阱質(zhì)譜等。Wang 等利用超高效液相色譜－四極桿－靜電場軌道阱質(zhì)譜對蔬菜水果中的451 種農(nóng)藥殘留進(jìn)行定量檢測，該方法不需借助標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)即可有效區(qū)分混合物，大大降低了前處理的復(fù)雜程度。但是目前該技術(shù)依然主要集中在蛋白質(zhì)組學(xué)方面的應(yīng)用，在小分子物質(zhì)的檢測方面應(yīng)用還相對較少，因此應(yīng)值得關(guān)注。原位電離質(zhì)譜技術(shù)包括解吸附電噴霧技術(shù)、實(shí)時(shí)直接分析技術(shù)、電噴霧萃取電離技術(shù)等，由于其可在敞開式環(huán)境下進(jìn)行操作，無需色譜分離過程，且樣品前處理過程簡單易行，大大革新了分析工作者對質(zhì)譜技術(shù)的觀念和理解，而且能夠滿足現(xiàn)代分析化學(xué)對原位、實(shí)時(shí)、在線、非破壞、高通量、低耗損等質(zhì)譜學(xué)方法的迫切需要。Dane 等將氬氣與乙酰丙酮和吡啶試劑氣體相結(jié)合的實(shí)時(shí)直接分析技術(shù)用于牛奶中三聚氰胺的檢測，該方法避免了牛奶基質(zhì)中5-羥甲基糠醛）m/z 127.039 5）對三聚氰胺）m/z 127.073 2）的干擾。目前儀器分析技術(shù)正在向體積小、重量輕、可移動，可現(xiàn)場快速檢測的方向發(fā)展。因此，小型便攜式質(zhì)譜技術(shù)是現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)的重要發(fā)展方向。此外，質(zhì)譜分析技術(shù)對于復(fù)雜基體中目標(biāo)物的檢測有良好效果，但該技術(shù)還需要進(jìn)一步改進(jìn)其高通量、線性范圍和分析速度等技術(shù)參數(shù)。為了更好地利用質(zhì)譜分析技術(shù)進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)和未知物的鑒定和檢測，還需要強(qiáng)大的軟件工具和豐富的物質(zhì)質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)庫做支持。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，質(zhì)譜分析技術(shù)在食品藥品分析、生命分析、環(huán)境污染控制等領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

2 光譜分析技術(shù)

近年來，光譜分析技術(shù)常用于復(fù)雜體系樣品的定量和定性分析，得到人們廣泛認(rèn)可，在食品安全檢測領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，具有樣品前處理簡單、純度要求低、多目標(biāo)同時(shí)檢測、對樣品不造成損害等特點(diǎn)。

2.1 近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜技術(shù)具有制樣簡單、非破壞性、可實(shí)現(xiàn)快速無損和綠色環(huán)保遠(yuǎn)程分析檢測等優(yōu)勢，在食品質(zhì)量監(jiān)控領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。Wang等以蒙牛、伊利、萬達(dá)山奶粉為檢測樣本通過添加試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際摻假樣品，利用近紅外光譜分析檢測奶粉中摻假淀粉的情況。然而，由于物質(zhì)通常在近紅外區(qū)的吸收系數(shù)小，因此不適用一些痕量物質(zhì)的分析。未來近紅外光譜技術(shù)仍需不斷完善才能發(fā)揮更大作用，如將其與化學(xué)計(jì)量法相結(jié)合，提高光譜圖分析與試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性；此外，紅外光譜檢測儀也需要由大型研究級向小型便攜式轉(zhuǎn)換，同時(shí)建立更加全面廣泛的全球性數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步促進(jìn)該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

2.2 拉曼光譜技術(shù)

拉曼光譜技術(shù)是基于拉曼散射效應(yīng)進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。李永玉等采用拉曼光譜技術(shù)快速靈敏的檢測了蘋果表面殘留的敵百蟲。但普通拉曼光譜技術(shù)在痕量分析中存在一定的缺陷，這是由于存在拉曼散射信號弱的問題。近年來，納米技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了拉曼光譜檢測技術(shù)的進(jìn)步，通過一定尺寸的納米顆粒作為表面增強(qiáng)拉曼的基底可以使拉曼散射信號得到極大增強(qiáng)，即表面增強(qiáng)拉曼光譜法。Pan 等采用表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了蔬菜油中特丁基對苯二酚的檢測，解決了傳統(tǒng)拉曼光譜信號較低、效應(yīng)弱的缺點(diǎn)，能夠較高提升檢測靈敏度。目前該技術(shù)在食品領(lǐng)域發(fā)展迅速。但在實(shí)際應(yīng)用中，也存在一些尚未解決的問題，如拉曼光譜相對較弱，容易受到熒光干擾等的問題。因此，該技術(shù)與其他分離技術(shù)整合，消除食品基質(zhì)以及熒光效應(yīng)的干擾，是未來發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。

2.3 高光譜圖像技術(shù)

高光譜圖像技術(shù)最初用于遙感應(yīng)用，但現(xiàn)在已發(fā)展到分析樣品的內(nèi)在性質(zhì)和外部特征等領(lǐng)域，既有能反映內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)化學(xué)成分信息的光譜信息，也有反映樣本品質(zhì)特征如大小形狀等的圖像信息。Kim 等利用高光譜圖像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對食品加工過程進(jìn)行控制的目的。蔣淑英采取高光譜成像技術(shù)定量檢測桑葉上殘留的農(nóng)藥，操作簡單快速，且具有不損害待測樣品結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。目前高光譜檢測技術(shù)在食品檢測上已廣泛應(yīng)用，但大多數(shù)還只是在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)進(jìn)行。這主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)較多，從光譜圖像中提取主要特征信息的時(shí)間較長，此外，還存在數(shù)據(jù)處理軟件跟不上應(yīng)用需要及影響檢測結(jié)果的因素較多等問題。這些問題都將是該領(lǐng)域工作者今后一段時(shí)期致力研究并解決的關(guān)鍵問題。

2.4 熒光光譜技術(shù)

熒光光譜技術(shù)能夠在幾秒鐘內(nèi)提供物質(zhì)的特征圖譜進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物定性定量分析。該法近幾年得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了許多的新技術(shù)，如導(dǎo)數(shù)恒能量同步熒光法、導(dǎo)數(shù)恒基體強(qiáng)度同步熒光法、偏振同步熒光法、三維同步熒光法和可變角同步熒光法等。Li 等用熒光光譜法分析了核桃油的真實(shí)性和摻假行為，并與傅里葉變換紅外光譜技術(shù)測定的結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，相較于近紅外光譜技術(shù)，熒光光譜技術(shù)更適用核桃油摻假成分的檢測。目前熒光分析法仍在繼續(xù)發(fā)展，由于其高靈敏度和高選擇性成為痕量組分特別是多組分體系檢測的有效手段。

3 生物檢測技術(shù)

3.1 酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)

酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）技術(shù)是建立在酶催化基礎(chǔ)上的一種免疫分析方法。Galarini 等利用酶聯(lián)免疫吸附法實(shí)現(xiàn)了肌肉、雞蛋、牛奶和蜂蜜中11種磺胺類獸藥多殘留的檢測。Ma 等利用基于紙張的新型微流體酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)，構(gòu)建了克倫特羅的快速篩選系統(tǒng)，方法檢出限能夠達(dá)到0.2 μg/kg。然而，現(xiàn)有的酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)通常以生物蛋白酶作為反應(yīng)標(biāo)記物，穩(wěn)定性差，易受基質(zhì)干擾。針對該問題，目前酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)主要集中在尋找生物酶替代物。Farka 等人探究了普魯士藍(lán)納米粒子作為標(biāo)記物在“夾心法”酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)中的應(yīng)用，普魯士藍(lán)即亞鐵氰化鐵是文獻(xiàn)記載的最早合成的配位聚合物（1710 年），其制備方法簡單。相對ELISA 方法中酶標(biāo)記物，普魯士藍(lán)納米粒子的穩(wěn)定性好、原材料低廉，可大幅度降低ELISA 及試劑盒的造價(jià)，初步估計(jì)普魯士藍(lán)納米粒子（200 nm 左右）的造價(jià)為1g/元，具備良好的應(yīng)用前景。

3.2 膠體金免疫層析技術(shù)

膠體金免疫層析技術(shù)是以膠體金為標(biāo)記物的定性半定量免疫分析技術(shù)。Wang 等采用該法實(shí)現(xiàn)了牛奶中高光霉素的快速即時(shí)檢測，方法準(zhǔn)確、簡便、可靠、方便，非常適合現(xiàn)場快速檢測。然而，利用膠體金作為標(biāo)記物，不僅價(jià)格昂貴，易受操作環(huán)境、樣品成分和pH 值等多種因素的影響，而且僅能提供是或否的檢測信號，因而該方法存在檢測靈敏度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。近年來，納米材料技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了免疫層析技術(shù)的進(jìn)步。由于納米材料獨(dú)特的性質(zhì)，如光學(xué)吸收、熒光光譜和磁性能等，可以作為一種優(yōu)良的信號探針替代物，提高免疫層析技術(shù)的靈敏度或檢測限。Taranova等利用多色量子點(diǎn)作為標(biāo)記物，設(shè)計(jì)了一個“交通燈”競爭免疫層析試驗(yàn)，同時(shí)檢測牛奶中氧氟沙星、氯霉素和鏈霉素，該方法采用625 nm、585 nm、525 nm 3 個發(fā)射峰的水溶性量子點(diǎn)，分別產(chǎn)生紅、黃、綠3 個測試信號。在“紅綠燈”檢測中，氧氟沙星、氯霉素和鏈霉素的LODs分別達(dá)到0.3 ng/mL、0.12 ng/mL 和0.2 ng/mL，是酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）LODs 的80～200 倍。此外，Huang 等在免疫磁納米譜的基礎(chǔ)上，建立了免疫層析-富集法檢測黃曲霉毒素M1 的新方法。牛奶樣品中的檢出限為0.1 ng/mL，低于我國規(guī)定的0.5 ng/mL 的法定限量。該方法利用免疫磁珠的磁分離性能，簡化前處理步驟，縮短檢測時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了樣品提取檢測一體化的目的。這些都為食品安全檢測提供了新思路。

3.3 PCR 技術(shù)

PCR 技術(shù)是一種放大擴(kuò)增特定的DNA 片段的分子生物學(xué)技術(shù)，在食品安全鑒偽方面有很重要的應(yīng)用。Agustí 和Rajkhowa 等分別建立了食品樣品中單增李斯特菌和豬巴斯德菌毒力相關(guān)基因新型多重PCR 檢測方法，操作簡便快速，檢測限能夠達(dá)到檢測需求，且表現(xiàn)出樣品用量少、特異性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)操作復(fù)雜，對操作人員素質(zhì)要求較高且投入成本較大，需要配備昂貴的配套檢測儀器和專業(yè)的操作人員。

3.4 生物傳感技術(shù)

生物傳感技術(shù)是借助信號標(biāo)記元件（電、熱、光等）和生物識別元件（組織、酶、細(xì)胞、細(xì)胞器等）對物質(zhì)進(jìn)行檢測的一類新型分析技術(shù)。Yang 等首次采用基于電滲流的生物傳感器實(shí)現(xiàn)了牛奶樣品中的葡萄球菌腸毒素B 的檢測。韓逸陶等基于無模板合成鳥嘌呤四聚體方法及G4 結(jié)合特異性染料分子的熒光增強(qiáng)作用，利用嘔吐毒素與其適體DNA的高親和作用，并結(jié)合核酸外切酶的酶切反應(yīng)，構(gòu)建熒光“開啟”的生物傳感器從而用于谷物中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）的快速分析。在最佳條件下，DON 濃度檢測限為10 pg/mL，該方法有較佳的特異性、靈敏性、重復(fù)性與穩(wěn)定性。

3.5 生物芯片技術(shù)

生物芯片法集成分子生物、微機(jī)械自動化、免疫學(xué)、核酸化學(xué)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體，是一種集成化、連續(xù)化、信息化和微型化的分析技術(shù)。左鵬等應(yīng)用蛋白芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)了食品中氯霉素和磺胺二甲嘧啶殘留的快速分析檢測。Manzano 等研制的DNA 生物芯片，該試驗(yàn)使用深藍(lán)色有機(jī)發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，進(jìn)而與DNA 探針結(jié)合發(fā)出熒光集團(tuán)，可對肉類樣品進(jìn)行檢測。此方法具有高靈敏度和高特異性，所需檢測時(shí)間短，并且靈敏度達(dá)到0.37 ng/μL。Du 等建立了基于ELISA 的牛奶中獸藥抗生素檢測可視化芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了檢測限能夠滿足中國，食品法典委員會和歐盟對于抗生素殘留限量的要求。目前生物芯片的開發(fā)研制工作已在多個國家進(jìn)行，但生物芯片的應(yīng)用性能依然不夠理想，未能更好的應(yīng)用到臨床或市場中，因此未來的工作應(yīng)在進(jìn)一步提高生物芯片的靈敏度以及提高生物芯片微陣列的密度豐富檢測信息等方面努力。

4 分子印跡技術(shù)

分子印跡技術(shù)基本原理是模版分子與功能單體兩者間通過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵作用形成具有特殊空間結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，通過加入交聯(lián)劑和致空劑使復(fù)合物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的聚合物，親和位點(diǎn)被記憶下來，隨后加入洗脫劑去除模版分子，暴露出相匹配的空穴，從而制備出具有特異性識別功能的印跡材料。Mattsson 等報(bào)道利用分子印跡聚合物競爭性熒光偽免疫分析法實(shí)現(xiàn)了魚基質(zhì)中的生物胺的檢測。Kumar 等人以毒死蜱為模板分子，成功開發(fā)出毒死蜱磁性分子印跡材料（MMIP），能夠快速簡單地從蜜蜂和茄子樣本中提取毒死蜱。制備的毒死蜱MMIP 具有吸附容量高，吸附平衡快，易于分離，特異性去除蜂蜜和茄子中毒死蜱的特點(diǎn)。近年來，基于功能性納米粒子的分子印跡技術(shù)不斷發(fā)展，包括基于磁性納米顆粒、量子點(diǎn)熒光納米粒子分子印跡技術(shù)等。Anis 等人以PEG-Mn 與ZnS 混合的量子點(diǎn)為載體制備黃曲霉毒素分子印跡聚合物，通過熒光光譜儀進(jìn)行對非乳制品飲料樣品中的黃曲霉毒素進(jìn)行熒光測量，制備的MIP-QDs 復(fù)合物對AFs（AFB1，AFB2，AFG1 和AFG2）具有高親和力和選擇性檢出限和定量分別為0.016 mg/L 和0.053 mg/L，分析回收率為99%±4%至107%±5%。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，食品安全檢測技術(shù)的發(fā)展十分迅速，不僅縮短了檢測時(shí)間，也大大提高了食品安全檢測的靈敏度和精確度。但目前仍然有不少突出問題和矛盾，首先，食品樣品檢測前處理步驟繁瑣復(fù)雜，所需時(shí)間較長，不能滿足大批量有害物質(zhì)的篩查；其次，快速檢測技術(shù)靈敏度不夠，不能滿足目標(biāo)物痕量殘留的檢測需求，因此需要尋找新的信號標(biāo)記物，放大檢測信號，同時(shí)構(gòu)建新型檢測模式，提高檢測性能；最后，檢測技術(shù)更新慢，不能檢測出新型食品危害成分，且現(xiàn)有檢測技術(shù)不能滿足多種潛在有害物殘留的同時(shí)檢測。因此，科研工作者只有不斷探索和研究各種先進(jìn)的檢測技術(shù)和檢測方法，才能保證安全食品，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建和諧社會的目的。