食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)的檢測(cè)直接關(guān)系到公共健康和食品安全。隨著全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的多樣化與工業(yè)化，農(nóng)藥殘留、重金屬、真菌毒素等有害物質(zhì)的監(jiān)控變得十分關(guān)鍵。本文綜述當(dāng)前食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)的主要檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)分析了免疫分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)、生物傳感器技術(shù)及色譜技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，詳細(xì)討論各種技術(shù)的原理與檢測(cè)流程，全面評(píng)估了這些技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)中的有效性與局限性，旨在為未來(lái)食品安全檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：食品安全；有害物質(zhì)；快速檢測(cè)技術(shù)；農(nóng)藥殘留

Application of Rapid Detection Technology for Harmful Substances in Food and Agricultural Products

CAO Liping， QI Xicang， XIE Songhui， ZHAO Ran， NIU Zhonglin

（Shandong Tianheng Testing Co.， Ltd.， Heze 274000， China）

Abstract： The detection of harmful substances in food and agricultural products is directly related to public health and food safety. With the diversification and industrialization of agricultural production methods around the world， the monitoring of harmful substances such as pesticide residues， heavy metals， and mycotoxins has become very critical. This article reviews the main detection technologies for harmful substances in food and agricultural products， focusing on the application advantages of immunoassay technology， spectral analysis technology， biosensor technology， and chromatography technology. At the same time， the principles and detection processes of various technologies are discussed in detail， and the effectiveness and limitations of these technologies in actual detection are comprehensively evaluated， aiming to provide reference and guidance for the development of future food safety detection technology.

Keywords： food safety; harmful substances; rapid detection technology; pesticide residue

隨著全球人口的持續(xù)增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的不斷變化，食品及農(nóng)產(chǎn)品中的有害物質(zhì)污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻。農(nóng)藥殘留、重金屬污染、真菌毒素及獸藥殘留等有害物質(zhì)，直接影響食品安全，威脅消費(fèi)者健康。傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在周期長(zhǎng)、成本高、操作復(fù)雜等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足快速檢測(cè)和大規(guī)模篩查的需求。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類(lèi)快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為食品安全監(jiān)管提供了新的解決方案。這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)反饋，提高了檢測(cè)效率，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品加工和市場(chǎng)監(jiān)管等領(lǐng)域。隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善，食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)的快速檢測(cè)能力不斷提升。本研究旨在探討當(dāng)前主要的快速檢測(cè)技術(shù)，評(píng)估其應(yīng)用前景，并為未來(lái)技術(shù)的發(fā)展方向提供參考。

1 食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)概述

食品及農(nóng)產(chǎn)品中的有害物質(zhì)主要包含農(nóng)藥殘留、重金屬污染、獸藥殘留及真菌毒素等。這些物質(zhì)對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，長(zhǎng)期攝入可引起慢性中毒、致癌、致畸等健康問(wèn)題[1]。農(nóng)藥殘留是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥在作物中殘留的物質(zhì)。不同種類(lèi)的農(nóng)藥對(duì)人體的毒性不同，部分農(nóng)藥具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性、內(nèi)分泌干擾作用。重金屬污染則主要來(lái)源于土壤污染和農(nóng)田灌溉水源，常見(jiàn)的有鉛、砷、汞、鎘等。重金屬能夠利用食物鏈累積，影響肝臟、腎臟及神經(jīng)系統(tǒng)功能。獸藥殘留一般存在于動(dòng)物源性食品中，會(huì)對(duì)肝腎功能產(chǎn)生損害，嚴(yán)重者可能致癌。真菌毒素則是農(nóng)產(chǎn)品在不良存儲(chǔ)條件下由真菌產(chǎn)生的毒素，黃曲霉毒素尤為常見(jiàn)，其致癌性和致肝毒性極強(qiáng)。食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)影響食品的安全性，還可能引起突發(fā)的食品安全事件，危害公共健康。

2 食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)具備眾多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在高靈敏度、操作便捷、檢測(cè)效率高和適用范圍廣等方面。①高靈敏度?？焖贆z測(cè)技術(shù)能夠在低濃度下準(zhǔn)確檢測(cè)出有害物質(zhì)，這一特性對(duì)食品安全檢測(cè)尤為關(guān)鍵。該技術(shù)能夠確保即使是微量的農(nóng)藥殘留或重金屬污染也能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而防止對(duì)消費(fèi)者健康產(chǎn)生潛在危害。靈敏度的提高源于先進(jìn)的檢測(cè)原理和技術(shù)，如免疫分析法和生物傳感器等，能夠利用分子識(shí)別反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效檢測(cè)[2]。②操作便捷。傳統(tǒng)檢測(cè)方法通常需要專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和煩瑣的前處理過(guò)程，而快速檢測(cè)技術(shù)能夠在現(xiàn)場(chǎng)快速完成檢測(cè)，極大提高了食品安全監(jiān)管的時(shí)效性。利用便攜式檢測(cè)儀器，監(jiān)管人員和生產(chǎn)企業(yè)可以在農(nóng)田、市場(chǎng)或加工環(huán)節(jié)直接進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)排查潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。③檢測(cè)效率高。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)往往需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天才能獲得結(jié)果，而快速檢測(cè)技術(shù)通常可在數(shù)分鐘內(nèi)給出反饋，適應(yīng)高頻次、大規(guī)模的監(jiān)測(cè)需求。④適用范圍廣?？焖贆z測(cè)技術(shù)能夠針對(duì)不同類(lèi)別的有害物質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，滿(mǎn)足不同食品和農(nóng)產(chǎn)品的安全檢測(cè)需求，支持多樣化的食品安全管理和質(zhì)量控制體系。

3 食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 免疫分析技術(shù)

免疫分析技術(shù)利用抗原與抗體的特異性結(jié)合原理進(jìn)行食品及農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)的檢測(cè)，具有高靈敏度和高選擇性，為食品安全監(jiān)管提供了高效、便捷的工具，推動(dòng)了食品安全監(jiān)控體系的創(chuàng)新和發(fā)展。常見(jiàn)的免疫分析方法涵蓋酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）和免疫層析法。ELISA作為一種典型的免疫分析方法，利用抗體與抗原反應(yīng)形成復(fù)合物，利用酶標(biāo)記物產(chǎn)生的可檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行定量分析。在檢測(cè)過(guò)程中，樣品中待測(cè)物質(zhì)與固相載體上的抗體結(jié)合，形成抗原-抗體復(fù)合物，然后加入酶標(biāo)記的二抗與復(fù)合物結(jié)合，利用酶催化反應(yīng)生成顯色產(chǎn)物，反應(yīng)的強(qiáng)度與待測(cè)物的濃度成正比。ELISA方法的優(yōu)點(diǎn)在于其操作簡(jiǎn)便、成本較低、檢測(cè)時(shí)間短，能夠在現(xiàn)場(chǎng)完成快速篩查。ELISA已成為檢測(cè)水稻、蔬菜中多種農(nóng)藥殘留的標(biāo)準(zhǔn)方法，并得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)食品安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。

免疫層析法是一種更為便捷的免疫分析技術(shù)，常見(jiàn)于快速檢測(cè)卡中[3]。該方法利用抗體與有害物質(zhì)之間的特異性結(jié)合反應(yīng)，樣品經(jīng)過(guò)流動(dòng)相向檢測(cè)區(qū)域遷移，形成可視化結(jié)果。應(yīng)用于農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等檢測(cè)時(shí)，樣品被加入測(cè)試卡的樣本孔中，若存在目標(biāo)物質(zhì)，試紙上的測(cè)試線就會(huì)顯現(xiàn)出不同顏色的標(biāo)記，指示該物質(zhì)的存在與濃度。此方法廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、食品企業(yè)、市場(chǎng)等環(huán)境中，能夠提供即時(shí)反饋，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的復(fù)雜流程。免疫分析技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐中，已被多次驗(yàn)證其在農(nóng)藥、獸藥殘留等有害物質(zhì)檢測(cè)中的有效性。

3.2 光譜分析技術(shù)

光譜分析技術(shù)的應(yīng)用提高了檢測(cè)速度，還減少了對(duì)操作人員專(zhuān)業(yè)技能的依賴(lài)，使得食品安全監(jiān)管和質(zhì)量控制工作更加便捷高效。光譜分析技術(shù)主要包含近紅外光譜（Near-Infrared Spectroscopy，NIR）和傅里葉變換紅外光譜（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，F(xiàn)TIR）兩種類(lèi)型。其優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須復(fù)雜的樣品前處理，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成多種有害物質(zhì)的檢測(cè)。近紅外光譜技術(shù)利用物質(zhì)對(duì)近紅外光的吸收特性進(jìn)行分析，能夠快速檢測(cè)農(nóng)藥殘留、重金屬等污染物。檢測(cè)過(guò)程中，食品樣品被置于近紅外光源下，經(jīng)過(guò)散射后，利用光譜儀獲取樣品的反射光譜數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析采用特征吸收峰與已知的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，識(shí)別出農(nóng)藥、重金屬等污染物的濃度。

傅里葉變換紅外光譜則是通過(guò)分析物質(zhì)對(duì)紅外光的吸收，得到樣品的特征光譜圖。該技術(shù)常用于檢測(cè)食品中的人工添加劑、脂肪酸成分、真菌毒素等有害物質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)TIR技術(shù)能夠快速對(duì)樣品進(jìn)行掃描，獲取其紅外光譜圖并對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別其中的有害物質(zhì)成分。由于FTIR技術(shù)具有高效的多組分分析能力，能夠在一次檢測(cè)中同時(shí)識(shí)別多種物質(zhì)，避免了傳統(tǒng)方法的單一性。

3.3 生物傳感器技術(shù)

生物傳感器將生物識(shí)別元件與物理信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置相結(jié)合，能夠迅速、精確地檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留及其他污染物。常見(jiàn)的生物傳感器類(lèi)型包括電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器和質(zhì)量傳感器等，每種傳感器在檢測(cè)流程中都有獨(dú)特的應(yīng)用。電化學(xué)傳感器因其高靈敏度和低成本，在食品安全領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其工作原理基于待測(cè)物質(zhì)與抗體、酶或DNA等傳感器表面生物識(shí)別元件結(jié)合后，產(chǎn)生的電化學(xué)信號(hào)變化。例如，農(nóng)藥殘留的電化學(xué)檢測(cè)通常涉及將樣品直接與傳感器表面的抗體或酶反應(yīng)，生成可量化的電流或電壓變化。該方法適用于大部分農(nóng)藥類(lèi)物質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。以有機(jī)磷農(nóng)藥為例，電化學(xué)傳感器通過(guò)捕獲農(nóng)藥分子并轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)限低至ppb級(jí)別的檢測(cè)，且無(wú)須復(fù)雜的前處理，便于在田間或加工環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

光學(xué)傳感器則利用樣品中有害物質(zhì)對(duì)光的特定吸收或散射特性進(jìn)行定量分析[4]。該技術(shù)在真菌毒素檢測(cè)中尤為有效，黃曲霉毒素等有害物質(zhì)常采用熒光光學(xué)傳感器進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)待測(cè)毒素與傳感器表面的抗體結(jié)合時(shí)，發(fā)生熒光信號(hào)的變化，傳感器記錄該變化并轉(zhuǎn)化為濃度數(shù)據(jù)。光學(xué)傳感器具有無(wú)須接觸樣品的優(yōu)勢(shì)，可減少交叉污染風(fēng)險(xiǎn)，廣泛應(yīng)用于糧食和油料作物的毒素檢測(cè)。

質(zhì)量傳感器利用待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量變化進(jìn)行檢測(cè)，在農(nóng)產(chǎn)品中的應(yīng)用尚處于發(fā)展階段，主要用于重金屬等污染物的監(jiān)測(cè)。生物傳感器技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于其高效、快速、便捷的檢測(cè)流程，適用于大規(guī)模生產(chǎn)線，也能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需求，尤其適合應(yīng)急響應(yīng)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可有效保障食品安全。

3.4 色譜技術(shù)

氣相色譜（Gas Chromatography，GC）和高效液相色譜（High-Performance Liquid Chromatography，HPLC）等色譜技術(shù)在食品及農(nóng)產(chǎn)品有害物質(zhì)檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用，能夠快速、精確地分析復(fù)雜樣品中的多種污染物。色譜技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是其高通量，能夠同時(shí)處理大量樣品，適應(yīng)大規(guī)模食品監(jiān)測(cè)需求，已成為食品質(zhì)量安全檢測(cè)的核心手段。該技術(shù)可分離和定量分析樣品中的目標(biāo)物質(zhì)，提供可靠的檢測(cè)結(jié)果，特別適用于農(nóng)藥殘留、重金屬、添加劑及其他化學(xué)污染物的檢測(cè)。氣相色譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留、溶劑等揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)。其工作原理是使樣品在氣相載體中分離，利用不同化合物對(duì)固定相的親和力差異，使目標(biāo)物質(zhì)在色譜柱內(nèi)得到有效分離。在實(shí)際應(yīng)用中，樣品先經(jīng)過(guò)提取、凈化等預(yù)處理，然后注入氣相色譜儀，分析數(shù)據(jù)時(shí)采用峰值與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的對(duì)比來(lái)確定其種類(lèi)與濃度。以蔬菜和水果中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)為例，氣相色譜能夠在數(shù)十分鐘內(nèi)高效完成多種農(nóng)藥的定性定量分析，且靈敏度可達(dá)到ppb級(jí)，適用于日常監(jiān)管和快速篩查。

高效液相色譜則主要用于檢測(cè)非揮發(fā)性物質(zhì)，如某些農(nóng)藥、獸藥和食品添加劑。HPLC采用液體流動(dòng)相攜帶樣品經(jīng)過(guò)色譜柱，利用柱內(nèi)填料的不同親和力將樣品中的成分分離。此技術(shù)具有高分辨率和良好的重復(fù)性，廣泛用于農(nóng)藥殘留、重金屬污染物及環(huán)境污染物的檢測(cè)[5]。在實(shí)際操作中，樣品經(jīng)固相萃取等預(yù)處理后，注入液相色譜儀，利用紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器等檢測(cè)器對(duì)分離后的組分進(jìn)行定量分析。以水產(chǎn)品中的獸藥殘留為例，HPLC可以精確分析硝基呋喃、喹諾酮等獸藥成分，提供可靠的安全評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

食品及農(nóng)產(chǎn)品中的有害物質(zhì)對(duì)公眾健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，快速檢測(cè)技術(shù)為其安全性監(jiān)控提供了高效的解決方案。免疫分析、光譜分析、生物傳感器與色譜技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中已顯著提高了檢測(cè)速度、精確度和靈敏度。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新，食品安全檢測(cè)將更加智能化、自動(dòng)化，為保障食品質(zhì)量提供更有力的技術(shù)支持。

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作者簡(jiǎn)介：曹麗萍（1992—），女，山東菏澤人，本科，助理工程師。研究方向：檢驗(yàn)檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境工程。