食品安全快速检测技术研习范文

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一、基于光学分析的快速检测技术

（一）基于荧光分子光谱的快速检测技术一些具有平面或刚性结构的分子，其存在π－π共轭结构，当此类分子受到光能量激发后会发出荧光，产生荧光光谱。当体系共轭度增加时，荧光强度随之增加，荧光光谱改变。如存在－OH、－NH2、－OR、－NR2等给电子取代基时，荧光强度增加，存在－COOH，－CHO，－NO2，－N=N－等吸电子基团时，荧光减弱。荧光光谱与其他吸收光谱比较，灵敏度高几个数量级，且选择性更好，因此荧光光谱更能满足痕量分析的需要。缺点为不是所有物质都会发出荧光，自身能发出荧光的物质及能形成荧光测量体系的物质相对较少，虽通过化学衍生可使部分待测目标物产生荧光，但增加了难度，应用受到限制。绝大多数能产生荧光的物质都具有芳香环或杂环结构，食品中的部分危害因子具有此类结构，能产生荧光，可利用其荧光光谱或荧光猝灭实现定性或定量分析[6]。目前，应用广泛的产品主要有：（1）真菌毒素荧光仪。该仪器结合免疫亲和层析前处理技术，可快速测定粮谷、油料中黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、伏马毒素、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素和T－2毒素等十几种毒素，黄曲霉毒素检出限为0.1μg/kg，样品处理及分析时间小于20min。（2）食用菌荧光增白剂检测仪。可用于食用菌或含有荧光增白剂成分作为保鲜剂的食品的快速定性检测。（3）手持式ATP荧光检测仪。该仪器利用ATP（三磷酸腺苷）试剂中组分如荧光素－荧光素酶与细菌等微生物细胞内ATP反应产生荧光，可实现细菌及洁净度指标的快速检测，检测限可达4×10－18molATP。另外，苯并（α）芘等多环芳烃、四环素、莫能霉素、乙氧喹、噻菌灵等都具有荧光结构，均可实现高灵敏度的荧光快速检测[7～10]。

（二）基于近红外光谱的快速检测技术近红外光谱是指物质在近红外区（0.7μm～2.5μm）的吸收光谱，是有机分子中含氢基团（C－H、O－H、N－H）振动的合频和各级倍频的吸收叠加，通过扫描样品的近红外光谱，可得到样品中有机分子含氢基团的特征信息。利用近红外光谱技术分析样品具有样品无需前处理、快速、高效和低成本，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术越来越受到重视和欢迎[11]。近红外光谱本身得到的信息是有限的，但结合化学计量学建立起的光谱信息与待测样品之间的数学关联模型，则可实现目标成分的定性定量。常用数据处理的方法有主成分分析（PCA）、偏最小二乘（PLS）、模式识别、人工神经网络（BP）、小波变换（WT）等[12]。目前，近红外光谱应用于食品的真伪鉴别、无损检测、食品生产质量安全在线控制及常量分析是成功的，有大量的应用案例可以证明，但对于微量和痕量分析是不合适的。我国自主研发的手持式近红外光谱分析仪、小型近红外光谱分析仪已应用于花生油、豆油、纯牛奶中还原奶等的鉴别。

（三）基于太赫兹辐射的快速检测技术太赫兹（THz）辐射介于远红外与微波区之间，频率范围在0.1THz～10THz（1THz相当于33.3cm－1，4.14meV，波长300μm），对应着物质分子间的弱相互作用，如氢键、范德华力、偶极子的振转跃迁和晶体中晶格的低频振动等。有机分子特别是大多数有机极性分子对THz波段的辐射具有强烈的吸收和色散作用，形成物质的“指纹图谱”，因此可以借助THz光谱对物质内部的结构分子组成进行分析研究[13]。目前，已经在全世界范围内形成了一个THz技术研究高潮，我国也高度重视，投入重金支持太赫兹技术的研究，宽谱太赫兹时域光谱仪、便携式太赫兹时域光谱仪已成功研制，商品化仪器上市指日可待。太赫兹应用于吡虫啉、代森锰锌、乙酰甲胺磷、致病菌、病毒DNA等食品危害因子检测已有多篇报道。

（四）表面增强拉曼光谱检测技术拉曼光谱（RamanSpectroscopy）分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，可直接反映待测物中化学分子键的振动模式信息，进而可以了解分子的构成及构象信息。20世纪60年代随着激光的问世并引入到拉曼光谱仪作为光源之后，很多新的拉曼光谱技术出现并迅速发展，从而应用到许多领域。表面增强拉曼检测具有重现性良好、速度快、灵敏、成本低、仪器轻便、设备操作和前处理简单等优点，因而此技术非常适用于食品安全中微痕量危害因子的现场、快速检测。我国已有关于采用表面增强激光拉曼光谱检测蔬菜中有机磷农药、养殖用水中孔雀石绿、辣椒粉中苏丹红Ⅰ号、味精中硫化钠、乳粉中三聚氰胺、尿样中的β－受体激动剂等农药及违禁添加物的报道。商品化的便携式激光拉曼光谱仪已用于三聚氰胺、孔雀石绿、结晶紫等违禁添加剂的快速检测。

二、基于免疫学的快速检测技术

（一）基于酶联免疫的检测技术免疫分析是利用抗原与抗体的特异性结合特性来实现目标物检测的方法，该方法特异性好，但灵敏度不能满足痕量检测的要求，故发展了标记的免疫分析技术。目前，标记免疫分析技术主要包括酶联免疫（ELISA）、放射免疫、荧光免疫、胶体金免疫层析、化学发光免疫分析。其中酶联免疫吸附分析技术是目前食品安全快速检测的主流技术。此方法诞生于20世纪70年代，具有特异性好、灵敏度高、操作简单，所需仪器设备价格较低等优点，特别适合大量样本的筛查。它是以辣根过氧化物酶等标记物标记抗原或抗体。借助抗原抗体的特异性结合作用和酶对底物的催化显色反应，根据颜色反应的深浅实现对待测目标物的快速检测。由于酶的催化效率高，故可迅速而高倍数地放大反应效果，大大提高了灵敏度。目前，我国有近百种商品化的食品安全ELISA试剂盒，包括呋喃类、氟喹诺酮类、磺胺类、氨基糖苷类、大环内酯类等兽药ELISA试剂盒，β－受体激动剂类、苏丹红、三聚氰胺等违禁添加物ELISA试剂盒，黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素等真菌毒素ELISA试剂盒，与之配套的酶标仪也已有多款国产商品化产品，基本能满足兽药、毒素、违禁添加物的快速检测需要。

（二）基于胶体金试纸条的检测技术胶体金试纸条是以胶体金为显色标记物，借助抗原抗体间的特异性免疫结合作用和色谱层析原理建立的一种快速检测方法。胶体金是一种含有特定大小（20nm～100nm）的金颗粒稳定胶体溶液，它是由氯金酸的水溶液在柠檬酸三钠等还原剂的作用下聚合而成，并由于静电作用成为胶体状态。由于胶体金颗粒具有高电子密度，且颗粒聚集达到一定密度时出现肉眼可见的红色斑点，因而可以与带正电的蛋白（抗原或抗体）发生静电吸附，作为免疫层析试验的指示物。当样品溶液在层析条上借助毛细管作用泳动时，待测目标物与层析材料上的抗体发生高特异、高亲和性的免疫反应，形成的抗原抗体复合物被富集或截留在检测带上与胶体金结合，几分钟内便可得到直观的检测结果。此方法与ELISA法相比，省去了繁琐的加样、洗涤等步骤，在层析过程中具有对样品净化的效果，且操作简便、检测时间短、分析结果清楚、易于判断，无需仪器或只需简单仪器，非常适合于食品安全的现场快速检测。目前已有20多种商品化胶体金试纸条，广泛用于莱克多巴胺、盐酸克仑特罗、沙丁胺醇、β－内酰胺酶、三聚氰胺、黄曲霉毒素、喹诺酮类、磺胺类药物等的快速检测。

（三）基于适配体的快速检测技术核酸适配体（aptamer）是利用体外筛选技术———指数富集的配体系统进化技术（SystematicEvolutionofLig-andsbyExponentialEnrichment，SELEX），从核酸文库中得到的DNA或RNA寡核苷酸片段，此片段具有类似抗体的特异性识别能力，但其特异性和结构稳定性要大大高于一般的免疫球蛋白形成的抗体，也被称为“新一代抗体”。SELEX技术的基本原理是在体外构建成一个单链寡核苷酸库，将它与目标物混合，形成靶物质与核酸的复合物，首先洗掉未与目标物结合的核酸，分离出被结合的核酸片段，以此核酸分子为模板，扩增出更多的核酸片段，再进行下一轮的筛选过程，获得与靶物质结合更紧密的核酸片段。通过重复的筛选与扩增，一些与靶物质不结合或与靶物质亲和力较弱的DNA或RNA分子被洗去，而称之为适配体的、有高亲和力的DNA分子或RNA分子从随机库中分离出来，且纯度随SELEX过程的进行而不断提高，筛选出的核酸适配体进一步与待测物发生特异性结合，实现高灵敏度快速检测。目前已有利用核酸适配体技术检测粮油产品中赭曲霉毒素等真菌毒素、食品中青霉素等抗生素的研究报道，但距商品化仍有一段距离。

三、基于电化学的快速检测技术

电化学传感器检测技术是基于指示电极敏感膜表面发生电化学反应，将化学信号转化成电信号，实现目标物快速检测的技术。敏感膜由酶、抗体、细胞、核酸、仿生材料等构成的传感器也称为电化学生物传感器。电化学传感器因具有便携、快速、成本低、高选择性和可进行多目标分析等特点，越来越成为科学家研究的热点。特别是随着纳米材料和抗体制备技术的发展，新型电化学传感器的灵敏度和特异性大大提高。纳米材料电化学传感器多基于碳纳米管、石墨烯等功能材料，有研究报道将纳米技术和电化学技术有机结合，开发了快速检测食品中重金属、β－激动剂、双酚A、细菌总数和大肠杆菌等的传感器。电化学免疫传感器是将免疫学检测技术和电化学技术相结合，将抗原与抗体特异性结合反应转换为电信号并进行测量，具有特异性好、可实时监测、响应快等特点。目前有大量关于此技术应用于食品中致病菌、毒素和农兽药残留检测的研究报道。

四、基于PCR的检测技术

PCR（PolymeraseChainReaction）聚合酶链式反应是利用DNA在高温条件下变性成为单链模板，进一步加入与单链模板两端序列互补的寡核苷酸片断作为引物，低温时引物与单链模板按碱基互补配对，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度，在4种dNTPs底物存在的情况下，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖（5''''－3''''）的方向合成互补链。新合成的DNA双链又可作为扩增的模板，重复上述反应。经过几十次循环，模板DNA序列扩增近百万倍。近年来，PCR已衍生出许多种类，常用的有反转录PCR、实时荧光定量PCR、随机引物PCR等。目前，我国已有PCR仪器的研发和生产能力，配套的核心试剂生产技术也日趋成熟。PCR技术已成为致病微生物定量、转基因食品判定、畜禽产品真伪及掺假鉴别、农产品溯源和品种鉴定的重要手段。

五、基于生物芯片的检测技术

生物芯片是指将抗体、抗原、寡核苷酸、cDNA、genomicDNA、多肽等生物分子固着于硅、玻璃、塑料、凝胶、尼龙膜等固相载体上，形成生物分子点阵列。借助分子杂交或抗原抗体相互作用，可以对目标物进行高通量、高灵敏度、快速筛查。生物芯片技术已从开始的疾病诊断领域逐渐扩展应用于食品安全领域，我国已开发出可同时检测样品中金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌、大肠杆菌O157∶H7、单核细胞增生李斯特氏菌、沙门氏菌、乙型溶血性链球菌、副溶血弧菌、空肠弯曲杆菌、板崎肠杆菌等食源性致病微生物和磺胺、氯霉素、恩诺沙星、链霉素等兽药残留检测的高通量生物芯片及其技术平台，但目前检测的食源性致病菌和兽药种类有限，配套仪器和设备成本较高，推广应用受到限制。

六、基于纳米材料的快速检测技术

纳米即10－9m，在此尺度范畴的材料体积小、比表面积大，并具有声、光、电、磁、热性能等优秀的物化性质。纳米材料易制备，可放量生产，与食品安全检测技术结合可满足快速、灵敏、实时现场、低成本检测的需要。将纳米技术和纳米材料应用于检测技术领域是现在及未来发展的重要方向。已商品化的新型纳米材料包括碳纳米管、金纳米粒子、荧光量子点、磁性纳米粒子等。碳纳米管可用于修饰电化学传感器电极；金纳米粒子除了用于制备胶体金试纸条、电化学传感器电极修饰、用于乙酰胆碱酯酶的固定化以检测氨基甲酸酯类农药外，还可利用其良好的光学性质构建光学传感器，用于食品中三聚氰胺等违禁添加物的检测；量子点是II－VI族或III－V族元素组成的直径在1～100nm的半导体纳米颗粒，被激发后可发射荧光，其具有宽激发光谱、窄发射光谱，发射波长与粒径相关，易调控，量子产率高，生物相容性好，是理想的新一代生物荧光标记材料；磁性纳米粒子是纳米级（1～100nm）的磁性材料，以铁及铁系氧化物居多，可包被生物高分子，具良好的磁导向性和生物相融性，可与蛋白质、核酸、生物素等结合。磁性纳米粒子可通过共聚合和表面修饰活性基团，进一步与酶、抗体、分子印迹聚合物、适配体等偶联，并在外加磁场的作用下迅速富集，同时与基底分离。上述纳米材料已广泛应用于农兽药残留、生物毒素、违禁添加物等食品中危害因子的分析，极大地提高了检测灵敏度、操作效率和检测通量，在食品安全检测领域展现出广阔的应用前景。

七、结语

食品安全快速检测技术是物理学、化学、生物学、计算机科学等多学科、多技术门类的交叉与整合的成果，是许多新机理新方法的拓展和实践。随着科学技术的发展和进步，今后还将不断有更多的新技术、新原理、新工艺、新材料应用其中，涌现出更多、更好、更快、更方便的食品安全快速检新技术、新方法、新装备，为我国的食品安全事业提供强大的技术支撑和有力保障，为消费者的生命和健康保驾护航。

作者：王静王淼单位：中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所农业部农产品质量安全重点实验室