功能纳米材料在食品污染物检测中的运用

◎ 羊 银

（天津市食品安全检测技术研究院，天津 300000）

1 食品中污染物的种类与危害

1.1 重金属污染物

现阶段，食物中毒事件频频发生，影响了人们的身体健康，甚至有部分人因为食物中毒而不幸死亡。其中有部分是由于重金属污染引起的。重金属污染主要是指食物中重金属的含量过多，如铅、铜、锌等金属物质。造成食品重金属污染的原因有很多：①我国工业生产企业增多，未处理的污水、生产排出的气体等使我国环境污染问题愈加严重，食品生产中金属物质可以通过各种途径进入到食物中。②在食品运输或储存的过程中，运输工具或存放食品的器具含有的金属材料会进入食品，从而导致食品污染。③目前农业种植当中土壤污染的现象也很严重，土壤中金属物质过多也会导致食物重金属污染。重金属污染会导致人的脑细胞受损，对人体的消化系统、神经系统以及各器官都会造成危害，同时还可能引发肾功能障碍、老年痴呆、脑死亡等病症。

1.2 农药残留污染物

当下我国农业的发展规模不断扩张，为了提高农业生产的产量，各地区都会使用农药来提高农作物的产量或杀虫除草，因而农药的使用量不断增加。与此同时，农户滥用农药的问题也逐渐增多，农药市场上也有劣质产品出现。农户使用农药量超标或使用劣质农药都会使大量的农药残留在土壤中，农作物生长的过程中就会吸收土壤当中的农药残留物质，导致食品污染。

目前常见的农药残留种类有有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类和氨基甲酸酯类等，还有很多的农药残留物对食品健康的危害都非常严重。人们食用含有农药的食品会使农药有害物质慢慢在身体当中积累，从而引发畸形、癌症等问题。导致食品农药残留的主要原因包括农户使用高毒农药、使用农药频繁大、水源污染、空气污染和土壤污染等。这些原因的单独作用或综合作用都可能造成食品农药污染[1]。

1.3 兽药残留污染物

相较于我国的农业发展，我国畜牧业的发展也不甘示弱，各大养殖厂的规模逐渐扩大，在牲畜养殖的过程中会进行疫苗接种，在动物患疫病时也会使用兽药进行治疗，还有在动物的饲料中也会添加一定量的兽药，来促进牲畜的生长和发育。但是，在使用兽药的过程中，会存在滥用、过度使用的现象，使部分兽药存留在牲畜的体内，造成食品的污染。比较常见的兽药残留种类有喹诺酮类、磺胺类、激素等，长期食用有这类兽药残留的食品，会导致骨髓造血障碍、身体激素失衡，生殖器官患病的可能性增大。如果儿童使用会引发身体畸形、早熟等问题。

1.4 其他污染物

除上述几类食品污染之外，食品污染还包括食品包装和食品添加剂的污染。食品种类增多，各式各样的食品包装也随之出现，但有部分食品包装中就含有一些化学污染物质包括邻苯二甲酸酯、甲醛、抗氧化剂等，食品包装的污染物质直接与食品进行接触，会进入到食品中，被人们食入体内。一些商家为了增加食品销售量，获取利润，在食品当中添加过量的色素、香精等物质，这些都是对人体有害的物质，会使人体的神经系统、生殖系统、大脑都受到损伤，还有可能致癌或引发基因突变。

2 功能纳米材料在食品污染物检测中的运用

2.1 碳纳米管

碳纳米管是食品污染物检测中运用较为广泛的功能纳米材料之一，碳纳米管主要对食品当中重金属污染、农药残留污染、兽药残留污染有较强的吸附作用。现阶段在食品污染检测当中运用的是多壁碳纳米管。常见的应用方法有以下3种：①直接利用多壁碳纳米管对检测混合溶液进行分离富集，然后利用火焰原子进行吸收，从而提高检测的质量和效率。②多壁碳纳米管和气相色谱检测法相结合，可以准确的测定果蔬食品当中的农药残留量，同时多壁碳纳米管还可以有效的将农药残留物质进行清除，从而提高农药残留检测与清除的速率和精准性，并且成本较低。③利用多壁碳纳米管与固相萃取材料相结合运用，可以提高食品检测的吸附效果，将动物食品当中的兽药残留进行净化，并可以将果蔬当中有机磷类的农药充分的吸附出来，从而保证食品的健康。

2.2 石墨烯

石墨烯也是应用非常广泛的功能纳米材料，而且石墨烯在食品污染物中运用的效果比多壁碳纳米管还要好。石墨烯是由单层的碳原子堆积而成的二维晶格结构，很多相关学者对其进行试验研究，发现石墨烯对食品污染物含量的检测精准度很高。

（1）将氨基添加在石墨烯的表面，然后对油性的食品进行检验，可以有效地清除食品当中的农药残留物，清除率可以达到70%以上，这种检测方法操作简单、用料更省，而且非常环保[2]。

（2）在食品污染物处理的前期阶段使用石墨烯，可以提高对金属污染物的吸附效果，石墨烯可以作为吸附柱将果蔬食品或水食品中铅等金属污染物质进行吸附清除。此外相关报道研究发现，使用等量的石墨烯与其他吸附剂相比较时，其他吸附剂的吸附能力均不及石墨烯效果好。另外，石墨烯在食品检测中适用的范围也比较大，除了果蔬、水之外，在固体食品材料中也有一定的应用[3]。

2.3 磁性纳米粒子

磁性纳米粒子在食品污染物检测中可以有效提高检测的灵敏度、质量和效率，同时可以吸附去除食品中的有机污染物、金属污染物、添加剂等污染物质。磁性纳米粒子结合现代免疫分析技术，可以提高农药污染检测的速度和效果。利用催化活性较强的磁性纳米粒子可以提高食品瘦肉精等添加剂的检测精准度。

磁性纳米粒子具有较强的催化性和富集功能，可以有效提高食品净化质量。其中，磁性氧化铁纳米粒子可以清除净化食品中重金属污染物质。磁性纳米粒子虽大幅度地提高了食品污染物检测的便捷度，但是合成物制作的过程是比较复杂的，而且合成物非常不稳定，还需要相关人员针对这一问题进行研究和优化。

2.4 纳米金属氧化物

纳米金属氧化物在食品污染物检测中对农药污染物、重金属污染物的吸附效果非常显著，而且纳米金属氧化物材料的使用成本较低，合成物的稳定性和便捷度较高。例如，纳米氧化铁材料对食品当中金属离子的吸附量非常大，相较于其他的吸附材料，纳米氧化铁材料吸附能力是最好的；如果在纳米金属材料的表面固定乙酰胆碱酯酶，可以有效提高食品农药残留量检测的准确性，同时提高检测的灵敏度和速度；在吸附食品中的铅时，可以通过制作二氧化硅纳米粒子合成物，对食品中的铅离子进行分离、测定和吸附，来提高检测的精准度。

2.5 量子点

量子点是一种能接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒，因具有独特和稳定的物理、化学性质，而成为荧光标记领域的主流。量子点凭借其选择性好、灵敏度高、背景干扰小以及荧光强度稳定等特点，为分析残留农药提供了强有力的技术支持。将荧光量子点与残留兽药偶联，竞争目标检测物与包被原竞争荧光标记的抗体，然后将免疫反应获得的反应产物在微流控芯片泳道中电流的作用下进行测定，进而实现兽药目标物的定量分析。

还可以利用量子点作为新的还原剂，快速荧光法测定粮食中的敌草快等除草剂，该方法灵敏度高、重现性好，且每个样品包括提取、反应和荧光测定在内的处理时间仅为6 min，极大地提高了检测效率，满足了当前快速检测技术的要求。虽然量子点的荧光性和荧光稳定性较其他传统的有机荧光材料更有优势，但由于受周围环境因素的自身缺陷（如pH值、氧气氛围的变动会影响其稳定性）影响了它在变化大的外部环境中的应用，需在合成研究中进行改进。

3 结论

纳米材料凭借其独特的物理、化学性质在食品中重金属、农药残留、兽药残留等有害污染物检测中获得了广泛的应用，对食品安全检测技术不断完善和发展作出了贡献，丰富了当今社会发展所需要的简便、快速、灵敏、准确和适用性强的检测手段，弥补了传统检测方法的不足。但目前应用纳米材料进行前处理的食品基质多为饮用水、水果、蔬菜等简单的食品基质，应结合生物学、免疫学等先进技术，研究开发出更多种新型的纳米吸附材料应用到复杂食品基质的前处理中，以进一步扩展纳米吸附材料在食品安全检测领域的应用范围。