食品安全快速检测技术研究进展*

高 兴 马 莉 郑峰屹 李 聪 杨 雨 郭 峰 胡高爽*

1（河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄 050018）

2（河北省食品质量与安全检测技术创新中心，河北石家庄 050000）

1 色谱分析技术

1.1 薄层色谱技术

薄层色谱法是一种利用吸附剂对不同组分吸附能力不同从而使各成分分离的色谱分离方法。樊玮、杨勇和Gaugain 等分别采用薄层色谱法实现了食品样品中菊酯类农药、喹诺酮类兽药以及硝基咪唑的大量筛选。然而，薄层色谱法因其在定性定量及重现性上的局限性，限制了其在食品安全分析领域的发展。

1.2 气相色谱技术

气相色谱法适用于易挥发而不发生分解的化合物的分离。赵文亚和张莹等分别采用气相色谱法检测水产品中氯霉素和茶叶中有机磷农药的残留，分析快速高效准确。但由于该方法只适合分析挥发性和半挥发性组分，对高沸点有机物的分析相当困难，因而限制了其在食品安全检测领域的广泛应用。衍生化反应则是解决该问题的有效策略之一，常用的衍生化方法主要包括醚化反应、酰化反应、硅烷化反应、酯化反应、卤化反应和酯化反应，通过衍生化能够降低有机物的极性，增强其挥发性，改善色谱峰形，增大相邻峰的分离度，提高其在特定检测器上的灵敏度。综上所述，衍生化气相色谱法未来的发展方向主要包括：开发新型衍生试剂以获得最佳的衍生效果；简化提取步骤，开发液体原位衍生技术；优化衍生程序，缩短衍生时间；研究衍生产物稳定技术，适合批处理分析。

1.3 高效液相色谱和超高效液相色谱技术

高效液相色谱法采用高压泵和高效固定相，改善了气相色谱法在测定沸点高、热稳定性差有机物方面的不足。Mengelers 和孙鹏等分别用高效液相色谱法实现了食品中3 种磺胺类兽药和2 种喹诺酮类兽药残留的分析检测，方法表现出分离效率高、灵敏度好、应用范围广等优点。超高效液相色谱是高效液相色谱的衍生，其基本原理是随着柱填料粒径减小，效率和分辨率增加。超高效液相色谱相较于高效液相色谱，其固定相色谱填料更加精细，采用耐高压的超高压输液泵，采用压力辅助自动进样系统等。此外，超高效液相色谱的应用还大大降低了分析时间和溶剂消耗。

1.4 色谱-质谱联用技术

质谱分析技术利用电磁学原理把化合物电离成不同质量的离子，能提供物质详细的内部结构信息，将其与色谱技术相结合为食品安全检测提供最有效分析手段。目前常用的质谱技术包括低分辨质谱技术、高分辨质谱分析技术和原位电离质谱技术。其中低分辨质谱包括离子阱质谱、四极杆质谱和三重四极杆质谱。Pugajeva 等采用气相色谱－四极杆质谱对婴儿食品中呋喃类化学物的残留进行了检测，该方法采用顶空进样，检测线能够达到0.021 μg/kg，平均回收率在89%～109%之间。Xu 等利用液相色谱-三重四极质谱联用技术检测了野生食用菌中的多肽毒素，样品检出限能够达到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)。高分辨质谱分析技术在食品安全多残留的快速筛查中尤为重要，包括磁质谱、飞行时间质谱以及静电场轨道阱质谱等。Wang 等利用超高效液相色谱－四极杆－静电场轨道阱质谱对蔬菜水果中的451 种农药残留进行定量检测，该方法不需借助标准物质即可有效区分混合物，大大降低了前处理的复杂程度。但是目前该技术依然主要集中在蛋白质组学方面的应用，在小分子物质的检测方面应用还相对较少，因此应值得关注。原位电离质谱技术包括解吸附电喷雾技术、实时直接分析技术、电喷雾萃取电离技术等，由于其可在敞开式环境下进行操作，无需色谱分离过程，且样品前处理过程简单易行，大大革新了分析工作者对质谱技术的观念和理解，而且能够满足现代分析化学对原位、实时、在线、非破坏、高通量、低耗损等质谱学方法的迫切需要。Dane 等将氩气与乙酰丙酮和吡啶试剂气体相结合的实时直接分析技术用于牛奶中三聚氰胺的检测，该方法避免了牛奶基质中5-羟甲基糠醛）m/z 127.039 5）对三聚氰胺）m/z 127.073 2）的干扰。目前仪器分析技术正在向体积小、重量轻、可移动，可现场快速检测的方向发展。因此，小型便携式质谱技术是现代质谱技术的重要发展方向。此外，质谱分析技术对于复杂基体中目标物的检测有良好效果，但该技术还需要进一步改进其高通量、线性范围和分析速度等技术参数。为了更好地利用质谱分析技术进行化合物结构和未知物的鉴定和检测，还需要强大的软件工具和丰富的物质质谱图数据库做支持。相信随着技术的不断发展和完善，质谱分析技术在食品药品分析、生命分析、环境污染控制等领域的应用前景将更加广阔。

2 光谱分析技术

近年来，光谱分析技术常用于复杂体系样品的定量和定性分析，得到人们广泛认可，在食品安全检测领域发挥着越来越重要的作用，具有样品前处理简单、纯度要求低、多目标同时检测、对样品不造成损害等特点。

2.1 近红外光谱技术

近红外光谱技术具有制样简单、非破坏性、可实现快速无损和绿色环保远程分析检测等优势，在食品质量监控领域中发挥越来越重要的作用。Wang等以蒙牛、伊利、万达山奶粉为检测样本通过添加试验模拟实际掺假样品，利用近红外光谱分析检测奶粉中掺假淀粉的情况。然而，由于物质通常在近红外区的吸收系数小，因此不适用一些痕量物质的分析。未来近红外光谱技术仍需不断完善才能发挥更大作用，如将其与化学计量法相结合，提高光谱图分析与试验结果的可重复性；此外，红外光谱检测仪也需要由大型研究级向小型便携式转换，同时建立更加全面广泛的全球性数据库，进一步促进该技术的应用和发展。

2.2 拉曼光谱技术

拉曼光谱技术是基于拉曼散射效应进行分子结构研究的一种分析方法。李永玉等采用拉曼光谱技术快速灵敏的检测了苹果表面残留的敌百虫。但普通拉曼光谱技术在痕量分析中存在一定的缺陷，这是由于存在拉曼散射信号弱的问题。近年来，纳米技术的快速发展促进了拉曼光谱检测技术的进步，通过一定尺寸的纳米颗粒作为表面增强拉曼的基底可以使拉曼散射信号得到极大增强，即表面增强拉曼光谱法。Pan 等采用表面增强拉曼光谱技术实现了蔬菜油中特丁基对苯二酚的检测，解决了传统拉曼光谱信号较低、效应弱的缺点，能够较高提升检测灵敏度。目前该技术在食品领域发展迅速。但在实际应用中，也存在一些尚未解决的问题，如拉曼光谱相对较弱，容易受到荧光干扰等的问题。因此，该技术与其他分离技术整合，消除食品基质以及荧光效应的干扰，是未来发展的重点方向之一。

2.3 高光谱图像技术

高光谱图像技术最初用于遥感应用，但现在已发展到分析样品的内在性质和外部特征等领域，既有能反映内部物理结构化学成分信息的光谱信息，也有反映样本品质特征如大小形状等的图像信息。Kim 等利用高光谱图像系统实现了对食品加工过程进行控制的目的。蒋淑英采取高光谱成像技术定量检测桑叶上残留的农药，操作简单快速，且具有不损害待测样品结构的优点。目前高光谱检测技术在食品检测上已广泛应用，但大多数还只是在实验室范围内进行。这主要是因为该技术产生数据较多，从光谱图像中提取主要特征信息的时间较长，此外，还存在数据处理软件跟不上应用需要及影响检测结果的因素较多等问题。这些问题都将是该领域工作者今后一段时期致力研究并解决的关键问题。

2.4 荧光光谱技术

荧光光谱技术能够在几秒钟内提供物质的特征图谱进而实现目标物定性定量分析。该法近几年得到迅速发展和广泛应用，出现了许多的新技术，如导数恒能量同步荧光法、导数恒基体强度同步荧光法、偏振同步荧光法、三维同步荧光法和可变角同步荧光法等。Li 等用荧光光谱法分析了核桃油的真实性和掺假行为，并与傅里叶变换红外光谱技术测定的结果进行了对比，结果表明，相较于近红外光谱技术，荧光光谱技术更适用核桃油掺假成分的检测。目前荧光分析法仍在继续发展，由于其高灵敏度和高选择性成为痕量组分特别是多组分体系检测的有效手段。

3 生物检测技术

3.1 酶联免疫吸附技术

酶联免疫吸附（ELISA）技术是建立在酶催化基础上的一种免疫分析方法。Galarini 等利用酶联免疫吸附法实现了肌肉、鸡蛋、牛奶和蜂蜜中11种磺胺类兽药多残留的检测。Ma 等利用基于纸张的新型微流体酶联免疫吸附试验，构建了克伦特罗的快速筛选系统，方法检出限能够达到0.2 μg/kg。然而，现有的酶联免疫吸附技术通常以生物蛋白酶作为反应标记物，稳定性差，易受基质干扰。针对该问题，目前酶联免疫吸附技术的研究热点和难点主要集中在寻找生物酶替代物。Farka 等人探究了普鲁士蓝纳米粒子作为标记物在“夹心法”酶联免疫吸附技术中的应用，普鲁士蓝即亚铁氰化铁是文献记载的最早合成的配位聚合物（1710 年），其制备方法简单。相对ELISA 方法中酶标记物，普鲁士蓝纳米粒子的稳定性好、原材料低廉，可大幅度降低ELISA 及试剂盒的造价，初步估计普鲁士蓝纳米粒子（200 nm 左右）的造价为1g/元，具备良好的应用前景。

3.2 胶体金免疫层析技术

胶体金免疫层析技术是以胶体金为标记物的定性半定量免疫分析技术。Wang 等采用该法实现了牛奶中高光霉素的快速即时检测，方法准确、简便、可靠、方便，非常适合现场快速检测。然而，利用胶体金作为标记物，不仅价格昂贵，易受操作环境、样品成分和pH 值等多种因素的影响，而且仅能提供是或否的检测信号，因而该方法存在检测灵敏度低、稳定性差等缺点。近年来，纳米材料技术的发展促进了免疫层析技术的进步。由于纳米材料独特的性质，如光学吸收、荧光光谱和磁性能等，可以作为一种优良的信号探针替代物，提高免疫层析技术的灵敏度或检测限。Taranova等利用多色量子点作为标记物，设计了一个“交通灯”竞争免疫层析试验，同时检测牛奶中氧氟沙星、氯霉素和链霉素，该方法采用625 nm、585 nm、525 nm 3 个发射峰的水溶性量子点，分别产生红、黄、绿3 个测试信号。在“红绿灯”检测中，氧氟沙星、氯霉素和链霉素的LODs分别达到0.3 ng/mL、0.12 ng/mL 和0.2 ng/mL，是酶联免疫吸附试验（ELISA）LODs 的80～200 倍。此外，Huang 等在免疫磁纳米谱的基础上，建立了免疫层析-富集法检测黄曲霉毒素M1 的新方法。牛奶样品中的检出限为0.1 ng/mL，低于我国规定的0.5 ng/mL 的法定限量。该方法利用免疫磁珠的磁分离性能，简化前处理步骤，缩短检测时间，实现了样品提取检测一体化的目的。这些都为食品安全检测提供了新思路。

3.3 PCR 技术

PCR 技术是一种放大扩增特定的DNA 片段的分子生物学技术，在食品安全鉴伪方面有很重要的应用。Agustí 和Rajkhowa 等分别建立了食品样品中单增李斯特菌和猪巴斯德菌毒力相关基因新型多重PCR 检测方法，操作简便快速，检测限能够达到检测需求，且表现出样品用量少、特异性好、灵敏度高的优点。但该技术操作复杂，对操作人员素质要求较高且投入成本较大，需要配备昂贵的配套检测仪器和专业的操作人员。

3.4 生物传感技术

生物传感技术是借助信号标记元件（电、热、光等）和生物识别元件（组织、酶、细胞、细胞器等）对物质进行检测的一类新型分析技术。Yang 等首次采用基于电渗流的生物传感器实现了牛奶样品中的葡萄球菌肠毒素B 的检测。韩逸陶等基于无模板合成鸟嘌呤四聚体方法及G4 结合特异性染料分子的荧光增强作用，利用呕吐毒素与其适体DNA的高亲和作用，并结合核酸外切酶的酶切反应，构建荧光“开启”的生物传感器从而用于谷物中脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的快速分析。在最佳条件下，DON 浓度检测限为10 pg/mL，该方法有较佳的特异性、灵敏性、重复性与稳定性。

3.5 生物芯片技术

生物芯片法集成分子生物、微机械自动化、免疫学、核酸化学、计算机等技术于一体，是一种集成化、连续化、信息化和微型化的分析技术。左鹏等应用蛋白芯片技术实现了食品中氯霉素和磺胺二甲嘧啶残留的快速分析检测。Manzano 等研制的DNA 生物芯片，该试验使用深蓝色有机发光二极管作为激发光源，进而与DNA 探针结合发出荧光集团，可对肉类样品进行检测。此方法具有高灵敏度和高特异性，所需检测时间短，并且灵敏度达到0.37 ng/μL。Du 等建立了基于ELISA 的牛奶中兽药抗生素检测可视化芯片技术，实现了检测限能够满足中国，食品法典委员会和欧盟对于抗生素残留限量的要求。目前生物芯片的开发研制工作已在多个国家进行，但生物芯片的应用性能依然不够理想，未能更好的应用到临床或市场中，因此未来的工作应在进一步提高生物芯片的灵敏度以及提高生物芯片微阵列的密度丰富检测信息等方面努力。

4 分子印迹技术

分子印迹技术基本原理是模版分子与功能单体两者间通过共价键或非共价键作用形成具有特殊空间结构的复合物，通过加入交联剂和致空剂使复合物转化成稳定的聚合物，亲和位点被记忆下来，随后加入洗脱剂去除模版分子，暴露出相匹配的空穴，从而制备出具有特异性识别功能的印迹材料。Mattsson 等报道利用分子印迹聚合物竞争性荧光伪免疫分析法实现了鱼基质中的生物胺的检测。Kumar 等人以毒死蜱为模板分子，成功开发出毒死蜱磁性分子印迹材料（MMIP），能够快速简单地从蜜蜂和茄子样本中提取毒死蜱。制备的毒死蜱MMIP 具有吸附容量高，吸附平衡快，易于分离，特异性去除蜂蜜和茄子中毒死蜱的特点。近年来，基于功能性纳米粒子的分子印迹技术不断发展，包括基于磁性纳米颗粒、量子点荧光纳米粒子分子印迹技术等。Anis 等人以PEG-Mn 与ZnS 混合的量子点为载体制备黄曲霉毒素分子印迹聚合物，通过荧光光谱仪进行对非乳制品饮料样品中的黄曲霉毒素进行荧光测量，制备的MIP-QDs 复合物对AFs（AFB1，AFB2，AFG1 和AFG2）具有高亲和力和选择性检出限和定量分别为0.016 mg/L 和0.053 mg/L，分析回收率为99%±4%至107%±5%。

5 结语

综上所述，随着科学技术的进步，食品安全检测技术的发展十分迅速，不仅缩短了检测时间，也大大提高了食品安全检测的灵敏度和精确度。但目前仍然有不少突出问题和矛盾，首先，食品样品检测前处理步骤繁琐复杂，所需时间较长，不能满足大批量有害物质的筛查；其次，快速检测技术灵敏度不够，不能满足目标物痕量残留的检测需求，因此需要寻找新的信号标记物，放大检测信号，同时构建新型检测模式，提高检测性能；最后，检测技术更新慢，不能检测出新型食品危害成分，且现有检测技术不能满足多种潜在有害物残留的同时检测。因此，科研工作者只有不断探索和研究各种先进的检测技术和检测方法，才能保证安全食品，最终实现构建和谐社会的目的。