分子印迹技术在食品安全检测领域的应用进展

许祯毅，吴玉琼，范俐，姜咸彪

（武夷学院茶与食品学院，福建 武夷山 354300）

分子印迹技术（molecular imprinting technology，MIT），也称分子烙印，是指用化学的方法合成对某种目标分子（模板或称印迹分子）具有特异选择性的聚合物的过程[1]。这种技术利用功能模板与目标分子特异性结合的原理，制备有特定尺寸、形状、序列的功能性基团聚合物，能够特异性识别模板分子，进而达到分离与选择的目的，因此它被形象地认为可以用来制造识别“分子钥匙”的“人工锁”[2-3]。通过这种技术制备出来的分子印迹聚合物（molecular imprinting polymers，MIPs）对模板分子（或目标分子）具有很好的亲和性和选择性，因此MIPs在成分复杂或环境恶劣的样品具有较强的抵抗能力、稳定性强和重复利用率高等优点，被广泛用于食品、环境、生物医药等复杂样品中残量或微量组分的检测[4-8]。

本文主要对分子印迹技术的原理进行概述，对分子印迹技术在食品安全检测领域中的农药残留、兽药残留、重金属污染、非法使用添加剂、生物性污染等方面的应用进行介绍，并与传统的检测方法进行对比，分析其目前存在的难点，以期为该技术在食品安全检测领域的发展提供更多方向。

1 分子印迹技术的基本概念和原理

1.1 分子印迹技术的基本概念

MIT起源于诺贝尔获奖者Pauling在1940年提出的抗体形成理论[9]，1993年Vlatakis等[10]科学家发表制备茶碱非共价印迹聚合物的研究成果，使MIT成为了众多学者的研究热点。进入21世纪，有关MIT或MIPs的研究应用得到蓬勃发展。至今，小分子[11]，金属螯合物[12]，氨基酸类及其衍生物[13]，大分子蛋白质[14]等都已经成功地实现了MIPs的制备。

1.2 分子印迹技术的原理

MIPs的制备过程如图1所示[15]。其原理是将模板分子与功能单体在一定条件下进行预组装，加入交联剂和致孔剂后使模板分子按预期取向和定位嵌入到聚合物中，然后通过物理或化学方法洗脱除去聚合物中的模板分子，形成与模板分子结构匹配的空穴，得到“印迹”有目标分子或模板分子空间结构和结合点位的MIPs。因此MIPs具有预定性、特异识别性、实用性、良好稳定性等特点[16]。

图1 MIPs制备流程图Fig.1 Flow chart of preparation for MIPs

MIPs的制备一般可分为3个阶段：（1）模板分子和功能单体相互作用形成复合物；（2）使用交联剂和致孔剂将功能单体固定在特定的空间位置上；（3）通过化学或物理方法，洗脱除去模板分子，得到在空间位置上与模板分子完全匹配的印迹聚合物。根据模板分子与功能单体形成的聚合物性质，可以将分子印迹的制备分为共价印迹（预装法）、非共价印迹（自组装法）和杂化印迹（牺牲空间法）[15-16]。

MIPs的制备具有操作简单、直接等特点[17-19]，但由于不同领域所用的MIPs要求不同，因此在实际试验操作中要综合考虑研究的对象和目的，选择最佳的合成方法。目前，制备MIPs主要有以下几种制备方法：本体聚合、原位聚合、沉淀聚合、乳液聚合、悬浮聚合、表面分子印迹、离子印迹等。不同制备方法的优缺点对比见表1。

表1 MIPs不同制备方法对比Table 1 Comparisions of different preparation imprinting methods of MIPs

2 MIT在食品安全检测中的应用

2.1 MIT在食品中农药残留检测方面的应用

食品中农药残留类型可分为有机氯类、有机磷类、有机氮类、拟除虫菊酯类、酰胺类化合物、脲类化合物、醚类化合物、菊酯类和氨基甲酸类等，随着农药类型和农药使用量的不断增加，全世界各国都在集中大量的人力、物力开展食品中农药残留检测技术的研究。MIT具有特异性和亲和性，特别适用于食品中痕量、微量农药残留的检测。

Chen等[22]使用有机磷农药生产的中间体O，O-二甲基硫代磷为模板，甲基丙烯酸为单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂合成新型有机磷MIPs，考察有机磷MIPs对5种有机磷农药（敌百虫、敌敌畏、乐果、吡虫啉、甲胺磷）的吸附能力，并将其作为分子印迹固相萃取剂建立蔬菜中5种有机磷农药残留的气相色谱方法。优化后的方法准确度和精密度良好，适用于蔬菜中5种有机磷农药残留量的检测。

王小玉等[30]以硅球为载体，对硫磷为模板，无水乙醇为溶剂，氨丙基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷的混合物为功能单体，四乙氧基硅烷为交联剂，采用溶胶-凝胶法制备对硫磷分子印迹聚合物，高效液相色谱用于西红柿中对硫磷残留检测的方法，该方法检出限低。许艳军等[31]以乙酰甲胺磷为模板分子，用悬浮聚合法制备出MIPs。将其用于分子印迹固相萃取剂前处理技术，并与气相色谱联用，建立对茶叶中乙酰甲胺磷进行检测的方法。在最优条件下，乙酰甲胺磷加标回收率大于95%。刘娜等[32]制备出嘧菌酯、噻虫啉和吡虫啉3种内吸性农药的MIPs，以此MIPs作为吸附功能原料制备分子印迹固相萃取剂，建立分子印迹固相萃取剂-液质联用仪检测黄瓜中嘧菌酯、噻虫啉和吡虫啉残留量的方法，通过条件优化，3种农药的加标回收率高，且方法精确性好。

目前，食品中农药残留的前处理方法主要是依赖弗罗里硅土小柱、C18小柱、石墨化氨基小柱等[33-35]。这些方法都需要消耗大量有机溶剂进行活化和淋洗，不仅污染环境，而且回收率受样品类型影响较大。MIT与传统的净化方法相比，具有构效预定性、操作稳定性、重复使用、溶剂消耗量小等特点，因此它在食品农药残留方面的研究越来越受到重视。

2.2 MIT在食品兽药残留检测方面的应用

食品中兽药残留主要是检测抗生素类、激素类和抗菌类化学品，因其种类繁多，基质复杂、残留量低，传统的样品前处理方法较难满足当前的需求，因此近年来，MIT在食品中兽药残留的应用报道越来越多。

李增威等[36]将磁性分离技术和表面分子印迹技术相结合，在Fe3O4磁性纳米粒子表面接枝双键，以氯霉素为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、偶氮二异丁腈为引发剂，采用悬浮聚合法合成氯霉素磁性MIPs，将其作为分子印迹固相萃取剂在猪肉和蜂蜜样品中进行不同浓度的氯霉素加标回收率测试，取得很好的效果，方法回收率高，灵敏度和准确性都很好。Feng等[37]为快速、准确地检测猪尿液中盐酸克伦特罗及其代谢物，研制一种基于分子印迹聚合物的新型石英晶体微天平传感器阵列。该方法可通过尿液标本快速检测家畜是否被添加了盐酸克伦特罗。

Song等[38]以泰乐菌素为模板，甲基丙烯酸为功能单体合成MIPs，然后将其作为固相萃取原料，应用高效液相色谱串联质谱仪对猪、牛、鸡3种肉制样品中10种大环内酯类抗生素药物进行检测，方法的检测限为 0.1 ng/g～0.4 ng/g，定量限为 0.3 ng/g～1.0 ng/g，灵敏度很好。

通过对比MIPs制成的固相萃取柱与传统的固相萃取小柱的试验结果，发现MIT对目标物的加标回收率更高，且具有更高的精密度、更好的准确度、更加稳定的性能[38]。

2.3 MIT在食品重金属残留检测方面的应用

食品中的重金属污染主要来源于3个方面，一是来源于农作物对重金属元素的富集；二是源于水产动物重金属的污染，三是源于食品生产加工、贮藏、运输过程中出现的污染。重金属进入人体后要经过一段时间的积累，达到一定的浓度后才显示出毒性，因此不易被人们所察觉，具有很大的潜在危害性。与金属离子有关的印迹技术属于MIT的前沿内容，也有少量应用于食品中重金属残留量检测的报道。

李光珍等[39]以壳聚糖为功能单体，α-Fe2O3为改性增强剂，砷为模板分子，采用反相悬浮交联法制备得到砷分子印迹α-Fe2O3改性壳聚糖树脂（arsenic imprinted α-Fe2O3modified chitosan beads，As-IFICB）。试验研究表明，As-IFICB对梨汁中的砷具有很强的亲和力和良好的选择性，能有效吸附梨汁中的砷元素，而对梨汁中钙、镁、铁等有益矿质元素和总糖、游离氨基酸等营养成分的吸附量很少，能较好保留梨汁中的营养物质。

郝丽[40]以Cd（Ⅱ）为模板，甲基丙烯酸为单体，异丙醇为溶剂，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，采用甲苯/十二醇作为复合致孔剂体系，在不锈钢管柱中制备得到镉离子印迹柱。其研究表明，提高甲苯在致孔剂中的比例，有利于提高镉离子印迹柱对游离Cd（Ⅱ）的富集能力和选择能力，因此可将其作为固相萃取剂应用于食品中Cd（Ⅱ）的吸附或检测。

2.4 MIT在食品添加剂检测方面的应用

食品添加剂是指在食品制造、加工、处理、包装、运输、保管中为达到一定的技术目的而人为添加的物质。合理使用食品添加剂可以改善食品的组织状态、增强食品的色、香、味和口感。然而，乱用或滥用食品添加剂则会对人体健康造成危害[41]。

刘飞[42]分别以刚果红和柠檬黄为模板，β-环糊精-马来酸酐和[2-（甲基丙稀酰氧）乙基]三甲基氯化铵为双功能单体，N，N-亚甲基双丙稀醜胺为交联剂合成MIPs。将此聚合物作为吸附剂填充固相萃取柱用来萃取食品中的刚果红和柠檬黄，所得洗脱液通过高效液相色谱进行检测。结果表明，合成的双功能分子印迹聚合物选择性高，检出限低，适合用于食品中刚果红和柠檬黄的检测。

韦寿莲等[43]以邻苯二甲酸二辛酯印迹聚合物为吸附剂，采用固相萃取-高效液相色谱法检测塑料瓶装水、白酒和饮料中邻苯二甲酸酯类化合物。经条件优化，该方法检出限为 0.03 μg/mL～0.05 μg/mL，准确度好，回收率高，适用于白酒、饮料中痕量邻苯二甲酸酯类化合物的检测。

食品中含有较多与人工合成添加剂组分相类似的天然组分，使用传统的固相萃取方法时，较经常出现假阳性的检测结果，而MIT因其结构预定性和特异识别性，可以在复杂的样品中准确定位目标物质，大大提高分析的准确性和可靠性。

2.5 MIT在食品微生物污染检测方面的应用

Bayram 等[44]以黄曲霉毒素 B1、B2、G1和 G2这 4 种主要的黄曲霉毒素混合物为分子模板，采用本体聚合法制备多功能MIPs，以此聚合物作为固相萃取剂制备多功能分子印迹固相萃取剂柱，用于食品中黄曲霉毒素的检测，结果显示该柱具有良好的稳定性和选择性，且可多次重复使用。

Cao等[45]提出一种以商品化的黄曲霉毒素A分子印迹固相萃取柱与高效液相色谱荧光法联用，通过条件优化建立啤酒、红酒、葡萄汁样品中黄曲霉毒素A的净化富集、分离检测方法。优化后的方法回收率高，准确性和重复性都很好。

试验证明利用MIT分析食品中微生物残留量时，可有效提高待测组分的加标回收率、降低检出限，同时还可以重复多次使用，从而大大降低检测成本。

3 分子印迹技术存在的问题和展望

近几十年以来，由于MIPs的亲和力和选择性，在选择性提取目标物同时，可有效消除复杂样品中的基质干扰，在食品安全检测领域得到了快速的发展，但也存在一些问题：（1）模板分子洗脱不彻底，造成其在后续检测过程中“流失”，从而影响检测[46]；（2）在制备MIPs中的功能单体选择性较少，不能满足模板分子的实际需求[47]；（3）MIT在蛋白、核酸、多糖等生物大分子领域应用较少[48]；（4）MIPs的柱容量较低[49]；（5）MIPs产品的商业化程度较低，不能满足大批量的生产需求。

综上所述，MIT在食品安全检测领域的应用依然具有很大的研究潜力，主要可体现在：（1）研究新的分子印迹技术，以促进MIPs的商业化和规模化；（2）借助表面印迹、纳米印迹、活性/可控自由基聚合、中空多孔聚合、点击化学环加成聚合、微流控在线合成、固相合成等技术，为MIT的发展应用提供了新方向[50]；（3）开发适用于大分子模板分子的MIPs；（4）将MIPs制备的反应体系从有机相转到水相，增加功能单体的选择范围；（5）加强MIT在食品农残、兽残以及其他污染物检测方面的识别机理研究。