新型食品安全检测技术研究进展

张 灿，苑 宁

（河北农业大学 理工学院，河北 沧州 061000）

0 引言

随着经济的飞速发展，民众生活水平稳步提高，食品安全问题日益受到社会重视，如何提高食品的检测效果，减少潜在安全隐患更是食品行业关注的重要话题。当前，食品检测技术不断更新，提升了检测水平[1]，利用其进行食品安全检测，得到科学精准的检测结论[2]，对维护我国卫生健康安全意义重大。

1 我国食品领域现状

民以食为天。我国历来高度重视食品安全问题，并通过相关法律条文约束食品行业不法行为。正因如此我国民众的饮食安全才得到了较大保障，但是食品安全问题并未完全改善，危害国民健康的情况依旧存在。我国食品领域检测工作任重道远，主要表现为以下几个方面。

1.1 食品检测技术滞后

一个国家食品质量的好坏很大程度上取决于食品安全检测水平。截至2015 年，我国食品安全检测方法尚有空白[3]，关于严重危害健康非食用性原料，如甲醛、膨松剂等，还未建立完整统一的检验标准，且现行食品安全检测方法多为定性，抗干扰、定量等方面有待提高[4]。此外，因经费欠缺，我国食品检测设备较为陈旧落后，还有较大的改进提升空间。

目前，国家对食品安全问题高度重视，要求食品安全检测技术不断提高检测的质量和效率。我国食品行业亟需将物理、化学和生物等各类新型食品安全检测技术运用于食品领域，从而提升食品检测效能。

1.2 食品安全问题频发

我国食品行业因国家经济的提升得到快速发展，大众的食品多样化需求也随之增加，虽然食品安全状况总体稳定，但仍有饮食安全隐患时刻威胁国民健康。例如，在食品生产加工时，为达到利益最大化，生产者在加工环节违规使用各种违禁添加物，有毒有害物质长期存在于产品中，致使相关食品危害食用者身体健康[5]。

据WHO 数据统计，影响人类食品安全的关键因素为微生物污染[6]，其次是环境问题造成食品生产源头污染严重，源头累积导致药物残留，间接引发食品安全问题。因此，利用新型食品安全检测技术来保障国民饮食安全已成为食品行业需重点研究和关注的问题。

2 新型食品安全检测技术

2.1 物理层面

2.1.1 固相微萃取技术（SPME）

固相微萃取技术（Solid-phase microextraction，SPME）是由固相萃取衍生而来的新型技术。该技术是在一定的基质表层固载具有吸附萃取作用的涂层材料，对样品完成微萃取或者顶空萃取操作，随后富集浓缩分析物质，解析结束后对目标物质进行准确分析[7]。由此可知，用于萃取的涂层是重要环节，涂层的性质直接决定了萃取时的目标选择性和富集程度。为高倍富集目标物，SPME 涂层材料的制备通常使用电化学沉积法，联合分子印迹技术制备分子印迹聚合物涂层是一大热点。涂层材料由聚合物、多孔碳材料扩展到碳纳米管[8]、金属有机框架材料[9]、氧化石墨烯[10]等新型材料；同时，微型化的SPME 芯片和在线SPME 也开始显露，为食品安全检测领域提供了一种新型前处理方法。

近年来，SPME 技术被广泛用于食品安全检测。2017 年，Shahriyar Bahar 等人[11]将萃取溶剂（TiO2纳米粒子分散于辛酸溶液）植入聚丙烯多孔中空纤维段中，构建新型固相萃取头，萃取食物、水中的Pb，回收率高达99.3%。此外，Ting Gao 等人[12]通过中空纤维管内壁修饰氧化石墨烯构建新型SPME，萃取牛肉中多巴胺和瘦肉精，联合HPLC 技术检测，得出多巴胺和瘦肉精检出限为0.01 μg/mL 和0.03 μg/mL，加标回收率为85.8%～109.8%和78.8%～101.4%。

目前，SPME 技术因其操作简单、对环境友好而被广泛应用，但仍存在一定的发展空间。例如，当前所应用的涂层材料范围已得到扩展，但普遍使用寿命较短，相关科研工作者可开发新型涂层材料，提高萃取量和灵敏度，延长涂层使用期限。可以研发新型SPME 装置，提高应用自动化水平和检测分析工作效率。

2.1.2 快速溶剂检测技术（ASE）

快速溶剂萃取技术（Accelerated solvent extraction，ASE）是一种新型技术，又称加压溶剂萃取技术。ASE 技术通过将待测样品浸入萃取池，随后设定装置参数（温度、压力、时间、循环次数等）来实现全自动收集萃取液。在高温高压条件下结束整个萃取过程，高效率萃取检测目标物的同时又降低了溶剂用量[13]。利用ASE 技术萃取样品时，选择性和灵敏度主要由温度和压力决定，高温高压利于萃取效率提升，从而高效萃取出目标物质，也因高温导致ASE 技术不适于提取热不稳定性的化合物。ASE 技术作为一种绿色分离技术，兼具全自动控制、萃取高效、节约溶剂、安全性高等优点，作为食品安全检测前处理方法应用前景良好。

目前，ASE 技术与其他方法联用已成为食品安全检测领域的一大新趋势，Kim Ji Sang[14]利用ASE 技术来提取野山参中的人参皂苷（Rg1，Rb1 和Rg3）和总人参皂苷，并应用响应面法对该技术进行建模和优化，从而获得最佳提取条件为提取溶剂88.64%的乙醇，提取温度105.98 ℃和129.66 ℃，提取时间28.77 min 和15.92 min，提取压力1 500 psi，氮气吹扫时间60 s，冲洗量为60%。该条件下皂苷提取率为7.45 mg/g 和32.82 mg/g，与模型预测值相吻合。同样，Tumbas Saponjac Vesna 等人[15]联用响应面法（RSM）、分层聚类分析（HCA）和等级差异总和（SRD）评估影响胡萝卜提取物抗氧化质量的ASE 技术各项特征。提取溶剂的选择：一是在含有20%水情况下，加入49%的丙酮和31%的乙醇；二是在无水状态下的纯乙醇，HCA 结果显示2 种提取条件下提取物存在显著差异，随后进行SRD 分析显示用ASE 技术从胡萝卜中提取抗氧化剂的最佳溶剂是纯乙醇。除此之外，各项结果表明混合溶剂中的水明显影响萃取效果。

ASE 技术融汇提取、萃取和净化，自动化程度高，但有一定的不足。首先，前期投入较大，仪器设备费用昂贵，也是限制该技术大范围推广的主要因素；其次，萃取范围过大，除待测目标物外，其他杂质也会被一并萃取，如目标待测成分本身占比较小，为防止杂质干扰检测结果，萃取之后需要进一步进行净化或者纯化处理，因操作程序增加，工作效能被降低。为解决杂质干扰，将ASE 技术与其他净化方法联用或将成为一种新趋势。综上，将所用试验仪器和设备进一步升级改造，解决相应弊端，拓宽应用范围的工作仍旧任重道远。

2.2 化学层面

2.2.1 分子印迹技术

分子印迹技术（Molecular imprinting technology，MIT）别名为烙印技术，是近些年来发展最快速的一项高效分离技术[16]。主要利用了功能模板与目标分子特异性结合的原理，二者在一定条件下互相接触，生成一种不可逆的复合物；加入交联剂使其凝固，得到一种高分子聚合物。从中抽提出模板分子，会产生与之空间构型匹配且功能多样的特异性空穴[17]，二者也因此被称为“分子钥匙”的“人工锁”[18]，进而分离筛选出目标物。由此制备的分子印迹聚合物（Molecular imprinting polymers，MIPs）亲和性、选择性优良，而且抵抗能力强、可反复利用、足够稳定[19]，被广泛用于检测食品样品中残量或微量组分。

现阶段，MIPs 在食品中腐败菌检测方向获得了长足进展。Zhao Xiaolei 等人[20]通过Pickering 乳液聚合法制得细菌荧光探针，功能单体为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯，引发剂为过氧化苯甲酰、N,N-二甲基苯胺，探针对单增李斯特菌的最优检出限为103CFU/mL，该方法可用于检测乳制品中单增李斯特菌污染状况。Bezdekova Jaroslava 等人[21]选择金黄色葡萄球菌为模板，多巴胺为功能单体，在Fe3O4磁性纳米材料表面制备了金黄色葡萄球菌MIPs（高特异性），混入牛奶样品中吸附目标菌，洗去未结合细菌后加入碘化丙锭，得出金黄葡萄球菌检出限为103CFU/mL。

当下食品领域基于分子印迹技术的检测方式虽然有快速发展，但是仍存在以下问题：①模板分子洗脱困难，造成在后续操作过程中“流失”，对检测结果产生干扰；②用于制备MIPs 的功能单体选择面较窄，目前应用仅限于细菌细胞壁的脂多糖，大大限制了MIT 技术发展，科研人员可探索出新的功能单体来满足实际需要；③MIPs 选择吸附性、检测灵敏度易受食品样品基质影响，若能消除基质的影响可提高MIT 技术对食品安全检测的准确度[22]。

2.2.2 表面增强拉曼光谱技术

表面增强拉曼光谱技术（Surface-enhanced raman spectroscopy，SERS）是一种新型快速检测技术[23]。SERS 技术由拉曼技术衍生而来，在某些特制金属良导体表面或溶胶中，在激发区域内，吸附分子的拉曼散射信号强度增强，散射效应减弱[24-25]。对于SERS增强机制的实质，目前学术界存有分歧，各种理论模型层出不穷，现认同较多的内在机制分为物理增强机制、化学增强机制，但试验研究表明很多情况下，SERS 增强过程并非某一增强机制所决定，可能是由2 种因素共同作用，但相对贡献视不同体系而定[26]。SERS 技术虽有很多优势，但SERS 基底是该技术应用的一个重要限制因素，基底选择不合适可能导致最终检测结果不准确。因此，科研人员热衷于研制优良的SERS 基底，以期在食品安全痕量检测领域有所建树。

SERS 技术不仅实现样品无损检测，且无需消耗过多的试剂，相比于传统食品安全检测技术灵敏度较高，不受水干扰，在保健食品安全检测中应用前景优良。吴国萍等人[27]将样品进行简单前处理后，在考虑酸度、纳米金等影响因素下利用SERS 技术检测保健食品中是否含有非法添加物——吡格列酮及罗格列酮。结果显示，同样酸度环境下，盐酸最适合作为助剂，助剂相同时，随酸性增强表面效果越好；柠檬酸钠作为还原剂在合成纳米金时则相反。李静辉等人[28]则联用SERS 技术与TLC 技术，检测助眠类保健品的主要成分（褪黑素、维B6等），研究了银胶稳定性、银胶放置时间、检测时间、激光波长等因素对结果的影响，大大缩短了助眠类保健品主要成分的检测时间。

SERS 技术分辨率较高，远远超出其他检测技术，但SERS 增强机制目前还未分明，理论研究相对匮乏。使用SERS 技术检测食品成分、有毒有害物质正处于发展初期，有关SERS 特征峰的归属问题暂无系统的理论依据[29]，制约了SERS 技术的广泛应用；其次，基底的重现性与灵敏度至关重要，不同的基底吸附性能也不同，选错基底会导致结果准确性不高[30]，尽快研发新型的SERS 基底或将为食品检测工作带来更大的便利。

2.3 生物层面

2.3.1 重组酶聚合酶扩增技术

重组酶聚合酶扩增技术（Recombinase polymerase amplifification，RPA）是近几年来核酸检测领域重大创新技术之一，相比其他技术更加迅速便捷，被看作将来替代PCR 的理想技术之一[31-32]，重组酶、单链结合蛋白（SSB）和链置换DNA 聚合酶在其中最为关键。首先，重组酶与引物结合形成核蛋白丝，产生的复合物在双链DNA 中寻找同源序列，发现同源性后侵入DNA 中，形成D 环结构，由此引发链交换反应[33-34]，随后，重组酶从核蛋白丝上分解，以引发另一个带有新引物的链交换反应。DNA 聚合酶（Bsu 或Sau）从引物末端游离3' 端开始合成，2 条DNA 链会随着聚合继续分离。正向和反向引物结合使链合成在2 个方向上同时进行，并最终获得双链DNA 的指数式扩增[34]。于37～42 ℃条件下完成核酸扩增，5～20 min 即可获得结果。

近年来，国内外研究领域均有涉及RPA 食品检测技术，尤其是动物源性食品检测。Ivanov Aleksandr V.等人[35]建立了一种基于细胞色素B 基因的快速全周期检测方法，可检测鸡肉、猪肉掺假情况，包括3 min 的DNA 粗提取、39 ℃条件下恒温20 min的RPA 扩增和10 min 的侧流层析（LFA）检测，最低可检测到0.2 pg/μL 的总DNA，可快速精准地用于加工肉类产品和加热。Weili Yin 等人[36]利用RPA 技术检测了从国内外收集到的1924 批鱼类样品中的败血症病毒（VHSV），测定结果与传统方法相一致，该方法在37 ℃条件下检出限可达8.3 个拷贝/ μL，且反应可在15 min 内完成，无任何感染性鱼类病毒的交叉反应发生，实现了检测的快速灵敏，在未来食品检测应用中拥有巨大潜力。Jarvi Susan I 等人[37]利用RPA 和RPA-LFS 技术对蛞蝓等寄生宿主内的广州管圆线虫进行了快速检测技术的研究，灵敏度较好，RPA 检出限为25 个拷贝/ μL，RPA-LFS 检出限为50 个拷贝/ μL，可作为qPCR 替代方法使用。RPA 技术通过特异性多重引物可同时鉴别多种项目，且灵敏度高，受外界影响小，在食品安全方向有良好的发展前景。

RPA 技术灵敏度高、时间短、结果易见、仪器简单，逐渐发展为分子生物学检测的第一选择。在其飞速发展的同时，也会存有一定缺陷影响其实际应用。第一，低温和恒温条件下，RPA 技术在反应时易形成引物二聚体[38]，导致非特异性扩增，干扰结果；第二，RPA 反应体系中可能会有物质成分影响DNA 迁移率，致使产物在琼脂糖凝胶电泳时拖尾，造成后续纯化回收扩增产物程序繁琐；第三，关于RPA 技术所需引物和探针，目前无可参考应用的专业软件，希望有关研究者对此不足进行改进，继续优化RPA 技术。

2.3.2 酶联免疫吸附技术

酶联免疫吸附技术（Enzyme linked immunosorbent Assay，ELISA）是一种基于抗原-抗体反应的新型免疫检测技术[39]。先利用固相载体吸附已知抗原或抗体，再添加酶标记过的抗原（体）与待测物中对应的抗体（原）结合为复合物，反应结束后洗涤多余物质，对比酶标和待测物中抗原抗体量，最后加入底物与酶反应，观察颜色变化（定性检测），利用吸光度测定样品中抗原或抗体的量（定量分析）。

ELISA 技术选择性高，可对食品中药残、生物毒素等进行定量和定性检测。张宁等人[40]制定了AFB1 间接竞争ELISA 检测方法，检测粮食、饲料中黄曲霉毒素B1时，不但检测范围广（0.014～1.920 ng/mL），而且过程中无任何相关交叉反应发生，保证了检测的准确性。侯瑾[41]通过设计软件合成羊肌红蛋白（MMb）的全基因，再经诱导表达得到了特异性较好的MMb 多肽段，依托相关单克隆抗体建立了MMb间接竞争ELISA 法，准确检测出了不同比例混合生熟肉中生熟羊肉的含量，为检测羊肉及其制品中的羊肌红蛋白提供了新思路。

ELISA 技术虽被广泛应用于食品安全检测领域，但易受外界因素影响。例如，酶抗原未加或稀释度过低会造成显色反应不明显或吸光度值过低，造成测定结果不准确，这就对操作者规范操作提出了较高要求；另外，应用ELISA 技术时若结合位点因某些原因被封闭或阻断，影响抗原抗体的结合[42]，会造成假阴性结果，以致最终检测结果混淆，但假阳性，假阴性结果不能完全避免，通过努力将其降低成为了研究人员努力的方向。

2.3.3 生物芯片技术

生物芯片技术是新型现代化生物检测分析技术之一，主要类别包括DNA 芯片、蛋白质芯片、基因芯片等，其中基因芯片发展较为成熟，应用范围也较广泛。该技术主要运用原位合成等方法，在固相基底（硅胶片、尼龙膜灯）表面有序固定大量生物分子，形成有序二维分子，利用其对标记的样品靶分子杂交，并分析杂交信号强度，确定样品中靶分子数目，完成分析检测。生物芯片以微纳加工技术、生物传感技术和微流控技术为支撑[43]，进行高灵敏度的生物检测，将生物芯片技术应用于医疗卫生事业，成为国内外争相研究的热点问题[44-45]，以期进一步推动为生物医学发展。

生物芯片技术发展兴起时间较短，但却在诸多领域被广泛运用。以PCR 技术为基础研制的生物芯片，可全面检测食品中的转基因玉米含量[46]，在大多情况下，可检测到0.1%～2.0% 转基因成分。当下基于生物芯片发展而来的细胞培养平台已被创建，该平台可模仿活体器官的微环境，提供人体体外器官生理模型，为今后的药物研发开辟了新途径[47]，应用价值明显。

生物芯片技术发展尚不完备，优化生物芯片技术也成为当下学术界一大趋势。首先，芯片制作难度较大，技术壁垒较高。例如，蛋白质芯片在制作工艺上相对复杂，且制作流程较多[48]，导致蛋白质芯片无法大批量生产，商业化程度低；其次，生物芯片作为新兴技术，部分芯片技术处于萌芽初期，发展与应用存在挑战，集成性效果有待提升；最后，生物芯片技术涉及多个学科的交叉和多项技术的融合，对人才和理论知识要求较高。希望通过研究进一步改善以上不足，提高生物芯片在食品行业的应用效果。

3 我国食品安全检测技术优化建议

3.1 完善检测技术标准体系

食品安全检测对维护中国食品市场有序发展意义重大，因此国家有关部门应建立全面完善的食品检测技术标准，保障食品检测工作遵循统一的量化标准[49]，及时发现食品安全问题。同时，国家和相关部门及食品企业应强化责任意识，加强沟通联系，及时更新食品安全检测标准，加强食品检测监管工作，建立起更加安全高效的检测管理系统，使食品安全检测工作得到进一步提升。

3.2 升级食品安全检测技术

新型食品安全检测技术较传统检测技术而言，具备高效便捷、灵敏度高、检测范围广等优点。鉴于食品类型，食品原材料和食品加工方法不断更新，我国食品安全领域形势严峻，食品安全检测技术也必须适时升级，才能更好地满足更高的食品安全检测要求。这就要求增加相关科研经费投入，不断去研发创新食品安全检测技术，并将其应用于实践，促进中国食品行业向前发展。

3.3 健全食品安全法律法规

在社会飞速发展的当下，我国现在实行的有关食品安全的法律政策尚不健全，使得众多追求利益最大化的食品生产者有了可乘之机。为有效遏制食品行业不法行径，保障人民身体安全，国家有关部门应结合目前社会背景现实，有针对性地制定科学完善的食品行业法律政策，并严抓落实，加大执法力度，确保食品企业生产严格遵循法律法规，从源头上保证食品安全。同时，食品企业领导者也应从自身做起，可在企业内尝试构建食品安全可追溯模式[50]，对食品从无到有的过程实施全程可视化监控，包括原材料种植、收割、食品生产、售卖等，这种管理体系便于食品企业发现食品质量问题，追溯产生原因，及时调整生产环节，避免二次发生。

4 结语

综上所述，人民生活与时俱进，对于食品安全问题也尤为重视。食品行业应当加强科研力度，结合食品种类科学运用各类食品安全检测技术，严格把控食品质量，以保障大众饮食健康，维护社会稳定发展。目前，我国食品安全检测技术发展现状不容乐观，常规食品安全检测技术在工作中仍处于主流位置，而新型检测技术应用较少，且在生产和管理等方面还存在一定弊端。因此，我国相关部门需要进一步完善安全管理制度体系，加强对新型食品安全检测技术的开发力度，避免食品安全问题发生，进而提高人们的生活健康水平，推动我国食品市场良性发展。