食品安全检测技术和方法

食品安全检测技术 卓平清 0211638 摘要 本文研究了食品安全检测技术应用的一些方法，列举了几种技术，并指出在食品安全检测的发展前景。 关键词 食品 检测技术 近几年来，经常有报道关于食品的问题，食品安全方面已经出现了严重的问题。现在国际上十分关注食品安全问题，食品安全问题已经成为世界各国的国家公共安全问题。由于食品的安全严重影响着人类的生存与健康，同时也影响一个国家的经济发展与进步。食品安全问题可以出现在食品生产的各个环节中，因此应严格控制食品生产的各个环节，并做好食品安全的检测。在我国，食品安全问题更是严重，食品问题频繁发生。因此本文针对这一现状，提出了食品安全检测技术以及常用的4种检测方法。

1 食品安全检测技术 为了保障我国人民的食品安全，我国现已初步建立了食品安全检测技术体系，建立了219项实验室检验方法。在农药残留检验中能检测150种农药。并且研制出检测技术相关试剂（盒）81个和现场快速检测技术[1]。食品安全检测技术有色谱技术，生物技术，酶联免疫吸附技术，生物芯片技术以及快速检测技术等。传统的检测技术主要是依赖于微生物的检测[2]。通过微生物的富集培养进而进行选择性的分离和生化鉴定，操作十分繁琐，持续时间长，而且灵敏度及检出率低，容易出现假阴性。所以利用一些新兴的技术能够克服这些问题。如PCR检测技术，可以在在体外快速合成放大DNA，以检测微量的有害成分。目前，应用于食品安全检测技术的方法主要有色谱法、酶法、生物法、化学法、免疫法等。吴园园[1]介绍了我国食品安全的现状和食品安全检测技术的体系以及检测的方法，并且对食品安全方面进行了展望和建议。

1.1 生物芯片技术 生物芯片技术起于90年代，是一种全新的微量分析技术，其综合了分子生物技术、免疫学、计算机、微加工技术等多项技术，在食品领域是具有比较好的研究价值及发展前景。生物芯片技术有基因芯片技术和蛋白质芯片技术[3]。可运用于动物疫病病原菌的检测、兽药残留检测、食源性致病微生物检测、抗生素耐药性检测等食品安全领域。其具有高效、高特异性、大信息量的优点，能够在短时间内快速准确地获取生物样品中的多种信息。郑海波[4]研究了生物芯片的原理，生物芯片是在硅片或载玻片或高分子聚合物薄片上，将大量的生物探针（基因探针、基因片段等）按特定的方式固定排列，这样形成反应的固相载体，同时在一定条件下与荧光标记过的待测物作用，检测物中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应，用化学荧光法、酶标法、同位素法显示结果，同时通过生物芯片扫描仪作数据采集和分析，以此进行对样品的分析和检测。基因芯片技术是一种利用分子生物学技术结合芯片技术的一项高新技术。基因芯片又叫DNA微阵列，是按特定的排列方式排列固定有大量基因片段的硅片、塑料片或玻璃片，并通过分子杂交的方式对样品进行分析而大规模高效地获取相关的生物信息[ 5]。该技术可对多种改良特性的转基因食品进行鉴定和分析，具有高通量性，能一次性检测成百上千个基因，因此该技术成为转基因检测技术的重要方向。蛋白质芯片也叫蛋白质微阵列，是由大量的蛋白质分子或肽链固定有序地排在载体薄片上，再利用蛋白质与配体特异结合的性质，芯片上的蛋白质分子或肽链与样品中的相关成分发生反应，然后加入标记的分子，再利用阅读仪分析和储存结果。对蛋白质芯片设计不同的探针阵列，并使用特定的分析方法可以达到快速、大量的检测食品样品，因此，该技术也是未来转基因食品安全检测的发展方向之一[6 ]。叶燕桥[7]对生物芯片进行了研究，比较全面地分析了基因芯片和蛋白质芯片在食品安全检测方面的应用以及特点。

1.2分子印迹技术 分子印迹技术是一项比较新的技术，由于其具有分离及识别的高效性、选择性、实用性，在食品安全检测中应用非常广泛。这种技术是在抗原-抗体作用机理的背景下发展起来的。该技术可应用于色谱分离、固相萃取、模拟酶催化等方面。其作用原理[ 8]为当模板分子（印迹分子）与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。 在固相萃取应用方面，Baggiani等[ 9]研究是用二甲基丙烯酸乙二醇醋制备嘧霉胺作为固相萃取柱的填充料，并以有孔的氯珠为基质，功能单体为甲基丙酸，经分离纯化后再用高效液相色谱法检测。其研究结果表明，通过该方法嘧霉胺和嘧啶胺类杀菌剂能被选择性地检测出来，但未检测出非嘧啶胺类。Tang等[ 10]研究是以苄咪磺隆为模板分子，并对大豆样品进行预处理，再用高效液相色谱法测定其中的苄咪磺隆、苯磺隆、烟磺隆。其结果表明该方法效果很好。 在传感器应用方面，Thoelen等[ 11]研究是以L-尼古丁为印迹分子，铂电极为支撑，用来阻抗传感器装置。该装置对其结构相似物不灵敏，但可以检测1.0×10-9～1.0×10-8 mol/L的尼古丁。Weng等[ 12]研究的功能单体为3,4-二氧乙基噻吩，印迹分子为吗啡，利用电聚合法制成传感器电极。其结果表明该方法选择性很好，样品消耗少。 徐小艳，田兴国[ 13]在分子印迹技术在食品安全检测中的应用中比较详细地分子印迹技术的起源、发展、原理及在食品安全检测中的应用方面。Cacho等[14]利用分子印迹聚合物与毛细管电色谱相结合来测定柑橘类样品中驱虫剂噻苯咪唑，制备了分子印迹毛细管整体柱，并研究了制备过程中影响分子印迹毛细管整体柱性能的主要因素，优化了色谱分离条件。其结果表明，利用该方法粗样品未经任何前处理直接进样的条件下，检出限低于MRL。噻苯咪唑浓度在0.05~20mg/kg时线性良好，加标回收率为85%~105%，精密度小于7%。

1.3 生物传感器技术 生物传感器技术起于20世纪60年代。到了80年代已经成熟研制出各类传感器，开始了生物电子学传感器的新时代。生物传感器主要用于生物医学信息以及食品的检测。这种技术是利用检测物和分子识别元件的特异性结合，检测物进入生物活性材料后会发生化学的或物理的反应，所产生的生物学信息经化学或物理换能器转变成可处理可定量的电信号或光信号，再经放大处理后输出，这样实现了对被测物的分析和检测[15 ]。由于生物传感器具有选择性好、操作简便、无需试剂、可重复使用、专一性好、检测速度快、成本低等优点，故被广泛的应用。 生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标， 是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。 生物体中能够选择性地分辩特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合，酶与基质的结合。在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提。要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗等会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适当的换能器。陈天华，唐海涛等[16 ]研究比较全面地分析了生物传感器的基本原理以及结构和特点，并阐述了该技术在各个领域的应用以及讨论了该技术在食品安全检测中的重要应用和未来的发展方向。 电化学酶免疫传感器是将抗体、抗原的免疫反应和酶的高效催化反应结合发展起来的一种融合技术。其原理是通过免疫分析的高特异性和酶的催化放大的作用，将酶和抗体或抗原结合形成酶标记物，然后这些标记物与相应的抗体或抗原反应，形成酶标记或酶的免疫复合物再利用结合在复合物上的酶与相应底物的催化作用，使底物发生水解、还原或氧化反应或形成共价键结合点，再通过电化学分析方法进行定性、定量测定。Vanessa等[17 ] 用兔免疫球蛋白和酪氨酸酶固定于巯基丙酸膜修饰的金电极表面，对金葡菌是利用竞争酶免疫学的检测原理进行的定量检测。其结果显示良好。Ai-Li等[ 18]在玻碳电极表面用咪唑四氟硼酸修饰及二氧化钛Nafion膜再通过纳米金吸附酶标记AFB1抗体来制备了用于检测AFB1的电化学酶免疫传感器，其结果显示，传感器对浓度为0.1～12ng/ml的AFB1呈良好的线性关系，最低检出限为0.05ng/ml，与传统的ELISA相比准确性良好。 丁建英，沈唐等[19]研究了电化学酶免疫传感器的特点以及其在食品安全领域的应用的进展并对其发展前景进行了展望。

1.4 纳米技术 纳米技术是现在比较新的技术，其与生物学、电化学及材料技术、免疫学相结合，应用于各种检测方法中，是食品安全检测的重要发展趋势。纳米技术起于20世纪80年代后，是在原子、分子、或超分子水平上对物质进行制备、研究的。因此运用纳米技术，并结合物理学、化学的基本原理以及现代仪器手段，可以在分子、原子水平上设计并制造出具有全新性质和各种功能的材料[20 ]。而目前，纳米技术已在化工、电子、生物工程和医药等领域出现广阔的应用前景。 应用于食品安全检测方面的纳米技术有免疫纳米金技术、量子点、纳米生物传感器、固相萃取-HPLC联合技术。纳米金是指直径在1～100nm的金微小颗粒，电子密度高，具有介电特性和催化作用，可以与多种生物大分子结合，且不影响其生物活性。纳米金免疫标记技术是指纳米金颗粒吸附并包被蛋白质等生物大分子到其表面的过程，因为金颗粒具有搞电子性，在金表蛋白结合的地方，利用显微镜可见褐色颗粒，在配体中，当标记物大量聚集时，用肉眼可见粉红色或红色的斑点，该种方法用于定性或半定量的快速免疫检测方法中[21 ]。量子点[ 22]也叫纳米量子点，或半导体纳米晶体，直径在1～100nm，能够接受激发光产生荧光，主要是由II-VI族或III-V族元素组成。量子点具有尺寸效应，其光学及电学性质强烈依赖于其尺寸。但量子点具有很好的稳定性和生物相容性，可与抗体、酶等生物大分子相连，因此，在生物分析尤其在免疫分析、快速诊断中广泛应用量