我国农产品及食品等销售渠道多,各地食品安全水平参差不齐,再加上,由于食品样品基质比较复杂,常规实验室仪器分析方法对样品前处理比较耗时、检测仪器和试剂昂贵、操作复杂等原因,所以快速、现场检测与筛查技术在我国现阶段具有特殊意义。目前的快速筛查和现场快速检测的技术及仪器有很多,但是成熟的不多,在我国也是近几年才有长足的发展,有的已实现产业化,有的正在应用开发,有的处在进一步完善和拓展中。目前有较好市场前景的快速筛查或现场速测的技术有以下几大类。

1.免疫分析法

免疫分析法的检测原理是基于医学中的血清学检测方法,利用抗原与抗体的高度专一性特异反应来进行检测。抗原抗体的反应是一种非共价键特异性吸附反应,即通常情况下,抗原只和它自己诱导产生的抗体发生反应。它的优点是特异性和灵敏度都比较高,对于现场初筛有较好应用前景。

免疫分析法包括放射免疫、酶联免疫、荧光免疫、化学发光免疫和胶体金标免疫等。其中酶联免疫检测技术(ELISA)曾被美国官方分析化学师协会(AOAC)列为残留检测3大支柱技术之一,具有高特异性、高准确性、简便、快速等特点,可用于筛查农药和兽药残留、致病菌、病毒、毒素以及转基因产品。美国环保局(EPA)颁布了12项筛查与农业环保相关的土壤和水中的氯丹、五氯酚、多环芳烃、聚氯双酚、汞、阿特拉津、毒杀芬等方法,均使用ELISA。目前我国已有许多家企业生产胶体金试纸条、酶联免疫试剂盒和配套仪器,如北京勤邦、陆桥等企业已能生产出性能与进口试剂盒相近,品种更多且价格仅为进口试剂盒的1/2~2/3的产品。化学发光免疫分析法具有灵敏度高(可测定极限达到10^-17~10^-19 mo1/L)、可测定浓度范围宽、试剂稳定性好、操作简单、无环境污染等优点。

免疫分析法的不足之处是由于抗原抗体的反应专一性,针对每种待测物都要建立专门的检测试剂和方法,为此类方法的普及带来难度。以及,如果食品在加工过程中抗原被破坏,则检测结果的准确性将受到影响。

2.比色分析法与分子光谱法

比色分析法是根据食品中待测成分的化学特点,使待测成分与特定试剂发生特异性显色反应,然后与标准品比较颜色或在一定波长下与标准品比较吸光度得到最终结果。比色分析法的优点是操作相对简便,结果显示直观,检测灵敏度高,是目前应用比较普遍与成熟的方法,被广泛应用于各类食品分析中。

分子光谱法是最经典的技术,几乎可用于所有检测任务,但是一般只能进行常量或微量检测,难于承担痕量分析的任务。其不足之处是此类分析法会破坏食品,不能实现无损检测,只能用于抽样检测,无法对每一个样品都实行检测;此外,此类方法对化学反应自身条件依赖性较强,因此检测过程中受到的干扰因素比较多。

近几年,吉大小天鹅和华厦科创等,以分析化学为基础,优化和整合分析的方法、程序、试剂,开发出一系列针对不同检测目标的多种试剂盒,并采用集束式冷光源/单色器等新技术,推出了高精度、高稳定性、模块化的便携式仪器。此外,配合样品快速提取和富集技术,构成了可以快速筛查与食品安全密切相关的们多种参数(如硝酸盐(亚硝酸盐、菊酯类农药残留、甲醛、吊白块、味素、人造色素、无机砷、金属铅、劣质乳、“地沟油”、“泔水油”等)的多参数食品安全速测仪。这些仪器非常符合我国市场需求,在食品安全快速筛检中占据一席之地。

3.酶抑制法

酶抑制法早在1951年由美国提出,1968年由加拿大做了改进,我国于20世纪80年代,浙江大学等单位开始研发,该方法目前主要针对有机磷和氨基甲酸酯两类农药,且对同类、不同种农药的抑制率差别很大,所以用统一的抑制率确定农药残留是否超标,必然会导致假阳性或假阴性的漏检,有一定的局限性。该方法较适合于基层初检,在发现超标现象时,必须用标准方法进行复测和确证,这在《中华人民共和国农产品质量安全法》第36条第二款中有明确的规定。对于阴性结果,也应按比例进行抽样,采用可靠的实验室仪器分析方法进行复测和确证。

4.生物传感器技术

生物传感器是由生物感应元件和与之紧密连接或组合的传感器所组成。传感器能将生物学事件转变成可以被后续处理的响应信号。生物传感器具有选择性好、响应快、样品需要量少、功能多样、微型、智能、集成、低成本、高灵敏、实用性强等特点,受到国内外高度重视,发展快,种类很多,有代表性的包括如下几类。

(1)发达国家已广泛应用将表面等离子共振分析仪(SPR)与其他许多新技术强强结合,推出一批新型的快速筛查、检测方法和仪器,其特点是:灵敏、快速、无需标记、便捷、实时。最典型的以BiacoreAB和美国TI以及Bio-RAD为代表。BiacoreAB将SPR检测系统、生物传感芯片、微流控系统等组合为一体,配以多种试剂盒,用于快速筛查和检测兽药残留、致病菌、毒素等。日本曾将此技术用于筛查二噁英。Bio-RAD称为分子相互作用仪,其发展方向是:快速、高通量、高灵敏,进而实现便携、现场、小型甚至微型。

(2)最近有报道称美国采用纳米技术开发出新型生物传感器,可快速、高灵敏度地检测食品和水中极微量的细菌、病毒、寄生虫、病原体等。

(3)微生物传感器,其中尤以同毒性物质产生高灵敏发光反应为代表。在欧美很重视发光菌的研究和应用,例如Iso11348,即利用费希尔弧发光菌检测杀虫剂、除草剂、灭菌剂、黄曲霉毒素、重金属、氰化物、毒素、硝基化合物、溴化物等。另外运用ATP检测技术,即利用三磷酸腺苷与荧光素酶发光反应,快速筛查(可现场速检)微生物和有机物污染程度。此外,还利用铁氧化菌的活力与污染的灵敏关系,速检有害物质。

这类方法存在的不足之处为一些识别元件在长期稳定性(可靠性、一致性方面存在问题,目前多数处于研制阶段,离批量生产尚有距离。

5.生物芯片、微缩芯片实验室和便携式微流控芯片技术所谓生物芯片技术是相对于计算机芯片而言,计算机芯片处理电子信息,而生物芯片则处理生物分子所携带的信息。生物芯片法的优点是自动化程度高,能够实现同时检测多种目标分子的目的,而且检测效率高,检测周期短。该法的不足之处在于前期需要大量且已测知的DNA片段信息,检测费用仍偏高。由子生物芯片最初是用于DNA序列的测定,所以也被称为基因芯片,但是目前这一技术已经在蛋白质等非核酸领域应用。目前按照检测对象分类,可以分为基因芯片、蛋白芯片等。按照制备技术标准又可分为点阵型芯片与实验室芯片。基因芯片是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针,有规律地排列固定于支持物上形成的DNA分子阵列。其工作原理是根据碱基配对的原理来检测样品的基因,也就是利用已知序列的核酸对未知序列的核酸进行杂交检测。DNA探针技术属于点阵型基因芯片,它是在玻璃或塑料硅基片上制备已知碱基对序列的单链DNA。目前已经应用于食品中致病菌检验及转基因食品检测。实验室基因芯片是通过像制作集成电路那样的微缩技术将样品制备、定性定量分析等过程集于芯片上,使分析过程微型化、连续化,大大加快生物学分析速度。

此类技术具有高通量、高灵敏度和快速等特点,因而国际上对其在食品安全、疾病诊断等方面的应用给予了极大关注。我国国家生物芯片中心已开发出用于食源性致病菌、食源性病毒和兽药残留等检测的生物芯片技术平台(仪器和试剂盒),并将进一步向现场快速检测或称之为微缩芯片实验室方向发展。与上述并列的,虽也应用芯片技术(但一般用中或低密度芯片),但同时应用许多其他新技术,从而形成一个独立分支,国际上称之为“微流控”、“微全分析技术”,国内常称之为便携式微流控芯片系统或称为微全分析系统。近几年的发展,凸显出其在生化、食品安全、检验检疫、医疗等生命科学领域中的巨大潜在前景,国外正在大力产业化开发之中,如Caliper、Micronics&PATH、Agilent等企业,国内有中国检科院、浙江大学、吉林大学、中国科学院等有关单位在研发之中。

6.纳米材料修饰的微型化和智能化电化学传感器技术

电化学传感器具有小巧、灵敏、多样化、高选择性和多目标同时速测且成本低等优点,可利用特种电化学传感器构建食品安全快速检测仪。当前研发多聚焦到有关碳纳米管和石墨烯传感器的制各和产业化上,长春应用化学研究所和华东师范大学等单位,将纳米技术和电化学技术有机结合,构建了快速检测食品中有毒、有害重金属的仪器;同时运用新型纳米过氧化物传感器和纳米金属/氧化物传感器,构建了快速检测细菌总数和大肠杆菌的快速检测仪等。

7.近红外和傅里叶变换红外光谱法

近红外和傅里叶变换红外光谱法是利用红外光线比较强的穿透能力,而试样中的含氢基团对不同频率的近红外光存在选择性吸收,因而透射的红外光就携带了有机物结构和组分的信息,通过检测器分析透射或反射光线的光密度就能确定该组分的含量。此类方法常用于生产的在线控制,其优点是检测成本低,分析速度快,无需前处理,免去了化学反应中的诸多影响因素,也避免了对环境的污染;实现了样品的无损检测,并且能够对样品的多个组分同时检测。它的缺点是不适于痕量分析,灵敏度较比色法低,且需要建立相关的模型数据库,需要大量前期工作。近红外检测技术目前在在线检测产品中的水分、蛋白质、脂肪含量等指标方面已有较成熟的应用,已能检测的产品包括粮食、肉制品、牛乳、蔬菜、水果、油脂、饮料等。

8.生物学发光检测法

生物学发光检测法,利用细菌细胞裂解时会释放出ATP,ATP自细菌细胞释放出来后,使用荧光虫素和荧光虫素酶可使之释放出能量,这些能量产生磷光,光的强度就代表ATP的量,从而推断出菌落总数。美国NHD公司推出ATP食品细菌快速检测系统的Profile~13560通过底部有筛孔的比色杯将非细菌细胞和细菌细胞分离,当细菌细胞不能通过这种比色杯后,用细菌细胞释放液裂解细菌细胞,检测释放出的ATP量则为细菌的ATP量,得出细菌总数。此检测系统与标准培养法比对,相关系数在90%以上,且测定只需5min,此法已被美国军队采用。美国Channscience Inc有一系列通过检测细菌的ATP量来控制不同食品卫生安全的产品,如检验食物表面的Poctetswab Plus、检测水产品表面的WaterGieneTM、检测生肉的Charm CHEF等,操作方法都是使用专用药签刮抹待测部位,然后将药签装入笔形管内,插入便携检测仪读数即可。

9.物理性质检测法

王林、赵镐等发明的便携式酒醇含量快速检测仪外表类似于折光仪,由镜筒、检测棱镜、盖板、取光筒、视度调节圈、目镜及含量刻度划分板组成。它的检测原理是随着水中乙醇浓度的增加,其折射率也有规律地上升,当甲醇存在时,折射率会随着甲醇浓度的增加而降低。检测时,只要将待测液涂抹于检测棱镜上,通过目镜即可直接读取甲醇含量。

相关链接：食品快速检测技术概述

文章来源：《食品快速检测实训教程》

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