食品安全快速檢測技術(shù)在我國的特需性及主流技術(shù)的進(jìn)展

蔣士強(qiáng)　羅曉琴

在發(fā)達(dá)國家，由于食品企業(yè)規(guī)模大，自律意識強(qiáng)，法律執(zhí)行力度大，法治較健全，快檢的重要性不如我國凸顯。我國由于農(nóng)產(chǎn)品、食品的生產(chǎn)和供給渠道多、數(shù)量大，規(guī)模小、分布廣消費(fèi)人群眾多且法律意識較弱，造成的后果就是食品安全問題從生產(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)頻頻發(fā)生。除了環(huán)境和生產(chǎn)條件等外在因素外，農(nóng)藥和獸藥的違規(guī)濫用，食品添加劑過量使用，非法添加劑的違法使用，以及生產(chǎn)儲運(yùn)、銷售等環(huán)節(jié)的因?yàn)樾l(wèi)生條件差而造成生物性污染，也都十分嚴(yán)重。僅依靠前些年由各部門各系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室儀器分析檢測系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。之前建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室儀器分析檢測系統(tǒng)，由于對樣品前處理耗時(shí)、檢測儀器和試劑昂貴、操作復(fù)雜、通量低等原因，難以全面及時(shí)地監(jiān)控全國的食品安全，所以快速、便攜甚至現(xiàn)場檢測與篩查技術(shù)與儀器在我國現(xiàn)階段具有特殊意義。

安全快速檢測技術(shù)因其應(yīng)用目的，要求和場合的不同，所用需要的技術(shù)和儀器設(shè)備也是不同的。對其分類和命名，國內(nèi)學(xué)界和業(yè)界有著不同理解，大致包括以下幾種：

實(shí)驗(yàn)室快速檢測與篩查技術(shù)及儀器

實(shí)驗(yàn)室快速檢測與篩查的技術(shù)和儀器設(shè)備，如色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀，在發(fā)達(dá)國家頗受重視，主要用于進(jìn)出口檢驗(yàn)和定期監(jiān)測及食品安全事件的應(yīng)急檢測與分析等。顯然，為此不僅要求準(zhǔn)確的定性和定量分析，而且要達(dá)到更高的通量。發(fā)達(dá)國家通過加大研發(fā)投入，不斷提升各種色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀的靈敏度（降低檢測限）、分辯率和速度，一次進(jìn)樣可以檢測數(shù)百種殘留物及其代謝物的多殘留分析技術(shù)與儀器在國外已經(jīng)成為當(dāng)今主流。此外，一天可以檢測數(shù)千份樣品的生物芯片分析系統(tǒng)和以新一代的表面等離子共振分析儀（SPR）為基礎(chǔ)，集免疫敏感芯片，微流控，納米技術(shù)、分子印跡等新技術(shù)為一體儀器等，也己被視為當(dāng)前和未來實(shí)驗(yàn)室快速檢測和篩查儀器的發(fā)展方向。

在線質(zhì)控技術(shù)與設(shè)備

國外常通稱為過程分析與控制技術(shù)，主要用于規(guī)?；称飞a(chǎn)現(xiàn)場。在發(fā)達(dá)國家，由于食品生產(chǎn)規(guī)?；潭雀?，對生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量控制技術(shù)與儀器有著很大的需求，所以在線質(zhì)控技術(shù)與設(shè)備在發(fā)達(dá)國家非常受重視，通常將其視為建立食品良好生產(chǎn)規(guī)范（GMP）和危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)（HACCP）的重要環(huán)節(jié)和措施。其中所用的技術(shù)和設(shè)備，大多是各種通用分析測試技術(shù)和自動控制技術(shù)與儀器的派生，衍生，并作有針對性的有機(jī)整合。

快速檢測篩查及現(xiàn)場速測技術(shù)與儀器

目前的快速篩查和現(xiàn)場速測的技術(shù)及儀器有很多，但是很成熟的不多，在我國也是近幾年才有長足的發(fā)展，有的已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有的正在應(yīng)用開發(fā)，有的處在進(jìn)一步完善和拓展。目前有較好市場前景的快速篩查或現(xiàn)場速測的技術(shù)與儀器主要有以下10大類。

1 免疫分析方法與儀器

免疫分析方法包括放射免疫、酶聯(lián)免疫、熒光免疫、化學(xué)發(fā)光免疫和膠體金標(biāo)免疫等。其中酶聯(lián)免疫檢測技術(shù)（EUSA）曾被AOAC（美國官方分析化學(xué)師協(xié)會）列為殘留檢測3大支柱技術(shù)之一，具有高特異性、準(zhǔn)確性、簡便、快速等特點(diǎn)，可用于篩查農(nóng)藥和獸藥殘留，致病菌，病毒，毒素以及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。美國EPA（美國環(huán)保局）頒布了12項(xiàng)篩查與農(nóng)業(yè)環(huán)保相關(guān)的土壤和水中的氯丹五氯酚、多環(huán)芳烴，聚氯雙酚、汞，阿特拉津、毒殺芬等方法，均使用ELISA。目前我國已有許多家企業(yè)生產(chǎn)膠體金試紙條、酶聯(lián)免疫試劑盒和配套儀器，如北京勤邦、陸橋等企業(yè)已能生產(chǎn)出性能與進(jìn)口試劑盒相近，品種更多且價(jià)格為進(jìn)口試劑盒的1/2一2/3?；瘜W(xué)發(fā)光免疫分析法具有靈敏度高（可測定極限達(dá)到10^-17-10^-19M/L）、可測定濃度范圍寬、試劑穩(wěn)定性好、操作簡單、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)外生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的企業(yè)有Beckman Coulter、Roche、Bayer、博奧生物、北京科美生物技術(shù)有限公司、深圳新產(chǎn)業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程有限公司等，上述廠家生產(chǎn)的化學(xué)發(fā)光免疫分析儀器主要面向醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域。在免疫分析技術(shù)領(lǐng)域，今后應(yīng)深入研究ELI SA方法的各種影響因素，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)各種試劑盒，并向重組抗原、多項(xiàng)目標(biāo)物、酶的定向改造和體外分子進(jìn)化等技術(shù)。

2 基于經(jīng)典的分子光譜法的速測儀器

分子光譜法是最經(jīng)典的技術(shù)，幾乎可用于所有檢測任務(wù)，但是一般只能進(jìn)行常量或微量檢測，難于承擔(dān)痕量分析的任務(wù)。近幾年，吉大小天鵝和華廈科創(chuàng)等，以分析化學(xué)為基礎(chǔ)，優(yōu)化和整合分析的方法、程序、試劑，開發(fā)出一系列針對不同檢測目標(biāo)的多種試劑盒，并采用集束式冷光源/單色器等新技術(shù)，推出了高精度、高穩(wěn)定性、模塊化的便攜式儀器。此外，配合樣品快速提取和富集技術(shù)，構(gòu)成了可以快速篩查與食品安全密切相關(guān)的40多種參數(shù)（如硝酸鹽、亞硝酸鹽、菊脂類農(nóng)藥殘留，甲醛、吊白塊、味素、人造色素、無機(jī)砷、金屬鉛、劣質(zhì)奶、“地溝油”、“泔水油”等）的多參數(shù)食品安全速測儀。這些儀器非常符合我國市場需求，在食品安全快速篩檢中占據(jù)一席之地。

3 酶抑制法與儀器

酶抑制法和儀器早在1951年由美國提出，1968年由加拿大做了改進(jìn)，我國于20世紀(jì)80年代，浙大等單位開始研發(fā)過，發(fā)現(xiàn)其有諸多不足，故未推廣但前些年，借某專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)的名聲，有眾多企業(yè)推出十幾種商品化儀器，并得到推廣，事后眾多應(yīng)用者和專家都發(fā)現(xiàn)，該方法只能檢測有機(jī)磷和氨基甲酸酯兩類農(nóng)藥，且對同類、不同種農(nóng)藥的抑制率差別很大，所以用統(tǒng)一的抑制率確定農(nóng)藥殘留是否超標(biāo)，必然會導(dǎo)致假陽性或假陰性的漏檢，所以酶的抑制法是目前“不得已而采用的速測法”。該方法僅適用于基層初檢，在發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)，必須用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行復(fù)測、確證，這在《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》第36條第二款中有明確的規(guī)定。對于陰性結(jié)果，也應(yīng)按比例進(jìn)行抽樣，采用可靠的實(shí)驗(yàn)室儀器分析方法進(jìn)行復(fù)測和確證。

4 生物傳感器

生物傳感器具有功能多樣、微型、智能、集成、低成本、高靈敏、高識別和實(shí)用性等特點(diǎn)。國內(nèi)外高度重視，發(fā)展快、種類很多，有代表性的包括如下幾類：

（1）發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用將SPR儀與其他許多新技術(shù)強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合，推出一批新型的快速篩查、檢測方法和儀器，其特點(diǎn)是：靈敏、快速、無需標(biāo)記、便捷，實(shí)時(shí)。最典型的以BiacoreAB和美國TI以及BioRAD為代表。Biacore將SPR檢測系統(tǒng)、生物傳感芯片、微流控系統(tǒng)等組合為一體，配以多種試劑盒，構(gòu)成用于快速篩查和檢測獸藥殘、致病菌、毒素等。日本曾將此技術(shù)用于篩查二惡英。Bio-PAD稱為分子相互作用儀，其發(fā)展方向是：快速、高通量、高靈敏，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)，便攜、現(xiàn)場、小型甚至微型。

（2）最近有報(bào)導(dǎo)美國采用納米技術(shù)開發(fā)出新型生物傳感器，可快速、高靈敏度地檢測食品和水中極微量的細(xì)菌、病毒、寄生蟲、病原體等。

（3）微生物傳感器，其中尤以對毒性物質(zhì)具有高靈敏發(fā)光反應(yīng)的為代表的微生物傳感器。在歐美很重視發(fā)光菌的研究和應(yīng)用，例如ISO11348，即利用費(fèi)希爾弧發(fā)光菌檢測殺蟲劑、除草劑、滅菌劑、黃曲霉，重金屬、氰化物、毒素、硝基化合物、溴代合物等。另外運(yùn)用ATP檢測技術(shù)，即利用三磷酸腺苷與熒光素酶發(fā)光反應(yīng)，快速篩查（可現(xiàn)場速檢）微生物和有機(jī)物污染程度。此外還有利用鐵氧化菌的活力與污染的靈敏關(guān)系，速檢有害物質(zhì)。

5 生物芯片系統(tǒng)、微縮芯片實(shí)驗(yàn)室和便攜式微流控芯片系統(tǒng)

此類技術(shù)具有高通量、高靈敏度和快速等特點(diǎn)，因而國際上對其在食品安全、疾病診斷等方面的應(yīng)用給予了極大關(guān)注。我國國家生物芯片中心已開發(fā)出用于食源性致病菌、食源性病毒和獸藥殘留等檢測的生物芯片技術(shù)平臺（儀器和試劑盒），并將進(jìn)一步向現(xiàn)場速測、稱之為微縮芯片實(shí)驗(yàn)室方向發(fā)展。與上述并列的，雖也應(yīng)用芯片技術(shù)（但一般用中或低密度芯片），但同時(shí)應(yīng)用于許多其他新技術(shù)，從而形成一個(gè)獨(dú)立分支，國際上稱之為“微流控”、“微全分析技術(shù)”，國內(nèi)常稱之為便攜式微流控芯片系統(tǒng)或稱為微全分析系統(tǒng)。近幾年的發(fā)展，凸顯出其在生化、食品安全、檢驗(yàn)檢疫、醫(yī)療等生命科學(xué)領(lǐng)域中具有巨大的潛在前景，國外正在大力產(chǎn)業(yè)化開發(fā)之中，如Caliper、Micronics&PATH、Agilent等企業(yè)，國內(nèi)有中國檢科院、浙大，吉大，中科院等有關(guān)單位在研發(fā)之中。

6 納米材料修飾的微型化和智能化電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器具有小巧、靈敏、多樣化、高選擇性和多目稱同時(shí)速測且成本低等優(yōu)點(diǎn)，可利用特種電化學(xué)傳感器構(gòu)建食品安全快速檢測儀。當(dāng)前研發(fā)多聚焦到有關(guān)碳納米管和石墨烯傳感器的制備和產(chǎn)業(yè)化上，長春應(yīng)用化學(xué)研究所和華東師范大學(xué)等單位，將納米技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了快速檢測食品中有毒有害重金屬的儀器；同時(shí)運(yùn)用新型納米過氧化物傳感器和納米金屬/氧化物傳感器，構(gòu)建了快速檢測細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的快速檢測儀等。

7 激光拉曼光譜、深紫外光譜及近紅外光譜分析技術(shù)與儀器

中國檢科院等單位運(yùn)用國產(chǎn)化的高性能小型激光器和穩(wěn)頻技術(shù)，開發(fā)出高靈敏度的便攜式激光拉曼光譜儀，可用于三聚氰胺的快速篩查，不僅靈敏度高，而且可進(jìn)行半定量檢測。賽默飛世爾推出一款新的拉曼光譜儀，可直接穿透玻璃和塑料包裝，具有高重現(xiàn)性和高特征性。以我國許祖彥院士首創(chuàng)的全固態(tài)深紫外線激光器（能量分辨率可提高5一10倍，光子流密度提高3一5分量級）為基礎(chǔ)，高強(qiáng)度激光拉曼光譜儀已在研發(fā)中：王占國院士正在研究的深紫外光致發(fā)光光譜儀；佟振合院士正在研發(fā)的深紫外光化學(xué)反應(yīng)儀，這些都有可能催生出一批快速、靈敏的速測儀。近紅外光譜分析方面，有采用微精細(xì)機(jī)電加工技術(shù)，推出更穩(wěn)定、可靠，模塊化小巧的近紅外光譜儀：有將近紅外光譜分析與成像技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成更直觀、快速且分辨力更高的儀器。上述幾類光譜分析技術(shù)的快速發(fā)展，都將創(chuàng)造出新一代、一系列可用于食品安全快速篩查的光譜分析儀。

8 離子遷移質(zhì)譜儀（IMS）和小型化飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（TOF-MS）

目前，食品安全檢測的國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方法多是采用氣相和液相色譜與各種質(zhì)譜（MS）的聯(lián)用、雜交，實(shí)現(xiàn)多殘留快速分析，但是要實(shí)現(xiàn)小型，便攜和快速的現(xiàn)場檢測，通常的色譜儀和質(zhì)譜儀都存在困難，而后者比前者更為困難。為應(yīng)對航天、國防、環(huán)境、食品等方面的突發(fā)事件及恐怖襲擊事件，國外最早致力于離子阱質(zhì)譜的小型化，之后轉(zhuǎn)向研究小型化的TOF-MS和IMS，并已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。IMS依據(jù)樣品中不同分子，離子，在大氣壓下漂移管中的特征遷移時(shí)間，進(jìn)行快速檢測，檢測限可達(dá)微秒級。IMS不需真空系統(tǒng)，裝置很小，造價(jià)不高，而靈敏度極高，可達(dá)到皮克（pg）級，采用最新檢測器可達(dá)飛克（fg）級，可區(qū)分異構(gòu)體。

9 飛秒激光太赫茲時(shí)域光譜儀

此項(xiàng)技術(shù)在最近20年才被開發(fā)出來，被認(rèn)為最后開發(fā)出來的一段特殊電磁波譜（0.03-3mm的THZ波），己成為國際上研究、開發(fā)、應(yīng)用的熱門。據(jù)報(bào)告，國際上有80多家高科技企業(yè)研發(fā)和銷售THZ相關(guān)產(chǎn)品，因其具有特殊的空間穿透性，成為優(yōu)選強(qiáng)穿透性的成像技術(shù)，已被美國等用于安檢、質(zhì)檢、防恐，反恐等領(lǐng)域。2011年年度重大科學(xué)儀器開發(fā)專項(xiàng)中，以上海理工大學(xué)為首的科研團(tuán)隊(duì)已獲得側(cè)重于該技術(shù)的成像技術(shù)的立項(xiàng)。此外，太赫茲時(shí)域光譜不僅具有強(qiáng)穿透性，還對許多物質(zhì)具有良好的指紋特征和很靈敏的檢出限，所以成為非破壞性、非侵入式的新興檢測分析技術(shù)和THZ光譜儀。國外己不斷地開發(fā)，并成為實(shí)時(shí)、現(xiàn)場、快速、靈敏地檢測食品、藥品、毒品、危險(xiǎn)品等極有力工具，成為國際上競爭的熱門。

10 實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜儀（DART-M8）和便攜式質(zhì)譜儀

在正常的環(huán)境空氣條件下，氣體（如氦、氦或氬氣）經(jīng)放電產(chǎn)生激發(fā)態(tài)原子，瞬間解析并離子化樣品表面的化合物分子樣品可以是氣、液、固態(tài)，任何幾何形狀，無需繁雜的化學(xué)處理和色譜分離，僅需簡單前處理，化合物離子以質(zhì)譜或串聯(lián)質(zhì)譜檢測。它不僅能滿足實(shí)驗(yàn)室對樣品高通量分析，而且適用于現(xiàn)場，直接、無損、快速、原位分析的需求。這一技術(shù)將在食品安全檢測，藥品開發(fā)等領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的前景。它屬于新興的環(huán)境離子化質(zhì)譜技術(shù)，其中有DESI、DART、DBDI、ASAP、ELDI，當(dāng)今只有DART和DESI已經(jīng)商品化。美國普度大學(xué)以著名的質(zhì)譜大師R.Graham Cooks教授為首的團(tuán)隊(duì)對現(xiàn)場，便攜、個(gè)人化質(zhì)譜儀作了多年、多方便研發(fā)，并取得突破性進(jìn)展，例如在大氣壓下對樣品作無預(yù)處理的離子化；低溫等離子體技術(shù)、紙噴霧質(zhì)譜技術(shù)以及小型化離子阱多級串聯(lián)質(zhì)譜技等。我國近幾年對此也開展了大量研發(fā)工作，如中國計(jì)量院、清華大學(xué)，聚光科技等單位都取得可喜的成果。

食品安全快速檢測、篩查、在線質(zhì)控和現(xiàn)場速測技術(shù)與設(shè)備，是許多成熟的技術(shù)、設(shè)備和新機(jī)理新方法的拓展、整合、衍生和嫁接。今后還將有更多的新技術(shù)及更新的機(jī)理、技術(shù)、工藝、材料不斷涌現(xiàn)并在實(shí)踐中得以運(yùn)用。例如，納米材料在一系列速測儀的傳感器、檢測器中的應(yīng)用，將極大的提高其靈敏度、穩(wěn)定性：又如以分子印跡聚合物為核心的分子印跡技術(shù)具有高預(yù)定性、高識別性、高選擇性以及高穩(wěn)定性，不僅成為很好的分離富集手段，如果嫁接到其他速測技術(shù)與設(shè)備中，可以大大改進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)與設(shè)備?？傊?，日新月異的技術(shù)發(fā)展，將會使食品安全快速篩查和速測儀不斷推出、改進(jìn)、翻新，并使其更符合實(shí)際工作的需求。