可視化檢測方法在食品安全檢測中的應用研究進展

袁京磊 李娜

摘 要：食品安全問題關乎民生及國家安全，越來越引起人們的關注，并逐漸成為了一個社會焦點和熱點問題。提高食品安全檢測效率，對于保障食品安全具有重要的意義?？梢暬瘷z測方法在提高檢測效率、簡化檢測步驟、節(jié)省檢測時間及成本方面具有很大的優(yōu)勢，是今后食品安全檢測發(fā)展的一個方向。本文探討了可視化檢測方法在食品安全檢測中的具體應用實例，以期為相關研究人員提供參考和思路。

關鍵詞：可視化檢測方法;食品安全檢測;進展

Progress on Application of Visual Detection Methods on Food Safety Detection

YUAN Jinglei1， LI Na2

（1. Pingyi County Center for Inspection and Testing， Pingyi 273300， China; 2. Pingyi County Center for Disease Control and Prevention， Pingyi 273300， China ）

Abstract： Food safety issues are related to people's livelihood and national security， and have attracted more and more people's attention， and have gradually became a social focus and hot issue. Improving the efficiency of food safety detection is of great significance for ensuring food safety. Visual detection methods have great advantages in improving detection efficiency， simplifying detection steps， saving detection time and cost， and are development direction of food safety detection in the future. This article discusses specific application examples of visual detection methods on food safety detection， to provide references and ideas for relevant researchers.

Keywords： visual detection methods; food safety detection; progress

隨著生活水平和質量的不斷提高，人們已經由追求“吃飽”到追求“吃好”，對于食品安全尤其重視。近年來，我國雖然食品安全整體較好，但也經常出現一些食品安全事件，如瘦肉精事件、地溝油等。目前，傳統的食品安全檢測在檢測效率、成本、時間等方面已經難以滿足快速檢測的要求了，因此，必須加大對高效、快速檢測的研究，以滿足實現快速食品安全檢測的目的?？梢暬瘷z測方法的出現為實現高效、快速檢測提供了思路和方法，本文從可視化檢測在食源性致病菌、重金屬離子、藥物殘留、生物毒素、食品非法添加劑檢測方面的應用實例進行了探討。

1 可視化檢測方法在食源性致病菌檢測方面的應用

目前，國內主要應用國標法對食品中食源性致病菌進行檢測，雖然國標法能夠實現對食源性致病菌的檢測，但是工作量較大，耗時較長，無法滿足對食源性致病菌快速檢測的要求。隨著適配體的出現，為食源性致病菌的快速、可視化檢測打下了基礎。YUAN等建立了一種基于適配體識別和酪胺信號放大技術的金黃色葡萄球菌可視化檢測方法，利用適配體的特異性識別作用將金黃色葡萄球菌進行捕獲，并且通過親和素和生物素的連接作用將其固定到酶標板的底部，然后利用酪胺信號放大技術對信號進行放大，再依次加入辣根過氧化物酶標記的鏈霉親和素、3，3'，5，5'-四甲基聯苯胺，最后加入終止液，在室溫下放置20 min后，從而實現可視化檢測。該方法的線性范圍為10～10 cfu/mL，檢測限為8 cfu/mL，并用于實際水樣的檢測。WANG等設計了一種比色免疫測定法，實現了可視化檢測大腸桿菌O157：H7，線性范圍為30～3.0×10 cfu/mL，檢測限為12 cfu/mL，且成功地應用該方法對食品樣品中的大腸桿菌O157：H7進行了可視化檢測。

此外，ZHU等建立一種基于適配體識別-酪胺信號放大-酶催化納米金生成的鼠傷寒沙門氏菌可視化檢測方法。首先，利用適配體的特異性識別作用將鼠傷寒沙門氏菌進行捕獲并將其固定到酶標板的底部，然后再利用酪胺信號放大技術對信號進行放大，再依次加入親和素-過氧化氫酶、HO，最后加入氯金酸溶液。當體系中目標菌比較多時，HO的量就會比較少，氯金酸被還原成納米金的速率就比較慢，晶體的生長也會相應的減慢，此時還原產生的納米金會呈現出團聚狀態(tài)，顏色為藍色;相反，當體系中目標菌較少時，HO的量就會比較多，氯金酸被還原成納米金的速率就比較快，納米金在溶液中的分布就會比較均勻，分散性比較好，溶液呈現出紅色，從而達到可視化檢測的目的。該方法的檢測范圍為10～10 cfu/mL，檢測限達10 cfu/mL，并成功地對雞肉樣品進行了可視化檢測。GAO等制備了一種基于明膠的光子水凝膠傳感器，實現了對銅綠假單胞菌的可視化檢測。

2 可視化檢測方法在重金屬離子檢測方面的應用

重金屬離子在人體內能與蛋白質、酶等發(fā)生強烈的作用，使它們失去活性，也可在人體的某些器官中累積，造成慢性中毒，對人體的損傷比較大。傳統的檢測方法有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、溶出伏安法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜質譜法，這些檢測方法依賴于大型儀器，操作繁瑣、成本較高且耗時費力，不適用于現場快速檢測。ZHANG等設計了一種超浸潤重金屬離子檢測紙芯片。首先通過噴墨打印法實現了高精度超浸潤圖案的制作，然后在超浸潤圖案內通過噴墨打印探針分子制作重金屬離子分析紙芯片。在實際檢測過程中，只需將紙芯片放入待測水樣中，根據顏色變化即可實現水樣中重金屬離子的可視化檢測。在此研究的基礎上，ZHANG等還設計了一種利用生物酶進行重金屬離子毒性評估的方法。利用水凝膠對生物酶進行了包埋，不僅提高了生物酶的儲存時效，還進一步簡化了實際檢測的操作步驟，實現了對水中汞離子、鉻離子、鉛離子、銅離子等重金屬離子的可視化檢測。

鉛離子對人體健康和環(huán)境有較大的影響，被認為是毒性最大的重金屬離子之一。傳統的鉛離子檢測方法有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、溶出伏安法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜質譜法，這些檢測方法可以實現對鉛離子的檢測，但存在儀器設備昂貴、檢測周期長、操作復雜等缺點，無法實現現場快速的檢測。WANG等開發(fā)了一種比率熒光探針檢測水中鉛離子的方法，并且利用熒光探針溶液打印的熒光試紙和智能手機App完成了鉛離子的現場可視化和半定量化檢測，檢測限分別達到了2.89 nmol/L和35.26 nmol/L，遠遠低于WHO飲用水中鉛離子的允許限量。該方法可以實現對水中鉛離子的現場、快速、半定量的可視化檢測，整個檢測過程在5 min內即可完成。由于熒光紙條具有易于存放和攜帶的特點，使得該可視化檢測鉛離子的方法更加方便、簡單、節(jié)省時間和成本。

此外，KOU等開發(fā)了一種結構簡單且可同時實現對水環(huán)境中汞離子可視化檢測和高效吸附的介孔光子晶體智能膜材料。所制備的彩色光子晶體薄膜能夠高效捕獲水環(huán)境中的汞離子，實現汞離子的富集和水環(huán)境污染的修復。同時，汞離子的吸附觸發(fā)光子晶體體積收縮、晶格間距減小，從而引起薄膜顏色的改變，實現了對水環(huán)境中汞離子的可視化定量檢測。WANG等設計了一種用于檢測鎘離子的比率熒光傳感器，并進一步設計了比率熒光紙條結合智能手機的分析平臺，實現了對鎘離子的可視化、現場和定量檢測。該比率熒光傳感器由橙色發(fā)射的金納米團簇、藍色發(fā)射的發(fā)光氧化石墨烯及藍色發(fā)射的銅離子構成。鎘離子可以誘導比率熒光傳感器中的銅離子+氧化石墨烯-金納米團簇聚集從而發(fā)射強烈的橙色熒光，使熒光傳感器的顏色明顯從藍色變?yōu)榧t色，檢測限低至33.3 nmol/L，并對大米樣品中的鎘離子進行定量檢測。

3 可視化檢測方法在藥物殘留檢測方面的應用

農藥和抗生素在農業(yè)、畜牧業(yè)中的應用是比較廣泛的，對農業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展起到了比較重要的作用。然而，濫用農藥、抗生素會導致食品和飲用水中的藥物殘留，長期食用農藥、抗生素殘留食物會導致多種慢性疾病，嚴重危害人們的健康。因此，開發(fā)一種快速、簡便的抗生素檢測方法對確保食品安全具有重要的意義。HAN等設計了一種雙發(fā)射熒光量子點比率傳感器，實現對四環(huán)素可視化的定量檢測。通過銪離子對水溶性碲化鎘量子點的功能化修飾，利用銪離子對四環(huán)素的特異性識別，以及水溶性碲化鎘量子點由電荷轉移而造成銪離子熒光增強，提供了針對四環(huán)素寬色度的雙響應可視化檢測方案。當目標檢測物四環(huán)素加入后，探針熒光由綠色變?yōu)辄S色，最后變?yōu)榧t色。該傳感器檢測線性范圍為0～80 μ mol/L，檢測限達到2.2 n mol/L，且該傳感器成功對自來水樣品以及牛奶樣品中的四環(huán)素進行了快速現場檢測。ZHAO等制備了一種用于氯霉素的高靈敏度和可視化檢測的傳感器，該傳感器能實現對濃度為0.3 ng/mL的氯霉素的可視化檢測。

在農作物種植過程中，經常會用到農藥及除草劑，但是農藥及除草劑的殘留對人體的健康有著較大的威脅，人們對于農藥殘留的檢測越來越重視。LIU等合成了具有過氧化物催化活性的銅基金屬-有機框架材料，通過核酸適配體特異性的識別，構建了磁控制的毒死蜱可視化傳感器。在外部磁力的作用下，通過適配體與毒死蜱的特異性結合，導致TMB/HO 溶液的顏色變化，從而實現對毒死蜱的可視化檢測。該方法的檢測范圍為0～1 250 ng/mL，檢測限為4.4 ng/mL;通過對水果和蔬菜樣品進行加標測試，回收率良好，結果與氣相色譜-質譜聯用儀檢測數據一致。

4 可視化檢測方法在生物毒素檢測方面的應用

目前，針對生物毒素主要的檢測方法有層析色譜法、超高效液相色譜法、酶聯免疫分析法、免疫親和柱-HPLC法、免疫親和柱-HPLC-串聯質譜法等，這些傳統的檢測方法在檢測效率、檢測時間、成本及操作上還存在不足。近年來，在生物毒素可視化、快速、高效檢測方面的研究比較多。ZHANG等利用蠟印和絲網印刷的方法，結合適配體特異性識別及電化學/比色方法高靈敏、快速、可視化的優(yōu)勢，設計可視化檢測赭曲霉毒素A（OTA）的出雙模式紙基傳感器，該傳感器在0.1～200 ng/mL和1×10～200 ng/mL范圍內，實現了對OTA的準確檢測，檢測限達到了25.2 fg/mL。HE等設計了一種基于磁珠的多色比色免疫測定法，實現了超靈敏、可視化檢測黃曲霉毒素B1，檢測限達5.7 pg/mL。同時，應用該方法對小麥樣品進行加標回收實驗，回收率為99.1%～104.3%，相對標準偏差小于7.05%。

5 可視化檢測方法在食品非法添加劑檢測方面的應用

可視化檢測在食品非法添加劑的檢測中應用也比較多，KANG等設計了一種基于半胱胺修飾的納米金顆粒的傳感器，實現了可視化檢測鹽酸克倫特羅，隨著鹽酸克倫特羅濃度的增加，納米金顆粒聚集，溶液顏色從紅色變?yōu)樗{灰色，該方法的檢測限為50 n mol/L，并對血樣中的鹽酸克倫特羅進行了檢測。SIDDIQUEE等研究了一種基于粒徑為5 nm的納米金聚集可視化檢測奶粉產品中三聚氰胺的簡便方法。通過靜電吸附作用使三聚氰胺分子與納米金顆粒聚集，導致納米金溶液的顏色發(fā)生變化，可視化檢測的檢測限為1×10 mol/L，加標回收率為94.7%～95.5%，平均回收率的相對標準偏差范圍為1.40%～5.81%。

6 結語

可視化檢測方法在檢測效率、成本、時間及操作的簡易性上存在著巨大的優(yōu)勢，相比較傳統的食品安全檢測方法，不需要昂貴的儀器及專業(yè)人員進行操作，是今后食品安全檢測發(fā)展的一個方向，對于保障消費者“舌尖上的安全”具有重要的意義。

參考文獻

[1]YUAN J L，YU Y，LI C，et al.Visual detection and microplate assay for Staphylococcus aureus based on aptamer recognition coupled to tyramine signal amplification[J].Microchimica Acta，2014，181（3-4）：321-327.

[2]WANG S J，XU D P，DING C C，et al.Colorimetric immunoassay for determination of Escherichia coli O157：H7 based on oxidase-like activity of cobalt-based zeolitic imidazolate framework[J].Microchimica Acta，2020，187（9）：358-365.

[3]ZHU C Q，HONG Y，XIAO Z，et al.Colorimetric determination of Salmonella typhimurium based on aptamer recognition[J].Analytical Methods，2016，8：6560-6565.

[4]GAO Y J，CHEN Y，LI M，et al.Gelatin-based photonic hydrogels for visual detection of pathogenic Pseudomonas aeruginosa[J].Sensors and Actuators B： Chemical， 2021，329：129137.

[5]ZHANG Y，REN T T，HE J H.Inkjet Printing Enabled Controllable Paper Superhydrophobization and Its Applications[J].ACS Applied Materials & Interfaces，2018，10（13）：11343-11349.

[6]ZHANG Y，REN T T，TIAN H，et al.Hydrogel-Encapsulated Enzyme Facilitates Colorimetric Acute Toxicity Assessment of Heavy Metal Ions[J].ACS Applied Materials & Interfaces， 2018，10（31）：26705-26712.

[7]WANG H Q，YANG L，CHU S Y，et al.Semiquantitative visual detection of lead ions with a smartphone via a colorimetric paper-based analytical device[J]. Analytical Chemistry，2019，91（14）：9292-9299.

[8]KOU D，MA W，ZHANG S.Functionalized mesoporous photonic crystal film for ultrasensitive visual detection and effective removal of mercury （II） ions in water[J].advanced Functional Materials，2021，31（9）：2007032.

[9]WANG H Q，DA L Q，YANG L，et al.Colorimetric fluorescent paper strip with smartphone platform for quantitative detection of cadmium ions in real samples[J].Journal of Hazardous Materials，2020，392：122506.

[10]HAN S，YANG L，WEN Z G，et al.A dual-response ratiometric fluorescent sensor by europium-doped CdTe quantum dots for visual and colorimetric detection of tetracycline[J].Journal of Hazardous Materials，2020，398：122894.

[11]ZHAO C Y，S I Y，PAN B F，et al.Design and fabrication of a highly sensitive and naked-eye distinguishable colorimetric biosensor for chloramphenicol detection by using ELISA on nanofibrous membranes[J].Talanta，2020，217：121054.

[12]LIU Q J，HE Z Y，WANG H，et al.Magnetically controlled colorimetric aptasensor for chlorpyrifos based on copper-based metal-organic framework nanoparticles with peroxidase mimetic property[J].Microchimica Acta，2020，187（9）：1714-1720.

[13]ZHANG X，ZHI H，ZHU M，et al.Electrochemical/visual dual-readout aptasensor for ochratoxin a detection integrated into a miniaturized paper-based analytical device[J].Biosensors& Bioelectronics，2021，180：113146.

[14]HE S，HUANG Q T，ZHANG Y，et al.Magnetic beads-based multicolor colorimetric immunoassay for ultrasensitive detection of aflatoxin B1[J]. Chinese Chemical Letters，2021，32（4）：1462-1465.

[15]KANG J Y，ZHANG Y J，LI X，et al.A rapid colorimetric sensor of clenbuterol based on cysteamine-modified gold nanoparticles[J].ACS Applied Materials & Interfaces，2015，8（1）：1-5.

[16]SIDDIQUEE S，SAALLAH S，BOHARI N A，et al.Visual and optical Absorbance detection of melamine in milk by melamine-induced aggregation of gold nanoparticles[J].Nanomaterials，2021，11（5）：1142.