快速檢測(cè)技術(shù)在糧食黃曲霉毒素B1檢測(cè)中的應(yīng)用研究

摘 要：黃曲霉毒素B1是一類致癌、高毒的真菌代謝物，對(duì)谷物及其產(chǎn)品造成了極大的危害。由于快速檢測(cè)技術(shù)具有靈敏度高、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛用于黃曲霉毒素B1的檢測(cè)。本文總結(jié)光學(xué)、電化學(xué)和納米技術(shù)等快速檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展，探討便攜式檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用前景，為推動(dòng)黃曲霉毒素B1快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：黃曲霉毒素B1；快速檢測(cè)；光學(xué)傳感；電化學(xué)傳感

Study on the Application of Rapid Detection Technology in the Detection of Aflatoxins B1 in Grain

FAN Xiaoguang， LIU Shengxing， SHI Shanshan， LI Li， ZANG Pengyuan， ZHANG Xinxin

（Changchun Grain and Oil Health Inspection and Monitoring Station， Changchun 130000， China）

Abstract： Aflatoxin B1 is a kind of carcinogenic and highly toxic fungal metabolite， which has caused great harm to cereals and their products. Due to its high sensitivity， convenience， and speed， rapid detection technology has been widely used for the detection of aflatoxin B1. This article summarizes the research progress of rapid detection technologies such as optics， electrochemistry， and nanotechnology， explores the development and application prospects of portable detection devices， so as to lay a theoretical foundation for promoting the development and application of rapid detection technology for aflatoxin B1.

Keywords： aflatoxins B1; rapid detection; optical sensing; electrochemical sensing

黃曲霉毒素B1是由黃曲霉和曲霉產(chǎn)生的一種二呋喃香豆素類化合物，其是已知的化學(xué)物質(zhì)中致癌性最強(qiáng)的一種。黃曲霉毒素B1對(duì)人和若干動(dòng)物具有強(qiáng)烈的毒性，其毒性作用主要表現(xiàn)為對(duì)肝臟損害嚴(yán)重。因此，需要對(duì)食品中的黃曲霉毒素B1進(jìn)行快速、靈敏的檢測(cè)。而常規(guī)的高效液相色譜法雖然準(zhǔn)確度較高，但儀器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制約了其廣泛應(yīng)用。光學(xué)、電化學(xué)及納米技術(shù)的飛速發(fā)展，為黃曲霉毒素B1的快速分析提供了多種高效、準(zhǔn)確的方法和技術(shù)手段。

1 黃曲霉毒素B1及其檢測(cè)技術(shù)概述

1.1 黃曲霉毒素B1的理化特性與毒性

黃曲霉毒素B1是黃曲霉菌與寄生性曲霉菌所產(chǎn)生的，在谷物及產(chǎn)品中普遍存在。由于其較高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性，使其不易在食品的生產(chǎn)、貯存中被徹底清除。黃曲霉毒素B1在紫外線照射下呈藍(lán)色熒光，溶于有機(jī)溶劑且在酸性環(huán)境中更穩(wěn)定。黃曲霉毒素B1是公認(rèn)的最強(qiáng)的天然致癌物質(zhì)，其對(duì)人類的肝臟有很強(qiáng)的毒害效應(yīng)，不僅會(huì)引起急性中毒，還會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞發(fā)生癌變，產(chǎn)生免疫抑制、致突變性等多種毒理學(xué)效應(yīng)[1]。人體長期低劑量暴露可能導(dǎo)致慢性健康損害，因此對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)是保障糧食安全的重要環(huán)節(jié)。

1.2 傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)的黃曲霉毒素B1檢測(cè)方法有高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法和酶聯(lián)免疫吸附法等。這些方法具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性，但也有較大的限制。高效液相色譜法是目前常用的分析手段，常與熒光檢測(cè)儀、質(zhì)譜儀聯(lián)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)黃曲霉毒素B1的準(zhǔn)確定量分析。但是，由于其樣品預(yù)處理過程煩瑣、分析時(shí)間長、儀器價(jià)格昂貴，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中微量成分的快速分析。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法因具有靈敏度高、特異性好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，但操作煩瑣、對(duì)樣本前處理?xiàng)l件苛刻。酶聯(lián)免疫吸附法利用抗體與有毒物質(zhì)的特異性結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模樣本的初檢，且方法簡單，但易受抗體的特異性及基體的影響，同時(shí)存在著特異性與準(zhǔn)確度較低等問題。盡管現(xiàn)有的檢測(cè)手段已較為完善，但仍不能適應(yīng)便攜式、快速、廉價(jià)的野外檢測(cè)要求[2]。因此，開發(fā)新型快速檢測(cè)技術(shù)成為研究和應(yīng)用的

重點(diǎn)方向。

2 快速檢測(cè)技術(shù)在黃曲霉毒素B1檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 基于光學(xué)傳感的快速檢測(cè)技術(shù)

基于光信號(hào)的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)黃曲霉毒素B1的定量和定性分析，是一種高效的檢測(cè)方法。熒光傳感利用量子點(diǎn)或熒光染料等與待測(cè)目標(biāo)分子發(fā)生反應(yīng)，引起熒光信號(hào)的顯著改變，從而檢測(cè)黃曲霉毒素B1 含量。該技術(shù)具有靈敏度高、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但受外界光線影響較大。而生物發(fā)光是利用酶催化產(chǎn)生的熒光，具有簡便、快速的優(yōu)點(diǎn)，適用于大樣本的篩查。等離子體共振是一種更為先進(jìn)的檢測(cè)方法，它通過探測(cè)特定物質(zhì)與待測(cè)物質(zhì)的相互作用而產(chǎn)生的光學(xué)反射變化，能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)目標(biāo)物，特別適用于高靈敏的應(yīng)用場(chǎng)合[3]。盡管光學(xué)傳感技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下具有優(yōu)異的性能，但是在實(shí)際應(yīng)用中，其抗干擾能力和設(shè)備成本都有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

2.2 基于電化學(xué)傳感的快速檢測(cè)技術(shù)

電化學(xué)傳感技術(shù)是利用電化學(xué)信號(hào)的改變來完成對(duì)目標(biāo)物的分析，具有高靈敏度、低成本、易攜帶等優(yōu)勢(shì)。電化學(xué)傳感技術(shù)主要有伏安法、安培法和阻抗法等，其中免標(biāo)記的電化學(xué)阻抗技術(shù)能快速響應(yīng)毒素的存在，適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。電化學(xué)傳感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)小型化、自動(dòng)化應(yīng)用的重要手段，但其抗干擾性能及規(guī)范化水平有待于提高。

2.3 基于納米技術(shù)的快速檢測(cè)技術(shù)

納米技術(shù)在提升快速檢測(cè)黃曲霉毒素B1的靈敏度和縮短檢測(cè)時(shí)間方面表現(xiàn)突出。由于納米粒子具有優(yōu)異的光、電性能，以元素金為代表的金屬納米材料在光電、電化學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。例如，利用金納米粒對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有毒物質(zhì)的低含量探測(cè)。磁性納米顆粒在樣品分離和富集方面有顯著作用，能有效減少基質(zhì)干擾，同時(shí)提高檢測(cè)效率。量子點(diǎn)具有發(fā)光強(qiáng)度高、發(fā)光性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于熒光檢測(cè)領(lǐng)域，將其與納米材料相結(jié)合，能模擬毒素分子的識(shí)別位點(diǎn)，提高其檢測(cè)的專一性[4]。雖然納米技術(shù)應(yīng)用潛力巨大，但其在食品安全領(lǐng)域的推廣應(yīng)用還面臨材料成本較高、生物相容性有待改進(jìn)等問題。

2.4 便攜式檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

便攜式檢測(cè)設(shè)備使黃曲霉毒素B1的檢測(cè)變得更為簡便有效，尤其在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和大規(guī)模篩查中表現(xiàn)出色。免疫層析試紙條是目前最基本的便攜式檢測(cè)儀器，具有價(jià)格低廉、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其檢測(cè)靈敏度較低。結(jié)合微流控技術(shù)的便攜設(shè)備則更為先進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)樣品前處理、反應(yīng)及檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的集成，提高檢測(cè)效率，減少人為因素干擾。智能手機(jī)測(cè)試系統(tǒng)通過外部傳感器收集光電或者電化學(xué)信息，并通過移動(dòng)電話自身的計(jì)算功能對(duì)其進(jìn)行分析，從而獲得實(shí)時(shí)的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，其支持?jǐn)?shù)據(jù)上傳與云端共享。該款測(cè)試系統(tǒng)能適應(yīng)不同的檢測(cè)場(chǎng)合，但其抗干擾能力、靈敏度和耐用性還有待提高，難以適應(yīng)更加復(fù)雜的應(yīng)用需要。

3 快速檢測(cè)技術(shù)在糧食黃曲霉毒素B1檢測(cè)中的發(fā)展前景與優(yōu)化策略

3.1 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

黃曲霉毒素B1的快速檢測(cè)技術(shù)正朝著靈敏度更高、設(shè)備更便攜、多功能化和實(shí)時(shí)化的方向快速發(fā)展。隨著光學(xué)、電化學(xué)、納米等關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)檢測(cè)手段提出了新的要求，微型化、集成化、自動(dòng)化是其發(fā)展的主要方向。例如，微流控芯片技術(shù)能集樣品前處理、反應(yīng)與檢測(cè)于一體，達(dá)到簡單易用、高通量檢測(cè)的要求。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將人工智能與大數(shù)據(jù)融合到系統(tǒng)中，通過對(duì)算法的改進(jìn)，提高信號(hào)的速度與精度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有毒物質(zhì)含量的在線評(píng)價(jià)與變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。與物聯(lián)網(wǎng)相融合的智能測(cè)試平臺(tái)可以在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)食品的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而全面提升食品質(zhì)量監(jiān)督的效能。開發(fā)出低成本、高精度的傳感材料，開發(fā)多功能的檢測(cè)平臺(tái)，將進(jìn)一步推動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的普及和應(yīng)用。

3.2 檢測(cè)體系的構(gòu)建與標(biāo)準(zhǔn)化

制訂規(guī)范化的檢測(cè)程序?qū)μ嵘Y(jié)果穩(wěn)定性和技術(shù)的適用性至關(guān)重要。在檢測(cè)過程中，樣本的前期處理環(huán)節(jié)對(duì)確保結(jié)果的準(zhǔn)確性起到了決定性作用。通過統(tǒng)一樣本處理步驟，改進(jìn)毒素的富集與純化技術(shù)，可大幅度降低操作上的偏差。針對(duì)不同糧食種類特性，構(gòu)建毒素含量數(shù)據(jù)庫，為檢測(cè)工作提供更為精確的參照標(biāo)準(zhǔn)。儀器的校準(zhǔn)以及操作的標(biāo)準(zhǔn)化是保證檢測(cè)結(jié)果一致性的基礎(chǔ)，引入自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)配置，有助于減少不同設(shè)備間的性能差異。此外，通過加強(qiáng)操作人員的規(guī)范化培訓(xùn)，可進(jìn)一步提升檢測(cè)的準(zhǔn)確度和一致性[5]。檢測(cè)信息的交流與追蹤同樣不容忽視，建立一個(gè)集中的數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)，能對(duì)區(qū)域污染狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從而為糧食安全監(jiān)管工作提供堅(jiān)實(shí)的保障。

3.3 多學(xué)科融合推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新

多學(xué)科交叉融合推動(dòng)了黃曲霉毒素B1快速檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。納米材料的快速發(fā)展促進(jìn)研發(fā)出靈敏度更高、抗干擾能力更強(qiáng)的傳感器；生物技術(shù)在分子領(lǐng)域取得突破，如單克隆抗體和核酸適配體技術(shù)的優(yōu)化，使得開發(fā)出高特異性檢測(cè)手段成為現(xiàn)實(shí)。計(jì)算機(jī)科學(xué)，特別是人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，極大提升了大數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜數(shù)據(jù)分析的效率。納米與生物領(lǐng)域的交融將顯著增強(qiáng)傳感材料的識(shí)別精準(zhǔn)度和耐用性。同時(shí)，隨著人工智能及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入，設(shè)備的智能化水平將得到提升，數(shù)據(jù)交換更為流暢，使得從有害物質(zhì)辨識(shí)到遠(yuǎn)端監(jiān)控的整個(gè)過程自動(dòng)化程度更高。另外，化學(xué)、材料學(xué)和電子工程三大領(lǐng)域的深度配合，將催生基于全新檢測(cè)機(jī)理的檢測(cè)裝備。例如，采用多傳感器整合技術(shù)的多路檢測(cè)設(shè)備，能對(duì)多種有害物質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，極大提高檢測(cè)工作的效率。

3.4 優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用與加強(qiáng)市場(chǎng)推廣

在糧食的種植、加工、儲(chǔ)存以及銷售等多個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)應(yīng)用的細(xì)化至關(guān)重要，特別是在糧食的儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)，研發(fā)便于攜帶且成本較低的快速檢測(cè)工具顯得尤為關(guān)鍵，以便能及時(shí)評(píng)估糧食是否遭受污染。在糧食加工階段，高效率且自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)施是處理大量樣本檢測(cè)任務(wù)的理想選擇，而對(duì)于終端消費(fèi)者，便于操作的家用快速檢測(cè)設(shè)備需求較高。

在市場(chǎng)營銷策略當(dāng)面，要著力降低檢測(cè)儀器的制造成本及其運(yùn)用成本，依托批量制造和技術(shù)創(chuàng)新來壓縮設(shè)備售價(jià)；需強(qiáng)化使用者培訓(xùn)與售后技術(shù)支撐，以提升最終用戶對(duì)于即時(shí)檢測(cè)技術(shù)的認(rèn)可和使用能力。同時(shí)，可以借助政策扶持和產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)，促進(jìn)即時(shí)檢測(cè)設(shè)備在糧食加工、倉儲(chǔ)以及檢測(cè)機(jī)構(gòu)中的廣泛運(yùn)用。例如，實(shí)施財(cái)政補(bǔ)助措施，激勵(lì)糧食相關(guān)企業(yè)引進(jìn)高端檢測(cè)裝備，并通過科普教育和典型案例推廣，增強(qiáng)該技術(shù)的公眾認(rèn)知度和信賴度。

在市場(chǎng)推廣過程中，糧食安全管理機(jī)構(gòu)和涉農(nóng)公司各自擁有獨(dú)特的資源和信息。通過合作，雙方可以共享檢測(cè)數(shù)據(jù)、市場(chǎng)趨勢(shì)、政策變動(dòng)等信息，為糧食檢測(cè)體系的完善提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。此外，實(shí)施商業(yè)化的推廣手段，如推行租借、分期支付等彈性商業(yè)策略，助力中小型公司獲取成本效益高的快速檢測(cè)解決方案。隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，糧食安全快速檢測(cè)技術(shù)將在提高糧食保護(hù)能力上起到更加顯著的作用。

4 結(jié)語

黃曲霉毒素B1的高毒性及其在糧食中的污染，對(duì)糧食安全與人們的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。快速檢測(cè)技術(shù)因其高效率、操作便捷和高度靈敏性，被應(yīng)用于糧食檢測(cè)中。本研究全面梳理了基于光學(xué)、電化學(xué)、納米材料等快速檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展，并對(duì)便攜檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)與改進(jìn)策略進(jìn)行了探討。今后，需強(qiáng)化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化制定、學(xué)科間的整合以及市場(chǎng)的推廣工作，促進(jìn)快速檢測(cè)技術(shù)向智能化、成本效益化和多樣化轉(zhuǎn)型，以實(shí)現(xiàn)糧食監(jiān)管能力的全面升級(jí)。這不僅有助于提升糧食產(chǎn)業(yè)的競爭力，推動(dòng)糧食產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，更是保障公眾健康的重要手段。

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作者簡介：范曉光（1971—），女，吉林九臺(tái)人，本科，高級(jí)工程師。研究方向：糧油檢測(cè)。