食品中農(nóng)藥殘留快速檢測方法及其發(fā)展趨勢研究

Study on Rapid Detection Methods of Pesticide Residues in Food and Its Development Trend

WANG Ying （Qinhuangdao Food and Drug Inspection Center， Qinhuangdao O66ooo， China）

Abstract： Food safety is one of the important issues of widespread concern in today’s society，and excessive pesticideresidues are the main factor affecting food safety.This article reviews theresearch statusand development trends of rapid detection methods for pesticide residues in food，with a focus on three types of rapid detection technologies，including enzyme-linked immunosorbent assayand immunochromatography based on immune analysis， enzyme inhibition based， nucleic acid aptamer and molecular imprinting sensors based on biosensors，Raman spectroscopy， near-infrared spectroscopy and fuorescence spectroscopy based on spectral analysis.These methods each have their own characteristics， forming complementary advantages in detection sensitivity，specificity，and ease of operation.The future development trend willfocus on the integration of multiple technologies，portable and intelligent devices， in order to provide stronger technical support for food safety supervision.

Keywords： pesticide residues; rapid detection; immunological analysis; biosensor; spectroscopic analysis

隨著全球人口增長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化發(fā)展，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用日益廣泛。農(nóng)藥雖然能夠有效控制病蟲害，提高作物產(chǎn)量，但其殘留問題也日益凸顯，已成為威脅食品安全和人類健康的重要因素。長期攝人含有農(nóng)藥殘留的食品可能引發(fā)急慢性中毒、內(nèi)分泌紊亂、免疫功能下降甚至致癌等健康問題。因此，食品中農(nóng)藥殘留的快速準確檢測，對于保障食品安全、保護消費者健康具有重要意義。傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘留檢測方法主要包括氣相色譜法（GasChromatography，GC）、高效液相色譜法（High-PerformanceLiquid Chromatography，HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GasChromatography-MassSpectrometry，GC-MS）等[1]。這些方法雖然具有靈敏度高、特異性強的優(yōu)點，但也存在前處理復雜、檢測周期長、設備昂貴及操作專業(yè)性強等缺點，無法滿足現(xiàn)場快速篩查和大批量樣品檢測的需求。

近年來，隨著分析化學、生物技術(shù)、材料科學和信息技術(shù)的快速發(fā)展，一系列快速、簡便、經(jīng)濟的農(nóng)藥殘留檢測方法應運而生，為食品安全監(jiān)管提供了新的技術(shù)手段。本文將重點介紹目前應用較為廣泛的幾類農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)，分析其特點和應用情況，并對未來發(fā)展趨勢進行展望。

1農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)

1.1基于免疫分析的農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)

1.1.1 酶聯(lián)免疫吸附測定法

酶聯(lián)免疫吸附測定法（Enzyme-Linked ImmunosorbentAssay，ELISA）是目前應用最為廣泛的免疫分析方法，其基本原理是利用標記酶與抗原或抗體結(jié)合，通過酶促反應產(chǎn)生的顏色變化來檢測樣品中的目標農(nóng)藥。根據(jù)反應原理和操作程序的不同，ELISA可分為直接法、間接法、夾心法和競爭法等。在農(nóng)藥殘留檢測中，由于大多數(shù)農(nóng)藥分子量較小，主要采用競爭法ELISA。競爭法ELISA的檢測流程包括先將特異性抗體包被于微孔板上，然后加入標記了酶的農(nóng)藥分子（酶標抗原）和待測樣品，樣品中的農(nóng)藥分子與酶標抗原競爭性地與抗體結(jié)合。洗滌后，加入底物溶液，與酶標抗原結(jié)合的酶催化底物產(chǎn)生顯色反應。通過測定顯色反應的吸光度，并結(jié)合標準曲線，即可計算出樣品中農(nóng)藥殘留的具體濃度。

ELISA 技術(shù)操作簡便，檢測靈敏度可達 ng?g^-1 甚至 pg?g^-1 級別，可同時處理大量樣品且成本相對較低。目前，已開發(fā)出針對有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥等多種農(nóng)藥的ELISA檢測試劑盒，并廣泛應用于蔬菜、水果、谷物等食品中農(nóng)藥殘留的快速篩查。

1.1.2 免疫層析技術(shù)

免疫層析技術(shù)是一種結(jié)合了層析原理和免疫反應的快速檢測方法。其中，膠體金免疫層析試紙條因操作簡單、檢測快速、無須儀器等優(yōu)點，已成為農(nóng)藥殘留現(xiàn)場快速檢測的重要工具。膠體金免疫層析試紙條的基本構(gòu)造包括樣品墊、結(jié)合墊、硝酸纖維素膜和吸收墊。在檢測過程中，樣品溶液通過毛細作用在試紙條上移動，樣品中的農(nóng)藥分子與結(jié)合墊上的膠體金標記抗體結(jié)合，然后流經(jīng)硝酸纖維素膜上的檢測線（T線）和質(zhì)控線（C線）。T線包被有農(nóng)藥－蛋白質(zhì)偶聯(lián)物，可與未被樣品中農(nóng)藥占據(jù)的膠體金標記抗體結(jié)合；而C線則包被有抗鼠（或抗兔）免疫球蛋白G（ImmunoglobulinG，IgG）抗體，用于捕獲膠體金標記抗體以驗證檢測過程的有效性。根據(jù)T線和C線的顯色情況，可判斷樣品中是否含有目標農(nóng)藥，甚至可實現(xiàn)對農(nóng)藥的半定量評估[2]。

與ELISA相比，免疫層析技術(shù)的操作更為簡便，檢測時間更短（通常 5～10min 即可完成）、無須專業(yè)人員和儀器設備，特別適合現(xiàn)場快速篩查。目前，已開發(fā)出針對有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥等多種農(nóng)藥的免疫層析試紙條，并廣泛用于蔬果、茶葉、谷物等食品中農(nóng)藥殘留的快速檢測。

1.2基于生物傳感器的農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)

1.2.1酶抑制型生物傳感器

酶抑制型生物傳感器是利用特定農(nóng)藥對某些酶活性的抑制作用進行檢測的。其中，以膽堿酯酶（Cholinesterase，ChE）為敏感元件的生物傳感器應用最為廣泛。此類傳感器主要用于檢測有機磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯類農(nóng)藥。ChE生物傳感器的基本檢測原理是將樣品中的有機磷或氨基甲酸酯農(nóng)藥與ChE結(jié)合，導致ChE活性被抑制，從而減少酶催化底物（如乙酰膽堿）水解產(chǎn)物（如硫代膽堿）。通過測量酶活性的變化（通常借助電化學、光學或熱敏等換能器），可間接測定樣品中農(nóng)藥的含量。

目前，已開發(fā)出多種類型的ChE生物傳感器，包括電化學型（如安培型、電位型和電導型）、光學型（如熒光型、化學發(fā)光型和表面等離子體共振型）以及壓電型等。其中，電化學型ChE生物傳感器因設備簡單、成本低、靈敏度高等優(yōu)點，研究最為廣泛。為提高檢測靈敏度和穩(wěn)定性，研究人員采用了多種新材料和新技術(shù)，如使用納米材料（碳納米管、石墨烯、金納米粒子等）修飾電極，采用sol-gel法、自組裝單分子層技術(shù)等固定化酶，以及開發(fā)基于微流控技術(shù)的芯片型生物傳感器等[3]。

1.2.2 核酸適體型生物傳感器

核酸適體是通過體外篩選技術(shù)獲得的能與特定靶分子高親和性和高特異性結(jié)合的單鏈DNA或RNA分子。與抗體相比，核酸適體具有合成方便、穩(wěn)定性高、易于修飾等優(yōu)點，已成為構(gòu)建生物傳感器的重要生物識別元件。核酸適體型生物傳感器是利用農(nóng)藥分子與特異性核酸適體的結(jié)合，導致適體構(gòu)象發(fā)生變化，從而產(chǎn)生可檢測的信號（如電信號、光信號等）。根據(jù)信號轉(zhuǎn)導方式的不同，核酸適體型生物傳感器可分為電化學型、光學型、質(zhì)量敏感型等多種類型。

在農(nóng)藥殘留檢測領域，已成功開發(fā)出針對馬拉硫磷、毒死蜱、阿特拉津及莠去津等多種農(nóng)藥的核酸適體生物傳感器。例如，基于熒光標記的核酸適體傳感器可通過監(jiān)測特定農(nóng)藥與適體結(jié)合所引起的熒光強度變化，實現(xiàn)對目標農(nóng)藥的高靈敏檢測[4]

1.2.3分子印跡生物傳感器

分子印跡技術(shù)是一種模擬抗體-抗原特異性識別機制的人工分子識別技術(shù)。分子印跡聚合物（MolecularlyImprintedPolymers，MIPs）是在模板分子（如特定農(nóng)藥）存在下合成的聚合物，去除模板后，聚合物中保留了與模板分子在空間形狀、尺寸和官能團排布等方面相匹配的識別位點，從而具備對模板分子的特異性識別能力。將MIPs作為識別元件構(gòu)建的生物傳感器，被稱為分子印跡生物傳感器。與傳統(tǒng)生物傳感器相比，分子印跡生物傳感器具有穩(wěn)定性好、耐惡劣環(huán)境、成本低等優(yōu)點，特別適用于復雜樣品中的農(nóng)藥殘留檢測。

根據(jù)信號轉(zhuǎn)導方式的不同，分子印跡生物傳感器可分為電化學型、光學型、質(zhì)量敏感型等。其中，電化學型分子印跡傳感器因操作簡便、靈敏度高等優(yōu)點，研究最為廣泛。例如，研究人員已成功開發(fā)出用于檢測有機磷農(nóng)藥、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥等的電化學型分子印跡傳感器，檢測限可達 級別。

1.3基于光譜分析的農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)

1.3.1 拉曼光譜技術(shù)

拉曼光譜技術(shù)是一種基于光的非彈性散射效應的分析方法，能夠提供分子振動、轉(zhuǎn)動等信息，從而實現(xiàn)物質(zhì)的定性和定量分析。與紅外光譜相比，拉曼光譜受水干擾小，樣品預處理簡單，特別適用于農(nóng)藥殘留的快速檢測。然而，常規(guī)拉曼光譜的信號強度較弱，靈敏度有限。為克服這一缺點，科研人員開發(fā)了表面增強拉曼光譜（Surface-EnhancedRamanSpectroscopy，SERS）技術(shù)。SERS利用貴金屬納米結(jié)構(gòu)（如金、銀納米粒子）的表面等離子體共振效應，可使拉曼信號增強 10⁶～10¹⁴ 倍，大幅提升了檢測靈敏度。在農(nóng)藥殘留檢測領域，SERS技術(shù)已被成功應用于多種農(nóng)藥的檢測，包括有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥、三嗪類除草劑等。研究表明，結(jié)合適當?shù)臉悠非疤幚矸椒?，SERS技術(shù)可實現(xiàn)對食品中 μg?L^-1 甚至 ng?L^-1 級別農(nóng)藥殘留的快速檢測[5]。研究人員為進一步提高SERS技術(shù)的靈敏度和特異性，開發(fā)了多種高性能SERS基底，如核殼結(jié)構(gòu)納米粒子、納米花、三維納米陣列等，這些方法結(jié)合化學計量學方法進行數(shù)據(jù)處理，可有效消除背景干擾，提高檢測準確性。

1.3.2 近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜（Near-Infrared Spectroscopy，NIR）技術(shù)是測量物質(zhì)分子在 780～2500nm 波長內(nèi)倍頻和合頻振動的一種光譜分析方法。NIR技術(shù)具有樣品預處理簡單、測量速度快、無污染等優(yōu)點，特別適用于農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的快速無損檢測。NIR技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測中的應用主要基于兩種模式，即透射模式和反射模式。其中，透射模式主要用于液態(tài)樣品或薄層固態(tài)樣品的分析，而反射模式則適用于固態(tài)或半固態(tài)樣品的檢測。通過建立農(nóng)藥含量與光譜數(shù)據(jù)之間的數(shù)學模型，可實現(xiàn)對未知樣品中農(nóng)藥殘留的快速定量分析。為進一步提高NIR技術(shù)的檢測精度，通常需要結(jié)合化學計量學方法進行數(shù)據(jù)處理和模型建立，如主成分分析、偏最小二乘回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等。研究表明，NIR技術(shù)結(jié)合適當?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，可實現(xiàn)對多種農(nóng)藥殘留的同時快速檢測。

1.3.3 熒光光譜技術(shù)

熒光光譜技術(shù)基于物質(zhì)受特定波長光照射后發(fā)射熒光的原理，具有靈敏度高、選擇性好、操作簡便等特點。由于許多農(nóng)藥分子本身具有熒光特性或可通過化學反應轉(zhuǎn)化為具有熒光的衍生物，因此熒光光譜技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測中有廣泛應用。傳統(tǒng)熒光分析法主要包括直接熒光法和衍生熒光法。直接熒光法適用于具有內(nèi)源熒光特性的農(nóng)藥（如氨基甲酸酯類農(nóng)藥），而衍生熒光法則適用于經(jīng)化學反應后可產(chǎn)生熒光信號的農(nóng)藥（如有機磷農(nóng)藥）。近年來，隨著納米材料和分子探針的發(fā)展，熒光傳感技術(shù)取得了突破性進展。例如，基于量子點的熒光傳感器利用農(nóng)藥分子與量子點表面配體之間的相互作用，引起量子點熒光強度或波長的變化，從而實現(xiàn)對多種農(nóng)藥的高靈敏檢測。此外，基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理的熒光傳感器也在農(nóng)藥殘留檢測中顯示出良好的應用前景。

2農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)發(fā)展趨勢

食品中農(nóng)藥殘留的快速檢測技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已形成了以免疫分析、生物傳感器和光譜分析為核心的多元化技術(shù)體系。這些技術(shù)各具優(yōu)勢，互為補充，為食品安全監(jiān)管提供了有力的技術(shù)支持。從未來發(fā)展趨勢來看，農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)將向以下3個方向發(fā)展： ① 多技術(shù)融合，如免疫分析與生物傳感器、光譜分析與生物識別等技術(shù)的結(jié)合，通過取長補短進一步提高檢測的靈敏度、特異性和準確性;② 檢測設備的小型化、智能化和便攜化，如基于微流控芯片的便攜式檢測設備、智能手機輔助的快速檢測系統(tǒng)等，以滿足現(xiàn)場快速檢測的需求； ③ 基于大數(shù)據(jù)和人工智能的數(shù)據(jù)分析方法，提高數(shù)據(jù)處理效率和準確性。在科技進步和社會需求的雙重驅(qū)動下，農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)將不斷創(chuàng)新和完善，為保障食品安全、維護公眾健康提供更加堅實的支持。

3結(jié)語

隨著檢測技術(shù)與材料科學、信息技術(shù)等多學科領域的不斷交叉融合，食品中農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)已形成多元化、系統(tǒng)化的發(fā)展格局?；诿庖叻治觥⑸飩鞲衅骷肮庾V分析的多種檢測手段在靈敏度、特異性、便攜性及高通量篩查等方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，為食品安全風險監(jiān)測與應急響應提供了有效技術(shù)支持。展望未來，農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)急需在檢測標準化、設備智能化、多組分同步檢測及數(shù)據(jù)智能分析等方面持續(xù)深化研究，以適應日益嚴苛的食品安全監(jiān)管要求。通過新型材料、新型識別元件及人工智能輔助分析等技術(shù)創(chuàng)新，有望進一步提升檢測方法的綜合性能，推動農(nóng)藥殘留檢測體系向高效、精準、智能方向發(fā)展，為食品安全保障體系建設提供更加有力的科技支撐。

參考文獻

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