曹德康,蘇建忠,初 晨,張 偉,盧愛民,苗銀萍,吳智堅 綜述 劉雪林 審校
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食品安全快速檢測技術(shù)現(xiàn)狀分析
曹德康1,蘇建忠1,初 晨1,張 偉1,盧愛民1,苗銀萍2,吳智堅2綜述 劉雪林3審校
食品安全;快速檢測技術(shù);現(xiàn)狀
近年來,重大食品安全事件時有發(fā)生,如“紅心鴨蛋”、 “老酸奶工業(yè)明膠”、“地溝油”、 “三鹿奶粉三聚氰胺”和“雙匯瘦肉精”[1]。食品安全檢測技術(shù)的作用進一步凸顯,并在近些年得到迅速發(fā)展。實驗室大型檢測儀器如高效液相色譜儀、液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜、氣相色譜儀、氣相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜、毛細管電泳—質(zhì)譜、原子發(fā)射光譜儀、原子吸收光譜儀和電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀等,檢測結(jié)果雖然準確可靠,但是操作過程復雜、周期長及費用高等因素限制了其廣泛推廣[2]。
食品安全快速檢測技術(shù)與大型精密儀器方法相比,具有操作簡便、耗時短、費用低、攜帶方便等優(yōu)點,所以它越來越受到基層檢驗單位的青睞。目前,國內(nèi)外對食品的現(xiàn)場檢測程序是先通過快速檢測技術(shù)篩檢出陽性樣本,再通過實驗室的大型精密儀器對陽性樣本作進一步的確認和定量分析,這種檢測程序能夠最大程度地減少人力、財力和物力消耗[3]。本研究主要對國內(nèi)外的食品安全快速檢測技術(shù)現(xiàn)狀進行探討,并對未來的發(fā)展趨勢進行了分析。
食品感官檢驗是根據(jù)人的感覺器官對食品質(zhì)量特征的感覺,這些感覺主要體現(xiàn)在視覺、嗅覺、味覺、聽覺等,然后用文字或者數(shù)據(jù)記錄,通過概率學統(tǒng)計分析,對食品的優(yōu)劣和真?zhèn)巫鞒雠袛?。在食品的質(zhì)量標準和衛(wèi)生標準中,第一項內(nèi)容一般都是感官指標,通過這些指標不僅能夠直接對食品的性狀做出判斷,而且還能夠據(jù)此提出必要的理化和微生物檢驗項目,以便進一步證實感官鑒別的準確性[4]。與理化和生物檢測技術(shù)相比,感官檢驗技術(shù)具有簡單易行、直觀實用、及時準確、無需專業(yè)設備和人員等優(yōu)點。
2.1 化學比色法 化學比色法是食品安全快速檢測技術(shù)中的經(jīng)典方法,它是通過化學反應產(chǎn)生顏色變化來檢測樣本,可通過肉眼比色、試紙條、比色卡、可見光分光光度計等實現(xiàn)定性或定量分析。與實驗室的大型精密儀器方法相比,具有操作簡便、快速直觀、價格低廉和便攜化等特點,非常適合于現(xiàn)場快速檢測[5]。如雙氧水能與無色的四甲基聯(lián)苯胺(Tetramethylbenzidine,TMB)在辣根過氧化物酶(Horseradishperoxidase,HRP)催化下生成淡藍色物質(zhì),其生成物質(zhì)顏色的深淺與雙氧水的濃度呈正相關(guān),據(jù)此研制出了檢測食品中超量使用或非法添加的雙氧水檢測試紙[6];地溝油中游離脂肪酸能使綠色的溴甲酚綠指示劑變?yōu)辄S色,從而研制出薄層色譜試紙條,通過試紙條的顏色變化來鑒別食用油是否為地溝油[7];毒鼠強(四亞甲基二砜四胺)能與二羥基萘二磺酸反應生成紫紅色物質(zhì),由此研制出檢測食品的毒鼠強速測盒,靈敏度達到mg/L級別[8]。目前利用化學比色法檢測食品的產(chǎn)品不勝枚舉,市場上已經(jīng)有亞硝酸鹽、有機磷農(nóng)藥、重金屬、食用油酸價、過氧化值、氰化物、甲醛、工業(yè)堿、二氧化硫等快速檢測產(chǎn)品。
然而化學比色法還存在一定的不足:由于試紙或速測管中含有的試劑量有限,使產(chǎn)品的靈敏度達不到檢測要求;有些有毒物質(zhì)的檢測不適用于比色法,如瘦肉精類、抗生素類、真菌毒素類等[9]。
2.2 基于光譜分析的檢測技術(shù)
2.2.1 熒光分子光譜檢測技術(shù) 熒光是具有剛性結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)π電子共軛體系的分子,受到光激發(fā)后從第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級回到基態(tài)所發(fā)出的輻射。隨著π電子共軛度和分子平面度的增加,熒光強度隨之增大,光譜相應紅移,其熒光光譜的形狀和強度也相應發(fā)生變化,因此熒光光譜是檢測具有共軛結(jié)構(gòu)分子的有效方法之一[10]。畢琳娜等[11]基于熒光分析法,對4種典型的有機磷農(nóng)藥—甲基對硫磷、甲胺磷、毒死蜱和敵敵畏進行了熒光檢測分析。他們從研究中發(fā)現(xiàn)甲基對硫磷標準液在200~320nm的紫外波長條件下,能夠產(chǎn)生4個紫外吸收峰;純甲胺磷50%乳油在360nm的波長條件下,能夠產(chǎn)生兩個紫外吸收峰;毒死蜱標準溶液在200~300nm的波長條件下,產(chǎn)生3個顯著吸收峰,在320~400nm的波長條件下則產(chǎn)生1個寬譜峰;敵敵畏80%乳油在250~400nm的波長條件下,產(chǎn)生2個寬譜峰。此項研究為熒光光譜檢測食品中的農(nóng)藥殘留提供了可靠依據(jù)。熒光光譜檢測技術(shù)所需的樣本量少,最低500μl的樣品量即可檢測,而且對于乳濁液和固體樣本僅需簡單的前處理過程或者不需要前處理就能完成檢測。
2.2.2 近紅外光譜檢測技術(shù) 近紅外光是介于可見光和中紅外光之間的電磁波,是人們最早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域,近紅外光主要是對含氫基團X-H(X=C、N、O)振動的合頻和倍頻吸收,其中包含了大多數(shù)類型有機化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)的信息。通過掃描樣品的近紅外光譜,可以得到樣品中有機分子含氫基團的特征信息,而且利用近紅外光譜技術(shù)檢測樣品具有方便快速、高效準確、成本低、不破壞樣本和不污染環(huán)境等優(yōu)點,因此該技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。Wang等[12]運用近紅外光譜技術(shù)檢測了摻有大豆油的山茶花油,用偏最小二乘法(PLS)和聚類軟獨立建模法(SIMCA)等統(tǒng)計計量學手段分析出山茶花油的光譜數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示PLS模型的相關(guān)系數(shù)達到0.9920,檢測結(jié)果準確可靠;Rodriguez等[13]利用近紅外光譜檢測技術(shù)對果汁中的糖份進行了檢測,結(jié)果較準確,相關(guān)系數(shù)達到了0.9999,該檢測技術(shù)實現(xiàn)了摻假果汁的鑒別。
2.2.3 表面增強拉曼光譜檢測技術(shù) 拉曼光譜是對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息,并應用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。表面增強拉曼光譜(surfaceenhancedramanscattering,SERS)技術(shù)是基于被測分子吸附在某些經(jīng)特殊處理、具有粗糙表面的金屬上,產(chǎn)生極強拉曼散射增強效應的分子振動光譜技術(shù),為食品中痕量化學危害物的檢測提供了一個極具潛力的工具。SERS技術(shù)能夠檢測食品中的違禁添加劑、農(nóng)藥殘留和抗生素,它的研究對象是從化學危害品的標準溶液開始,隨后擴展到含有該化學危害品的相應食品中,如肉類、乳制品、蔬菜、水果及禽蛋等[14-16]。SERS技術(shù)雖然具有操作簡單、無損樣本、耗時短、便攜化等優(yōu)點,但是SERS散射強度受多種因素的影響,SERS譜圖的重現(xiàn)性和雜質(zhì)峰的干擾仍是一大攻關(guān)難題。
3.1 基因擴增檢測技術(shù) 食品在生產(chǎn)、加工及運輸過程中容易受到致病微生物的污染,從而導致人體出現(xiàn)腹瀉等疾病,嚴重時危及生命安全。運用分子生物學技術(shù)可以實現(xiàn)對食品中致病微生物的檢測,聚合酶鏈式反應技術(shù)(polymerasechainreaction,PCR)是基因擴增檢測技術(shù)中常見的檢測方法。
PCR技術(shù)是20世紀80年代發(fā)展起來的,它是一種用于放大擴增特定DNA片段的分子生物學技術(shù),根據(jù)已知的待擴增DNA片段序列,人工合成與該DNA兩條鏈末端互補的寡核苷酸引物,將待檢DNA序列在酶促作用下進行擴增。楊平等[17]通過多重PCR技術(shù)檢測了人為污染的食品中的沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、福氏志賀氏菌和單增李斯特菌,檢測靈敏度極高,達1cfu/ml。隨后對市售的食品進行多重PCR檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn),多重PCR檢測方法的陽性率為11.4%,傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的陽性率為5.0%,說明本方法靈敏度比傳統(tǒng)的高,能滿足食品檢測的要求。基因芯片是20世紀90年代誕生的一項基于PCR的生物檢測技術(shù)。它是將各種基因的寡核苷酸點樣在芯片表面,微生物樣本DNA經(jīng)PCR擴增后制備熒光標記探針,然后再與芯片上寡核苷酸點雜交,最后通過掃描儀定量和分析熒光分布模式來確定檢測樣品是否存在某些特定微生物[18]。Kolosova等[19]研究出一種在4h內(nèi)快速診斷致病菌的方法,他們利用該方法對158例經(jīng)鑒定為陽性的樣品進行檢測,結(jié)果符合率為79.0 %以上,檢測結(jié)果的準確率得到了提高。
3.2 免疫學檢測技術(shù)
3.2.1 膠體金免疫層析技術(shù)(colloidalgoldimmunetechnique,GICA)GICA是20世紀80年代誕生的,它是一種將膠體金標記技術(shù)、免疫檢測技術(shù)和層析分析技術(shù)等多種方法結(jié)合在一起的固相標記免疫檢測技術(shù)。它的原理是以條狀硝酸纖維膜為固相層析材料,通過毛細作用使樣品溶液在層析條上涌動,并同時使樣品中的待測物與層析材料上待測物的抗體發(fā)生高特異性和高親和性的免疫反應,層析過程中免疫復合物被富集或截留在層析材料的一定區(qū)域(檢測帶),通過可目測的標記物(膠體金或膠體硒)而達到直觀的實驗現(xiàn)象,而游離的標記物則越過檢測帶,達到與結(jié)合標記物自動分離之目的[20]。鄧省亮[21]等應用GICA技術(shù),建立了一種檢測食品中黃曲霉毒素B1的方法,檢測結(jié)果表明黃曲霉毒素B1試紙條的靈敏度為5ng/ml,其操作過程簡單且無需儀器設備,檢測用時僅為10min,批內(nèi)和批間重復性為100.0%,假陽性率和假陰性率均為0,非常適合現(xiàn)場快速檢測黃曲霉毒素B1。此外,GICA技術(shù)能夠檢測食品中的獸藥殘留、農(nóng)藥殘留、重金屬超標及真菌毒素[22-24]。目前,市售的膠體金試紙條有單聯(lián)和多聯(lián)兩種類型,可以滿足于檢測的基本需求,是應用最為廣泛地食品快速檢測技術(shù)之一。
3.2.2 酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme-linkedimmunosorbentassay,ELISA)ELISA是免疫學技術(shù)的又一種重要的分析方法,它是以抗原與抗體特異性結(jié)合為基礎(chǔ),用酶或輔酶[常用的有辣根過氧化氫酶(HRP)、堿性磷酸酯酶(AKP)、葡萄糖氧化酶(GO)等]標記抗原或者抗體,通過酶促反應進行定性和定量分析。ELISA常用的3種方法有:(1)測定抗體間接法;(2)測定抗原雙抗夾心法;(3)測定抗原競爭法;其中測定抗原競爭法的重復性和穩(wěn)定性好,目前應用較廣泛[25]。ELISA檢測技術(shù)不僅簡單靈敏、特異性好,而且應用范圍廣泛,能夠檢測食品中的非法添加、獸藥殘留、真菌毒素、微生物及轉(zhuǎn)基因食品等。陶光燦等[26]利用間接競爭ELISA,研究出一種快速檢測動物源性食品中殘留物氨苯砜的方法,該方法對雞肉、豬肉樣本的檢測限為0.2μg/kg,對雞蛋、蜂蜜樣本的檢測限為2μg/kg,對牛奶樣本的檢測限為0.6μg/kg;樣本添加回收率為78.2%~104.0%,變異系數(shù)為5.2%~13.5%,對實際樣本的檢測結(jié)果與液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜法基本一致。該方法快速準確、穩(wěn)定性強、重復性好,適用于動物源性食品中氨苯砜殘留的快速檢測。此種方法可以用于現(xiàn)場大通量樣品的快速篩選,能夠滿足基層檢測單位開展檢測工作的需要。
3.3 生物傳感器檢測技術(shù) 生物傳感器是利用生物識別元件與目標物發(fā)生特異性的生化反應,借助化學或物理換能器轉(zhuǎn)換成各種信號對物質(zhì)進行檢測的一類裝置。國外WaswaJ等[27]研究了一種以表面等離子共振為信號轉(zhuǎn)換元件的生物傳感器,它能夠檢測果汁和牛奶中的大腸桿菌O157∶H7,檢測限為102~103cfu/mL,傳統(tǒng)方法(先固定抗體)的檢測限為102~106cfu/ml,比較之下生物傳感器技術(shù)較靈敏。國內(nèi)葉雪梅等[28]制備了用于檢測食品中沙門氏菌的磁致伸縮生物傳感器,以磁致伸縮膜片作為物理傳感器,多克隆抗體作為生物識別元件,采用langmuir-blodgett(LB)技術(shù)將多克隆抗體固定在磁致伸縮膜片表面,并進一步證實了磁致伸縮生物傳感器可用于定量檢測食品中沙門氏菌的濃度,表明這種生物傳感器可應用于食品中致病菌的快速定量檢測。
4.1 納米檢測技術(shù) 納米技術(shù)是物理、化學、生物等學科交叉的高新技術(shù)。目前納米技術(shù)研究的焦點是碳納米管(carbonnanotubes,CNTs),它是由單層或多層呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成的同軸圓管,每層由1個碳原子與周圍3個碳原子通過sp2雜化鍵合而成,它作為一維納米材料,重量較輕,六邊形結(jié)構(gòu)連接完美,具有許多異常的力學、電學和化學性能。DuZhuo等[29]在CNTs的管道空隙中填充了磁性氧化鈷鐵,用來檢測蜂蜜和茶葉中的有機磷農(nóng)藥,共提取到8種有機磷成分,檢測限均在1.3~3.6ng/L之間,蜂蜜和茶葉的回收率分別為83.2%~128.7%和72.6%~111.0%,樣品之間的相對標準偏差低于6.8%。此外,CNTs技術(shù)還能夠檢測獸藥殘留、非法添加劑、致病菌、重金屬及轉(zhuǎn)基因食品等[30]。
4.2 生物發(fā)光檢測技術(shù) 三磷酸腺苷(Adenosinetriphosphate,ATP)生物發(fā)光機制是在20世紀40年代提出來的,它的原理是:活細胞體內(nèi)的螢光素酶(luciferase)在ATP及氧氣存在條件下,催化熒光素的氧化反應而發(fā)光,光的強度與細胞數(shù)目呈線性關(guān)系[31]。這一技術(shù)原理在20世紀80年代得到迅速發(fā)展,英國人最先研制出ATP生物發(fā)光檢測儀,隨后發(fā)展到歐美和日本,目前此項技術(shù)被廣泛應用于食品和飲用水的微生物檢測。
4.3 低能量超聲檢測技術(shù) 低能量超聲檢測技術(shù)是利用能量低于1W/cm2而頻率高于100kHz的超聲波來獲取被測物內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物化特性等信息的測量技術(shù)。該項技術(shù)具有潔凈衛(wèi)生、耗時短、成本低、對被測物無損傷等優(yōu)點,能夠?qū)θ橹破贰⑹卟撕退M行檢測,在食品檢測中獲得了認可[32]。
近些年來,食品安全快速檢測技術(shù)為適應市場需求,不斷提高技術(shù)指標,實時、現(xiàn)場、動態(tài)、快速檢測正在成為現(xiàn)實。具體而言,食品安全快速檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢包括以下五個方面的內(nèi)容:
5.1 提高檢測靈敏度 目前,國內(nèi)外現(xiàn)場快檢技術(shù)主要有化學比色法和生物免疫法等,在靈敏度和準確性上都存在不同程度的不足,往往靈敏度高的,重復性差,精確度較低;精確度較高的,靈敏度較低。因此要保證靈敏度高和重復性好還是比較困難,快檢技術(shù)首先必須確保靈敏度,降低漏檢率,確保有問題的檢測樣品不會漏檢。寧可對可疑樣品用實驗室方法復檢,也不能在抽查時放過任何一個可疑樣品。
5.2 縮短檢測時間,特別是微生物檢測 快檢技術(shù)的突出特點是快速,檢測時間不宜過長,超過12h的方法,盡量不采用,如果現(xiàn)場不能給出檢測結(jié)果,那與實驗室檢測相比就沒有多大優(yōu)勢了。特別是微生物檢測,要在確保靈敏度和準確性的前提下,盡量縮短檢測時間。
5.3 樣品前處理要標準化,準確化 樣品前處理對于食品檢測結(jié)果影響較大。由于現(xiàn)場樣品前處理缺乏規(guī)范,各類現(xiàn)場檢測對前處理要求不一致,快檢結(jié)果差異較大。因此,有必要針對不同類型樣品的現(xiàn)場前處理方法進行明確規(guī)定,形成標準化操作程序,規(guī)范樣品前處理過程。同時,應多采用自動化程度高、處理效果好的前處理設備。當前普遍采用的手工前處理方法處理時間過長,處理效果較差,檢測目標物提取不完全,檢測結(jié)果偏移較大。目前實驗室前處理使用的自動粉碎、半自動研磨、自動攪拌、低速離心、超聲萃取等設備很多,效果也很好,將其小型化應用于現(xiàn)場檢測很有必要。
5.4 多殘留同時檢測 目前的快檢方法多是檢測單一物質(zhì),難以滿足同時檢測多殘留的要求。因此迫切需要發(fā)展多殘留同時檢測的方法,它能夠最大程度地減少檢測時間、試劑損耗和人力消耗,也將會推動快檢行業(yè)的多樣化發(fā)展[33]。
5.5 促進快速檢測產(chǎn)品的便攜化、集成化 便攜化、集成化是快速檢測技術(shù)的發(fā)展方向。便攜化,是使快檢產(chǎn)品方便攜帶,能夠進行現(xiàn)場檢測;集成化,是將快檢技術(shù)與基因芯片技術(shù)、PCR技術(shù)、納米材料技術(shù)、生物傳感技術(shù)等相結(jié)合,便攜化、集成化將為快檢技術(shù)提供更寬廣的發(fā)展空間。
食品安全快速檢測技術(shù)是物理、化學、生物、統(tǒng)計學和計算機等多學科交叉的成果。快速檢測技術(shù)的推廣應用,不僅對傳統(tǒng)的食品安全檢測技術(shù)有了改進和提高,也使我們的食品安全有了進一步的保證。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步,今后還將會有更多的新技術(shù)、新工藝、新材料應用其中,涌現(xiàn)出更好的食品安全快速檢測新技術(shù),它們將更有力地保障食品質(zhì)量安全,為人類的健康保駕護航。
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(2016-07-23收稿 2016-09-11修回)
(責任編輯 梁秋野)
曹德康,本科學歷,主任醫(yī)師。
1.102613 北京,武警部隊后勤部疾病預防控制中心;
2.450000,鄭州中道生物技術(shù)有限公司;3.疾病預防控制中心
蘇建忠,E-mail:wjsjz@139.com
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