農產品有毒有害殘留物快速檢測新技術與儀器的進展

　　摘 要 結合農產品中有毒有害殘留物快速檢測的需求和特點，本文綜述了農產品品質、生物毒素、有害微生物和化學污染物的快速檢測的研究進展，并展望了現場快速分析方法、儀器和市場需求。

　　關鍵詞 農產品;品質;有毒有害殘留物;快速檢測

　　中圖分類號 TH79

　　New Advances in Techniques and Instruments of Fast Detection of Noxious Residual Chemicals in Farm Produce

　　Yu Aimin, Wang Xinghua, Feng Guodong, Ma Jun

　　(Department of Analytical Chemistry, School of Chemistry, Jilin University; Changchun Jilin University - Little Swan Instruments Co. Ltd. Changchun, 130023 P. R. China)

　　Abstract In this paper, the new advances in techniques and instruments of fast detection of noxious residual chemicals in farm produce are reviewed. The expectations of methods and instruments for in situ detection are put forward. The market for these instruments is proposed.

　　Key words farm produce; quality; noxious residual chemicals; fast detection

　　農產品和食品是否安全是一個全球性的問題，不僅是傳統農業不適當使用化肥、農藥造成農產品和食品的污染，而且隨著農產品和食品生產的工業化新技術、新原料和新產品的采用，造成農產品和食品污染的因素日趨復雜化，特別是目前我國經常發生在農產品和食品生產流通環節中的諸多污染事件時有發生。要保障農產品和食品安全必須對其進行檢測監督是重要措施之一。但是由于農產品和食品中有毒有害化學品的檢測速度慢，不但需要貴重儀器和專業實驗人員，而且大都在實驗室中進行，難以實現現場快速檢測。所以準確、快速、便攜和操作簡便的現場檢測儀器和設備是目前市場迫切需要的。本文綜述了國內外用于現場快速檢測的儀器、方法和技術。

　　1 生物芯片用于農產品快速檢測

　　找到一種快速、準確、靈敏、無漏檢且自動化程度高的檢測方法是所有生物檢測方法研究者的共同目標，生物芯片和生物傳感器技術可以使這種目標得以實現。生物芯片的一個突出優點是能平行快速分析上百個或數千個多態性樣品，如農產品中農藥和獸藥殘留的檢測、微生物的檢測和動植基因突變的檢測等，都可以通過生物芯片和生物傳感器來實現[1-3]。

　　1.1 生物芯片用于識別不明肉類

　　2004 年3月一家名為“biomerieux”的法國公司推出了一種能夠識別不明肉類的新型基因芯片[4]。這種名為“食品專家——ID”的檢測方法包括精心選自33種脊椎動物們的88000個探針，這些動物包括鴕鳥，非洲鰻和貓，人類DNA也包括在內，不過主要作為“對照”。芯片由affymetrix公司制造，他們的基因芯片技術已經在全世界各地的遺傳學實驗室中得到了應用。該芯片將用于肉類產品的品質證明，檢測的結果是給出一張“身份識別卡”，在上面開列出所有檢測到的物種名稱，“未知脊椎動物”也將被證明。這種芯片不但能揭示出標價為100美元的鵝肝醬是否摻入豬肝等廉價替代品，而且可以檢測出吃了脊椎動物副產品的動物的肉制品中所攜帶的病毒蛋白，如瘋牛病等，還能用于確認某些指標要求嚴格的食品是否達標。

　　1.2 生物芯片用于羊絨和羊毛的鑒別

　　羊絨是一種珍貴的動物纖維，經濟價值遠高于羊毛。鑒別羊絨、羊毛通用的方法是掃描電鏡法、光學投影顯微法和溶液延伸法，這三種方法均是從纖維的外觀形態和微觀結構上進行辨別。但是即便是經驗豐富的檢驗人員有時候也難以分辨纖維的種類。由于羊絨和羊毛在DNA片段上有著不同的結構特征，利用這些特征可以開發出用于分辨羊絨和羊毛的DNA芯片[5]。1992年，Hamlym等人首次制作出了綿羊特異的DNA探針，可區別出從綿羊毛，山羊絨，馬海毛中分離出的DNA。

　　1.3 生物芯片用于獸藥殘留的檢測

　　Sternesjoes采用免疫傳感器測定了牛奶中的硫胺二甲嘧啶，檢出限低于1×10-9，平均相對標準偏差為2%，傳感器表面經NaOH和HCL處理后可重復使用。

　　程京博士提出的微陣列芯片技術具有快速、準確、靈敏、高通量和適用范圍廣等特點[6]，可為獸藥殘留的控制提供科學，準確，公證的檢驗數據。北京博奧生物芯片有限責任公司已開發基于免疫原理的蛋白質芯片和配套的通用樣品制備方法及裝置，該芯片可用于重點獸藥殘留的檢測。

　　1.4 生物芯片用于大腸桿菌的檢測

　　美國研究人員制作出了形似芯片的“微流體實驗室”，他能夠自動發現并分析特定微生物和化學物質。據亞利桑那州立大學網站報道，上述科研裝置由該大學應用納米生物中心的專家羅賓等人制作。這個主要結構由塑膠制成的“實驗室”長12厘米，寬6厘米，厚2毫米。“實驗室”內的隔間、管道、機械泵和閥門分別能儲存、引導被研究的液體。利用聲波振動技術，粘性較大的不同液體能在“實驗室”內完全混合。在研究含有微生物的液體時，“實驗室”可采用免疫磁性珠細胞分離術俘獲目標細胞。在對這些細胞進行預先濃縮、凈化、除去細胞膜、DNA復制等處理后，特殊的傳感器會用電化學法找到屬于某病原體的微量DNA，并提供相應的分析結果。這種微型“實驗室”成功地在3個半小時內從兔子的血樣中找到了大腸桿菌。研究人員目前正在提高該“實驗室”俘獲目標細胞的效率及其對病原體DNA 的敏感性，以期最終用這種裝置檢測多種細菌，分析遺傳物質，監測環境。

　　2 化學污染物殘留快速檢測

　　2.1 有毒有害元素的快速檢測

　　食品中砷，鉛，汞，鉻，鎘五大有害元素的快速檢測技術不斷出現，其中原子熒光光譜儀是我國科學工作者發明的一種高效，靈敏，快速的有害元素污染物分析儀器，已列入國家標準方法。Milestone公司的DMA-80直接測汞儀的最大特點在于可測定固體和液體中汞含量而不需要進行樣品前處理，每一個樣品分析儀器可在5-6分鐘內完成，檢出限為0.05ng級，英國百靈公司生產的陽極溶出鉛、汞、鎘快速溶出伏安儀，可在5分鐘內報出分析結果，電極為一次性使用，檢出限可達ng級，除汞外，農產品和食品中砷、鉛、鉻和鎘的快速檢測的主要障礙是樣品的快速前處理。

　　2.2 農藥殘留快速檢測

　　農藥殘留快速檢測方法中主要采用的技術是免疫分析技術、生物化學技術和生物傳感器技術。目前對于免疫分析技術在農藥快速檢測的應用研究十分活躍，國外已研制出有機磷類、氨基甲酸酯類、硫代氨基甲酸酯類、有機氯類、三嗪類、擬除蟲菊酯類和酰胺類等幾十種農藥的酶免疫檢測試劑盒[7]。這些試劑盒檢測靈敏度高，檢測快速(一次測樣只需10分鐘)，成本低，使用簡便，安全可靠，操作人員不需特殊培訓，樣品不需凈化，若配備小型光度計，在一小時內即可同時完成20多個樣品的檢測，其可信度可達95%以上。美國環保總署和農業部食品檢驗司已制定了農藥殘留免疫學檢驗商品試劑盒評定和認可標準。由于上述試劑盒價格較高，目前在國內尚不能普及應用。國內對該試劑盒研制起步較晚，商品化產品較少。

　　采用膽堿酯酶抑制的生物化學技術可以用于檢測有機磷和氨基甲酸酯類農藥。國內外已研究出多種方法，如速測卡法、速測片法和農藥殘毒光度計法。目前國內市場上應用較多的是農藥速測卡和農藥速測光度計，國內已有二十余家生產廠商，如廣州天河綠州生物化學研究中心研制的農藥速測卡和吉林大學分析化學系與長春吉大?小天鵝儀器有限公司共同研制的農藥快速殘毒檢測儀等。農藥速測卡特別適用于對農貿市場上的蔬菜進行初篩，呈陽性的樣品再用農藥殘毒快速檢測儀進行進一步的驗證，對某些具有一定代表性殘留的樣品可通過GC-MS或HPLC- MS來進一步鑒別所屬農藥品種。

　　近年來研制出的生物傳感器在檢測有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留時具有靈敏度高、選擇性好和檢出限低(ppb級)等特點。如zhurnal采用電導型生物傳感器對食品中甲基馬拉松、乙基馬拉松、敵百蟲和二乙丙基磷酸的檢出限分別為5×10-9mol/l、 1×10-8mol/l、5×10-7mol/l和5×10-11mol/l。Fernando采用光尋址電位型傳感器測定了有機磷和氨基甲酸酯類農藥，生物敏感材料采用的是鰻魚乙酰膽堿酯酶，可檢出10mmol/l的馬拉松和惡蟲威。也有采用電位型傳感器通過測量酶反應導致的pH值變化來間接測定有機磷農藥殘留的報道。安培型傳感器可通過膽堿氧化酶促進反應生成的H2O2或耗養量來間接測定有機磷農藥。這些傳感器檢測速度快(幾分鐘內可同時檢測8個樣品)，準確度高，經復活劑處理可反復使用。

　　2.3 獸藥殘留快速檢測

　　四川省成都市疾病預防控制中心候為等日前完成的一項題為“動物性食品中獸藥殘留的監測與控制”的研究。研究顯示，獸藥殘留將成為今后食品安全問題中最重要的問題之一。目前在食用動物的飼養和疾病防治中大量使用抗生素和甾體激素等藥物的現象十分普遍，美國曾檢出12%的牛肉、58%的犢牛、23%的豬和20%的禽肉殘留抗生素;日本也曾有60%的牛、93%的豬被檢測出有抗生素殘留;國內市場上的豬肉、白條雞等也檢測到青霉素等藥物殘留。

　　獸藥殘留包括抗生素和鹽酸克倫特羅(瘦肉精)等。其中抗生素包括β-內酰胺類、磺氨類、四環素類、氨基糖苷類、大環內酯類和氯霉素類共六大類50余種。用于抗生素殘留的快速檢測方法主要有酶聯免疫吸附檢測法(ELISA)、放射免疫檢測法、免疫傳感器和生物芯片等方法。目前ELISA試劑盒已得到廣泛應用，意大利Tecna公司、美國Idexx公司、英國Randox公司和德國R-Biophanm公司均有相應的產品。2001國家質量監督檢驗檢疫總局推薦Randox公司的ELISA試劑盒作為動物激素和抗生素殘留的首選篩選試劑，該試劑具有可通過反應后顏色快速做定性分析、靈敏度高、特異性強和在酶樣板上一次可以做多種樣品檢測等特點[8]。

　　放射免疫檢測法是采用同位素標記技術來檢測抗原抗體的高靈敏度方法，檢測限一般低于10-6g/kg[9]。放射免疫檢測系統中最成功的是Charm6600/7600抗生素快速檢測系統，該檢測系統利用專一性受體來識別同一類抗生素中的母環，并以最快的速度同時檢測同一抗生素族在樣品中的殘留情況。目前CharmⅡ 7600檢測系統對于β-內酰胺類、氯霉素類、四環素類、磺氨類、鄰氯青霉素及堿性磷酸酶的檢測已被FDA認可。

　　鹽酸克侖特曼(CLB)俗名 “瘦肉精”，最早是作為止喘藥用于防治哮喘和支氣管痙攣。80年代，美國一家公司意外發現，將一定量的鹽酸克侖特曼添加在動物飼料中，可使動物的瘦肉率增加10%左右。CLB的快速檢測法有簡易控制法和ELISA試劑盒兩種。簡易檢測采用豬活體檢驗方法，如果待宰的豬皮毛異常光亮，呼吸急促，后臀部外形飽滿突起，四肢嚴重顫抖或非外因而臥地不起，可初步判斷為服用過CLB。含有CLB的豬肉其肉色較深，肉質鮮艷，脂肪層非常薄， 兩側腹股溝的脂肪層內毛細血管分布較密甚至充血。正常的新鮮肉多呈中性或弱堿性，宰后1小時的pH值為6.2-6.3，自然條件下冷卻6小時以上的pH值為5.6-6.0，含CLB的豬肉的pH值偏酸性，明顯低于正常范圍。英國的Randox公司、Laboratories公司和德國的R- Biophanm公司均已開發出檢測肉品和飼料中CLB的ELISA試劑盒。這種試劑盒的優點是靈敏度高、操作簡便、檢測迅速且價格便宜，缺點是仍不能實現現場檢測并且假陽性率較高。用ELISA檢測牛組織中的CLB時，可產生6.8%的假陽性，另外有36%的陽性樣品不能確認。目前國內外都沒有建立對于 CLB的宰前監測體系，并且都缺少準確、迅速、方便精確的CLB檢測方法。

　　2.4添加劑和有害化學品殘留物的快速檢測

　　國外某些發達國家對食品添加劑和有害化學品的管理比我國先進很多，雖然也發生過瘋牛病，二噁英，禽流感等惡性食品安全事故，但農產品和食品安全基礎管理設施和管理水平遠遠高于我國現狀。有關食品安全的相關法律法規趨于完善，市場已經完全規范化運作。像我國目前經常發生在生產流通等環節中的諸多食品安全問題很少發生。因此相關檢測大都在實驗室進行。最近德國默克公司研制開發出用于現場質量控制檢測的反射式食品測試儀，通過濾紙條顯色后，在反射式光度計上可檢測出50種參數。

　　在我國，農產品中化學有害物質和食品中添加劑的快速檢測大都采用比色法，通過試紙或試管中被檢測樣品的溶液顏色變化實現樣品定性或定量檢測，如食品中砷、汞、氰化物、氟化物、加碘鹽中碘、食用油中非食用油、酸價和過氧化值、食品中亞硝酸鹽、雙氧水、甲醛和吊白塊等[10]。這些方法雖然快速，操作簡便，但由于未經過樣品前處理，干擾大，難以定量測定，實現對大多數農產品和食品的初篩均較困難。

　　吉林大學化學學院分析化學系于愛民教授等與長春吉大?小天鵝儀器有限公司根據目前國內市場需求共同開發出能在30分鐘內現場定量測定農產品和食品中亞硝酸鹽、硝酸鹽、二氧化硫、甲醛、吊白塊、農藥殘毒、植物油中過氧化值、動物油中丙二醛、醬油中氨基酸態氮、食鹽中碘、陳化糧檢測的儀器及其相關技術，并研制出樣品快速前處理裝置、便攜式食品安全現場快速檢測儀、與檢測項目相配套的化學試劑盒，檢測結果與國標法符合率達到95%以上。該儀器于2003年投入市場以來，已裝備于國內20多家省市工商局的流動食品安全現場檢測車上。

　　3 展望

　　目前，國外發展光譜技術研制農產品現場快速檢測儀器的同時，采用電化學技術的現場快速檢測儀器得到突飛猛進的發展，并且生物芯片和生物傳感器在農產品檢測的應用也初見端倪，而我國在這些方面的應用研究剛剛起步，國內用于農產品和食品中有毒有害化學品的定量檢測大都采用常規國標方法，并且只能在具有專門知識的技術人員和有資質的實驗室條件下進行，每個檢測項目的分析速度大約3-4小時以上，由于檢測速度慢不能滿足現場和實驗室快速定量檢測。因此研制開發出在30分鐘以內就能快速定量檢測的儀器和檢測方法，如農產品和食品中工業明膠、色素、淀粉、明礬、石蠟、脂肪、蛋白質、化肥、滑石粉和糖精等現場快速定量檢測方法和儀器用于初篩，是當前我國質檢和規范市場等部門急需的。

　　參考文獻

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