农产品有毒有害残留物快速检测新技术与仪器的进展

　　摘 要 结合农产品中有毒有害残留物快速检测的需求和特点，本文综述了农产品品质、生物毒素、有害微生物和化学污染物的快速检测的研究进展，并展望了现场快速分析方法、仪器和市场需求。

　　关键词 农产品;品质;有毒有害残留物;快速检测

　　中图分类号 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

　　农产品和食品是否安全是一个全球性的问题，不仅是传统农业不适当使用化肥、农药造成农产品和食品的污染，而且随着农产品和食品生产的工业化新技术、新原料和新产品的采用，造成农产品和食品污染的因素日趋复杂化，特别是目前我国经常发生在农产品和食品生产流通环节中的诸多污染事件时有发生。要保障农产品和食品安全必须对其进行检测监督是重要措施之一。但是由于农产品和食品中有毒有害化学品的检测速度慢，不但需要贵重仪器和专业实验人员，而且大都在实验室中进行，难以实现现场快速检测。所以准确、快速、便携和操作简便的现场检测仪器和设备是目前市场迫切需要的。本文综述了国内外用于现场快速检测的仪器、方法和技术。

　　1 生物芯片用于农产品快速检测

　　找到一种快速、准确、灵敏、无漏检且自动化程度高的检测方法是所有生物检测方法研究者的共同目标，生物芯片和生物传感器技术可以使这种目标得以实现。生物芯片的一个突出优点是能平行快速分析上百个或数千个多态性样品，如农产品中农药和兽药残留的检测、微生物的检测和动植基因突变的检测等，都可以通过生物芯片和生物传感器来实现[1-3]。

　　1.1 生物芯片用于识别不明肉类

　　2004 年3月一家名为“biomerieux”的法国公司推出了一种能够识别不明肉类的新型基因芯片[4]。这种名为“食品专家——ID”的检测方法包括精心选自33种脊椎动物们的88000个探针，这些动物包括鸵鸟，非洲鳗和猫，人类DNA也包括在内，不过主要作为“对照”。芯片由affymetrix公司制造，他们的基因芯片技术已经在全世界各地的遗传学实验室中得到了应用。该芯片将用于肉类产品的品质证明，检测的结果是给出一张“身份识别卡”，在上面开列出所有检测到的物种名称，“未知脊椎动物”也将被证明。这种芯片不但能揭示出标价为100美元的鹅肝酱是否掺入猪肝等廉价替代品，而且可以检测出吃了脊椎动物副产品的动物的肉制品中所携带的病毒蛋白，如疯牛病等，还能用于确认某些指标要求严格的食品是否达标。

　　1.2 生物芯片用于羊绒和羊毛的鉴别

　　羊绒是一种珍贵的动物纤维，经济价值远高于羊毛。鉴别羊绒、羊毛通用的方法是扫描电镜法、光学投影显微法和溶液延伸法，这三种方法均是从纤维的外观形态和微观结构上进行辨别。但是即便是经验丰富的检验人员有时候也难以分辨纤维的种类。由于羊绒和羊毛在DNA片段上有着不同的结构特征，利用这些特征可以开发出用于分辨羊绒和羊毛的DNA芯片[5]。1992年，Hamlym等人首次制作出了绵羊特异的DNA探针，可区别出从绵羊毛，山羊绒，马海毛中分离出的DNA。

　　1.3 生物芯片用于兽药残留的检测

　　Sternesjoes采用免疫传感器测定了牛奶中的硫胺二甲嘧啶，检出限低于1×10-9，平均相对标准偏差为2%，传感器表面经NaOH和HCL处理后可重复使用。

　　程京博士提出的微阵列芯片技术具有快速、准确、灵敏、高通量和适用范围广等特点[6]，可为兽药残留的控制提供科学，准确，公证的检验数据。北京博奥生物芯片有限责任公司已开发基于免疫原理的蛋白质芯片和配套的通用样品制备方法及装置，该芯片可用于重点兽药残留的检测。

　　1.4 生物芯片用于大肠杆菌的检测

　　美国研究人员制作出了形似芯片的“微流体实验室”，他能够自动发现并分析特定微生物和化学物质。据亚利桑那州立大学网站报道，上述科研装置由该大学应用纳米生物中心的专家罗宾等人制作。这个主要结构由塑胶制成的“实验室”长12厘米，宽6厘米，厚2毫米。“实验室”内的隔间、管道、机械泵和阀门分别能储存、引导被研究的液体。利用声波振动技术，粘性较大的不同液体能在“实验室”内完全混合。在研究含有微生物的液体时，“实验室”可采用免疫磁性珠细胞分离术俘获目标细胞。在对这些细胞进行预先浓缩、净化、除去细胞膜、DNA复制等处理后，特殊的传感器会用电化学法找到属于某病原体的微量DNA，并提供相应的分析结果。这种微型“实验室”成功地在3个半小时内从兔子的血样中找到了大肠杆菌。研究人员目前正在提高该“实验室”俘获目标细胞的效率及其对病原体DNA 的敏感性，以期最终用这种装置检测多种细菌，分析遗传物质，监测环境。

　　2 化学污染物残留快速检测

　　2.1 有毒有害元素的快速检测

　　食品中砷，铅，汞，铬，镉五大有害元素的快速检测技术不断出现，其中原子荧光光谱仪是我国科学工作者发明的一种高效，灵敏，快速的有害元素污染物分析仪器，已列入国家标准方法。Milestone公司的DMA-80直接测汞仪的最大特点在于可测定固体和液体中汞含量而不需要进行样品前处理，每一个样品分析仪器可在5-6分钟内完成，检出限为0.05ng级，英国百灵公司生产的阳极溶出铅、汞、镉快速溶出伏安仪，可在5分钟内报出分析结果，电极为一次性使用，检出限可达ng级，除汞外，农产品和食品中砷、铅、铬和镉的快速检测的主要障碍是样品的快速前处理。

　　2.2 农药残留快速检测

　　农药残留快速检测方法中主要采用的技术是免疫分析技术、生物化学技术和生物传感器技术。目前对于免疫分析技术在农药快速检测的应用研究十分活跃，国外已研制出有机磷类、氨基甲酸酯类、硫代氨基甲酸酯类、有机氯类、三嗪类、拟除虫菊酯类和酰胺类等几十种农药的酶免疫检测试剂盒[7]。这些试剂盒检测灵敏度高，检测快速(一次测样只需10分钟)，成本低，使用简便，安全可靠，操作人员不需特殊培训，样品不需净化，若配备小型光度计，在一小时内即可同时完成20多个样品的检测，其可信度可达95%以上。美国环保总署和农业部食品检验司已制定了农药残留免疫学检验商品试剂盒评定和认可标准。由于上述试剂盒价格较高，目前在国内尚不能普及应用。国内对该试剂盒研制起步较晚，商品化产品较少。

　　采用胆碱酯酶抑制的生物化学技术可以用于检测有机磷和氨基甲酸酯类农药。国内外已研究出多种方法，如速测卡法、速测片法和农药残毒光度计法。目前国内市场上应用较多的是农药速测卡和农药速测光度计，国内已有二十余家生产厂商，如广州天河绿州生物化学研究中心研制的农药速测卡和吉林大学分析化学系与长春吉大•小天鹅仪器有限公司共同研制的农药快速残毒检测仪等。农药速测卡特别适用于对农贸市场上的蔬菜进行初筛，呈阳性的样品再用农药残毒快速检测仪进行进一步的验证，对某些具有一定代表性残留的样品可通过GC-MS或HPLC- MS来进一步鉴别所属农药品种。

　　近年来研制出的生物传感器在检测有机磷和氨基甲酸酯类农药残留时具有灵敏度高、选择性好和检出限低(ppb级)等特点。如zhurnal采用电导型生物传感器对食品中甲基马拉松、乙基马拉松、敌百虫和二乙丙基磷酸的检出限分别为5×10-9mol/l、 1×10-8mol/l、5×10-7mol/l和5×10-11mol/l。Fernando采用光寻址电位型传感器测定了有机磷和氨基甲酸酯类农药，生物敏感材料采用的是鳗鱼乙酰胆碱酯酶，可检出10mmol/l的马拉松和恶虫威。也有采用电位型传感器通过测量酶反应导致的pH值变化来间接测定有机磷农药残留的报道。安培型传感器可通过胆碱氧化酶促进反应生成的H2O2或耗养量来间接测定有机磷农药。这些传感器检测速度快(几分钟内可同时检测8个样品)，准确度高，经复活剂处理可反复使用。

　　2.3 兽药残留快速检测

　　四川省成都市疾病预防控制中心候为等日前完成的一项题为“动物性食品中兽药残留的监测与控制”的研究。研究显示，兽药残留将成为今后食品安全问题中最重要的问题之一。目前在食用动物的饲养和疾病防治中大量使用抗生素和甾体激素等药物的现象十分普遍，美国曾检出12%的牛肉、58%的犊牛、23%的猪和20%的禽肉残留抗生素;日本也曾有60%的牛、93%的猪被检测出有抗生素残留;国内市场上的猪肉、白条鸡等也检测到青霉素等药物残留。

　　兽药残留包括抗生素和盐酸克伦特罗(瘦肉精)等。其中抗生素包括β-内酰胺类、磺氨类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类和氯霉素类共六大类50余种。用于抗生素残留的快速检测方法主要有酶联免疫吸附检测法(ELISA)、放射免疫检测法、免疫传感器和生物芯片等方法。目前ELISA试剂盒已得到广泛应用，意大利Tecna公司、美国Idexx公司、英国Randox公司和德国R-Biophanm公司均有相应的产品。2001国家质量监督检验检疫总局推荐Randox公司的ELISA试剂盒作为动物激素和抗生素残留的首选筛选试剂，该试剂具有可通过反应后颜色快速做定性分析、灵敏度高、特异性强和在酶样板上一次可以做多种样品检测等特点[8]。

　　放射免疫检测法是采用同位素标记技术来检测抗原抗体的高灵敏度方法，检测限一般低于10-6g/kg[9]。放射免疫检测系统中最成功的是Charm6600/7600抗生素快速检测系统，该检测系统利用专一性受体来识别同一类抗生素中的母环，并以最快的速度同时检测同一抗生素族在样品中的残留情况。目前CharmⅡ 7600检测系统对于β-内酰胺类、氯霉素类、四环素类、磺氨类、邻氯青霉素及碱性磷酸酶的检测已被FDA认可。

　　盐酸克仑特曼(CLB)俗名 “瘦肉精”，最早是作为止喘药用于防治哮喘和支气管痉挛。80年代，美国一家公司意外发现，将一定量的盐酸克仑特曼添加在动物饲料中，可使动物的瘦肉率增加10%左右。CLB的快速检测法有简易控制法和ELISA试剂盒两种。简易检测采用猪活体检验方法，如果待宰的猪皮毛异常光亮，呼吸急促，后臀部外形饱满突起，四肢严重颤抖或非外因而卧地不起，可初步判断为服用过CLB。含有CLB的猪肉其肉色较深，肉质鲜艳，脂肪层非常薄， 两侧腹股沟的脂肪层内毛细血管分布较密甚至充血。正常的新鲜肉多呈中性或弱碱性，宰后1小时的pH值为6.2-6.3，自然条件下冷却6小时以上的pH值为5.6-6.0，含CLB的猪肉的pH值偏酸性，明显低于正常范围。英国的Randox公司、Laboratories公司和德国的R- Biophanm公司均已开发出检测肉品和饲料中CLB的ELISA试剂盒。这种试剂盒的优点是灵敏度高、操作简便、检测迅速且价格便宜，缺点是仍不能实现现场检测并且假阳性率较高。用ELISA检测牛组织中的CLB时，可产生6.8%的假阳性，另外有36%的阳性样品不能确认。目前国内外都没有建立对于 CLB的宰前监测体系，并且都缺少准确、迅速、方便精确的CLB检测方法。

　　2.4添加剂和有害化学品残留物的快速检测

　　国外某些发达国家对食品添加剂和有害化学品的管理比我国先进很多，虽然也发生过疯牛病，二噁英，禽流感等恶性食品安全事故，但农产品和食品安全基础管理设施和管理水平远远高于我国现状。有关食品安全的相关法律法规趋于完善，市场已经完全规范化运作。像我国目前经常发生在生产流通等环节中的诸多食品安全问题很少发生。因此相关检测大都在实验室进行。最近德国默克公司研制开发出用于现场质量控制检测的反射式食品测试仪，通过滤纸条显色后，在反射式光度计上可检测出50种参数。

　　在我国，农产品中化学有害物质和食品中添加剂的快速检测大都采用比色法，通过试纸或试管中被检测样品的溶液颜色变化实现样品定性或定量检测，如食品中砷、汞、氰化物、氟化物、加碘盐中碘、食用油中非食用油、酸价和过氧化值、食品中亚硝酸盐、双氧水、甲醛和吊白块等[10]。这些方法虽然快速，操作简便，但由于未经过样品前处理，干扰大，难以定量测定，实现对大多数农产品和食品的初筛均较困难。

　　吉林大学化学学院分析化学系于爱民教授等与长春吉大•小天鹅仪器有限公司根据目前国内市场需求共同开发出能在30分钟内现场定量测定农产品和食品中亚硝酸盐、硝酸盐、二氧化硫、甲醛、吊白块、农药残毒、植物油中过氧化值、动物油中丙二醛、酱油中氨基酸态氮、食盐中碘、陈化粮检测的仪器及其相关技术，并研制出样品快速前处理装置、便携式食品安全现场快速检测仪、与检测项目相配套的化学试剂盒，检测结果与国标法符合率达到95%以上。该仪器于2003年投入市场以来，已装备于国内20多家省市工商局的流动食品安全现场检测车上。

　　3 展望

　　目前，国外发展光谱技术研制农产品现场快速检测仪器的同时，采用电化学技术的现场快速检测仪器得到突飞猛进的发展，并且生物芯片和生物传感器在农产品检测的应用也初见端倪，而我国在这些方面的应用研究刚刚起步，国内用于农产品和食品中有毒有害化学品的定量检测大都采用常规国标方法，并且只能在具有专门知识的技术人员和有资质的实验室条件下进行，每个检测项目的分析速度大约3-4小时以上，由于检测速度慢不能满足现场和实验室快速定量检测。因此研制开发出在30分钟以内就能快速定量检测的仪器和检测方法，如农产品和食品中工业明胶、色素、淀粉、明矾、石蜡、脂肪、蛋白质、化肥、滑石粉和糖精等现场快速定量检测方法和仪器用于初筛，是当前我国质检和规范市场等部门急需的。

　　参考文献

　　[1] 马立人，蒋中华. 生物芯片，北京：化学工业出版社，2000

　　[2] 许春向等. 生物传感器及其应用，北京：科学出版社，1993

　　[3] 刘浩生，彭志英. 生物传感器在食品工业中的应用，食品与发酵工业，1999，23(4)：61～66

　　[4] 舒华. www.sciencenow.org，2004，3：12

　　[5] 候秀良等. 山羊绒与细支纤维的鉴别，上海纺织科技，1999，(3)：58～60

　　[6] 邢婉丽，程京著. 生物芯片技术，北京：清华大学出版社，20004

　　[7] Cleegg B S. et al. Development of an enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of elyphlsato. J Agfic Food Chem, 1999, 47(12): 5031~5037

　　[8] 邓冬云，余淑冰等. 牛奶中抗生素残留量检测，食品安全与检测，2004，2：60

　　[9] 王晶，王林，黄晓蓉. 食品安全快速检测，北京：化学工业出版社，2002

　　[10] 中国疾病预防控制中心营养与食品安全所. 食品安全快速检测，2003，10：16