功能納米材料在食品污染物檢測中的運用

◎ 羊 銀

（天津市食品安全檢測技術(shù)研究院，天津 300000）

1 食品中污染物的種類與危害

1.1 重金屬污染物

現(xiàn)階段，食物中毒事件頻頻發(fā)生，影響了人們的身體健康，甚至有部分人因為食物中毒而不幸死亡。其中有部分是由于重金屬污染引起的。重金屬污染主要是指食物中重金屬的含量過多，如鉛、銅、鋅等金屬物質(zhì)。造成食品重金屬污染的原因有很多：①我國工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)增多，未處理的污水、生產(chǎn)排出的氣體等使我國環(huán)境污染問題愈加嚴(yán)重，食品生產(chǎn)中金屬物質(zhì)可以通過各種途徑進入到食物中。②在食品運輸或儲存的過程中，運輸工具或存放食品的器具含有的金屬材料會進入食品，從而導(dǎo)致食品污染。③目前農(nóng)業(yè)種植當(dāng)中土壤污染的現(xiàn)象也很嚴(yán)重，土壤中金屬物質(zhì)過多也會導(dǎo)致食物重金屬污染。重金屬污染會導(dǎo)致人的腦細胞受損，對人體的消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及各器官都會造成危害，同時還可能引發(fā)腎功能障礙、老年癡呆、腦死亡等病癥。

1.2 農(nóng)藥殘留污染物

當(dāng)下我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷擴張，為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量，各地區(qū)都會使用農(nóng)藥來提高農(nóng)作物的產(chǎn)量或殺蟲除草，因而農(nóng)藥的使用量不斷增加。與此同時，農(nóng)戶濫用農(nóng)藥的問題也逐漸增多，農(nóng)藥市場上也有劣質(zhì)產(chǎn)品出現(xiàn)。農(nóng)戶使用農(nóng)藥量超標(biāo)或使用劣質(zhì)農(nóng)藥都會使大量的農(nóng)藥殘留在土壤中，農(nóng)作物生長的過程中就會吸收土壤當(dāng)中的農(nóng)藥殘留物質(zhì)，導(dǎo)致食品污染。

目前常見的農(nóng)藥殘留種類有有機磷類、有機氯類、擬除蟲菊酯類和氨基甲酸酯類等，還有很多的農(nóng)藥殘留物對食品健康的危害都非常嚴(yán)重。人們食用含有農(nóng)藥的食品會使農(nóng)藥有害物質(zhì)慢慢在身體當(dāng)中積累，從而引發(fā)畸形、癌癥等問題。導(dǎo)致食品農(nóng)藥殘留的主要原因包括農(nóng)戶使用高毒農(nóng)藥、使用農(nóng)藥頻繁大、水源污染、空氣污染和土壤污染等。這些原因的單獨作用或綜合作用都可能造成食品農(nóng)藥污染[1]。

1.3 獸藥殘留污染物

相較于我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展，我國畜牧業(yè)的發(fā)展也不甘示弱，各大養(yǎng)殖廠的規(guī)模逐漸擴大，在牲畜養(yǎng)殖的過程中會進行疫苗接種，在動物患疫病時也會使用獸藥進行治療，還有在動物的飼料中也會添加一定量的獸藥，來促進牲畜的生長和發(fā)育。但是，在使用獸藥的過程中，會存在濫用、過度使用的現(xiàn)象，使部分獸藥存留在牲畜的體內(nèi)，造成食品的污染。比較常見的獸藥殘留種類有喹諾酮類、磺胺類、激素等，長期食用有這類獸藥殘留的食品，會導(dǎo)致骨髓造血障礙、身體激素失衡，生殖器官患病的可能性增大。如果兒童使用會引發(fā)身體畸形、早熟等問題。

1.4 其他污染物

除上述幾類食品污染之外，食品污染還包括食品包裝和食品添加劑的污染。食品種類增多，各式各樣的食品包裝也隨之出現(xiàn)，但有部分食品包裝中就含有一些化學(xué)污染物質(zhì)包括鄰苯二甲酸酯、甲醛、抗氧化劑等，食品包裝的污染物質(zhì)直接與食品進行接觸，會進入到食品中，被人們食入體內(nèi)。一些商家為了增加食品銷售量，獲取利潤，在食品當(dāng)中添加過量的色素、香精等物質(zhì)，這些都是對人體有害的物質(zhì)，會使人體的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、大腦都受到損傷，還有可能致癌或引發(fā)基因突變。

2 功能納米材料在食品污染物檢測中的運用

2.1 碳納米管

碳納米管是食品污染物檢測中運用較為廣泛的功能納米材料之一，碳納米管主要對食品當(dāng)中重金屬污染、農(nóng)藥殘留污染、獸藥殘留污染有較強的吸附作用。現(xiàn)階段在食品污染檢測當(dāng)中運用的是多壁碳納米管。常見的應(yīng)用方法有以下3種：①直接利用多壁碳納米管對檢測混合溶液進行分離富集，然后利用火焰原子進行吸收，從而提高檢測的質(zhì)量和效率。②多壁碳納米管和氣相色譜檢測法相結(jié)合，可以準(zhǔn)確的測定果蔬食品當(dāng)中的農(nóng)藥殘留量，同時多壁碳納米管還可以有效的將農(nóng)藥殘留物質(zhì)進行清除，從而提高農(nóng)藥殘留檢測與清除的速率和精準(zhǔn)性，并且成本較低。③利用多壁碳納米管與固相萃取材料相結(jié)合運用，可以提高食品檢測的吸附效果，將動物食品當(dāng)中的獸藥殘留進行凈化，并可以將果蔬當(dāng)中有機磷類的農(nóng)藥充分的吸附出來，從而保證食品的健康。

2.2 石墨烯

石墨烯也是應(yīng)用非常廣泛的功能納米材料，而且石墨烯在食品污染物中運用的效果比多壁碳納米管還要好。石墨烯是由單層的碳原子堆積而成的二維晶格結(jié)構(gòu)，很多相關(guān)學(xué)者對其進行試驗研究，發(fā)現(xiàn)石墨烯對食品污染物含量的檢測精準(zhǔn)度很高。

（1）將氨基添加在石墨烯的表面，然后對油性的食品進行檢驗，可以有效地清除食品當(dāng)中的農(nóng)藥殘留物，清除率可以達到70%以上，這種檢測方法操作簡單、用料更省，而且非常環(huán)保[2]。

（2）在食品污染物處理的前期階段使用石墨烯，可以提高對金屬污染物的吸附效果，石墨烯可以作為吸附柱將果蔬食品或水食品中鉛等金屬污染物質(zhì)進行吸附清除。此外相關(guān)報道研究發(fā)現(xiàn)，使用等量的石墨烯與其他吸附劑相比較時，其他吸附劑的吸附能力均不及石墨烯效果好。另外，石墨烯在食品檢測中適用的范圍也比較大，除了果蔬、水之外，在固體食品材料中也有一定的應(yīng)用[3]。

2.3 磁性納米粒子

磁性納米粒子在食品污染物檢測中可以有效提高檢測的靈敏度、質(zhì)量和效率，同時可以吸附去除食品中的有機污染物、金屬污染物、添加劑等污染物質(zhì)。磁性納米粒子結(jié)合現(xiàn)代免疫分析技術(shù)，可以提高農(nóng)藥污染檢測的速度和效果。利用催化活性較強的磁性納米粒子可以提高食品瘦肉精等添加劑的檢測精準(zhǔn)度。

磁性納米粒子具有較強的催化性和富集功能，可以有效提高食品凈化質(zhì)量。其中，磁性氧化鐵納米粒子可以清除凈化食品中重金屬污染物質(zhì)。磁性納米粒子雖大幅度地提高了食品污染物檢測的便捷度，但是合成物制作的過程是比較復(fù)雜的，而且合成物非常不穩(wěn)定，還需要相關(guān)人員針對這一問題進行研究和優(yōu)化。

2.4 納米金屬氧化物

納米金屬氧化物在食品污染物檢測中對農(nóng)藥污染物、重金屬污染物的吸附效果非常顯著，而且納米金屬氧化物材料的使用成本較低，合成物的穩(wěn)定性和便捷度較高。例如，納米氧化鐵材料對食品當(dāng)中金屬離子的吸附量非常大，相較于其他的吸附材料，納米氧化鐵材料吸附能力是最好的；如果在納米金屬材料的表面固定乙酰膽堿酯酶，可以有效提高食品農(nóng)藥殘留量檢測的準(zhǔn)確性，同時提高檢測的靈敏度和速度；在吸附食品中的鉛時，可以通過制作二氧化硅納米粒子合成物，對食品中的鉛離子進行分離、測定和吸附，來提高檢測的精準(zhǔn)度。

2.5 量子點

量子點是一種能接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光的半導(dǎo)體納米顆粒，因具有獨特和穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，而成為熒光標(biāo)記領(lǐng)域的主流。量子點憑借其選擇性好、靈敏度高、背景干擾小以及熒光強度穩(wěn)定等特點，為分析殘留農(nóng)藥提供了強有力的技術(shù)支持。將熒光量子點與殘留獸藥偶聯(lián)，競爭目標(biāo)檢測物與包被原競爭熒光標(biāo)記的抗體，然后將免疫反應(yīng)獲得的反應(yīng)產(chǎn)物在微流控芯片泳道中電流的作用下進行測定，進而實現(xiàn)獸藥目標(biāo)物的定量分析。

還可以利用量子點作為新的還原劑，快速熒光法測定糧食中的敵草快等除草劑，該方法靈敏度高、重現(xiàn)性好，且每個樣品包括提取、反應(yīng)和熒光測定在內(nèi)的處理時間僅為6 min，極大地提高了檢測效率，滿足了當(dāng)前快速檢測技術(shù)的要求。雖然量子點的熒光性和熒光穩(wěn)定性較其他傳統(tǒng)的有機熒光材料更有優(yōu)勢，但由于受周圍環(huán)境因素的自身缺陷（如pH值、氧氣氛圍的變動會影響其穩(wěn)定性）影響了它在變化大的外部環(huán)境中的應(yīng)用，需在合成研究中進行改進。

3 結(jié)論

納米材料憑借其獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)在食品中重金屬、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等有害污染物檢測中獲得了廣泛的應(yīng)用，對食品安全檢測技術(shù)不斷完善和發(fā)展作出了貢獻，豐富了當(dāng)今社會發(fā)展所需要的簡便、快速、靈敏、準(zhǔn)確和適用性強的檢測手段，彌補了傳統(tǒng)檢測方法的不足。但目前應(yīng)用納米材料進行前處理的食品基質(zhì)多為飲用水、水果、蔬菜等簡單的食品基質(zhì)，應(yīng)結(jié)合生物學(xué)、免疫學(xué)等先進技術(shù)，研究開發(fā)出更多種新型的納米吸附材料應(yīng)用到復(fù)雜食品基質(zhì)的前處理中，以進一步擴展納米吸附材料在食品安全檢測領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。