分子印跡技術在食品安全檢測領域的應用進展

許禎毅，吳玉瓊，范俐，姜咸彪

（武夷學院茶與食品學院，福建 武夷山 354300）

分子印跡技術（molecular imprinting technology，MIT），也稱分子烙印，是指用化學的方法合成對某種目標分子（模板或稱印跡分子）具有特異選擇性的聚合物的過程[1]。這種技術利用功能模板與目標分子特異性結合的原理，制備有特定尺寸、形狀、序列的功能性基團聚合物，能夠特異性識別模板分子，進而達到分離與選擇的目的，因此它被形象地認為可以用來制造識別“分子鑰匙”的“人工鎖”[2-3]。通過這種技術制備出來的分子印跡聚合物（molecular imprinting polymers，MIPs）對模板分子（或目標分子）具有很好的親和性和選擇性，因此MIPs在成分復雜或環境惡劣的樣品具有較強的抵抗能力、穩定性強和重復利用率高等優點，被廣泛用于食品、環境、生物醫藥等復雜樣品中殘量或微量組分的檢測[4-8]。

本文主要對分子印跡技術的原理進行概述，對分子印跡技術在食品安全檢測領域中的農藥殘留、獸藥殘留、重金屬污染、非法使用添加劑、生物性污染等方面的應用進行介紹，并與傳統的檢測方法進行對比，分析其目前存在的難點，以期為該技術在食品安全檢測領域的發展提供更多方向。

1 分子印跡技術的基本概念和原理

1.1 分子印跡技術的基本概念

MIT起源于諾貝爾獲獎者Pauling在1940年提出的抗體形成理論[9]，1993年Vlatakis等[10]科學家發表制備茶堿非共價印跡聚合物的研究成果，使MIT成為了眾多學者的研究熱點。進入21世紀，有關MIT或MIPs的研究應用得到蓬勃發展。至今，小分子[11]，金屬螯合物[12]，氨基酸類及其衍生物[13]，大分子蛋白質[14]等都已經成功地實現了MIPs的制備。

1.2 分子印跡技術的原理

MIPs的制備過程如圖1所示[15]。其原理是將模板分子與功能單體在一定條件下進行預組裝，加入交聯劑和致孔劑后使模板分子按預期取向和定位嵌入到聚合物中，然后通過物理或化學方法洗脫除去聚合物中的模板分子，形成與模板分子結構匹配的空穴，得到“印跡”有目標分子或模板分子空間結構和結合點位的MIPs。因此MIPs具有預定性、特異識別性、實用性、良好穩定性等特點[16]。

圖1 MIPs制備流程圖Fig.1 Flow chart of preparation for MIPs

MIPs的制備一般可分為3個階段：（1）模板分子和功能單體相互作用形成復合物；（2）使用交聯劑和致孔劑將功能單體固定在特定的空間位置上；（3）通過化學或物理方法，洗脫除去模板分子，得到在空間位置上與模板分子完全匹配的印跡聚合物。根據模板分子與功能單體形成的聚合物性質，可以將分子印跡的制備分為共價印跡（預裝法）、非共價印跡（自組裝法）和雜化印跡（犧牲空間法）[15-16]。

MIPs的制備具有操作簡單、直接等特點[17-19]，但由于不同領域所用的MIPs要求不同，因此在實際試驗操作中要綜合考慮研究的對象和目的，選擇最佳的合成方法。目前，制備MIPs主要有以下幾種制備方法：本體聚合、原位聚合、沉淀聚合、乳液聚合、懸浮聚合、表面分子印跡、離子印跡等。不同制備方法的優缺點對比見表1。

表1 MIPs不同制備方法對比Table 1 Comparisions of different preparation imprinting methods of MIPs

2 MIT在食品安全檢測中的應用

2.1 MIT在食品中農藥殘留檢測方面的應用

食品中農藥殘留類型可分為有機氯類、有機磷類、有機氮類、擬除蟲菊酯類、酰胺類化合物、脲類化合物、醚類化合物、菊酯類和氨基甲酸類等，隨著農藥類型和農藥使用量的不斷增加，全世界各國都在集中大量的人力、物力開展食品中農藥殘留檢測技術的研究。MIT具有特異性和親和性，特別適用于食品中痕量、微量農藥殘留的檢測。

Chen等[22]使用有機磷農藥生產的中間體O，O-二甲基硫代磷為模板，甲基丙烯酸為單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑合成新型有機磷MIPs，考察有機磷MIPs對5種有機磷農藥（敵百蟲、敵敵畏、樂果、吡蟲啉、甲胺磷）的吸附能力，并將其作為分子印跡固相萃取劑建立蔬菜中5種有機磷農藥殘留的氣相色譜方法。優化后的方法準確度和精密度良好，適用于蔬菜中5種有機磷農藥殘留量的檢測。

王小玉等[30]以硅球為載體，對硫磷為模板，無水乙醇為溶劑，氨丙基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷的混合物為功能單體，四乙氧基硅烷為交聯劑，采用溶膠-凝膠法制備對硫磷分子印跡聚合物，高效液相色譜用于西紅柿中對硫磷殘留檢測的方法，該方法檢出限低。許艷軍等[31]以乙酰甲胺磷為模板分子，用懸浮聚合法制備出MIPs。將其用于分子印跡固相萃取劑前處理技術，并與氣相色譜聯用，建立對茶葉中乙酰甲胺磷進行檢測的方法。在最優條件下，乙酰甲胺磷加標回收率大于95%。劉娜等[32]制備出嘧菌酯、噻蟲啉和吡蟲啉3種內吸性農藥的MIPs，以此MIPs作為吸附功能原料制備分子印跡固相萃取劑，建立分子印跡固相萃取劑-液質聯用儀檢測黃瓜中嘧菌酯、噻蟲啉和吡蟲啉殘留量的方法，通過條件優化，3種農藥的加標回收率高，且方法精確性好。

目前，食品中農藥殘留的前處理方法主要是依賴弗羅里硅土小柱、C18小柱、石墨化氨基小柱等[33-35]。這些方法都需要消耗大量有機溶劑進行活化和淋洗，不僅污染環境，而且回收率受樣品類型影響較大。MIT與傳統的凈化方法相比，具有構效預定性、操作穩定性、重復使用、溶劑消耗量小等特點，因此它在食品農藥殘留方面的研究越來越受到重視。

2.2 MIT在食品獸藥殘留檢測方面的應用

食品中獸藥殘留主要是檢測抗生素類、激素類和抗菌類化學品，因其種類繁多，基質復雜、殘留量低，傳統的樣品前處理方法較難滿足當前的需求，因此近年來，MIT在食品中獸藥殘留的應用報道越來越多。

李增威等[36]將磁性分離技術和表面分子印跡技術相結合，在Fe3O4磁性納米粒子表面接枝雙鍵，以氯霉素為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑、偶氮二異丁腈為引發劑，采用懸浮聚合法合成氯霉素磁性MIPs，將其作為分子印跡固相萃取劑在豬肉和蜂蜜樣品中進行不同濃度的氯霉素加標回收率測試，取得很好的效果，方法回收率高，靈敏度和準確性都很好。Feng等[37]為快速、準確地檢測豬尿液中鹽酸克倫特羅及其代謝物，研制一種基于分子印跡聚合物的新型石英晶體微天平傳感器陣列。該方法可通過尿液標本快速檢測家畜是否被添加了鹽酸克倫特羅。

Song等[38]以泰樂菌素為模板，甲基丙烯酸為功能單體合成MIPs，然后將其作為固相萃取原料，應用高效液相色譜串聯質譜儀對豬、牛、雞3種肉制樣品中10種大環內酯類抗生素藥物進行檢測，方法的檢測限為 0.1 ng/g～0.4 ng/g，定量限為 0.3 ng/g～1.0 ng/g，靈敏度很好。

通過對比MIPs制成的固相萃取柱與傳統的固相萃取小柱的試驗結果，發現MIT對目標物的加標回收率更高，且具有更高的精密度、更好的準確度、更加穩定的性能[38]。

2.3 MIT在食品重金屬殘留檢測方面的應用

食品中的重金屬污染主要來源于3個方面，一是來源于農作物對重金屬元素的富集；二是源于水產動物重金屬的污染，三是源于食品生產加工、貯藏、運輸過程中出現的污染。重金屬進入人體后要經過一段時間的積累，達到一定的濃度后才顯示出毒性，因此不易被人們所察覺，具有很大的潛在危害性。與金屬離子有關的印跡技術屬于MIT的前沿內容，也有少量應用于食品中重金屬殘留量檢測的報道。

李光珍等[39]以殼聚糖為功能單體，α-Fe2O3為改性增強劑，砷為模板分子，采用反相懸浮交聯法制備得到砷分子印跡α-Fe2O3改性殼聚糖樹脂（arsenic imprinted α-Fe2O3modified chitosan beads，As-IFICB）。試驗研究表明，As-IFICB對梨汁中的砷具有很強的親和力和良好的選擇性，能有效吸附梨汁中的砷元素，而對梨汁中鈣、鎂、鐵等有益礦質元素和總糖、游離氨基酸等營養成分的吸附量很少，能較好保留梨汁中的營養物質。

郝麗[40]以Cd（Ⅱ）為模板，甲基丙烯酸為單體，異丙醇為溶劑，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑，偶氮二異丁腈為引發劑，采用甲苯/十二醇作為復合致孔劑體系，在不銹鋼管柱中制備得到鎘離子印跡柱。其研究表明，提高甲苯在致孔劑中的比例，有利于提高鎘離子印跡柱對游離Cd（Ⅱ）的富集能力和選擇能力，因此可將其作為固相萃取劑應用于食品中Cd（Ⅱ）的吸附或檢測。

2.4 MIT在食品添加劑檢測方面的應用

食品添加劑是指在食品制造、加工、處理、包裝、運輸、保管中為達到一定的技術目的而人為添加的物質。合理使用食品添加劑可以改善食品的組織狀態、增強食品的色、香、味和口感。然而，亂用或濫用食品添加劑則會對人體健康造成危害[41]。

劉飛[42]分別以剛果紅和檸檬黃為模板，β-環糊精-馬來酸酐和[2-（甲基丙稀酰氧）乙基]三甲基氯化銨為雙功能單體，N，N-亞甲基雙丙稀醜胺為交聯劑合成MIPs。將此聚合物作為吸附劑填充固相萃取柱用來萃取食品中的剛果紅和檸檬黃，所得洗脫液通過高效液相色譜進行檢測。結果表明，合成的雙功能分子印跡聚合物選擇性高，檢出限低，適合用于食品中剛果紅和檸檬黃的檢測。

韋壽蓮等[43]以鄰苯二甲酸二辛酯印跡聚合物為吸附劑，采用固相萃取-高效液相色譜法檢測塑料瓶裝水、白酒和飲料中鄰苯二甲酸酯類化合物。經條件優化，該方法檢出限為 0.03 μg/mL～0.05 μg/mL，準確度好，回收率高，適用于白酒、飲料中痕量鄰苯二甲酸酯類化合物的檢測。

食品中含有較多與人工合成添加劑組分相類似的天然組分，使用傳統的固相萃取方法時，較經常出現假陽性的檢測結果，而MIT因其結構預定性和特異識別性，可以在復雜的樣品中準確定位目標物質，大大提高分析的準確性和可靠性。

2.5 MIT在食品微生物污染檢測方面的應用

Bayram 等[44]以黃曲霉毒素 B1、B2、G1和 G2這 4 種主要的黃曲霉毒素混合物為分子模板，采用本體聚合法制備多功能MIPs，以此聚合物作為固相萃取劑制備多功能分子印跡固相萃取劑柱，用于食品中黃曲霉毒素的檢測，結果顯示該柱具有良好的穩定性和選擇性，且可多次重復使用。

Cao等[45]提出一種以商品化的黃曲霉毒素A分子印跡固相萃取柱與高效液相色譜熒光法聯用，通過條件優化建立啤酒、紅酒、葡萄汁樣品中黃曲霉毒素A的凈化富集、分離檢測方法。優化后的方法回收率高，準確性和重復性都很好。

試驗證明利用MIT分析食品中微生物殘留量時，可有效提高待測組分的加標回收率、降低檢出限，同時還可以重復多次使用，從而大大降低檢測成本。

3 分子印跡技術存在的問題和展望

近幾十年以來，由于MIPs的親和力和選擇性，在選擇性提取目標物同時，可有效消除復雜樣品中的基質干擾，在食品安全檢測領域得到了快速的發展，但也存在一些問題：（1）模板分子洗脫不徹底，造成其在后續檢測過程中“流失”，從而影響檢測[46]；（2）在制備MIPs中的功能單體選擇性較少，不能滿足模板分子的實際需求[47]；（3）MIT在蛋白、核酸、多糖等生物大分子領域應用較少[48]；（4）MIPs的柱容量較低[49]；（5）MIPs產品的商業化程度較低，不能滿足大批量的生產需求。

綜上所述，MIT在食品安全檢測領域的應用依然具有很大的研究潛力，主要可體現在：（1）研究新的分子印跡技術，以促進MIPs的商業化和規模化；（2）借助表面印跡、納米印跡、活性/可控自由基聚合、中空多孔聚合、點擊化學環加成聚合、微流控在線合成、固相合成等技術，為MIT的發展應用提供了新方向[50]；（3）開發適用于大分子模板分子的MIPs；（4）將MIPs制備的反應體系從有機相轉到水相，增加功能單體的選擇范圍；（5）加強MIT在食品農殘、獸殘以及其他污染物檢測方面的識別機理研究。