微流控技術在肉品質量安全檢測中的應用研究進展

陳嘉詞 肖斌 鐘軻 陳愛亮

摘 要：我國民眾的蛋白質來源是肉、蛋、乳和豆品等，其中最主要的是各種肉及肉制品。肉品作為高蛋白類物質，在生產、加工、貯存和銷售環節易受微生物與內源性酶的影響而腐敗變質。此外，抗生素與激素濫用、重金屬污染和各類肉品摻假問題時有發生，這不僅損害了消費者的切身利益，而且極大威脅民眾人身安全，擾亂市場秩序，降低公眾對食品安全的信心。目前，傳統肉品檢測技術操作繁瑣、樣品處理時間長，無法實現快速、低廉、準確的肉品大規模篩檢。近年來，新興技術，特別是微流控技術的發展，能夠很好解決傳統肉品檢測的弊端。本文主要從微流控技術的概念、發展歷程、未來趨勢及微流控設備在肉品質量安全上的創新性應用等方面進行分析和探討，以期為新一代肉品檢測技術的發展提供新的見解。

關鍵詞：肉品質量安全；肉品檢測；微流控技術；檢測技術；食品安全

Progress in the Application of Microfluidics in Meat Quality and Safety Detection

CHEN Jiaci1， XIAO Bin1， ZHONG Ke2， CHEN Ailiang1，*

（1.Institute of Quality Standard and Testing Technology for Agro-Products， Chinese Academy of Agricultural Sciences，

Beijing 100081， China; 2.Shandong Academy of Grape， Jinan 250100， China）

Abstract： The protein sources for Chinese people are meat， eggs， milk， soy products， etc.， of which the most important are meat and meat products. As a high-protein food， meat is susceptible to microbial spoilage and quality deterioration caused by endogenous enzymes during production， processing， storage and distribution. In addition， the problems of antibiotic and hormone abuse， heavy metal contamination and meat adulteration occur from time to time， which not only harm the vital interests of consumers， but also greatly threaten the personal safety of the public， disrupting the market order and reducing public confidence in food safety. At present， the traditional meat detection techniques are cumbersome and require time-consuming sample pretreatment， so they are unable to achieve fast， cheap and accurate large-scale screening of meat products. In recent years， the development of emerging technologies， especially microfluidics， can well solve the drawbacks of the traditional meat testing methods. This paper analyzes and discusses the concept， history and future of microfluidics and the innovative application of microfluidic devices in meat quality and safety detection， with a view to providing new insights into the development of a new generation of meat testing technology.

Keywords： meat quality and safety; meat detection; microfluidic technology; detection methods; food safety

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20221009-133

中圖分類號：TS251.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2023）03-0051-09

引文格式：

陳嘉詞， 肖斌， 鐘軻， 等. 微流控技術在肉品質量安全檢測中的應用研究進展[J]. 肉類研究， 2023， 37（3）： 51-59. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20221009-133.? ? http：//www.rlyj.net.cn

CHEN Jiaci， XIAO Bin， ZHONG Ke， et al. Progress in the application of microfluidics in meat quality and safety detection[J]. Meat Research， 2023， 37（3）： 51-59. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20221009-133.

http：//www.rlyj.net.cn

隨著經濟水平的提高和消費結構的轉變，全球肉制品市場總量在2021年已突破3.527 億t，到2025年將有望超過4 億t，并且在未來20 年里，全球肉類出口總量將同比激增20%[1-2]。與之相對的是，平均每年約有6 億人因腐敗食品而染病，其中約42 萬人死亡[3-4]。食品質量安全是關乎民生的大事，其中尤以肉品的質量安全為主，這是由于肉品水分含量大、水分活度（water activity，aw）高（0.985～0.995）、pH值呈中性至酸性，為各類病原體提供了合適的生長環境[5-6]。再加之肉品供應鏈長（屠宰、后處理、清洗、漂燙、切割、包裝、運輸和銷售等環節），往往存在重金屬超標、抗生素和激素違規濫用、動物源性摻假和以次充好等問題，導致肉品安全性較差，相關安全問題頻發[7-9]。因此，對肉品新鮮度及各類理化指標進行及時、有效地檢測和評估至關重要。

傳統肉品檢測技術可以分為形態特征觀察法和分析化學檢測法兩大類。形態特征觀察法（包括顯微鏡法和感官檢測法）是根據肉品顏色、結構、形貌等組織學特征進行初步評估的技術[10]。該方法早在2008年便被我國國家質量監督檢驗檢疫總局規定為肉品檢測的國家標準（GB/T 22210—2008《肉與肉制品感官評定規范》）并廣泛使用。此類方法雖然操作簡便、成本低，但嚴重依賴于檢測人員的專業能力和個體經驗，主觀影響較大，無法精準判斷肉品質量和狀態[11]。分析化學檢測法（包括色譜-質譜法、核酸法、免疫法和光譜法等）主要依賴于目標物質的化學成分和組成進行相關檢測[12]。這些技術可以得到客觀、穩定的結果，但普遍需要依靠實驗室內各類臺式設備、昂貴的試劑和專業的操作人員，并且樣品處理量低、便攜性差[13]。這不僅極大限制了對肉品質量的實時評估，消費者和經銷商也不能及時獲知肉品的貯藏狀態和新鮮程度，無法滿足日益增加的肉類檢測和民眾對高質量健康肉品的需求。

近10 年來，材料學、分析化學、計算機科學和人工智能等領域的飛速發展，使得肉品質量安全檢測領域涌現了許多新興智能檢測技術，它們在保證小型化、便攜化、集成化和高靈敏的基礎上，還可向消費者或生產者實時提供肉品狀態等信息[14]。作為其中一類新興集成化技術平臺，微流控芯片憑借其內部集成的微通道、微反應器、微泵、微閥等各類功能性微納米結構單元，自動實現了樣品前處理、反應、富集、標記、檢測和分離等多種實驗室常規操作，如圖1所示[15]。不僅具備自動化、小型化、便攜化和集成化等諸多優點，還能大大縮短樣本的處理時間，提高檢測靈敏度，節約了昂貴的試劑與耗材。因此，為了更好地推動和促進肉品質量安全技術的發展和微流控技術的大規模應用，本文首先總結微流控的概念、回顧其發展史和未來的發展趨勢。此外，重點總結并匯總了基于微流控的新興肉品質量檢測技術的研究進展、原理、優缺點和應用前景。

PDMS. 聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane）；PMMA. 聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate）。

1 微流控技術

微流控分析技術也被稱為芯片實驗室或微流控芯片，問世不過30 年，但因發展迅猛，已經吸引了大批科研人員投身其中[16]。微流控芯片是由不同結構和功能的微通道構成，通過研究人員設計的互連微通道網絡，使液體按照所需的要求流動，進而在數平方厘米大小的芯片上實現各項實驗操作。與傳統的臺式分析系統相比，微流控技術在保證檢測靈敏度的基礎上，僅需數毫升或數微升體積的樣品和試劑便可完成整個反應，具有更強大的樣品處理能力、更好的便攜性、更低的成本和更快的檢測速度[17]。因此，微流控芯片在很多領域都得到了廣泛應用，如癌癥早檢、化學分析、藥物篩選、環境監測等。此外，由于微流控芯片低成本、可便攜、速度快等特點，非常適用于食品質量安全方向的大規模檢測。基于微流控的食品檢測裝置和相應的檢測原理得到了前所未有的發展，相關研究論文在過去20 年里快速增加（圖2）。

1.1 微流控技術的發展簡史

整個微流控技術的發展歷程可以分為3 個階段，即萌芽期、成長期和蓬勃發展期。萌芽期：微流控這一初級概念始于1950年，當時研究人員正開發能精確控制納升或皮升液體的方法，為今天高度發達的微納打印技術和3D打印技術奠定了基礎[18]。隨后，1979年Terry等[19]利用光刻法和化學刻蝕法在硅晶片上建立了亞毫米級微通道，成功提出了第1臺微流控概念上的分析系統。11 年后，瑞典科學家Manz提出“微流控”這一概念，即微全分析系統（micro total analysis systems，?-TAS）[20]。最初，?-TAS主要用于生物和化學分析領域，并且普遍采用電泳來操控和驅動微納米尺度的流體。在該系統中，待測樣品的處理、反應、檢測和其他操作過程全部集成于微通道內，但當時微流控芯片內部通道結構的設計方法并不明確。1994年，首屆?-TAS國際會議在荷蘭舉辦，這段時期內，?-TAS與微流控芯片之間并沒有明確的定義，二者往往混用[21]。并且，芯片上的成熟操作單元僅有分析和進樣等基礎操作，集成化程度低，主要用于分析檢測等領域。隨著片上操作單元的逐漸發展與成熟，微混合、微反應及微分離等操作單元的陸續提出使得微流控芯片的應用范圍大幅度拓寬，遠遠超過了當初?-TAS所定義的分析范疇。

第2階段是微流控技術的成長期。1995年，美國加州大學伯利克分校的Woolley等[22]開發出一款基于聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）的微流控裝置。同年，第1家商業化微流控企業CaliperLifeSciences在美國成立。3 年后，牛津大學的Whiteside及其團隊利用光刻技術成功制造出1 款基于PDMS材質的微流控芯片，有效降低了微流控芯片的制造成本，相關成果已發表在Nature上[23]。此后，各類微流控開發企業如雨后春筍般成立，為了提高企業核心競爭力，微流控領域的專利之戰拉開帷幕。2000年，第4屆國際?-TAS大會召開，標志著微流控技術的蓬勃發展。2001年，微流控領域頂級期刊《芯片實驗室》（Lab on a Chip）創辦。2002年，加州理工大學的Quake及其團隊在國際頂尖期刊Science上發表專輯，匯總并介紹了具備上千個微閥和數百個微反應器的集成式微流控芯片，展現了微流控裝置從早期的單一電泳分離分析到大規模集成化多功能微流控平臺的

飛躍[23]。此后2 年，《福布斯》雜志和Busineess 2.0雜志分別給予微流控技術極高的評價，將其稱之為“改變世界的七項技術之一”[23]。自此之后，大批高水平研究人員投身于微流控領域。

第3階段是微流控技術的蓬勃發展期。2006年，國際頂尖雜志Nature發表《芯片實驗室》專輯，收錄了1 篇概論和6 篇綜述，從多個角度詳述了微流控芯片的發展歷史、現狀和未來前景，并將微流控芯片評價為“the technology of the century（本世紀的技術）”[24]。10 年后，我國已將微流控技術列為“十三五”規劃綱要中關鍵性突破技術之一。2020年，在進入微流控技術發展的40 年之際，為了展示該領域的最新研究進展，美國Wiley出版社旗下的高水平雜志Small專門發表了1 本基于微流控技術的專刊Microfluidics—The Fourth Decade，該專刊由22 篇綜述文章和17 篇研究論文構成，詳細討論了微流控技術在不同研究方向上的重要進展[23]。2021年，我國國家發改委在《“十四五”生物經濟發展規劃》中將微流控技術列為未來創新方向的重點規劃項目。

1.2 微流控芯片的發展趨勢

通過上述發展簡史可知，微流控技術一經提出便受到產業界和學術界的極大關注。未來10 年內，隨著分析化學、材料學、計算機科學、人工智能和神經形態工程等領域的不斷發展，微流控技術會不斷與這些新興學科相互結合，并被應用到不同的研究方法和領域中。對于食品檢測或肉品檢測領域而言，由于微流控成本低、速度快、處理量大和高便攜的優勢，研究人員普遍認為微流控技術優于傳統的食品理化分析方法。若采用傳統肉品檢測方法，全部樣品需送到一個集中的實驗室內，幾小時或幾天后才可以獲知結果，這導致檢測期內無法及時評估肉品質量、影響民眾安全并造成肉品浪費等問題。通過微流控技術的應用，測試時長可以從幾小時縮短至數分鐘，試劑消耗量可從毫升降低至微升或納升，處理量方面，可實現一次性檢測上千種復雜樣品。隨著多學科交叉融合的深入發展，未來微流控芯片一方面會繼續向著小型化、便攜化發展，結合先進的傳感器組件、無處不在的智能手機和無線互聯通訊技術等，開發出能夠實時監測肉品質量和狀態的系統；另一方面，將結合新興納米材料或生物信號分子，構建出超靈敏、速度快、可大批量處理的微流控裝置。相信微流控技術的大規模產業化將會成為未來的發展趨勢。

2 基于微流控的肉品檢測技術

從20世紀初開始，現代肉品質量檢測技術的發展歷史已超百年，為了更好地推動微流控技術在肉品質量安全領域的研究，本文對重點成果和技術進行回顧與總結。如前所述，用于肉品質量評估的傳統技術，雖然應用最為廣泛，但依賴專業實驗人員、設備和昂貴的試劑，耗時長、便攜性差，無法滿足與日俱增的肉品安全需求。當前肉品分析與檢測技術的優缺點見表1。在過去十幾年中，材料學、分析化學和計算機科學的發展，使得肉制品檢測領域涌現了許多新興智能檢測技術，如微流控芯片，它們在保證小型化、便攜化、集成化和高靈敏的基礎上，有些設備還可向消費者或生產者實時提供肉品狀態。按照檢測對象的不同，可以將微流控肉品檢測技術劃分為：致病菌檢測、重金屬檢測、抗生素與激素檢測、肉品摻假檢測和防腐劑檢測。通過展示和介紹這些微流控技術的原理、優缺點和實際應用可能面臨的阻礙，期望能進一步推動下一代肉類質量評估技術的開發和實際大規模應用。

2.1 微生物檢測

各類病原體和致病菌等微生物是全球肉品質量安全的最大威脅之一。從生產、加工、運輸、貯存到食用的整個肉品供應鏈中，任何一個環節的處理不當或污染都有可能引起病原微生物的繁殖。這些微生物能夠降解肉中的各類營養物質，產生異味和對人體健康有害的醛、酮、胺和吲哚類代謝產物[32]。不僅會造成肉品大規模浪費和經濟損失，食用腐敗變質肉還會引起人惡心、嘔吐和食物中毒等嚴重的健康問題。在所有病原微生物中，致病性最強的3 種細菌是大腸桿菌、沙門氏菌和單核細胞增生李斯特菌[33]。據調查數據顯示，僅腸炎沙門氏菌和鼠傷寒沙門氏菌這2 種病原體所引起的疾病就占全部人類消化系統感染的一半左右[34]。因此，快速檢測和量化肉品中存在的病原微生物至關重要。

迄今為止，肉品行業對于微生物的檢測仍普遍依賴于傳統檢測技術，包括平板培養、酶聯免疫吸附（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）和PCR等[35]。這些方法是可靠且有效的，構成了世界各國公認的質量監督通用條例和法規，但也存在嚴重的局限性，作為“金標準”的培養法缺乏快捷性（通常花費數天至數周）、無法檢測到肉品中存活但不可培養的病原體、難以準確分析食源性疾病爆發的原因（培養后的病原體進行亞型區分較困難）[36-37]。ELISA等免疫親和法則是成本較為昂貴、試劑消耗量大且需要專用的酶標儀。對于PCR法來說，盡管單次分析時間為30～90 min，但考慮到復雜的肉品預處理、核酸提取和擴增子分析，整個過程可能需要6～48 h才可全部完成[38]。此外，PCR法也依賴于潔凈的操作間、專業技術人員和熱循環儀。人力成本的不斷增高和COVID-19的出現也進一步凸顯了這些技術的缺點。與上述方法相比，微流控裝置在分離和檢測病原體方面更有潛力，這主要是因為：1）它可以輕易地與各類微功能單元相集成，如免疫磁珠、納米結構（微柱、微陣列）、電極等，這些微功能單元不僅可以提供新的高靈敏檢測方式，還可以提供更多的抗體或適配體結合位點，并能通過微通道的流體力學設計來促進病原體與試劑的碰撞結合概率[39]。一方面提高了檢測靈敏度，另一方面不需要培養或富集便可檢測到低水平的病原體，便于現場快速篩查與肉類樣品結果的及時反饋；2）所需的樣品與試劑量少，且部分微流控裝置可反復使用，有效降低了檢測費用[40]；3）微流控裝置的全封閉式設計提供了一個相對潔凈的反應空間，可避免外界氣溶膠進入反應體系所引起的PCR假陽性結果，還降低了樣品對周圍環境或人員的污染。最近，Tokunaga等[41]基于免疫親和法與熒光染色技術，構建了一款對雞肉中鼠傷寒沙門氏菌進行檢測的微流控裝置。該方法首先利用抗體包被的磁珠分離出鼠傷寒沙門氏菌，隨后與熒光標記的檢測抗體一同注入微流控芯片中，再使用熒光顯微鏡進行計數。與傳統培養方法所需4～5 d相比，該方法僅需3～4 h便可完成整個檢測過程，但其仍依賴于熒光顯微鏡等臺式設備，無法滿足食品領域注重便攜性的要求；此外，該方法的另一個明顯缺點是未能在同一芯片上實現分離、純化和檢測操作，細菌的純化是在芯片外進行的，這增加了額外的操作步驟，并易污染樣品和周圍的檢測環境。密蘇里大學Abdullah等[34]開發了一款基于電阻抗檢測原理的集成微流控裝置，可在同一芯片上富集、分離和檢測雞肉中存在的大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌。該方法在檢測電極上固定有相應抗體、捕獲到靶向細菌后，再利用阻抗變化來評估相應細菌的數量，整個檢測過程可在1 h內完成，對大腸桿菌和沙門氏菌的檢測濃度分別低至13、10 個/mL。Qi Wuzhen等[42]也建立了一款集混合、分離、標記和檢測于一體的微流控裝置，用于雞肉中傷寒沙門氏菌的快速篩檢。其先利用免疫磁性納米珠捕獲目標細菌后，再使用金屬有機框架化合物來放大生物信號。該生物傳感器能夠在1 h內完成整個檢測過程，檢測下限低至14 CFU/mL，有望用于肉品致病菌的快速現場檢測。總而言之，通過在微流控這一富有潛力的平臺上集成分離、混合和檢測等微功能單元，將有望探索出低成本、高靈敏和快捷的現場肉品微生物檢測裝置。

2.2 重金屬檢測

全球工業化和信息化水平的飛速發展帶來了越來越多的環境問題。由于重金屬離子（如Hg2＋、Cd2＋和Pb2＋等）易在生態系統中持續富集和無法生物降解的特性，已經成為食品質量安全領域的首要污染物之一[43-44]。長時間工業污水和廢氣的隨意排放，導致這些重金屬離子過量沉積到水生生態系統中，直接污染魚、蝦等水產品，間接影響豬、牛、羊等畜產品。由于這些離子在人體內代謝極慢，長期食用重金屬超標的肉品會嚴重擾亂肝臟、腎臟、心血管系統和免疫系統的正常功能[43]。因此，檢測肉品中重金屬殘留非常重要。

用于重金屬檢測的傳統技術已經較為成熟，包括電感耦合等離子體質譜[45-46]、中子活化分析[47]、X射線熒光光譜[48]、電感耦合等離子體原子/光發射光譜法[49]和原子吸收光譜法[50]等。盡管這些技術提供了足夠出色的檢測靈敏性、準確性和特異性，但它們不可避免地依賴于昂貴且笨重的設備、訓練有素的操作人員和復雜的樣品處理、分析程序。特別是在缺乏足夠基礎設施、技術人員和需要現場快速檢測的發展中國家和地區，迫切需要更加簡單、經濟、便攜和一體化的方法[51]。由于上述已經提及的獨特優勢，微流控技術是低成本、便攜化的新興肉品重金屬檢測技術之一。Swain等[52]建立了一款基于高靈敏酶納米探針技術的便攜式微流控技術，它可以在20 min內快速檢測魚肉中的汞離子（Hg2＋）、鉻離子（Cd2＋）和鉛離子（Pb2＋）含量，定量限為0.1～0.5 ng/L，檢測限為0.1 ng/L。該技術在保證高靈敏的基礎上，可在短時間內完成整個分析實驗，具有不錯的應用潛力；但該微流控裝置是由有機玻璃制備而成，易脆且不夠便宜，并且檢測結果的定性、定量仍依賴于酶標儀和精密注射泵這種外部設備。基于紙張的微流控裝置，即紙基微流控由于極低的成本、無需額外的組件（注射泵等）和肉眼可視的檢測結果等優點，在肉品重金屬檢測、抗生素、摻假檢測等方面引起越來越多的關注。Zhang Yali等[53]開發了一款基于熒光標記、適配體修飾的氧化石墨烯傳感器的紙基微流控裝置，它不僅可以同時檢測食品中的Hg2＋和Ag2＋，還可評估氨基糖苷類抗生素的殘留情況，在10 min內對Hg2＋和Ag2＋的檢測限分別可達到40、10 nmol/L，并且制作簡單、成本低廉，具有不錯的應用前景。

2.3 抗生素與激素檢測

長期以來，肉品飼養商和生產商向飼料或飲水中添加生長促進劑或各類抗菌藥物（如牛生長激素、β-受體激動劑、諾氟沙星等），以降低牲畜患病率，改善動物的代謝、生長、發育和繁殖[54]。盡管歐盟從2006年便開始禁止畜禽業使用各類抗生素生長促進劑，但在全球絕大多數國家，抗生素生長促進劑的廣泛使用使其得以滿足肉和乳日益增長的需求。在法律規定的使用量內，正常添加這些非必需化合物能夠有效提高畜禽屠宰率、產奶量和瘦肉率，降低發病率[55]。但某些不法經營者往往會過量過度使用這些化合物，以便在更短時間內獲得更高的經濟效益。長期食用這些不合格肉品，會干擾人體內正常的激素分泌、對肝臟造成損害，并且易誘發癌癥[56]。

動物源性食品中抗生素與激素的常規檢測方法包括紫外分光光度法、熒光法、高效液相色譜-質譜聯用（high performance liquid chromatography-mass spectrometry，HPLC-MS）和ELISA等[57]。這些方法的缺點已經在上文中詳述，其仍然無法滿足現代化肉品行業對于快捷、低成本和便攜等目標的追求。紙基微流控裝置所具備的低成本、對試劑/樣品要求低、用戶友好和快速檢測的優勢，使其在抗生素和激素檢測方面成為眾多研究人員和檢測機構關注的焦點之一。Chen Xu等[58]報道了一款基于化學發光原理的紙基微流控裝置，可以對豬毛樣品中的β-受體激動劑進行快速、靈敏的檢測。該方法樣品和試劑消耗量低，整個檢測在數分鐘內便可完成，且檢測限可達2.0×10－8 mol/L；更重要的是，僅需要簡易的熒光發射/接收設備便可進行精準定量，若未來能與智能手機相結合以進一步擺脫對設備的需求，那么在激素檢測的現場分析中將有更大的應用前景。Baghban等[59]同樣也利用紙基微流控技術結合簡單的化學比色原理，構建了一款能夠快速檢測雞肉中萊克多巴胺（一種常見的β-受體激動劑）的方法。該方法基于萊克多巴胺與銀納米探針間的顏色變化，通過肉眼即可判斷此激素是否超標，而無需任何外部設備。近年來，無論在發達國家還是發展中國家，配備大容量存儲器、可充電電池、無線通信模塊、高分辨率相機和GPS系統的智能手機越發常見。與實驗室設備相比，它們易于使用、人性化、長續航和高便攜的特點使得研究人員不斷將其與微流控技術相結合，轉換成適用于現場檢測和及時評估的多功能傳感平臺。例如，哥倫比亞大學的Trofimchuk等[60]

建立了一款利用咖啡環效應和金屬化合物比色反應的紙基微流控分析裝置，能夠在7 min內快速、靈敏地檢測雞肉中存在的諾氟沙星類抗生素。該裝置的原理基于諾氟沙星與硝酸鐵九水合物間可產生的明顯顏色變化，通過智能手機內置軟件成像并使用圖像分析軟件ImageJ?將圖片的顏色差異轉化為具體的數值以定性及定量該抗生素，其靈敏度為最低可檢出肉中殘留的5 mg/L諾氟沙星。這種將低成本、高靈敏和集成化的微流控技術與高共享性、小型化和易獲得的智能手機設備相結合的新型傳感系統在短時間內便實現了與傳統HPLC-MS方法相當的檢測靈敏度和準確度，證明了其在現場快速檢測真實肉類樣品中的可行性，將是構建肉品安全快速響應與及時監測環節的重要組成部分之一。

2.4 肉品摻假檢測

肉品摻假、以次充好等欺詐現象仍然是非常嚴重的全球性食品問題，也是消費者、食品監督管理者和肉類行業關注的焦點[29]。市場上肉品摻假是一個比例很高的現象，在美國弗羅里達州市場上調查的902 份樣品中，22.9%的熟肉品和15.9%的生肉品存在不同程度動物源性肉品的摻雜；不僅在美國，歐盟2013年也出現過生牛肉中存在馬肉成分的大規模肉類摻假事件[61]。盡管肉品摻假不會直接影響食用者的人身安全，但直接損害了消費者的經濟利益、降低了民眾對肉品行業和食品安全監督管理者的信心、進一步引發了人們對整個食品行業的擔憂[62]。

肉品摻假的傳統鑒定方法有很多，包括肉切面的物理和感官評估、組織學分析、生化技術（色譜、質譜、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳、蛋白質免疫印跡法（Western blotting）等）和光譜法（拉曼光譜、紫外分光光度法、傅里葉變換紅外光譜等）[63]。但這些方法也都面臨著之前所述的不足，即耗時耗力、需要適當的實驗室設備。此外，上述方法均基于不同物種間結構差異、特異性蛋白標志物、氨基酸含量和蛋白質特性來區分肉品真偽；但對于熟制肉來說，蛋白質在高溫下的變性會影響感官/組織學評估，且會引起交叉反應，進而影響此類方法的準確性[64]。因此，在肉品摻假鑒定中，PCR是主要的“金標準”技術，其基于靶標DNA或RNA片段的擴增來判斷是否含有其他物種的核苷酸片段，在一般加熱條件下受影響較小。但PCR技術仍依賴于昂貴且精密的實驗室儀器，如熱循環儀（實時PCR）或微液滴生成裝置與排氣裝置（數字PCR和數字液滴PCR），這在一定程度上阻礙了該技術在肉品大規模篩檢中的應用。針對這一問題，Hu Hezhi等[65]構建了一款易于操作并能夠自動去除氣泡的微腔室數字PCR微流控系統，其利用預脫氣PDMS的負壓來自動吸入樣品并以便攜式加熱板供熱，無須注射泵和熱循環儀這種外部設備。該系統能夠對不同質量比的雞-羊混合肉品進行檢測，以判斷是否摻假和具體摻假比例，不過其結果分析仍依賴于倒置熒光顯微鏡、暗室和熒光分析處理軟件。針對這一問題，紙基微流控的肉眼可視化、低成本和無需任何臺式儀器的優勢將是現場肉品摻假鑒定的發展方向之一。例如，Yin Rui等[61]提出了一款基于豬特異性PCR-紙基微流控的檢測試紙條，用于快速檢測肉品中是否含有豬或豬衍生成分。該試紙條基于PCR擴增和PCR產物在紙帶上的免疫親和檢測原理，僅需肉眼在3 min內便可完成整個測試過程，最低可檢測肉品中含量為0.01%的豬肉成分，是一種很有前途的肉品摻假檢測裝置。

2.5 防腐劑檢測

為了防止肉品中顏色改變、脂肪氧化和微生物繁殖，人們利用很多保存技術來延長肉品的保質期，其中主要是各類化學防腐劑的使用。亞硝酸鉀和亞硝酸鈉是肉品行業最重要的防腐添加劑之一，不僅能夠阻止血紅蛋白和肌動蛋白氧化所導致的變色現象，而且能夠抑制細菌和孢子的生長，特別是強毒性的肉毒梭狀芽孢

桿菌[66]。肉中硝酸鹽與亞硝酸鹽的傳統檢測方法主要有毛細管電泳法、離子色譜法、比色法、電化學法和光譜法等[67]。雖然其中的一些技術可以直接檢測亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量，但部分技術是利用有害化學試劑（如鎘、肼等）將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽后再定量亞硝酸鹽，這不僅需要訓練有素的操作人員，而且產生的致癌或有害廢物也存在污染肉品的風險[68]。因此，光譜法和電化學法這類低毒、靈敏、快捷的檢測方法更適合實際現場中對肉中防腐劑進行篩查。最近，光譜法/電化學法與微流控平臺相結合的小型化檢測系統引起了廣泛關注，因為除了最大限度降低試劑和樣品的消耗量外，還具有高便攜性、低成本和快捷化的特點。

Khanfar等[69]制造了一款小型便攜式微流控光學檢測設備，用于檢測肉品中亞硝酸鹽含量，其對亞硝酸鹽的檢測限和定量限分別達到1.24×10－2、4.12×10－2 mg/L。Morsy等[26]提出了一款基于Griess反應的快速、便攜式的微流控裝置，其在10 min內便可完成整個檢測過程，對亞硝酸鹽的檢測限和定量限分別為0.1、0.4 mg/L。墨爾本大學的Jayawardane等[68]也構建了一款基于Griess反應的低成本、一次性紙基微流控分析裝置，在5 min內便可同時檢測肉品中含有的硝酸鹽和亞硝酸鹽。該裝置可直接利用Griess反應檢測亞硝酸鹽；而對于硝酸鹽的檢測，則是在親水紙基微通道上沉積金屬鋅顆粒，將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽后，再使用Griess反應對其進行檢測。其對于亞硝酸鹽的檢測限和定量限分別為1.0、7.8 ?mol/L，對硝酸鹽則可分別達到19、48 ?mol/L。

3 結 語

肉品檢測領域與其他食品領域一樣，都需要低成本、高靈敏、可便攜及適用于大規模檢測的技術，以便在有限的時間和環境下盡可能高效地提供可靠的檢測結果。雖然，當前微流控技術在肉品檢測領域中的應用仍處于實驗室或小規模中試階段，且經過認證的商業化微流控設備數量上依然非常有限，但在靈敏度、便攜性、成本和時間效益等方面已經取得了重大進展。對于食品安全監測和執法機構來說，以微流控作為技術平臺的肉品檢測技術將有望取代傳統的篩查方法。在未來，它們的發展應更加關注實際在線檢測過程中存在的部分自身缺陷，如：1）肉品進樣的復雜性，將肉類樣品注入微流控設備前，普遍需要復雜且耗時的預處理（如提取、過濾、離心等），這在一定程度上抵消了微流控本身所帶來的便攜性和即時性等優勢；2）對微流控裝置性能和有效性的具體立法或評估標準仍未建立；3）結果的反饋和展現方式有待統一；4）裝置重復使用的問題，這會在一定程度上導致檢測成本的增加。因此，對于聚焦在微流控肉品檢測領域的研究學者來說，應進一步開發一體化裝置，即從樣品預處理到結果的讀取全部集成于一張芯片中，這不僅可以降低操作步驟和難度，也可以避免對檢測結果造成干擾。此外，微流控裝置應配備統一的結果顯示裝置，現場工作人員無需任何專家指導便可輕松判斷、評估和管理不同樣品間的檢測結果。基于智能手機的結果顯示裝置在最近一段時間內變得越來越受重視，未來研究還應該側重于微流控平臺與新一代分子技術、大數據分析和物聯網模塊相集成，在更高靈敏度和特異性的基礎上，還可通過無處不在的通信網絡將設備信息、檢測結果上傳至中央數據庫。另一個重要的方面是提高單一設備的使用次數，以節省有限的資源和經費。對于使用光學傳感器的設備來說，僅需要保證微通道內殘存的試劑不會影響后續樣品即可；對于生物傳感器或化學傳感器來說，則需將靶標物質與檢測區域相分離，以實現傳感器表面功能性的再生。隨著材料學和分析化學的進一步發展，有望開發出可輕松用于肉品大規模檢測的理想微流控平臺。

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收稿日期：2022-10-09

基金項目：中國農業科學院科技創新工程資助項目（CAAS-ASTIP-2022-IQSTAP）

第一作者簡介：陳嘉詞（1996—）（ORCID： 0000-0002-5444-549X），男，博士研究生，研究方向為食品質量檢測。

E-mail： chenjc.bio@gmail.com

*通信作者簡介：陳愛亮（1975—）（ORCID： 0000-0003-2203-2823），男，研究員，博士，研究方向為食品安全快速檢測技術。

E-mail： ailiang.chen@gmail.com