新型食品安全檢測技術研究進展

張 燦，苑 寧

（河北農業大學 理工學院，河北 滄州 061000）

0 引言

隨著經濟的飛速發展，民眾生活水平穩步提高，食品安全問題日益受到社會重視，如何提高食品的檢測效果，減少潛在安全隱患更是食品行業關注的重要話題。當前，食品檢測技術不斷更新，提升了檢測水平[1]，利用其進行食品安全檢測，得到科學精準的檢測結論[2]，對維護我國衛生健康安全意義重大。

1 我國食品領域現狀

民以食為天。我國歷來高度重視食品安全問題，并通過相關法律條文約束食品行業不法行為。正因如此我國民眾的飲食安全才得到了較大保障，但是食品安全問題并未完全改善，危害國民健康的情況依舊存在。我國食品領域檢測工作任重道遠，主要表現為以下幾個方面。

1.1 食品檢測技術滯后

一個國家食品質量的好壞很大程度上取決于食品安全檢測水平。截至2015 年，我國食品安全檢測方法尚有空白[3]，關于嚴重危害健康非食用性原料，如甲醛、膨松劑等，還未建立完整統一的檢驗標準，且現行食品安全檢測方法多為定性，抗干擾、定量等方面有待提高[4]。此外，因經費欠缺，我國食品檢測設備較為陳舊落后，還有較大的改進提升空間。

目前，國家對食品安全問題高度重視，要求食品安全檢測技術不斷提高檢測的質量和效率。我國食品行業亟需將物理、化學和生物等各類新型食品安全檢測技術運用于食品領域，從而提升食品檢測效能。

1.2 食品安全問題頻發

我國食品行業因國家經濟的提升得到快速發展，大眾的食品多樣化需求也隨之增加，雖然食品安全狀況總體穩定，但仍有飲食安全隱患時刻威脅國民健康。例如，在食品生產加工時，為達到利益最大化，生產者在加工環節違規使用各種違禁添加物，有毒有害物質長期存在于產品中，致使相關食品危害食用者身體健康[5]。

據WHO 數據統計，影響人類食品安全的關鍵因素為微生物污染[6]，其次是環境問題造成食品生產源頭污染嚴重，源頭累積導致藥物殘留，間接引發食品安全問題。因此，利用新型食品安全檢測技術來保障國民飲食安全已成為食品行業需重點研究和關注的問題。

2 新型食品安全檢測技術

2.1 物理層面

2.1.1 固相微萃取技術（SPME）

固相微萃取技術（Solid-phase microextraction，SPME）是由固相萃取衍生而來的新型技術。該技術是在一定的基質表層固載具有吸附萃取作用的涂層材料，對樣品完成微萃取或者頂空萃取操作，隨后富集濃縮分析物質，解析結束后對目標物質進行準確分析[7]。由此可知，用于萃取的涂層是重要環節，涂層的性質直接決定了萃取時的目標選擇性和富集程度。為高倍富集目標物，SPME 涂層材料的制備通常使用電化學沉積法，聯合分子印跡技術制備分子印跡聚合物涂層是一大熱點。涂層材料由聚合物、多孔碳材料擴展到碳納米管[8]、金屬有機框架材料[9]、氧化石墨烯[10]等新型材料；同時，微型化的SPME 芯片和在線SPME 也開始顯露，為食品安全檢測領域提供了一種新型前處理方法。

近年來，SPME 技術被廣泛用于食品安全檢測。2017 年，Shahriyar Bahar 等人[11]將萃取溶劑（TiO2納米粒子分散于辛酸溶液）植入聚丙烯多孔中空纖維段中，構建新型固相萃取頭，萃取食物、水中的Pb，回收率高達99.3%。此外，Ting Gao 等人[12]通過中空纖維管內壁修飾氧化石墨烯構建新型SPME，萃取牛肉中多巴胺和瘦肉精，聯合HPLC 技術檢測，得出多巴胺和瘦肉精檢出限為0.01 μg/mL 和0.03 μg/mL，加標回收率為85.8%～109.8%和78.8%～101.4%。

目前，SPME 技術因其操作簡單、對環境友好而被廣泛應用，但仍存在一定的發展空間。例如，當前所應用的涂層材料范圍已得到擴展，但普遍使用壽命較短，相關科研工作者可開發新型涂層材料，提高萃取量和靈敏度，延長涂層使用期限?？梢匝邪l新型SPME 裝置，提高應用自動化水平和檢測分析工作效率。

2.1.2 快速溶劑檢測技術（ASE）

快速溶劑萃取技術（Accelerated solvent extraction，ASE）是一種新型技術，又稱加壓溶劑萃取技術。ASE 技術通過將待測樣品浸入萃取池，隨后設定裝置參數（溫度、壓力、時間、循環次數等）來實現全自動收集萃取液。在高溫高壓條件下結束整個萃取過程，高效率萃取檢測目標物的同時又降低了溶劑用量[13]。利用ASE 技術萃取樣品時，選擇性和靈敏度主要由溫度和壓力決定，高溫高壓利于萃取效率提升，從而高效萃取出目標物質，也因高溫導致ASE 技術不適于提取熱不穩定性的化合物。ASE 技術作為一種綠色分離技術，兼具全自動控制、萃取高效、節約溶劑、安全性高等優點，作為食品安全檢測前處理方法應用前景良好。

目前，ASE 技術與其他方法聯用已成為食品安全檢測領域的一大新趨勢，Kim Ji Sang[14]利用ASE 技術來提取野山參中的人參皂苷（Rg1，Rb1 和Rg3）和總人參皂苷，并應用響應面法對該技術進行建模和優化，從而獲得最佳提取條件為提取溶劑88.64%的乙醇，提取溫度105.98 ℃和129.66 ℃，提取時間28.77 min 和15.92 min，提取壓力1 500 psi，氮氣吹掃時間60 s，沖洗量為60%。該條件下皂苷提取率為7.45 mg/g 和32.82 mg/g，與模型預測值相吻合。同樣，Tumbas Saponjac Vesna 等人[15]聯用響應面法（RSM）、分層聚類分析（HCA）和等級差異總和（SRD）評估影響胡蘿卜提取物抗氧化質量的ASE 技術各項特征。提取溶劑的選擇：一是在含有20%水情況下，加入49%的丙酮和31%的乙醇；二是在無水狀態下的純乙醇，HCA 結果顯示2 種提取條件下提取物存在顯著差異，隨后進行SRD 分析顯示用ASE 技術從胡蘿卜中提取抗氧化劑的最佳溶劑是純乙醇。除此之外，各項結果表明混合溶劑中的水明顯影響萃取效果。

ASE 技術融匯提取、萃取和凈化，自動化程度高，但有一定的不足。首先，前期投入較大，儀器設備費用昂貴，也是限制該技術大范圍推廣的主要因素；其次，萃取范圍過大，除待測目標物外，其他雜質也會被一并萃取，如目標待測成分本身占比較小，為防止雜質干擾檢測結果，萃取之后需要進一步進行凈化或者純化處理，因操作程序增加，工作效能被降低。為解決雜質干擾，將ASE 技術與其他凈化方法聯用或將成為一種新趨勢。綜上，將所用試驗儀器和設備進一步升級改造，解決相應弊端，拓寬應用范圍的工作仍舊任重道遠。

2.2 化學層面

2.2.1 分子印跡技術

分子印跡技術（Molecular imprinting technology，MIT）別名為烙印技術，是近些年來發展最快速的一項高效分離技術[16]。主要利用了功能模板與目標分子特異性結合的原理，二者在一定條件下互相接觸，生成一種不可逆的復合物；加入交聯劑使其凝固，得到一種高分子聚合物。從中抽提出模板分子，會產生與之空間構型匹配且功能多樣的特異性空穴[17]，二者也因此被稱為“分子鑰匙”的“人工鎖”[18]，進而分離篩選出目標物。由此制備的分子印跡聚合物（Molecular imprinting polymers，MIPs）親和性、選擇性優良，而且抵抗能力強、可反復利用、足夠穩定[19]，被廣泛用于檢測食品樣品中殘量或微量組分。

現階段，MIPs 在食品中腐敗菌檢測方向獲得了長足進展。Zhao Xiaolei 等人[20]通過Pickering 乳液聚合法制得細菌熒光探針，功能單體為三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯，引發劑為過氧化苯甲酰、N,N-二甲基苯胺，探針對單增李斯特菌的最優檢出限為103CFU/mL，該方法可用于檢測乳制品中單增李斯特菌污染狀況。Bezdekova Jaroslava 等人[21]選擇金黃色葡萄球菌為模板，多巴胺為功能單體，在Fe3O4磁性納米材料表面制備了金黃色葡萄球菌MIPs（高特異性），混入牛奶樣品中吸附目標菌，洗去未結合細菌后加入碘化丙錠，得出金黃葡萄球菌檢出限為103CFU/mL。

當下食品領域基于分子印跡技術的檢測方式雖然有快速發展，但是仍存在以下問題：①模板分子洗脫困難，造成在后續操作過程中“流失”，對檢測結果產生干擾；②用于制備MIPs 的功能單體選擇面較窄，目前應用僅限于細菌細胞壁的脂多糖，大大限制了MIT 技術發展，科研人員可探索出新的功能單體來滿足實際需要；③MIPs 選擇吸附性、檢測靈敏度易受食品樣品基質影響，若能消除基質的影響可提高MIT 技術對食品安全檢測的準確度[22]。

2.2.2 表面增強拉曼光譜技術

表面增強拉曼光譜技術（Surface-enhanced raman spectroscopy，SERS）是一種新型快速檢測技術[23]。SERS 技術由拉曼技術衍生而來，在某些特制金屬良導體表面或溶膠中，在激發區域內，吸附分子的拉曼散射信號強度增強，散射效應減弱[24-25]。對于SERS增強機制的實質，目前學術界存有分歧，各種理論模型層出不窮，現認同較多的內在機制分為物理增強機制、化學增強機制，但試驗研究表明很多情況下，SERS 增強過程并非某一增強機制所決定，可能是由2 種因素共同作用，但相對貢獻視不同體系而定[26]。SERS 技術雖有很多優勢，但SERS 基底是該技術應用的一個重要限制因素，基底選擇不合適可能導致最終檢測結果不準確。因此，科研人員熱衷于研制優良的SERS 基底，以期在食品安全痕量檢測領域有所建樹。

SERS 技術不僅實現樣品無損檢測，且無需消耗過多的試劑，相比于傳統食品安全檢測技術靈敏度較高，不受水干擾，在保健食品安全檢測中應用前景優良。吳國萍等人[27]將樣品進行簡單前處理后，在考慮酸度、納米金等影響因素下利用SERS 技術檢測保健食品中是否含有非法添加物——吡格列酮及羅格列酮。結果顯示，同樣酸度環境下，鹽酸最適合作為助劑，助劑相同時，隨酸性增強表面效果越好；檸檬酸鈉作為還原劑在合成納米金時則相反。李靜輝等人[28]則聯用SERS 技術與TLC 技術，檢測助眠類保健品的主要成分（褪黑素、維B6等），研究了銀膠穩定性、銀膠放置時間、檢測時間、激光波長等因素對結果的影響，大大縮短了助眠類保健品主要成分的檢測時間。

SERS 技術分辨率較高，遠遠超出其他檢測技術，但SERS 增強機制目前還未分明，理論研究相對匱乏。使用SERS 技術檢測食品成分、有毒有害物質正處于發展初期，有關SERS 特征峰的歸屬問題暫無系統的理論依據[29]，制約了SERS 技術的廣泛應用；其次，基底的重現性與靈敏度至關重要，不同的基底吸附性能也不同，選錯基底會導致結果準確性不高[30]，盡快研發新型的SERS 基底或將為食品檢測工作帶來更大的便利。

2.3 生物層面

2.3.1 重組酶聚合酶擴增技術

重組酶聚合酶擴增技術（Recombinase polymerase amplifification，RPA）是近幾年來核酸檢測領域重大創新技術之一，相比其他技術更加迅速便捷，被看作將來替代PCR 的理想技術之一[31-32]，重組酶、單鏈結合蛋白（SSB）和鏈置換DNA 聚合酶在其中最為關鍵。首先，重組酶與引物結合形成核蛋白絲，產生的復合物在雙鏈DNA 中尋找同源序列，發現同源性后侵入DNA 中，形成D 環結構，由此引發鏈交換反應[33-34]，隨后，重組酶從核蛋白絲上分解，以引發另一個帶有新引物的鏈交換反應。DNA 聚合酶（Bsu 或Sau）從引物末端游離3' 端開始合成，2 條DNA 鏈會隨著聚合繼續分離。正向和反向引物結合使鏈合成在2 個方向上同時進行，并最終獲得雙鏈DNA 的指數式擴增[34]。于37～42 ℃條件下完成核酸擴增，5～20 min 即可獲得結果。

近年來，國內外研究領域均有涉及RPA 食品檢測技術，尤其是動物源性食品檢測。Ivanov Aleksandr V.等人[35]建立了一種基于細胞色素B 基因的快速全周期檢測方法，可檢測雞肉、豬肉摻假情況，包括3 min 的DNA 粗提取、39 ℃條件下恒溫20 min的RPA 擴增和10 min 的側流層析（LFA）檢測，最低可檢測到0.2 pg/μL 的總DNA，可快速精準地用于加工肉類產品和加熱。Weili Yin 等人[36]利用RPA 技術檢測了從國內外收集到的1924 批魚類樣品中的敗血癥病毒（VHSV），測定結果與傳統方法相一致，該方法在37 ℃條件下檢出限可達8.3 個拷貝/ μL，且反應可在15 min 內完成，無任何感染性魚類病毒的交叉反應發生，實現了檢測的快速靈敏，在未來食品檢測應用中擁有巨大潛力。Jarvi Susan I 等人[37]利用RPA 和RPA-LFS 技術對蛞蝓等寄生宿主內的廣州管圓線蟲進行了快速檢測技術的研究，靈敏度較好，RPA 檢出限為25 個拷貝/ μL，RPA-LFS 檢出限為50 個拷貝/ μL，可作為qPCR 替代方法使用。RPA 技術通過特異性多重引物可同時鑒別多種項目，且靈敏度高，受外界影響小，在食品安全方向有良好的發展前景。

RPA 技術靈敏度高、時間短、結果易見、儀器簡單，逐漸發展為分子生物學檢測的第一選擇。在其飛速發展的同時，也會存有一定缺陷影響其實際應用。第一，低溫和恒溫條件下，RPA 技術在反應時易形成引物二聚體[38]，導致非特異性擴增，干擾結果；第二，RPA 反應體系中可能會有物質成分影響DNA 遷移率，致使產物在瓊脂糖凝膠電泳時拖尾，造成后續純化回收擴增產物程序繁瑣；第三，關于RPA 技術所需引物和探針，目前無可參考應用的專業軟件，希望有關研究者對此不足進行改進，繼續優化RPA 技術。

2.3.2 酶聯免疫吸附技術

酶聯免疫吸附技術（Enzyme linked immunosorbent Assay，ELISA）是一種基于抗原-抗體反應的新型免疫檢測技術[39]。先利用固相載體吸附已知抗原或抗體，再添加酶標記過的抗原（體）與待測物中對應的抗體（原）結合為復合物，反應結束后洗滌多余物質，對比酶標和待測物中抗原抗體量，最后加入底物與酶反應，觀察顏色變化（定性檢測），利用吸光度測定樣品中抗原或抗體的量（定量分析）。

ELISA 技術選擇性高，可對食品中藥殘、生物毒素等進行定量和定性檢測。張寧等人[40]制定了AFB1 間接競爭ELISA 檢測方法，檢測糧食、飼料中黃曲霉毒素B1時，不但檢測范圍廣（0.014～1.920 ng/mL），而且過程中無任何相關交叉反應發生，保證了檢測的準確性。侯瑾[41]通過設計軟件合成羊肌紅蛋白（MMb）的全基因，再經誘導表達得到了特異性較好的MMb 多肽段，依托相關單克隆抗體建立了MMb間接競爭ELISA 法，準確檢測出了不同比例混合生熟肉中生熟羊肉的含量，為檢測羊肉及其制品中的羊肌紅蛋白提供了新思路。

ELISA 技術雖被廣泛應用于食品安全檢測領域，但易受外界因素影響。例如，酶抗原未加或稀釋度過低會造成顯色反應不明顯或吸光度值過低，造成測定結果不準確，這就對操作者規范操作提出了較高要求；另外，應用ELISA 技術時若結合位點因某些原因被封閉或阻斷，影響抗原抗體的結合[42]，會造成假陰性結果，以致最終檢測結果混淆，但假陽性，假陰性結果不能完全避免，通過努力將其降低成為了研究人員努力的方向。

2.3.3 生物芯片技術

生物芯片技術是新型現代化生物檢測分析技術之一，主要類別包括DNA 芯片、蛋白質芯片、基因芯片等，其中基因芯片發展較為成熟，應用范圍也較廣泛。該技術主要運用原位合成等方法，在固相基底（硅膠片、尼龍膜燈）表面有序固定大量生物分子，形成有序二維分子，利用其對標記的樣品靶分子雜交，并分析雜交信號強度，確定樣品中靶分子數目，完成分析檢測。生物芯片以微納加工技術、生物傳感技術和微流控技術為支撐[43]，進行高靈敏度的生物檢測，將生物芯片技術應用于醫療衛生事業，成為國內外爭相研究的熱點問題[44-45]，以期進一步推動為生物醫學發展。

生物芯片技術發展興起時間較短，但卻在諸多領域被廣泛運用。以PCR 技術為基礎研制的生物芯片，可全面檢測食品中的轉基因玉米含量[46]，在大多情況下，可檢測到0.1%～2.0% 轉基因成分。當下基于生物芯片發展而來的細胞培養平臺已被創建，該平臺可模仿活體器官的微環境，提供人體體外器官生理模型，為今后的藥物研發開辟了新途徑[47]，應用價值明顯。

生物芯片技術發展尚不完備，優化生物芯片技術也成為當下學術界一大趨勢。首先，芯片制作難度較大，技術壁壘較高。例如，蛋白質芯片在制作工藝上相對復雜，且制作流程較多[48]，導致蛋白質芯片無法大批量生產，商業化程度低；其次，生物芯片作為新興技術，部分芯片技術處于萌芽初期，發展與應用存在挑戰，集成性效果有待提升；最后，生物芯片技術涉及多個學科的交叉和多項技術的融合，對人才和理論知識要求較高。希望通過研究進一步改善以上不足，提高生物芯片在食品行業的應用效果。

3 我國食品安全檢測技術優化建議

3.1 完善檢測技術標準體系

食品安全檢測對維護中國食品市場有序發展意義重大，因此國家有關部門應建立全面完善的食品檢測技術標準，保障食品檢測工作遵循統一的量化標準[49]，及時發現食品安全問題。同時，國家和相關部門及食品企業應強化責任意識，加強溝通聯系，及時更新食品安全檢測標準，加強食品檢測監管工作，建立起更加安全高效的檢測管理系統，使食品安全檢測工作得到進一步提升。

3.2 升級食品安全檢測技術

新型食品安全檢測技術較傳統檢測技術而言，具備高效便捷、靈敏度高、檢測范圍廣等優點。鑒于食品類型，食品原材料和食品加工方法不斷更新，我國食品安全領域形勢嚴峻，食品安全檢測技術也必須適時升級，才能更好地滿足更高的食品安全檢測要求。這就要求增加相關科研經費投入，不斷去研發創新食品安全檢測技術，并將其應用于實踐，促進中國食品行業向前發展。

3.3 健全食品安全法律法規

在社會飛速發展的當下，我國現在實行的有關食品安全的法律政策尚不健全，使得眾多追求利益最大化的食品生產者有了可乘之機。為有效遏制食品行業不法行徑，保障人民身體安全，國家有關部門應結合目前社會背景現實，有針對性地制定科學完善的食品行業法律政策，并嚴抓落實，加大執法力度，確保食品企業生產嚴格遵循法律法規，從源頭上保證食品安全。同時，食品企業領導者也應從自身做起，可在企業內嘗試構建食品安全可追溯模式[50]，對食品從無到有的過程實施全程可視化監控，包括原材料種植、收割、食品生產、售賣等，這種管理體系便于食品企業發現食品質量問題，追溯產生原因，及時調整生產環節，避免二次發生。

4 結語

綜上所述，人民生活與時俱進，對于食品安全問題也尤為重視。食品行業應當加強科研力度，結合食品種類科學運用各類食品安全檢測技術，嚴格把控食品質量，以保障大眾飲食健康，維護社會穩定發展。目前，我國食品安全檢測技術發展現狀不容樂觀，常規食品安全檢測技術在工作中仍處于主流位置，而新型檢測技術應用較少，且在生產和管理等方面還存在一定弊端。因此，我國相關部門需要進一步完善安全管理制度體系，加強對新型食品安全檢測技術的開發力度，避免食品安全問題發生，進而提高人們的生活健康水平，推動我國食品市場良性發展。