快速檢測技術(shù)在食品中有害化學(xué)物質(zhì)檢測中的應(yīng)用

摘 要：隨著食品安全問題的日益突出，快速檢測技術(shù)在有害化學(xué)物質(zhì)中的應(yīng)用對于控制食品安全風(fēng)險(xiǎn)非常重要。本文在分析食品中常見有害化學(xué)污染物來源的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了拉曼光譜法、酶聯(lián)免疫吸附測定法、近紅外光譜法等快速檢測技術(shù)在食品有害化學(xué)污染物檢測中的應(yīng)用。同時(shí)，提出不同技術(shù)在靈敏度、特異性、速度等方面各具特色，應(yīng)根據(jù)食品基質(zhì)屬性、污染物性質(zhì)、檢測場所等因素進(jìn)行選擇，并注意基質(zhì)效應(yīng)和干擾因素的影響，以確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，最大限度地發(fā)揮食品快檢技術(shù)的作用。

關(guān)鍵詞：食品安全；有害化學(xué)物質(zhì)；快速檢測

Abstract： With the increasing prominence of food safety issues， the application of rapid detection technology in hazardous chemicals is very important to control food safety risks. In this paper， on the basis of analyzing the sources of common harmful chemical pollutants in food， the application of rapid detection technologies such as Raman spectroscopy， enzyme-linked immunosorbent assay and near-infrared spectroscopy in the detection of harmful chemical pollutants in food is discussed. At the same time， it is proposed that different technologies have their own characteristics in terms of sensitivity， specificity， speed， etc.， and should be selected according to factors such as food matrix attributes， contaminant properties， and testing sites， and pay attention to the influence of matrix effects and interference factors to ensure that the detection results are accurate and reliable， and maximize the role of food rapid detection technology.

Keywords： food safety; harmful chemicals; rapid detection

食品安全問題一直以來都是全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，各類有害化學(xué)物質(zhì)在食品生產(chǎn)加工過程中的廣泛使用，導(dǎo)致食品安全事件頻發(fā)。為保障食品安全，《“十四五”國家食品安全規(guī)劃》明確提出要加強(qiáng)食品安全監(jiān)管能力建設(shè)。因此，研發(fā)快速、靈敏、準(zhǔn)確檢測食品中有害化學(xué)物質(zhì)的新技術(shù)和新方法，對于從源頭上遏制食品安全事故、保障人們舌尖上的安全意義重大[1]。本文在分析食品中常見有害化學(xué)物質(zhì)來源的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了拉曼光譜法、酶聯(lián)免疫吸附測定法、近紅外光譜法、電化學(xué)傳感器法和納米金免疫層析技術(shù)等食品快檢技術(shù)，以期為食品安全檢測提供參考。

1 食品中有害化學(xué)物質(zhì)的分類及來源

食品中有害化學(xué)物質(zhì)的種類繁多，其來源也十分廣泛。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為無機(jī)污染物和有機(jī)污染物兩大類。無機(jī)污染物主要包括重金屬元素和非金屬元素，如鉛、汞、鎘、砷等。這些污染物通常來自食品包裝材料、加工設(shè)備、農(nóng)業(yè)種植過程等。例如，塑料包裝材料中含有重金屬催化劑，在高溫滅菌過程中極易遷移到食品中；農(nóng)作物灌溉用水受到重金屬污染，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中富集重金屬[2]。有機(jī)污染物種類更加繁雜，既有農(nóng)藥、獸藥等農(nóng)牧業(yè)投入品殘留，也有多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酸酯等工業(yè)化學(xué)品污染。例如，為防治農(nóng)作物病蟲害，農(nóng)藥的使用較為頻繁，其在植物體內(nèi)代謝緩慢，極易殘留；塑化劑在塑料制品生產(chǎn)中被大量使用，由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無法被人體代謝，對生殖系統(tǒng)危害極大。除上述外源性污染物之外，加工過程中還會(huì)產(chǎn)生如丙烯酰胺、苯并芘等有害物質(zhì)。這些物質(zhì)大多能致癌、致畸，危害性更大。總之，有害化學(xué)物質(zhì)來源呈多樣化趨勢，完全依靠末端檢測難以從源頭阻斷危害，必須與生產(chǎn)過程控制相結(jié)合，構(gòu)建食品安全防控體系，才能最大限度地保障食品安全。

2 食品中有害化學(xué)物質(zhì)的快速檢測技術(shù)

2.1 拉曼光譜法

拉曼光譜法是一種基于分子振動(dòng)能級(jí)躍遷的光譜分析技術(shù)，當(dāng)單色光照射到樣品表面時(shí)，入射光子與分子相互作用，引起分子振動(dòng)能級(jí)發(fā)生變化，散射光頻率產(chǎn)生位移，形成拉曼散射光譜。不同化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和振動(dòng)模式各異，因此拉曼光譜對應(yīng)的頻率位移具有特異性，可作為定性定量分析的依據(jù)。將拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于食品安全檢測，首先需要建立異物成分的光譜數(shù)據(jù)庫，通過對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的拉曼光譜采集和歸一化處理，形成完整的譜圖信息。樣品檢測時(shí)，經(jīng)激光器聚焦照射，拉曼探頭收集散射光并導(dǎo)入光譜儀，通過與數(shù)據(jù)庫比對，識(shí)別出有害成分的種類。對于痕量檢測，可采用表面增強(qiáng)拉曼光譜（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，SERS）技術(shù)，利用金屬納米粒子表面等離子體共振效應(yīng)，將目標(biāo)分子吸附富集在SERS基底表面，實(shí)現(xiàn)高靈敏檢測[3]。該技術(shù)能夠有效克服食品基質(zhì)的熒光背景干擾，直接對固體、液體、膠體等樣品進(jìn)行快速、非破壞性分析，在農(nóng)藥殘留、非法添加劑、包裝材料溶出物等有害物質(zhì)篩查方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 酶聯(lián)免疫吸附測定法

酶聯(lián)免疫吸附測定法（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay，ELISA）是一種利用抗原抗體特異性結(jié)合和酶促反應(yīng)進(jìn)行定量分析的技術(shù)。其基本原理是將抗原或抗體固定在微孔板上，再依次加入待測物、酶標(biāo)記抗體、底物，通過抗原抗體免疫反應(yīng)和酶催化底物顯色，根據(jù)顏色深淺判斷待測物濃度。食品中有害化學(xué)物質(zhì)檢測采用競爭ELISA法，將有害物衍生物包被于微孔板，加入一定濃度酶標(biāo)抗體，再加入待測樣品，游離態(tài)有害物與包被抗原競爭性結(jié)合酶標(biāo)抗體，結(jié)合抗體量越多，顯色越淺。操作時(shí)，首先提取凈化樣品，調(diào)整pH值和離子強(qiáng)度，使基質(zhì)干擾最小化。取適量樣品加入包被微孔板，與酶標(biāo)抗體混勻共孵育，充分競爭結(jié)合[4]。棄去孔內(nèi)液體，洗滌除去游離抗體。加入顯色底物，避光孵育，抗體結(jié)合量越多，顯色越深。加入終止液后，用酶標(biāo)儀測定吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸待測樣品的有害物含量。ELISA方法靈敏度高、特異性強(qiáng)、操作簡便快捷，可實(shí)現(xiàn)多通道平行分析，已廣泛應(yīng)用于食品中農(nóng)獸藥殘留、生物毒素、非法添加劑等有害物篩查，為食品安全監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐。

2.3 近紅外光譜法

近紅外光譜法是利用物質(zhì)分子吸收特定波長的紅外光，從而研究分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化。當(dāng)近紅外光照射到樣品表面時(shí)，光子能量可激發(fā)分子基團(tuán)的振動(dòng)，使其從基態(tài)躍遷至高能級(jí)狀態(tài)，不同化學(xué)鍵的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)在特定波長處產(chǎn)生吸收峰，形成近紅外光譜圖。由于食品基質(zhì)成分復(fù)雜，常規(guī)近紅外光譜易受散射、衍射等因素影響，譜圖重疊嚴(yán)重[5]。因此，在食品有害物質(zhì)檢測中，需采用高分辨率的傅里葉變換近紅外光譜儀，配合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)手段提取有效信息。測定時(shí)，將勻質(zhì)化的食品樣品置于比色皿或樣品杯中，控制光路和環(huán)境溫度恒定。用紅外光譜儀采集全波段光譜數(shù)據(jù)，扣除環(huán)境背景，得到吸收光譜圖。在譜圖預(yù)處理階段，采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量（Standard Normal Variate，SNV）校正、一階導(dǎo)數(shù)校正等數(shù)學(xué)算法，消除散射影響，增強(qiáng)光譜特征。之后，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)模型，如偏最小二乘法（Partial Least Squares Regression，PLSR）、支持矢量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）等，提取隱藏在原始光譜中的有效信息，建立近紅外光譜特征與有害物質(zhì)含量間的定量關(guān)系，完成快速無損檢測。該方法分析速度快、重現(xiàn)性好，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，已成功應(yīng)用于農(nóng)藥殘留、重金屬、食品摻假等有害物質(zhì)的篩查鑒別，大幅提升了食品安全檢測效率。

2.4 電化學(xué)傳感器法

電化學(xué)傳感器法是一種利用電極表面與溶液界面發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對食品中有害化學(xué)物質(zhì)定量分析的技術(shù)。傳感器通常由工作電極、參比電極和對電極3部分組成，工作電極表面修飾有特異性識(shí)別元件，如酶、抗體、適配體等。當(dāng)食品提取液中的目標(biāo)物與識(shí)別元件結(jié)合時(shí)，會(huì)引起電極界面電子轉(zhuǎn)移電阻或電流信號(hào)變化，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度即可實(shí)現(xiàn)定量檢測。以重金屬離子檢測為例，可采用方波陽極溶出伏安法，在工作電極表面沉積汞膜，利用汞與重金屬形成易于溶出的汞齊。先在負(fù)電位下富集金屬離子，再向正電位掃描，在特征電位處溶出，產(chǎn)生峰電流，峰值與重金屬含量呈線性關(guān)系。對于農(nóng)藥殘留等小分子物質(zhì)，則需要開發(fā)新型傳感器件，如分子印跡聚合物修飾電極。通過模板聚合的方式，在電極表面形成與目標(biāo)分子空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的印跡空穴，具有類抗體的專一識(shí)別能力。當(dāng)樣品中目標(biāo)物進(jìn)入印跡空穴時(shí)，聚合物膜層的電荷轉(zhuǎn)移電阻發(fā)生變化，測定其阻抗譜，即可實(shí)現(xiàn)高靈敏檢測。電化學(xué)傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、制備成本低、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，將印跡聚合物、納米材料、適配體等新型識(shí)別元件與先進(jìn)電化學(xué)測量技術(shù)相結(jié)合，有望開發(fā)出一系列便攜、高效的食品安全檢測新方法。

2.5 納米金免疫層析技術(shù)

納米金免疫層析技術(shù)是一種新興的快速檢測方法，將納米金標(biāo)記與免疫層析試紙相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)食品中有害化學(xué)物質(zhì)的高靈敏、便攜式分析。其技術(shù)原理是利用納米金顆粒獨(dú)特的表面等離子體共振效應(yīng)，使其在可見光區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收，呈現(xiàn)出鮮艷的紅色。將納米金顆粒表面修飾上特異性識(shí)別抗體，構(gòu)建出納米金標(biāo)記的免疫探針。同時(shí)，在硝酸纖維素膜上預(yù)固定另一種抗體，形成檢測線。當(dāng)含有目標(biāo)物的樣品提取液沿層析試紙滴加遷移時(shí)，樣品中的目標(biāo)物首先與納米金標(biāo)記抗體結(jié)合，形成納米金-抗體-抗原復(fù)合物。該復(fù)合物繼續(xù)向前遷移，被檢測線上固定的另一種抗體捕獲，形成明顯的紅色條帶，根據(jù)條帶顏色深淺，即可半定量測定目標(biāo)物含量。整個(gè)分析過程僅需10～15 min，樣品用量為微升級(jí)，且無須復(fù)雜的前處理過程。為進(jìn)一步提高檢測靈敏度，可采用銀增強(qiáng)技術(shù)，在納米金表面還原沉積一層金屬銀，使其粒徑增大，光學(xué)性質(zhì)增強(qiáng)，從而降低檢出限。

3 技術(shù)選擇的注意要點(diǎn)

食品中有害化學(xué)物質(zhì)種類繁多，污染來源復(fù)雜，在選擇快速檢測技術(shù)時(shí)需要充分考慮食品基質(zhì)屬性、目標(biāo)物理化性質(zhì)、污染水平以及檢測場所等因素。針對不同類型食品，可優(yōu)先選用前處理簡單、分析速度快的技術(shù)。例如，對于均質(zhì)性好的液態(tài)食品，如飲料、乳制品等，可直接采用近紅外光譜法或拉曼光譜法進(jìn)行無損檢測；對于固態(tài)食品，如肉類、谷物等，則需要先采用提取、凈化等前處理技術(shù)，再選用酶聯(lián)免疫吸附測定法、納米金免疫層析技術(shù)等進(jìn)行快速分析。對于痕量污染物，如重金屬、農(nóng)藥殘留等，宜選擇靈敏度高的電化學(xué)傳感器法或表面增強(qiáng)拉曼光譜法；而對于非法添加物，如甜蜜素、蘇丹紅等，則需要選擇專一性強(qiáng)的免疫分析技術(shù)。值得注意的是，由于食品基質(zhì)效應(yīng)顯著，在檢測過程中，應(yīng)通過基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品、基質(zhì)加標(biāo)等方式評估方法的基質(zhì)適用性。對于色素類食品，應(yīng)考察色素對檢測結(jié)果的干擾；含油脂食品應(yīng)注意油脂析出對樣品均勻性的影響；發(fā)酵食品中的酶類物質(zhì)可能與免疫分析試劑盒產(chǎn)生交叉反應(yīng)，導(dǎo)致假陽性結(jié)果。因此，有必要在方法建立之前，采用多種典型基質(zhì)進(jìn)行全面驗(yàn)證，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)語

食品安全關(guān)乎國計(jì)民生，近年來各類食品污染事件頻發(fā)，嚴(yán)重危害人們的身體健康，必須引起高度重視。食品中有害化學(xué)物質(zhì)種類繁多，污染物來源廣泛，傳統(tǒng)檢測技術(shù)難以滿足日益增長的快速篩查需求。本文重點(diǎn)探討了拉曼光譜法、酶聯(lián)免疫吸附測定法、近紅外光譜法、電化學(xué)傳感器法和納米金免疫層析技術(shù)等新興快檢技術(shù)在食品化學(xué)污染檢測中的應(yīng)用，部分技術(shù)具有的快速、靈敏、便攜、無損等優(yōu)點(diǎn)，為食品安全監(jiān)管提供了有力的技術(shù)支撐。未來，可以進(jìn)一步加強(qiáng)對食品快檢關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定，完善質(zhì)量控制體系，促進(jìn)快檢技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用。同時(shí)，還應(yīng)注重快檢與實(shí)驗(yàn)室檢測的有機(jī)結(jié)合，建立食品安全多級(jí)篩查機(jī)制，做到“快篩快判、精檢精控”，為從源頭上遏制食品安全問題提供堅(jiān)實(shí)的保障，維護(hù)人們“舌尖上的安全”。

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作者簡介：鄔佩棟（1992—），男，山東濰坊人，本科，助理工程師。研究方向：食品檢測。