我国主要农药残留快速检测方法及产品现状分析

蔬菜、 水果等农产品中的农药残留问题已成为现阶段我国社会高度关注的热点问题, 成为影响我国农产品质量安全的关键因素之一, 农药残留快速
 
检测方法及产品也因此在农药残留监管中得到了广泛的应用。 目前常见的农残速测方法主要有: 酶抑制法、 化学速测法、 活体检测法、 免疫分析法、 仪
 
器分析法、 生物传感器法等, 其中酶抑制法应用**为普遍。 本文重点调查分析了目前我国广泛生产使用的酶速测方法及产品的现状, 提出了存在的主要问题, 概述了其他几种常见农残速测方法, 展望了
 
速测方法的发展趋势。
 
一、 酶抑制法
 
(一) 原理 酶抑制法主要是根据有机磷和氨
 
基甲酸酯类农药能抑制昆虫中枢和周围神经系统中乙酰胆碱酯酶的活性, 造成神经传导介质乙酰胆碱的积累, 影响正常传导, 使昆虫中毒致死的毒理学原理来检测农药残留1。 利用农药对胆碱酯酶的抑制作用, 加入特定显色剂, 通过颜色深浅的变化确定是否有农药残留及其相对量。 按胆碱酯酶分解底物和采用仪器不同, 常分为酶抑制率测定法和速测
 
卡法两种2
 
1. 酶抑制率测定法。 利用农药对胆碱酯酶的抑制作用与农药残留量成正相关, 胆碱酯酶催化水解物与显色剂反应, 产生黄色物质, 用速测仪在 410 nm 等特定波长处测定吸光度随时间的变化值, 计
 
算出抑制率并依此判别样品中是否有农药残留。 目
 
前市场上速测仪产品众多, 有 2、 4、 8、 10、 24、36、 96 通道等多种, 大多是由分光光度计在结果计算功能上进行改进的专用农残速测仪。 使用的胆碱酯酶以乙酰胆碱酯酶 (AChE) 和丁酰胆碱酯酶
 
(BChE) 为主, 用抑制率判定超标与否。 该方法使用简单方便, 可直接显示检测结果, 也可通过数据
 
管理软件上传检测数据, 是目前省市和县区质检单
 
位日常检测的主要速测仪器。
 
2. 速测卡法 (纸片法)。 将胆碱酯酶和靛酚乙
 
酸酯固化在卡片上, 利用胆碱酯酶催化水解靛酚乙酸酯 (红色) 为乙酸和靛酚 (蓝色), 有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶的催化有抑制作用, 使
 
催化、 水解、 变色过程发生改变, 从而判断样品中是否有农药残留存在, 使用的胆碱酯酶以 AChE 为
 
3。 该方法常使用部分专用速测仪进行酶反应等操作, 可用肉眼进行颜色的辨认以判断超标与否,其操作简单、 使用方便, 灵敏度比酶抑制率测定法低, 因此适用于生产基地、 农贸市场以及超市的一
 
般性监测筛查。
 
(二) 生产应用现状及成效 目前, 酶抑制法
 
是我国农残速测的主流技术, 国内市场上生产农残速测产品的企业有数十家, 产品种类繁多, 现有几十种国产速测仪和速测卡, 这些产品已进入果蔬生产基地和农贸批发市场以及工商、 卫生和农业各级质检和监管部门, 成为目前国内应用**为广泛的农残速测技术。 2005 年以前, 我国每年因食用农药
 
残留严重超标的农产品所引起的急性中毒事故时常发生, 特别是食用了高毒有机磷类和氨基甲酸酯类农药严重超标的蔬菜和水果极易引起急性中毒, 甚
 
**导致食用者死亡。 由于这两类农药在此以前是我国主要使用的农药品种, 因此国家对其安全使用和残留监管尤其重视, 基于酶抑制法的农残速测方法得到了快速的发展和应用, 并取得了**的成效。
 
近几年来的例行监测和普查结果表明, 目前农
 
残超标的主要农药品种依然是有机磷和氨基甲酸酯类农药。 因此, 酶抑制法在阻止含农药残毒农产品的销售和流通中起到了重要的作用, 因食用两类高毒农药而引起的急性中毒事件已明显减少, 消费者

健康得到了更好的保障 酶抑制法的广泛推广使
                   
使其在高毒农药残留监管各个环节发挥了重要
                   
作用, 对于打击非法生产、 滥用高毒农药起到了重
要的震慑作用, 已成为政府实施农药残留监管, 实
行蔬菜水果市场准入和退出制度的重要技术支撑。
酶抑制法具有操作简便   检测时间短 成本低
                   
率高, 对检测人员技术水平要求低等诸多优点, 大
幅降低了政府实施农产品质量安全监管的成本,
高了监管效率 同时 生产和销售企业也开始大量
             
用其监控农药残留状况, 保障和提升农产品质量安
全水平, 从而获得更大的经济效益。
(三) 产品类型分析   为了对酶速测产品的生
产应用现状进行深入了解 本文对部分质检机构进
             
行了问卷调查, 并对获得的 47 份调查表进行了分
析。 在这些调查表中, 涉及的速测产品有速测仪 23
种, 其中基于酶抑制率测定法的速测仪有 19 种, 用
于速测卡法的速测仪 4 种, 另外还有 3 种采用的是
色谱法。 23 种速测产品中只有 1 种 (TSTD-5 型)
可以测定有机磷、 有机氯、 三氯杀螨醇、 拟除虫菊
酯等几类农药残留, 其他 22 种都只能检测有机磷

和氨基甲酸酯两类农药 而色谱法则不受农药种类
                   
的限制 可以同时检测多类农药残留  
                   
  对速测产品类型及其使用单位数量进行分析
                   
发现 RP 系列 (RP-410) 速测仪在调查单位中使
用**多, 数量达 12 个, 占总数的 25.5%。 其次为
NC 系列 (NC-800) 6 个, 占总数的 12.8%。 剩余
的依次为 PR 系列 (PR-2003N 和 PR-2000A 等)
5 个, CNY 系列 (CNY-858 和 CNY-858B) 4 个,
PR-3 系列  (PR-3、 PR-3B 等 ) 3 个 , WT 系列
(WT-51A) 3 个、 绿 T 系列 (绿 TRFITT-2001) 2
个, DY 系列 (DY-1000、 DY-5000) 2 个, SPR
系列 (SPR-88、 SPR-88A) 2 个, 其他 CL-BⅢ、
GNSPR-8D、 NY-IV、 NYV606、 TSTD-5 等各型
号 1 个。            
  (四) 产品品牌分析 调查问卷中的速测产品
生产企业共有 12 家, 其中 4 家企业的产品是调查
单位中主要使用的产品, 占产品总数的 61.9%, 占
使用单位总数的 74.5%。 按使用单位数量多少排序
依次为生产 NC 等系列产品的深圳市安鑫宝科技发
展有限公司 (14 个), 生产 RP 系列产品的北京瑞
利分析 (瑞利谱创) 仪器有限公司 (12 个), 生产
PR 系列产品的厦门欧达科仪发展有限公司  (5 个
单位使用) 和生产 CNY 系列产品的上海瑞鑫电子
科技有限公司 (4 个)。        
  产品价格分析 农残速测仪的价格从几

.
千到几万均有 价格差异比较大 主要原因是速测
                   
仪的原理 数据处理功能和同步测定多个样品的能
                   
力大小等不同。 目前使用较多的 RP-410 型速测仪
报价约 1.6 万元, NC-800 型报价 1.1 万元, CNY-
858B 型 1.68 万元。 这些用于酶抑制率测定法的速
测仪价格都在万元以上 普遍要比用于速测卡法的
                   
速测仪高很多, 如 PR-202SH 型只需 0.14 万元,
PR-2003N 型 0.2 万元、 PR-3B 型 0.25 万元 。  然
随着检测通道和检测农药类别的增加 速测仪
                   
价格大幅升高,  如 SPR-88A 型为 96 通道检测,
价格达 3.0 万元, 而 TSTD-5 型茶叶安全快速检测
仪因其可以检测多类农药而报价高达 3.5 万元。  
    检测成本分析 不计速测仪的价格成本
                   
酶抑制率测定法在农残速测过程中主要的消耗材料
是酶试剂, 而速测卡显色法则主要是速测卡 (试
纸)。 酶抑制率法的样品测定成本随着速测仪检测
通道数和样品量的增加而降低, 一般 2~8 通道的
速测仪检测成本在 1~2 元 / 个样品之间, 而 24~
96 通道的检测成本可以降低** 0.2~0.5 元 / 个样
品,  而速测卡 ( 试纸) 成本需 1.0~1.5 元 / 个样

因此对于数量较少的样品来说 酶抑制率法和
                   
速测卡法的检测成本相近 而当样品量较大时
                   
抑制率法可以采用同步处理和多通道检测而显著降
                   
低单个样品检测成本, 从而在检测量较大的各级质
检机构和蔬菜水果农贸批发市场等单位应用较广。
    (七) 酶速测方法标准 我国现行与农残速测
方法相关的国家、 行业和地方标准有 6 个, 主要针
对有机磷和氨基甲酸酯类两类农药。 其中, NY/T
448-2001 《蔬菜上有机磷和氨基甲酸酯类农药残
毒快速检测方法》 采用了乙酰胆碱酯酶作为检测试
剂, 规定蔬菜样品提取液的酶抑制率 >70%时, 可
以判定蔬菜中含有某种有机磷或氨基甲酸酯类农药
残毒, 此时样本要有两次以上重复检测, 几次重复检
测的重现性应在 80%以上 4 。 而 GB/T 5009.199-
2003 《蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的
快速检测》 则采用丁酰胆碱酯酶作为检测试剂, 规
定酶抑制率≥50%时, 表示蔬菜中有高剂量有机磷
或氨基甲酸酯类农药存在, 样品为阳性结果, 此时
样本也需要两次以上的重复检测, 用仪器确证的阳
性结果的符合率要在 80%以上5 两个标准方法因
为采用酶的种类不同, 在不同农药检测的灵敏度上
有所差别, 对是否存在农残的判定也不一样。    
    (八) 存在的问题 尽管酶速测方法在我国农
产品质量安全监管中发挥了重要作用, 但因其局限
性自身还存在一些问题            

1. 检测范围亟待扩展。 酶抑制法检测的农药种类只限于有机磷和氨基甲酸酯类农药, 且检测精度较低, 检测限大部分高于国际和国内规定的残留限量标准, 阳性检测结果还需仪器法进行准确定性定量, 因此不能作为法律仲裁依据6。 另外, 随着农
 
药品种的不断更新, 拟除虫菊酯类、 三唑类等其他类别的杀虫、 杀菌和除草剂品种及用量不断增加,在例行监测中的检出率和超标率也呈上升的趋势。目前广泛使用的酶抑制法无法检测这些类别的农药, 相关的速测方法也极其缺乏, 因此在其残留速
 
测和监管方面缺乏技术支撑。
 
2. 速测产品无有效监管。 目前市场上的速测
 
仪 、 速测卡等产品众多, 价格不一, 不乏夹杂着伪劣产品。 由于缺乏国家或行业的统一标准或鉴定规程, 也没有相关的认定和验证程序, 使用者难以做出有效的产品质量判断和选择。 本次调查获取的结果显示调查单位使用的产品种类多达 20 余种, 部
 
分单位就有 3~4 种之多, 不同的部门、 单位和仪器间检测结果各不相同7 , 可比性较差, 其真实性、 准确性和重复性等都难以保证。
 
3. 检测试剂相关标准缺乏。 AChE 和 BChE 等
 
酶试剂是酶抑制法的关键和核心, 由于酶的稳定性受环境影响较大, 因此如果保存或使用不当都会使之失去活性, 从而影响检测结果。 胆碱酯酶可以通过各种分离和纯化方法从家蝇、 鱼类、 动物肝脏和血液以及小麦、 大豆和玉米等不同来源制备8 。 目
 
前, 各速测产品生产企业或通过自主分离、 提取和纯化, 或通过市场直接购买, 或直接委托其他企业或单位帮助生产酶试剂, 这些酶因为不同的来源、类别、 生产工艺等原因, 在活性和稳定性等质量上都有较大的差别。 然而, 目前我国仅制定了农药残留检测用 BChE 的标准 (NY/T 1157-2006), 在
 
**常用的 AChE 活性、 灵敏度和稳定性等性能上没有统一的测试和鉴定标准, 造成市场上的酶试剂产品鱼龙混杂、 质量参差不齐, 因此严重影响速测结果的准确性。
 
4. 速测标准亟待更新。 我国主要的两个速测标
 
准 NY/T 448-2001 和 GB/T 5009.199-2003 从发布实施距今已分别有 10 年和 8 年的标龄。 近年来速测产品及其配套试剂都得到了快速的发展, 产品的检测能力、 酶试剂的灵敏度等较以往都已经有了很大的差别。 而且我国农残限量的制修订工作也被提到了一个新的高度, 得到了极大的加强, 相关限量标准与以往的要求也有所改变。 这两个标准已不能完全适应于目前产品的迅速发展和限量标准的要 
求, 因此标准的更新显得尤为迫切。
 
5. 检测人员素质需大幅提高。 由于检测人员的操作对检测结果具有较大的影响, 尤其是在取样、提取、 加酶试剂反应等操作中, 检测人员的素质也显得尤为重要。 然而, 我国基层速测人员的素质相对滞后, 省市质检机构因其工作开展较早, 其检测人员的素质和检测水平也较高。 而区县、 大型农贸批发市场则因工作开展较晚, 而且其人员大多都没经过系统的样品检测分析知识培训, 人员素质水平相对较低。 因此应加强对检测人员的技术和专业技能培训, 使其综合素质符合农残速测的要求9
 
二、 其他常见农残速测方法
 
(一) 化学速测法 化学速测法是一种常规检
 
测方法, 其原理是使用具有强催化作用的金属离子催化剂将氧化还原特性较强的有机磷农药 (含磷酸酯、 二硫代酸酯、 磷酸胺等结构) 水解为磷酸及醇等, 水解产物和显色剂反应, 使显色液的紫红色褪
 
去变成无色而进行检测10。 该方法特点是采用化学反应原理, 无需使用稳定性差、 难保存且反应条件严格的活性酶等试剂, 具有操作简便、 速度快、 成
 
本低等特点。 但该方法仅能用于甲胺磷、 对硫磷等高毒有机磷农药的定性检测, 灵敏度不高, 而且易受植物组织液、 色素等一些物质的干扰, 无法满足目前农残速测要求, 因此实际应用较少。
 
(二) 活体检测法 活体检测法是使用活体生物的生物测定技术, 可使用发光细菌或敏感生物
 
(昆虫、 病原菌、 杂草等) 测定果蔬样品中是否有
 
农药残留11。 发光细菌是利用细菌体内的荧光素在有氧参与时经荧光酶的作用会产生荧光, 但当受到某些农药作用时发光会减弱, 其减弱程度与农药浓度呈一定的线性相关关系, 并据此测定试样中的农药残留。 目前, 该方法已能用于测定甲胺磷、 水胺硫磷、 氧化乐果、 敌敌畏等常见有机磷农药的检测。 敏感生物法则是利用实验室培养的对农药敏感的生物 (昆虫、 病原菌、 杂草等) 为实验材料, 通
 
过敏感生物接触到含有农药的试样后的中毒程度
 
(或死亡情况) 来检测, 如可根据喂食试验样品后敏感家蝇的死亡率测定农药残留量12。 活体检测方法对不同的农药类别反应程度不一, 受外界影响较大, 随机性结果也比较大, 定性粗糙, 不能得出准
 
确定量结果, 只能用作一般性的农残筛查。
 
(三) 免疫分析法 免疫分析法是以抗原与抗体的特异性识别、 可逆性结合反应为基础的农药残留检测方法, 应用于农药残留分析的免疫分析技术主要有酶免疫分析 (EIA)、 荧光免疫分析 (FIA)和放射性免疫分析 (RIA)13 。 其中 EIA, 尤其是酶联免疫 (ELISA) **为常用, 在实际应用中有直接法、 间接法、 抗体夹心法、 竞争法、 抑制法等。 据报道, 已有上百种农药建立起 ELISA 检测方法, 部分有机磷农药的检测限可达到 ng 甚** pg 级 1415。 一
 
些农药残留检测试剂盒已经商品化, 如美国恩沃劳格公司 (EnviroLogix) 的毒死蜱、 甲草胺、 多菌灵、 吡虫啉等试剂盒 16。 同时美国环境保护署 EPA、
 
农业部食品安全检验司 FSIS-USDA 和 AOAC 等
 
都分别制定了有关农药残留的免疫检测试剂盒的评价和许可准则。
 
EIA 法具有专一性强、 灵敏度高、 快速、 操作简单、 分析容量大等优点。 但是由于农药种类繁多, 抗体制备难度大, 试剂盒成本高, 因抗体的特异性原因一般一种试剂盒只能检测一种农药, 而且
 
EIA 法的开发需要投入大量资金和时间, 因此目前市场上的抗体和试剂盒主要依赖国外进口, 使得
 
EIA 法在国内农药残留检测中的应用范围受到较大
 
的限制。
 
(四) 仪器分析法 仪器分析法是农药残留检测中**经典、 **常用的技术。 由于农药的活性成分大多是小分子有机化合物, 故多使用气相色谱
 
(GC)、 气相色谱-质谱 (GC-MS)、 气相色谱-串
 
联质谱 (GC/MS/MS) 和高效液相色谱 (HPLC)、 液
 
相色谱-质谱 (LC-MS) 和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS) 等技术17。 由于色质联用特别适合于多残留分析, 国外把它也划为农残速测技术之列。 大部分农药残留均可使用 GC、 GC -MS 或 GC/MS/MS 检测, 检出限可达 1~10 μg/kg, 但对分子量较大、 极性或热不稳定性太强的农药, 则需采用 LC、 LC-MS 或 LC/MS/MS 来检测1819
 
色质联用技术通过尽可能地简化净化步骤, 提
 
取后直接分析农产品中的各类农药, 大大提高了检测速度, 具有灵敏度高、 准确度好, 而且可以同时
 
给出农药定性和定量结果的优点, 检测结果可作为仲裁依据。 但该方法需要昂贵的仪器, 对检测人员
 
的技术要求较高, 且样本预处理较其他速测技术更繁琐, 成本较高, 在现场快速检测中适用性较差。
 
(五) 生物传感器法 生物传感器通常是利用生物活性物质 (如酶、 抗原、 抗体、 细胞、 组织等) 作为传感器的识别元件, 当活性物质与样品中的待测物发生特异性反应 (如发光、 发热、 颜色变化、 形成复合物等) 时, 产生的光、 热等可以通过信号转换器转变为电信号和光信号等, 由检测器经过分析处理, 实现对待测物的定性和定量检测 20
 
目前常见的有酶生物传感器、 免疫生物传感器、 微
 
生物传感器、 细胞传感器等, 按信号转化器的不同又可分为化学传感器、 光导纤维生物传感器、 半导体生物传感器、 热生物传感器、 表面等离子体共振生物传感器等。 酶生物传感器是利用有机磷农药与
 
乙酰胆碱酯酶的活性部位发生不可逆的键合从而抑制酶活性, 酶反应产生的 pH 值变化由电位型生物
 
传感器检测2122。 免疫生物传感器是利用抗体和抗原之间的特异性结合所产生的免疫化学反应, 微生物传感器则是利用细菌、 放线菌和真菌等微生物活
 
细胞的代谢功能制成传感器检测污染物23。 表面等离子体共振 (SPR) 生物传感器是利用在金属和电介质界面处入射光场在适当的条件 (能量与动量匹配) 下引发金属表面的自由电子相干振荡的一种物理现象, 可分为棱镜耦合复合结构 SPR 传感器和光纤 SPR 传感器 24。 例如, 可以将已知的生物分子固定在 5nm 的 Au 膜表面, 加入与其互补的目标生物分子, 两者结合将使 Au 膜与溶液界面的折射率上升, 依据共振角改变程度对互补的目标生物分
 
子进行定量检测2
 
生物传感器已在环境监测、 食品、 医药等领域得到广泛应用, 其操作方便、 灵敏度高、 反应时间短、 仪器自动化程度高, 是一种发展迅速的在线快
 
速检测方法。 但目前生物传感器技术在农残检测方面还存在稳定性和重现性差、 使用寿命短等尚未解决的技术问题, 短时期内还无法广泛应用于农残检测中。
 
三、 发展趋势
 
总体而言, 目前农药残留速测技术向着快速化、 微型化、 智能化、 集成化、 网络化和高灵敏度等方向发展2, 以满足要求不断提高的农药残留标
 
准和残留快速检测需求。
 
(一) 快速化和自动化 农残速测要求检测时间尽可能短, 现场出检测结果, 因此速测产品也不断得到更新, 通过样品自动制备技术和各种设备在线联用技术等提高样品自动化快速处理和测定能力, 不断缩短残留检测时间, 提高检测速度, 减少人为误差。 如样品自动提取设备、 QuEChERS 方
 
法、 自动索氏萃取、 在线固相萃取等样本预处理技
 
术已在自动化和快速化操作等方面取得了很大突破。
 
(二) 集成化 由于农药品种和数量众多, 针


对单个农药的速测产品在农产品快速筛查中的应用受到限制, 待测的农药越多, 所需人力物力就越大, 因此通过技术或工艺集成可同时测定多种农药的速测技术是一个重要的发展方向。 例如, 生物芯片
 
技术可以将不同类别的农药抗体或靶标酶等集成到一
 
块芯片上, 从而实现这些农药的同步快速检测20
 
(三) 微型化 随着农残速测方法在各级基层单位的广泛应用, 要求速测方法更简单、 快捷, 相
 
关速测产品要更易于携带, 以便应用于现场快速检测, 因此速测仪等产品也将朝着微型化等方向发展。 例如, 目前已有便携式的快速气相色谱和气相色谱-质谱产品销售, 与传统色谱相比体积更小、
 
携带更加方便, 而且色谱也因其可以检测大范围的不同品种农药, 在现场筛查中的实用性更强、 应用
 
范围也将不断扩大。 同时速测仪等产品也通过应用先进技术、 减少零部件、 缩小设备体积等措施使其微型化, 易于携带和操作。
 
(四) 智能化和网络化 随着计算机技术的快速发展, 现有农残速测仪的功能得到不断丰富, 可
 
对速测仪器进行远程联机通讯和控制, 实现自动测定, 自动数据采集、 结果判定和数据信息自动上传
 
等诸多功能。 通过网络服务器可以对各个仪器上传的检测数据进行储存、 汇总和分析, 从而为全面掌
 
握速测结果以及农产品质量安全状况提供重要的数据信息平台。
 
(五) 高灵敏度 随着我国及世界各国制定的农药残留限量标准数量越来越多, 要求越来越严,
 
对速测方法的检测灵敏度要求也越来越高, 相关产品和配套试剂也朝着高灵敏度等方向发展。 例如,
 
已有报道采用基因工程等分子生物学技术对胆碱酯酶进行敏感基因的改造, 或通过有效地分离纯化技术获得更高活性的酶试剂产品, 并进一步优化反应和检测体系, 以尽量提高酶与农药的反应活性, 从
 
而提高速测产品的灵敏度2526。四、 建议
我们看到, 农药残留速测在得到快速发展和应
用的同时, 还存在诸多问题。 因此, 首先需要建立
有效的产品认定管理办法, 加强速测产品的监督管
理, 以进一步规范速测产品的生产和销售市场, 推
进速测方法在农产品的产前、 产中和产后的广泛使
用。 其次, 应加强农残速测技术研究, 在科研项目
立项和经费方面加大投入, 组织研发、 生产、 管
理、 使用等相关机构合力攻关, 以尽快解决目前速
 
测方法存在的农药检测范围小、 灵敏度不高、 准确性差等技术瓶颈问题, 以提升我国农残速测技术水平。 再次, 应推进农残速测标准的研究和制修订工作, 针对目前农药速测所用的胆碱酯酶等检测试剂应建立有效的性能评价指标和鉴定方法标准或规程。 同时进一步修订现有 NY/T 448 -2001 和 GB/T 5009.199-2003 两个主要农残速测标准 , 使
 
其据实体现目前农残速测产品检测能力以及我国农残速测要求的现状, 从而为保障农产品质量安全、
 
实施安全监管提供重要技术支撑。