农产品有毒、害残留物快速检测新技术与仪器进展

1 引 言
 
农产品和食品是否安全是一个全球性的问题,传统农业不适当使用化肥、农药造成农产品和食品的污染,随着农产品和食品生产中新技术、新原料和新产品的采用,造成农产品和食品污染的因素日趋复杂化,而且我**经常发生农产品和食品生产流通环节中的诸多污染事件。要保障农产品和食品安全检测监督是重要措施之一。但是由于农产品和食品中有毒有害污染物的检测速度慢,不但需要贵重仪器和专业实验人员,而且大都在实验室中进行,难以实现现场快速检测。所以准确、快速、便携和简便的现场检测仪器和设备是目前市场迫切需要的。本文综述了**内外用于现场快速检测的仪器、方法和技术。
 
2 生物芯片用于农产品快速检测
 
快速、准确、灵敏、无漏检且自动化程度高的检测方法是所有生物检测方法研究者的共同目标,生物芯片和生物传感器技术可使这种目标得以实现。生物芯片的一个突出优点是能平行快速分析上百个或数千个多态性样品,如农产品中农药和兽药残留的检测、微生物的检测和动植基因突变的检测等,都可以通过
 
生物芯片和生物传感器来实现[1-3]
 
2 . 1 生物芯片用于识别不明肉类
 
2004 年 3 月法**“biomerieux”公司推出了一种能够识别不明肉类的新型基因芯片[4]。名为“食品** - ID”检测方法,包括精心选自 33 种脊椎动物的 88000 个探针,这些动物包括鸵鸟、非洲鳗和猫,人类 D N A 也包括在内、不过主要作为“对照”。芯片由affymetrix公司制造,该芯片将用于肉类产品的品质证明,检测的结果是给出一张“身份识别卡”,在上面开列出所有检测到的物种名称。这种芯片不但能揭示出标价为 1 0 0 美元的鹅肝酱是否掺入猪肝等廉价替代品,而且可以检测出吃了脊椎动物副产品的动物的肉制品中所携带的病毒蛋白,如疯牛病等,还能用于确认某些指标要求严格的食品是否达标。
 
2 . 2 生物芯片用于羊绒和羊毛的鉴别
 
羊绒是一种珍贵的动物纤维,经济价值远高于羊毛。鉴别羊绒、羊毛通用的方法是扫描电镜法、光学投影显微法和溶液延伸法,这三种方法均是从纤维的外观形态和微观结构上进行辨别。但是即便是经验丰富的检验人员有时候也难以分辨纤维的种类。由于羊绒和羊毛在 D N A 片段上有着不同的结构特征,利用这些特征可以开发出用于分辨羊绒和羊毛的 D N A 芯片
 
[5]。1992 年,Hamlym 等人**制作出了绵羊特异的 DNA探针,可区别出从绵羊毛、山羊绒、马海毛中分离出的 D N A 。
 
2 . 3 生物芯片用于兽药残留的检测
 
Sternesjoes采用**传感器测定了牛奶中的硫胺
 
二甲嘧啶,检出限低于 1 ×10-9,平均相对标准偏差为 2 % ,传感器表面经 N a O H 和 H C L 处理后可重复使用。
 
程京博士提出的微阵列芯片技术具有快速、准确、灵敏、高通量和适用范围广等特点[ 6 ] ,可为兽药残留检测提供科学、准确、公证的检验数据。北京博奥生物芯片公司已开发基于**原理的蛋白质芯片和配套的样品制备扫描和检测装置,可用于重点兽药残留的检测。
 
2 . 4 生物芯片用于大肠杆菌的检测
 
美**研究人员制作出形似芯片的“微流体实验室”,他能够自动发现并分析特定微生物和化学物质。据亚利桑那州立大学网站报道,该装置由应用纳米生物中心的**罗宾等人制作,主要结构由塑胶制成的“实验室”,长 12 厘米、宽 6 厘米、厚 2 毫米。“实验室”内的隔间、管道、机械泵和阀门分别能储存、引导被研究的液体。利用声波振动技术,粘性较大的不同液体能在“实验室”内完全混合。在检测含有微生物的液体时,“实验室”可采用**磁性珠细胞分离术俘获目标细胞。在对这些细胞进行预先浓缩、净化、除去细胞膜、D N A 复制等处理后,特殊的传感器会用电化学法找到属于某病原体的微量 D N A ,并提供相应的分析结果。这种微型“实验室”成功地在 3 个半小时内从兔子的血样中找到了大肠杆菌。研究人员目前正在提高该“实验室”俘获目标细胞的效率及其对病原体 D N A 的敏感性,以期**终用这种装置检测多种细菌,分析遗传物质,监测环境。
 
3 生物毒素和有害微生物快速检测
 
除**亲和技术和酶联**吸收技术用于生物毒素的快速检测外,生物毒素的现场快速检测技术更引人注目。如采用花生仁表面荧光检测系统可检测黄曲霉素 B 1 ,B2 ,G 1,和 G 2 。这四种物质在紫外光激发下
 
产生荧光的颜色不同,可以加以鉴别。其中黄曲霉素 B 为蓝色荧光,黄曲霉素 G 为绿色荧光。同时按荧光强度可将花生仁分成三类,强荧光为 I 类霉变严重仁,弱荧光为 II 类霉变较轻仁,无光为正常仁[7]。Wayne 等人采用 SPR 技术检测玉米抽提物中的大肠菌素 B1 ,检测下限为 50ng/mL,分析时间 10 分钟,trachan 等人用**传感器检测食品中黄曲霉素 B1,检测下限为 4ng/g,分析时间 8 分钟。Ogert 采用光纤传感器测定食品中的肉青杆菌素 A,检测下限可达 5ng/mL ,1 分钟可完成

测定。Schleicher公司**了一种可同时进行食品中大肠杆菌检测和调查埃布氏菌的快速检测设备,根据大肠菌,大肠埃布氏菌呈蓝色到蓝绿色荧光的计数定量
 
方法[8]
 
Nishikawa 等采用恒电位系统,用微生物滤膜予富集可检测大肠杆菌,铜绿假单胞菌,枯草杆菌,树状
 
黄杆菌。检出下限可达 104 细胞 /mL。用于微生物 ATP 测定仪器**外约有十余种,如日本 A F 1 0 0 A P T ,法**PICO-ATP,美**的 Lab-LinATP 光度计等。利用生物发光技术检测残留在表面的微生物,可检测 105 的病菌。**近广东省微生物研究所研制出 A T P 生物发光法,十几分钟即可得到样品中含菌量[9~12]
 
4 化学污染物残留快速检测
 
4 . 1 有毒有害元素的快速检测
 
食品中砷、铅、汞、铬、镉五大有害元素的快速检测技术不断出现,其中原子荧光光谱仪是我**科技工作者研发的一种高效、灵敏、快速的有害元素污染物分析仪器,已列入**家标准方法。Milestone 公司的 D M A - 8 0 直接测汞仪的**大特点在于可测定固体和液体中汞含量而不需要进行样品前处理,每一个样品分析为 5-6 分钟,检出限为 0.05ng 级。英**百灵公司生产的阳极溶出铅、汞、镉快速溶出伏安仪,可在 5 分钟内得出分析结果,电极为一次性使用,检出限可达 ng 级,除汞外,农产品和食品中砷、铅、铬和镉的快速检测的主要障碍是样品的快速前处理。
 
4.2 农药残留快速检测
 
农药残留快速检测方法中主要采用的技术是**分析技术、生物化学技术和生物传感器技术。目前对于**分析技术在农药快速检测的应用研究十分活跃,**外已研制出有机磷类、氨基甲酸酯类、硫代氨基甲酸酯类、有机氯类、三嗪类、拟除虫菊酯类和酰
 
胺类等几十种农药的酶**检测试剂盒[13]。这些试剂盒检测灵敏度高,检测快速(一次测样只需 10 分钟),
 
成本低,使用简便,安全可靠,操作人员不需特殊培训,样品不需净化,若配备小型光度计,在一小时内
 
即可同时完成 20 多个样品的检测,其可信度可达 95% 以上。美**环保总署和农业部食品检验司已制定了农
 
药残留**学检验商品试剂盒评定和认可标准。由于上述试剂盒价格较高,目前在**内尚不能普及应用。
 
**内对该试剂盒研制起步较晚,商品化产品较少。采用胆碱酯酶抑制的生物化学技术可以用于检测
 
有机磷和氨基甲酸酯类农药。**内外已研究出多种方法,如速测卡法、速测片法和农药残毒光度计法。目
 
前**内市场上应用较多的是农药速测卡和农药速测光
度计,**内已有二十余家生产厂商,如广州天河绿州生物化学研究中心研制的农药速测卡和吉林大学分析化学系与长春吉大·小天鹅仪器有限公司共同研制的农药快速残毒检测仪等。农药速测卡特别适用于对农贸市场上的蔬菜进行初筛,呈阳性的样品再用农药残毒快速检测仪进行进一步的验证,对某些具有一定代表性残留的样品可通过 G C - M S 或 H P L C - M S 来进一步鉴别所属农药品种。
 
4.3 兽药残留快速检测
 
兽药残留将成为今后食品安全中**重要的问题之一。目前在食用动物的饲养和疾病防治中大量使用抗生素和甾体激素等药物,美**曾检出 12% 的牛肉、58%的犊牛、2 3 % 的猪和 2 0 % 的禽肉残留抗生素;日本也曾有 6 0 % 的牛、9 3 % 的猪被检测出有抗生素残留;**内市场上的猪肉、白条鸡等也检测到青霉素等药物残留。四川省成都市疾病预防控制中心候为等日前完成的一项题为“动物性食品中兽药残留的监测与控制”的研究。
 
兽药残留包括抗生素和盐酸克伦特罗(瘦肉精)等。其中抗生素包括β - 内酰胺类、磺氨类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类和氯霉素类共六大类 50 余种。用于抗生素残留的快速检测方法主要有酶联**吸附检测法(ELISA)、放射**检测法、**传感器和生物芯片等方法。目前 ELISA 试剂盒已得到广泛应用,意大利Tecna公司、美**Idexx公司、英**Randox公司和德** R-Biophanm 公司均有相应的产品。2001 **家质量监督检验检疫总局推荐 Randox 公司的 ELISA 试剂盒作为动物激素和抗生素残留的**筛选试剂,该试剂具有可通过颜色快速反应做定性分析、灵敏度高、特异性强和在酶样板上一次可做多种样品检测等
特点[14]
 
放射**检测法是采用同位素标记技术来检测抗
 
原抗体的高灵敏度方法,检测限一般低于 10-6g/kg[15]
 
放射**检测系统中**成功的是Charm6600/7600抗生素
 
快速检测系统,该检测系统利用专一性受体来识别同一类抗生素中的母环,并以**快的速度同时检测同一
 
抗生素族在样品中的残留情况。目前 Charm Ⅱ 7600 检测系统对于β - 内酰胺类、氯霉素类、四环素类、磺氨
 
类、邻氯青霉素及碱性磷酸酶的检测已被 F D A 认可。盐酸克仑特曼(CLB)俗名“瘦肉精”,**早是作
 
为止喘药用于防治哮喘和支气管痉挛。80 年代,美**一家公司意外发现,将一定量的盐酸克仑特曼添加在
 
动物饲料中,可使动物的瘦肉率增加 1 0 % 左右。C L B 的快速检测法有简易控制法和 ELISA 试剂盒两种。简
 
易检测采用猪活体检验方法,如果待宰的猪皮毛异常光亮,呼吸急促,后臀部外形饱满突起,四肢严重颤

 
抖或非外因而卧地不起,可初步判断为服用过 CLB。含有 CLB 的猪肉其肉色较深,肉质鲜艳,脂肪层非常薄,两侧腹股沟的脂肪层内毛细血管分布较密甚**充血。英**的 Randox 公司、Laboratories 公司和德**的 R-B i o p h a n m 公司均已开发出检测肉品和饲料中 C L B 的 E L I S A 试剂盒。这种试剂盒的优点是灵敏度高、操作简便、检测迅速且价格便宜,缺点是仍不能实现现场检测并且假阳性率较高。用 ELISA 检测牛组织中的 CLB 时,可产生 6.8% 的假阳性,另外有 36% 的阳性样品不能确认。目前**内外都没有建立对于 C L B 的宰前监测体系,并且都缺少准确、迅速、方便**的 CLB 检测方法。
4 . 4 添加剂和有害化学品残留物的快速检测
 
**外某些发达**家对食品添加剂和有害化学品的管理比我**先进很多,虽然也发生过疯牛病,二噁英,禽流感等恶性食品安全事故,但农产品和食品安全基础管理设施和管理水平远远高于我**现状。有关食品安全的相关法律法规趋于完善,市场已经完全规范化运作。像我**目前经常发生在生产流通等环节中的诸多食品安全问题很少发生。因此相关检测大都在实验室进行。**近德**默克公司研制开发出用于现场质量控制检测的反射式食品测试仪,通过滤纸条显色后,在反射式光度计上可检测出 5 0 种参数。
 
在我**, 农产品中化学有害物质和食品中添加剂的快速检测大都采用比色法, 通过试纸或试管中被检测样品的溶液颜色变化实现样品定性或定量检测,如食品中砷、汞、氰化物、氟化物、加碘盐中碘、食用油中非食用油、酸价和过氧化值、食品中亚硝酸盐、双氧水、甲醛和吊白块等[16]。这些方法虽然快速,操作简便,但由于未经过样品前处理,干扰大,难以定量测定, 实现对大多数农产品和食品的初筛均较困难。
 
吉林大学化学学院分析化学系于爱民教授等与长春吉大·小天鹅仪器有限公司根据目前**内市场需求共同开发出能在 30 分钟内现场定量测定农产品和食品中亚硝酸盐、硝酸盐、二氧化硫、甲醛、吊白块、农药残毒、植物油中过氧化值、动物油中丙二醛、酱油中氨基酸态氮、食盐中碘、陈化粮检测的仪器及其相关技术,并研制出样品快速前处理装置、便携式食品安全现场快速检测仪、与检测项目相配套的化学试剂盒,检测结果与**标法符合率达到 95%以上。该仪器于 2003 年投入市场以来,已装备于**内 20 多家省市工商局的流动食品安全现场检测车上。5 展 望
 
目前,**外发展光谱技术研制农产品现场快速检测仪器的同时,采用电化学技术的现场快速检测仪器得到突飞猛进的发展,并且生物芯片和生物传感器在农产品检测的应用也初见端倪,而我**在这些方面的应用研究刚刚起步,**内用于农产品和食品中有毒有害化学品的定量检测大都采用常规**标方法,并且只能在具有专门知识的技术人员和有资质的实验室条件下进行,每个检测项目的分析速度大约 3-4 小时以上,由于检测速度慢不能满足现场和实验室快速定量检测。因此研制开发出在 30 分钟以内就能快速定量检测的仪器和检测方法,如农产品和食品中工业明胶、色素、淀粉、明矾、石蜡、脂肪、蛋白质、化肥、滑石粉和糖精等现场快速定量检测方法和仪器用于初筛,是当前我**质检和规范市场等部门急需的。