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对食品与农产品安全快速筛查和检测技术的展望
点击次数:807 发布时间:2016-09-20

摘要:完善的农产品、食品安全保障体系应体现为:(1)体系、机构完备;(2)法律、法规和标准健全;(3)生产者对食品安全自律意识很强;(4)检测技术与仪器先进;(5)检测、监控及时有力。其中技术支撑是检测技术和仪器。
   
      我国农产品、食品生产和供给渠道多、数量大、规模小、分散、复杂,且法治和自律意识很弱,人口与消费人群众多,因而造成了安全问题多发。除了环保和生产条件等因素外,大多源于对农药、兽药和添加剂等违用、滥用。所以单靠一系列国标和行标确定的实验室检测技术,因样品前处理耗时,检测仪器贵、复杂、低通量,难于及时、快速、现场从源头监控食品安全状况,所以速测技术在我国有着特殊意义。其技术原理和仪器很多,但完善和成熟的不多,我国已产业化的更少。近几年国内外对此研发很火热,报导也多,现据我所见闻,就个人看好或有异议的八大类技术与仪器谈点展望:
 


      一、免疫分析方法与仪器
     包括放免、酶免、荧光免、化学发光免和胶体金标免等。酶联免疫检测技术,被AOAC列为残留检测三大支柱技术之一,具有高特异性、准确性、简便、快速等特点,能检测农药和兽药残留、致病菌、毒素以及转基因产品。美国EPA颁布12项筛查与农业环保相关的土壤和水中的氯丹、五氯酚、多环芳   、聚氯双酚、汞、阿特拉津、毒杀芬等使用ELISA。酶联免疫仪我国已有多家生产,但在食品安全和环境检测中尚未能得到广泛使用,原因是仪器功能单一,更主要是国产试剂盒品种少,而进口的太贵。
    今后宜深入研究ELISA方法的各种影响因素,并向重组抗原、多项目标物、酶的定向改造和体外分子进化以及自动化酶联免疫技术方向发展。


 
二、各种生物传感器
    生物传感器具有功能多样、微型、智能、集成、低成本、高灵敏、高识别和实用性等特点。国内外高度重视,发展快、种类很多,有代表性的有:
   (1)发达国家已广泛应用的SPR生物传感器,灵敏、快速、无需标记、便捷,实时。它与其他新技术强强结合,推出一批新型的快速筛查、检测方法和仪器,在国外zui典型的以BiacoreAB和美国TI以及Bio—RAD为代表。Biacore将SPR检测系统、生物传感芯片、微流控系统等组合为一体,配以多种试剂盒,构成用于快速筛查和检测兽药残、致病菌、毒素等。日本用于筛查二恶英。Bio—PAD称为分子相互作用仪。我国中科院电子所崔大付研究员的团队,已开发出三种SPR仪,河南农大胡建东等研发出用于检测兽药残等的SPR仪。发展方向是:a.高通量、高灵敏b.便携、小型、微型。
   (2)zui近有报导美国采用纳米技术开发出新型生物传感器,可快速、高灵敏度地检测食品和水中极微量的细菌、病毒、寄生虫、病原体等。
   (3)微生物传感器,其中尤以对毒性物质具有高灵敏发光反应的为代表,在欧美重视发光菌的研究和应用,例如IS011348,即利用费希尔弧发光菌检测杀虫剂、除草剂、灭菌剂、黄曲霉、重金属、毒素硝基化合物、溴代合物等。运用ATP检测技术,即利用三磷酸腺苷与荧光素酶发光反应检测微生物和有机物污染程度。此外还有利用铁氧化菌的活力与污染的灵敏关系,检测有害物质。这些方面环境监测总站齐文启研究员等对此很关注。
  
 三、生物芯片、微缩芯片实验室和便携式微流控芯片系统
    具有高通量、高灵敏度和快速等特性,国际上对其应用于食品安全、疾病诊断等方面予以极大关注。我国国家生物芯片中心程京教授的团队已开发并生产出食源性致病菌检测、食源性病毒检测和兽药残留检测等生物芯片技术平台(仪器和试剂盒),将进一步面向现场、速测、并向微缩芯片实验室方向发展。中国检验检疫科学研究院邹明强研究员的团队,运用微流控、生物芯片、膜富集技术等,开发出便携式微流体芯片系统,配合相应试剂盒可快速筛查兽药残、病毒等。
 
四、特种电化学传感器
电化学传感器具有小巧、灵敏、多样化、低成本等优点,利用特种电化学传感器、构建食品安全快速检测仪,国内外都很重视,例如:华东师大、长春应化所等将纳米技术和电化学技术有机结合构建快速检测食品中有毒有害重金属的仪器;运用新型纳米过氧化物传感器和纳米金属/氧化物传感器,构成快速检测细菌总数和大肠杆菌的快速检测仪。这三种速测仪已列入国家科技支撑项目。
 
五、激光拉曼光谱、深紫外光光谱以及近红外光谱分析技术与仪器
先前报导,美国人运用激光拉曼推出号称皇冠克星,据说灵敏度比警犬还高。中国检科院邹明强博士等,充分运用国产化的高性能小型激光器和稳频技术,开发出便携式高灵敏度的激光拉曼光谱仪,用于快速筛查三聚氰胺,灵敏度很高,且可半定量检测。赛默飞世尔推出一款新的拉曼光谱仪,可直接穿透玻璃和塑料包装,进行高重现性、高特征性表征。这些都可能成为快速筛查的好手段。更可喜的是许祖彦院士为世界上首创全固态深紫外线激光器,其能量分辨率提高5-10倍,光子流密度提高3-5分量级。以此为基础,李灿院士正在研发特高强度的激光拉曼光谱仪;王占国院士正在研深紫外光致发光光谱仪;佟振合院士正在研发深紫外光化学反应仪,将能对现有的3000万个有机化合物中的90%有极灵敏的吸收光谱,这些将创造新一代、一系列光谱分析仪。此外运用近红外光谱分析技术中的聚类分析和模型识别技术、快速鉴别品牌产品的真伪、对此张萍研究员和严衍禄教授等作了许多有价值的应用实践和探索。
 
六、小型化飞行时间质谱仪(TOF-MS)和离子迁移谱仪(IMS)
在农产品、食品安全检测的国际和国内标准方法中,确实是气相和相液色谱二姊妹(GC和LC)和多兄弟(各种MS)的适配为主角,但是要实现小型、便携、快速、现场检测食品安全不仅色谱仪有困难,质谱更困难了,外国为应对反恐、航天、国防、环境、食品等突发事件,先在离子阱质谱下功夫,后转向TOF-MS和IMS,而IMS国外一直对我国禁运。但是近几年来中科院化物所李海洋研究员、地化所周振研究员、光机所储焰南研究员等团队取得一系列突破,并有特色和创新,只是有待于向食品安全检测领域拓展。因为TOF-MS分析速度快(微秒级)、结构较简单,目前分辨率约600,质量数500,已胜任环境检测,与食品安全检测要求还有点距离,但在保留采用真空紫外光单光子电离和膜富集的基础上再迈步一
步就有望了。IMS是依据样品中不同分子离子在大气压下在漂移管中特征迁移时间,进行快速检测(微秒级),不需真空系统,装置很小、造价不高,而灵敏度极高,可达皮克(pg)级,用zui新检测器可达飞克(fg)级,还能区分异构体。对IMS、国外一直对我国禁运,是一个大热门,在生物医学和食品安全快速筛检领域大有潜力。
 
七、基于经典的分子光谱法的速测仪器
分子光谱法是zui经典的,几乎可用于所有检测任务,但是只能粗测,难于承担痕量分析,但是运用分析化学的基础,有针对性地合成和优化不同检测目标和任务的多种多样试剂盒,并采用集束式冷光源/单色器等新技术,吉大于爱民教授的团队推出高精度、高稳定性、模块化的便携式仪器,配合样品快速提取和富集技术,构成能快速检测与食品安全密切相关的40多种参数(如硝酸盐、亚硝酸盐、甲醛、吊白块、味素,人造色素、无机砷、金属铅、劣质奶、地沟油、泔水油……)的多参数食品安全速测仪,在食品安全快速筛检中仍能占一席之地,而且符合我国国情。
 
八、对酶的抑制法与仪器的认识 国内曾把酶抑制法和仪器首推为速测技术。其实它早在1951年已由美国提出,1968年加拿大作了改进,我国80年代也着手研发过。近几年,已有十几种商品化仪器推出、推广,鉴于该方法只能检测有机磷和氨基甲酸酯二类农药,且对同类而不同种农药的抑制率差别很大,所以用统一的抑制率确定农药残留是否超标,必然会产生假阳性或假阴性的漏检,可说是当前“不得已而采用的速测法”。仅适用于基层初检,起着警示作用,发现超标现象时,必须用标准方法复测、确证,阴性反应也应按比例抽样,用可靠的方法复测和确证。对快速检测方法的应用,在《农产量质量安全法》第36条第二款有明确的界定。
我认为食品安全快速筛查检测技术和仪器是新方法和仪器的整合、衍生和嫁接。以上仅对八类方法和仪器的简评。其实还有新技术待运用,也会有更新的基理、技术、工艺、材料的出现和运用,例如:纳米材料将应用到一系列速测仪的传感器、检测器中,极大地提高灵敏度、稳定性;又如具有高预定性、高识别性、高选择性,高稳定性的以分子印迹聚合物为核心的分子印迹技术,不仅成为很好的分离富集手段,将它嫁接到其他速测方法和仪器中,会大大改进现有速测方法和仪器,这方面中国农科院王静研究员正在研发之中;再如将高灵敏度的化学发光法与高选择性的免疫分析法,更深层次的结合,也有可能推出应用于食品安全速测的简便、高精度的化学发光免疫分析方法和仪器,这方面清华大学林金明教授正在探索中。总之食品安全快速筛查和检测仪器将层出不穷!

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