快速检测技术在食品检测领域中的应用
摘 要：快速检测技术可以在短时间内完成大量样品的分析测定，具有实验准备简单、使用试剂较少、操作简便、对操作人员要求较低与准确快速等优点。本文综述了国内快速检测技術在食品分析检测中的应用现状，并对其发展趋势进行展望。
关键词：快速检测技术;食品检测;比色分析法;免疫分析;生物芯片
1 引言
近年来，随着物质生活水平的提高，人们对健康的要求也相应提高，食品营养功能由此引起了人们的关注。如黑枸杞因含有丰富的紫花色苷素从而能够增强免疫力、延缓衰老、抗肿瘤和保护心血管[1]。藜麦因富含人体所需全部营养元素和丰富的次生代谢物质，从而具有抗氧化、降血糖、免疫应答等生理活性，能够有效预防和辅助治疗心血管疾病以及肥胖、糖尿病等代谢疾病[2]。另一方面，频发的食品安全事件，如“苏丹红鸭蛋”“皮革奶”“瘦肉精”“地沟油”以及食品中添加剂、有毒有害物质超标问题，使得人们对食品安全的要求更加严格。
人们对食品营养功能的追求以及对食品安全的高要求，使得相关营养功能成分与威胁人体健康成分的有效检测显得尤为重要。传统的检测方法如高效液相色谱法、气相色谱法、原子吸收法等，对应的前处理过程耗时较长、操作繁琐，并且检测结果的准确性和重现性受前处理过程影响较大。因此，有必要发展操作简便、准确灵敏、快速的食品检测方法。近年来，越来越多的研究致力于快速检测技术并应用于食品检测领域中。本文综述了国内近5年的常用快速检测技术在食品检测中的应用，以期为食品快速检测提供一定参考。
2 快速检测技术
快速检测技术是指在较短的时间内，完成样本制备以及目标物定性定量分析的检测行为，具有实验准备简化、使用试剂较少、操作简便、重现性好、对操作人员要求较低与准确快速等优点，可以在短时间内完成大量样品的分析测定。但当前快速检测技术存在一定程度的“假阳性”“假阴性”等不足，一定条件下影响检测结果的准确性。因此，发展高效、准确、灵敏的快速检测技术成为近年来该领域的研究热点之一。比色分析法、酶抑制法、免疫分析技术、分子生物学技术、生物芯片技术以及生物传感器技术成为近年来常用的快速检测技术。
2.1 比色分析法
比色分析法即可视化检测法，是指待测样品中的某种物质在一定条件下与化学试剂发生显色反应，然后与标准颜色进行比对，根据显色程度进行分析的方法。具有操作简单、准确度高、快速方便与检测设备便于携带等优点。常用的比色法有检测试剂与显色试纸，这两种方法都具有肉眼可辨的优点，目前已广泛应用于食品检测，但检测食品中的痕量、微量物质时，其灵敏度欠佳。
2.2 酶抑制法
酶抑制法是根据待测物对酶的活性的抑制作用而建立起来的一种方法，当酶的活性受到抑制后，底物-酶系统会发生变化。目前酶抑制法由于具有操作简单、快速、成本低等优势已广泛应用于农产品安全品质的快速筛查，以及食品中农药残留、重金属离子的检测监管工作中。常用的酶有乙酰胆碱酯酶、磷酸酯酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶等。
2.3 免疫分析技术
免疫分析技术以抗体与抗原之间的交互作用即抗原决定簇与抗体连接位点反应为原理来进行分析检测，具有特异性强、灵敏度高、适合高通量筛查的优点。同时，该方法对仪器设备和操作人员的要求较低，可以满足现场检测的需求。常用的免疫分析技术包括酶联免疫吸附技术、胶体金免疫层析技术、量子点荧光免疫技术、荧光偏振免疫分析技术、化学发光免疫分析技术以及免疫传感器技术[3]。
酶联免疫吸附技术是一种以酶为标记物的免疫分析技术，常用的酶有辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶、丙酮酸脱氢酶等，其发生的酶促反应通常会导致基质降解形成有色产物，通过利用分光光度计从而对待测物进行分析测定。而在三种光学免疫分析技术中，量子点由于具有更显著的亮度、更好的光稳定性以及更强的生物兼容性，因此，被广泛应用于食品、药品等的检测中。此外，为了满足人们对于食品现场检测监管的迫切需求，采用胶体金免疫层析技术研制而得的胶体金试纸条，可以对待测物进行快速筛查检测，具有广阔的应用前景。
2.4 分子生物学技术
分子生物学技术指使用特定的试剂盒提取所需样品中核酸片段，通过聚合酶链式反应技术进行基因扩增并测序，再与阳性样品的碱基对进行比对分析，该技术具有分析速度快、结果准确度高等优点，已广泛应用于食品检测特别是肉源食品的分析检测。根据核酸片段应用手段的不同，分子生物学技术可以分为抗体筛选技术、核酸适配体技术、生物条形码技术。其中，核酸适配体技术与生物条形码技术具有超高的灵敏度，适用于痕量分析，目前已成为该技术领域的研究热点之一。
2.5 生物芯片技术
生物芯片技术是一种新型检测技术，该技术使用处理后的生物芯片在一定条件下与待测样品进行生物杂交反应，并通过精密扫描仪器和计算机对反应结果进行分析。使用的芯片有免疫芯片、蛋白芯片、基因芯片与液相悬浮芯片等，由于芯片检测的特异性，该技术具有较好的稳定性和重复性，同时可实现高通量、自动化、多元化分析。
2.6 生物传感技术
生物传感器是将生物敏感元件与各种物理、化学型信号转化器结合起来，并能对待测物质选择性和可逆性响应的一种分析装置。生物传感技术通过分析计算待测物在生物传感器中的响应信号，实现对待测物的定量检测。根据传感器的原理及组成，可以分为表面等离子体共振传感器、电化学传感器、压电石英晶体微天平传感器等。该技术具有高选择性、可微型化、便于携带等优点，在食品快速检测中具有广阔的应用前景。
3 快速检测技术在食品检测领域的应用
食品检测领域主要包括食品质量检测领域与食品安全检测领域。
3.1 在食品质量检测领域的应用
食品质量检测一般指对食品中蛋白质、脂肪、灰分、糖类、微量元素、维生素与氨基酸等成分的检测。其中蛋白质、多糖、脂类，适合用免疫分析技术进行检测，但国内相关的研究报道主要集中在药物检测领域，在食品质量检测方面的研究多为比色法，由于食品基质复杂，将快速检测技术应用于食品质量检测中还需大量的研究工作。
梁春梅等[4]利用钙离子与偶氮胂Ⅲ生成蓝色复合物与钙离子浓度的相关关系，建立了生乳及其制品中钙含量的快速检测方法，单个样品检测时间仅需8 min，相对标准偏差（RSD）小于10%。陈浩等[5]以硫酸-甲醇为显色剂，采用比色法测定了大蒜提取物中的总皂苷含量，回收率为96.38%，RSD为1.94%，具有快速高效的特点，可用于大蒜提取物中总皂苷含量的快速测定。
3.2 在食品安全检测领域的应用
食品安全检测对象主要有食品中有害微生物、农药残留、兽药残留、生物毒素、重金属离子、食品添加剂、食品掺假及违禁添加的检测。
3.2.1 有害微生物
食品中的有害微生物主要指致病性细菌，其含量超标时，会导致人体肠道传染病的发生、食物中毒以及禽畜传染病的流行。常见的食品致病性细菌有大肠杆菌、沙门氏菌、痢疾杆菌、金黄色葡萄球菌、结核菌、布氏杆菌、猪丹毒杆菌与霍乱弧菌等。目前，荧光免疫分析技术、分子生物学技术已成功应用于食品致病菌的快速检测。
苏佩冰等[6]利用全自动免疫荧光分析仪对80份熟肉制品、50份河粉、50份豆腐以及50份蛋制品中的沙门氏菌進行检测，并与国家标准方法进行比较，结果表明，应用全自动免疫荧光分析仪检测食品沙门氏菌的方法具有更高的敏感性和特异性，检测时间比国家标准方法缩短至少48 h。刘立兵等[7]根据志贺氏菌侵袭性质粒抗原H基因的保守序列设计引物及exo探针，建立了鸡肉与西蓝花中志贺氏菌的实时荧光重组酶聚合酶扩增检测方法，该方法的检测时间仅为7～
12 min，灵敏度为3.5×10-3 ng/μL。杨国兴等[8]通过提取金黄色葡萄球菌nuc基因、单增李斯特菌inlA基因、沙门氏菌SipB基因、志贺氏菌ipaH基因，根据基因多态位点差异，建立了一种快速检测肉制品中4种食源性致病菌的分子生物学方法，检出限为103 CFU/mL。陈琳等[9]利用实时定量PCR方法建立了水产品中副溶血性弧菌的快速检测方法，相较于国家标准检测结果无显著性差异，并且大大缩短了检测时间。李聪等[10]采用多重分子生物学技术对食品中的蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌和沙门氏菌等4种食源性致病菌进行了快速检测。
3.2.2 农药残留
农药残留指在农业生产中施用农药后，一部分农药及其代谢产物存在于谷物、蔬菜、果品、水体与土壤中。农产品中的农药残留一部分来源于农药的喷施，另一部分来自环境。农药的不合理使用是农药残留超标的主要原因。同时，食品中的农药残留也受食品加工过程中浓缩、蒸馏等的影响。农药残留的累积作用以及超标问题将严重威胁人体健康，将快速检测技术应用于农药残留检测具有重要意义。
么亚男等[11]利用纳米金粒子表面适配体受啶虫脒影响，结构发生改变从而发生颜色变化的特性，建立了可应用于食品中啶虫脒的比色检测法，检出限为1.27 μmol/L。将酶抑制-比色法联用制成的试剂盒，也可快速检测农药残留，该方法因操作简单、快速、成本低、便于携带等原因已广泛应用于农产品农药残留的快速检测中。但由于不同的试剂盒生产厂家使用的酶来源不同、显色剂不同，使得在实际检测中可检测的农药种类受到限制，并且灵敏度差异较大。苏鹤等[12]选用一种商品化酶抑制-比色法试剂盒对10种农药残留进行了检测及敏感性测试。张宝华等[13]也对该方法在蔬菜农药残留检测中的应用效果进行了实验比对。罗俊霞等[14]通过酶抑制法测定了50种有机磷、10种氨基甲酸酯类农药，表明酶抑制法测定农残的结果受酶、显色剂和底物反应的提取液浓度影响较大，导致酶抑制法测定农药残留的重现性不佳。而免疫分析技术与生物传感器技术在农药残留检测方面具有较好的前景和优势，谭华东等[15]以巯基乙酸为稳定剂制备CdSe/CdS量子点，利用灭蝇胺在弱酸性条件下可使CdSe/CdS量子点荧光增强的特性，建立了蔬菜中灭蝇胺残留的荧光探针快速检测方法，线性关系良好，检出限为0.8～1.4 nmol/L，回收率为82.5%～108%，RSD不大于6.9%。罗庆娇[16]利用纳米金材料构建了一种生物酶传感器，并对食品中的有机磷类农药进行检测，该方法的检测范围为0.33～6.67 ng/mL，具有较高的选择性和灵敏度。
3.2.3 兽药残留
兽药残留包括肉源食品含有的兽药母体化合物及其代谢物，以及兽药自身的杂质，常见的较易引起兽药残留的兽药有抗生素类、呋喃类、磺胺类、抗寄生虫类和激素类药物。长期食用兽药残留超标的食品将引起人体急慢性中毒，如四环素类药物抑制骨骼、牙齿发育，氯霉素超标会造成人体再生障碍性贫血，卡那霉素能导致眩晕和听力减退。为此，越来越多的研究致力于改善兽药残留的快速检测技术。
倪春芳[17]制备出一种PCL纳米纤维基试剂盒，用于检测乳制品中卡那霉素残留，该试剂盒灵敏度高，颜色变化肉眼可辨，具有较强的特异性。袁晓春[18]建立了可同时快速检测生乳、纯牛奶、奶粉中的β-内酰胺类、四环素类、头孢氨苄抗生素残留的多重胶体金免疫层析法，并与液相色谱-串联质谱法对50份样品进行对比测定，结果表明，新建立的多重胶体金免疫层析法快速、准确，适用于现场大批量样品的检测筛选。李周敏等[19]采用重氮化法合成克伦特罗人工抗原、丁二酸酐法合成莱克多巴胺人工抗原，然后采用间接免疫法将合成的两种人工抗原固定在多孔板上，以此建立了同时检测猪肝、猪肉样品中克伦特罗和莱克多巴胺残留的微阵列蛋白芯片法，回收率为74%～132%，RSD均小于10%。此外，该课题组[20-21]采用直接竞争法将9种喹诺酮类药物的单克隆抗体固定于微孔板上，利用喹诺酮药物与其抗原的显色反应，建立了可同时测定牛奶中9种喹诺酮类药物的可视化蛋白芯片法，还建立了蜂蜜中氯霉素残留的蛋白芯片快速检测法。
3.2.4 生物毒素
食品中的生物毒素指真菌毒素，是生物来源不可复制的有毒化学物质。常见的有黄曲霉毒素、杂色曲霉毒素、呕吐毒素、伏马毒素等，可引起人体神经性中毒和细胞癌变。由于生物毒素的特殊结构，生物毒素检测也成为快速检测技术发展的方向之一。其中应用最为广泛的是生物免疫技术。
潘明飞等[22]通过制备黄曲霉毒素B1包被抗原，建立了花生中黄曲霉毒素B1的间接竞争酶联免疫分析方法，检测灵敏度为1.04 μg/kg，回收率为96.67%～106.51%。肖佳丽等[23]通过制备纳米磁珠-玉米赤霉烯酮-偶联抗原复合物，同时使用金颗粒和辣根过氧化物酶双标记抗体的玉米赤霉烯酮单克隆抗体，建立了一种新型酶联免疫检测方法，并应用于玉米、面粉和大豆样品的检测，回收率为81.6%～113.5%。何方洋等[24]研制出玉米赤霉烯酮胶体金试纸条，并应用于谷物中玉米赤霉烯酮的残留检测，其检测限为100 μg/kg，假阴性率为1%，假阳性率为6%，检测时间仅需10 min，操作简便，具有较高的灵敏度高和较强的特异性。此外，许会静等[25]研制出能够快速定量检测玉米中T-2毒素含量的胶体金试纸条。
3.2.5 重金属离子
重金属是指密度大于4.5 g/cm2的金属，包括铅、镉、汞、砷、铜、铬与锌等45种，其对人体均有不同程度的生理毒性。传统的重金属检测方法如原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等，虽然灵敏度高，但需要较长的前处理时间，并且前处理过程操作繁琐。将快速检测技术应用于重金属离子检测，可满足现场检测的需要。
为满足粮食收购现场测定镉的需求，刘美辰[26]建立了粮食中镉的胶体金快速定量法，该方法适用于大米、小麦、玉米等粮食中镉的测定，对比石墨炉原子吸收法，该方法大大缩短了测定时间，仅需35 min。此外，龚婷婷[27]采用巯基乙酸修饰的CdTe量子点，建立了橙汁、牛奶中铬的量子点荧光免疫检测方法，检出限为0.12 ng/mL。
3.2.6 食品添加剂
食品添加剂是指为改善食品品质，以及为满足防腐和加工需要而加入食品中的化合物。如酸度调节剂、防腐剂、漂白剂、膨松剂、色素、增味剂、甜味剂、增稠剂统一香料等。当食品添加剂过量时，将对人体健康造成危害。目前，国内将快速检测技术应用于食品添加剂检测的报道并不多。
王佳宇[28]利用次血红素六肽具有过氧化氢模拟酶的催化特性，建立了一种新的非酶比色法测定水发食品中过氧化氢残留的分析方法，与食品安全国家标准GB 5009.226-2016的钛盐比色法具有良好的相关性。王文珺等[29]建立了水产品中孔雀石绿残留的胶体金免疫层析快速检测法，检测限为2 μg/mL，实验表明，该方法快速、有效，可满足现场检测。
3.2.7 食品掺假，违禁添加
近年来，食品掺假和违禁添加问题也威胁着食品安全，实现快速检测至关重要。
徐李舟[30]通过制备分散于纯水中的功能化CdSe/ZnS量子点，利用劣质食用油中掺假成分对CdSe/ZnS量子点的荧光猝灭作用，建立了掺假食用油的功能化水溶性量子点荧光猝灭传感器的快速检测方法，该方法不需要样品前处理，操作简单，灵敏度高，可在2 min内实现掺假0.4%及以上的劣质食用油的快速鉴别。刘哲涵等[31]将光子晶体与分子印迹技术相结合，制备得到具有反蛋白石结构的分子印迹光子晶体水凝胶膜，作为光学传感器用于乳制品中三聚氰胺的快速识别检测。
3.2.8 其他有毒有害物质
食品中的苯并（a）芘、邻苯二甲酸酯、多氯联苯等有机物质同样危害着人体健康。
程慧等[32]在抗体与磁珠上的苯并（a）芘抗原相结合的基础上，利用辣根过氧化酶标记抗体后的显色反应，建立了食用油中苯并（a）芘的间接免疫法结合显色反应的快速检测技术，检出限为0.12 μg/kg，回收率为89.3%～100.1%，满足现场快速检测的基本要求。
4 展望
由于食品基质复杂多样，当前快速检测技术主要应用于食品中农兽药残留、微生物、生物毒素的分析。为满足食品检测领域发展需求，快速检测技术还应该应用于食品中营养成分、食品添加剂以及其他有机污染物的分析，同时发展高选择性、高灵敏度、高通量的智能化快速检测技术也具有重要意义。
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作者简介：王青（1988—），女，甘肃兰州人，硕士，助理研究员。研究方向：农兽药残留研究工作。