食品安全检测

食品安全检测新技术展望

[关键词]：食品安全;检测技术;展望

[摘要]：食品安全检测技术及体系的不完善和发展的不平衡、监测和预警体系起步晚、以及先进食品安全关键控制技术的使用尚未得到普及，已成为当前发展我国食品安全保障体系的科技瓶颈。

食品安全关系到百姓的健康与生命，我国的食品问题已成为化共卫生领域的突出问题。一方面频爆发；另一方面，食品生产及加工工艺创新同时也带来了新的危害，由此引起的食品贸易纠纷不断发生，这些都是是制约我国食品产业提升国际竞争力的主要因素，直接影响我国的食品出口，食源性疾病频。食品安全检测技术及体系的不完善和发展的不平衡、监测和预警体系起步晚、以及先进食品安全关键控制技术的使用尚未得到普及，已成为当前发展我国食品安全保障体系的科技瓶颈。

食品贸易的全球化使广大消费者受益,大量高品质、价格合理、安全的食品应运而生,满足着广大消费者的需要。同时,日趋加速的城市化状况导致食品的制作、运输、贮存、销售需求不断增加,财富的积累、生活方式的城市化以及某些设施的缺乏,使人们在家就餐的机会越来越少。随着健康和社会环境的变化、城市化的扩展、对储存食品的依赖、安全卫生的水供应不足以及食品生产设备的缺乏等,食品的生产和流通对健康产生着广泛的影响。同时还会有一些不法制假商贩,制造或贩卖伪劣食品,甚至在食品中掺入有毒化学品,给消费者造成极大伤害,这就需要有一套完整的监测监督机制。

作为降低食源性危害的有效手段,许多食品安全项目正越来越侧重于从农田到餐桌的整个过程。虽然国家在保证食品安全方面作大量的工作,每年仍有相当数量的消费者因进食受污染的食品而中毒、发病、乃至死亡。食源性疾病的爆发已引起媒体的广泛关注和消费者的关心,公众对食品中存在的致病性微生物及有害化学物质的防卫意识逐渐加强,而传统的食品安全管理体系缺乏预防性技术手段和快速监测手段。因此,急需建立快速调查食源性疾病和监测食品污染的措施和方法,食品安全监测面临着严峻挑战。

由于食品原料的化学污染、畜牧业中抗生素的应用、基因工程技术的应用,使得食品污染导致的食源性疾病呈上升趋势,食品安全问题为全世界所关注。特别是近年来,世界上屡屡发生大规模危及食品安全的事件,如英国的疯牛病、比利时的二恶英事件,以及波及许多国家和地区的苏丹红事件;我国食品安全突发事件也屡有发生,例如波及全国的三聚氰

胺奶粉事件和广州的“瘦肉精”事件等。

为了保障我国食品安全,政府启动并实施了一系列食品安全保障体系建设的重大举措:制订了一系列与食品安全相关的法律和法规,发布了一系列涉及食品安全的国家标准和行业标准,初步建立了我国食品安全保障体系,而其技术支撑就是食品安全检测技术和仪器。一方面,食品种类繁多,涉及粮油、果蔬、禽蛋等农产品和诸多种类的加工技术,随着食品行业技术水平的不断提高,还会有新技术不断地被运用到食品生产中;另一方面,随着人们生活水平的提高,对食品安全的要求也越来越高,有力地驱动着新的食品安全检测技术不断涌现,从而为食品安全提供有力的保障。

我国食品安全保障体系和检测技术现状

我国食品安全保障体系：

近几年来我国启动并实施了一系列食品安全保障体系建设的重大举措,制订了《中华人民共和国食品卫生法》、《中华人民共和国农产品质量安全法》、《饲料和饲料添加剂管理条例》、《农业转基因生物安全管理条例》等一系列与食品安全相关的法律和法规,发布2000余项涉及食品安全的国家标准、3000余项食品行业标准,其中强制性国家标准634项。食品安全标准涉及粮食、油料、水果、蔬菜及制品、乳与乳制品、肉禽蛋及制品、水产品、饮料酒、调味品、婴幼儿食品等可食用农产品和加工食品,基本涵盖了从食品生产、加工、流通到最终消费的各个环节。

中国政府坚持从源头狠抓食品质量安全,完善食品监管的各项基本环节和制度,强化

食品安全监管。为保障食品安全,中国政府树立了全程监管的理念,坚持以防为主、源头治理的工作思路,形成了“全国统一领导,地方政府负责,部门指导协调,各方联合行动”的监管工作格局,明确了各部门的责任,进一步理顺了各部门监管食品安全的职能。我国的食品安全检验检测体系框架已基本形成,基本上建立了从“农田到餐桌”全过程的食品、农产品认证认可体系,包括饲料产品认证、良好农业规范(GAP)认证、无公害农产品认证、有机食品认证、食品质量认证、食品安全管理体系(HACCP管理体系)认证、绿色食品认证等,建立了食品质量安全市场准入制度,加强了风险评估、预警和应急反应机制,建立健全了食品召回制度等。

食品安全检测技术现状：

食源性疾病暴发事件中食品的构成和因素很多(如图所示) ,主要是农兽药残留等化学污染物、有毒有害元素、致病菌、生物毒素、转基因食品等。食品安全检测的任务往往是在极其复杂的基质中检测上述种类很多(十几甚至几十个组分) 、含量又极低(微克级到纳

克级)的有毒有害残留物或污染物,所需检测技术与仪器相当复杂。

图食源性疾病暴发事件中食品构成及各种因素的比例

相应的食品安全检测主要也就针对农药残留,兽药、渔药残留,有毒有害元素,致病菌和细菌鉴定,以及转基因农产品检测。农药残留,兽药、渔药残留主要采用光谱、色谱和质谱仪等大型分析仪器;有害元素检测主要采用原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪;细菌鉴定、检验的方法有传统方法、传统法基础上的数值化方法、化学方法及分子生物学方法三大类,其基本原理有根据碳源的代谢利用率鉴定细菌,利用抗原和抗体间专一性结合、免疫反应检验致病菌,运用基因检测技术检测病原菌,根据特征性的脂肪酸图谱进行细菌鉴定,也有新的基于表面等离子谐振( SPR)生物传感器开发的致病菌检验系统和以生物芯片为平台、使用致病菌检测试剂盒检测致病菌的系统。

自1994年,美国第一个转基因植物产品- 转基因番茄获得FDA的批准进入市场以来,转基因农作物在全球内飞速发展。转基因食品就是用转基因生物生产和加工的食品,可以进一步分为转基因植物食品、动物食品和微生物食品,其中发展最快的是转基因植物食品。由于转基因食品含有转基因技术导入的外源基因和外源基因在受体内的表达产物,所以对其安全问题争议很大。目前国际上还没有一份严肃的科学报告证实转基因食品是永久安全的。因此,对转基因食品进行检测和标识已势在必行。采用基因水平检测或基因转录水平检测,分析程序较为复杂,需要离心机、PCR 扩增仪、电泳系统、酶标仪等专业设备。

食品安全检测一些新技术随着人们对食品安全检测要求的提高和科学技术的飞速发展, 新的检测技术正在不断涌现, 并应用于食品安全检测。主要趋势向两极发展:一是高灵敏度、高选择性的复杂仪器体系,二是快速、自动、简便、经济的便携式现场检测仪器。分子生物学技术也在食品质量安全检测中发挥着越来越重要的作用。

生物传感器技术：

生物传感器( biosensor)是一类对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器,其核心由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、

组织、核酸等生物活性物质)与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装臵构成。生物传感器作为一种新型的检测技术,可以做到小型化和自动化,具有方便、省时、精度高、可现场检测等优点,被广泛的应用于食品中的添加剂、农药及兽药残留、对人体有害的微生物及其产生的毒素、以及激素等多种物质的检测。在食品添加剂的分析中,科学家成功地研制出了一些检测食品添加剂的生物传感器,例如检测亚硫酸盐、亚硝酸盐、烟酸、乳酸和苹果酸的传感器。亚硫酸盐通常用于食品工业,除具有漂白作用外,还有防止食品氧化和抑止微生物生长的作用。由于亚硫酸盐对人体有致敏性,可引起哮喘,用亚硫酸盐氧化酶作为敏感材料,可以制成亚硫酸盐的生物传感器;亚硝酸盐是肉类制品的发色剂,但其可导致婴儿高铁血红蛋白血症,并且具有潜在的致癌性。利用亚硝酸盐与亚硝酸盐还原酶发生接触反应时的光学变化,可以制成光纤亚硝酸盐生物传感器;烟酸属B 族维生素,也可作为肉类食品发色剂使用,维持肉类新鲜颜色。食用过多含烟酸的肉制品,可导致充血、面部潮红、瘙痒、头痛等中毒症状,虽然在日本已禁止使用,但肉制品中烟酸仍是我国卫生部门关注的问题。采用酶传感器测定烟酸, 3 min 即可完成一个样品的测试,结果与高效液相色谱接近。此外,用来测定对羟基苯甲酸、酸味剂、鲜味剂以及色素、乳化剂等的生物传感器也有报道。在农药和兽药残留的检测中,生物传感器也逐步得到应用。采用乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶为敏感元件,利用农药对靶标酶的活性抑制作用可以制成离子酶场效应晶体管酶传感器,用于蔬菜等样品中有机磷农药的测定;用多克隆抗体制作的敏感膜光纤免疫传感器可以测定多氯化联苯杀虫剂;免疫传感器测定牛奶中硫胺二甲嘧啶;以抗体酶共轭物为敏感材料结合光度分析可以测定牛奶中的盘尼西林。另外,生物传感器检测激素类药物的研究也在进行中。微生物及其产生的毒素是危害食品安全的主要因子,因此在食品安全领域基于细菌检测的微生物检测是卫生学检验和质量管理的重要项目。细菌学检验通常采用平皿培养法,检测细菌总数需要2 d,不能满足HACCP (Hazard Analysis andCritical Control Point)制度即时检测的要求,ATP生物发光法是新发展的一种细菌检测方法,它无需进行细菌培养,检测时间可缩短至若干秒。活微生物体内含有ATP (三磷酸腺苷Adenosine triphosphate)能量物质,利用ATP生物荧光反应原理,检测荧光强度可以确定ATP的含量,从而间接地确定微生物的存在和含量,检测时间仅需几分钟,手持式ATP生物荧光检测仪器可用于现场快速检测。作为一种微生物的广谱、快速、高敏感检测方法,ATP生物荧光检测仪应用领域除了食品卫生、餐饮及办公场所清洁度或消毒效果评估、现场快速检测饮用水中的细菌总量以及环保行业排污淤泥的直接毒素评估(DTA)等一般检查外,还可应用于牛奶、奶粉等食品、药品生产环境洁净评估、化

妆品洗发水等日用品卫生学评估、医院等医疗卫生机构的卫生学评估,特别适合消毒后的用具和台面的残留菌、空气中的菌落数等需要高灵敏度、快速检测的现场。传统的食品安全检测分析方法过程中,过去往往需要繁杂的前处理和大量复杂、昂贵的仪器,难于实现现场检测。生物传感器使传统的分析方法发生了重大变化:其不仅加快了分析速度、提高了灵敏度,还使测定过程变得更为简单。尽管现在生物传感器的应用受到稳定性、重现性和使用寿命等诸多限制,但由于其具有高选择性、响应快、操作简单、携带方便、适合于现场检测等优点,随着计算机技术、材料技术、生物技术等的发展,现存的诸多不足将逐步得到完善,在食品安全的现场测试方面无疑将会发挥更大的作用。

生物芯片

生物芯片是九十年代初发展起来的一种全新的微量分析技术,综合了分子生物技术、微加工技术、免疫学、计算机等多项技术,在食品领域中具有广阔的基础研究价值和产业化前景。其原理是在硅片或载玻片或高分子聚合物薄片上,将大量的生物探针(基因探针、基因片段、抗原、抗体)按特定方式固定的排列,形成可供反应的固相载体,并在一定条件下与荧光标记过的待检测样品进行作用,由于生物分子特异性亲和反应(如核酸杂交反应,抗原抗体反应等) ,检测样品中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应,反应结果用化学荧光法、酶标法、同位素法显示并通过生物芯片扫描仪作数据采集和分析,实现对样品的分析和检测。其中基因芯片又称为DNA 微阵列(DNA micro array) ,是按特定的排列方式排列固定有大量基因片段的硅片、玻璃片或塑料片,通过分子杂交方式对所加样品进行分析,从而大规模高效地获取相关的生物信息;蛋白质芯片,又称为蛋白质微阵列(p roteinmicro array) ,是大量的蛋白质分子(例如抗体或抗原分子)或肽链有序排列固定在载体薄片上,利用蛋白质或肽能特异性地与配体分子(如抗体或抗原)结合的原理,芯片上的蛋白质分子或肽链与样品中的相关成分发生反应,然后加入标记分子,并用阅读仪分析和存储结果。在食品安全检测中,生物芯片在食品中毒事件的调查、食品污染生物毒素的检测、食品中污染病原菌的检测、食品中残留农药和抗生素的分析和转基因作物检测等方面具有潜在的应用前景。特别是在转基因食品检测中,转基因作物检测基因芯片是将目前通用报告基因、抗性基因、启动子和终止子特异片段固定于玻片上制成检测芯片,与从待检样品中提取DNA扩增、标记后和芯片进行杂交,杂交信号经扫描后进行分析判断。基因芯片可以检测出食品中是否含有转基因,以2208 中国卫生检验杂志2009年9月第19卷第9期 Chinese Journal of Health LaboratoryTechnology, Sep 2009; Vol 19 No 9及含有何种转基因,还可同时检测报告基因、抗性基因、启动子和终止子,具有高通量、

微型化、自动化和信息化的特点,可弥补传统方法( PCR检测法、化学组织检测法、酶联免疫吸附法、Southern杂交法、Northern杂交法、Western杂交法和生物测定检测法等)只能对单个检测目标进行检测,并存在假阳性高或时间周期长等不足,是转基因食品检测的方向。随着研究的深入,生物芯片技术必将在食品安全保障中扮演着重要角色。

芯片实验室

所谓芯片实验室(Lab - on - a - chip ) ,就是将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。通常芯片实验室在计算机的控制下通过微流路(mi2crofluid) 、微泵和微阀等来实现有序联系的,集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体,可以实现生化分析全过程,是生物芯片发展的最高阶段。目前已经有由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室问世,并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片。例如Gene Logic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA,并对其进行荧光标记,然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列,并利用检测设备实现对杂交结果的检测与分析。芯片实验室是利用微加工技术,浓缩了整个实验室所需的设备,化验、检测以及显示等都会在一块基因芯片上完成,实现分析过程的微量化和集约化,从而节约时间,经费和人力等,大大提高工作效率,成本相对比较低廉,使用非常方便。它的出现,不仅给生命科学研究、疾病诊断和治疗、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、航空航天等领域带来深远的影响,也必将给食品安全检测技术带来一场革命。 人工嗅觉系统

人工嗅觉系统俗称电子鼻,是一种受生物嗅觉原理的启发,将现代传感技术、电子技术和模式识别技术等紧密结合研制成的新颖仿生检测仪器。电子鼻通常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的模式识别算法组成,可用于检测、分析和鉴别简单或复杂气味。从Persaud和Dodd的开创性工作至今短短二十多年中,它以快速、简单、客观和廉价的特点,已经在食品加工、环境监测、公共安全和医学诊断等诸多领域得到应用。电子鼻信息处理过程如图所示:样品挥发的气味与阵列中多个气敏传感器反应,将化学信号转换成电信号,然后经过一系列放大降噪调理、基线校准或归一化等预处理过程,获取并增强该样品所对应的综合指纹信息,再从中提取合适的特征输入到特定的模式识别算法,最终完成对样品的定性或定量辨识。与生物嗅觉的结构和功能相比较,电子鼻气室内的气敏传感器阵列相当于鼻腔上的嗅上皮,具有交叉敏感的化学传感器则相当于对多种气味分子敏感的嗅神经元,其作用是将气味的化学信息转换为电信息;预处理的功能类似于嗅球内信号的整合与

增强;模式识别原理- 特别是人工神经网络(ANN)方法,则一定程度上模拟了大脑皮层信息编码、处理和存储等过程。人工嗅觉系统不仅在食品香气客观检测与评定中得到应用,例如实现烹调、发酵、存储等过程的监测,评价水果、葡萄酒、干酪和肉制品的成熟度,评价和识别不同品牌的白酒、葡萄酒,对谷物进行分类等, 而且在食品安全检测中, 也发挥着越来越大的作用。电子鼻被用来检测鱼、肉、蔬菜、水果等的新鲜度,评价和识别果汁等饮料的新鲜度,监测贮藏的粮食和进口的货物是否发生霉烂变质, 对禽类进行沙门氏菌检疫等。日本还利用人工嗅觉系统测定法,配合试料取样、生化实验,找出食品和畜产加工场发出的臭气恶臭源头。

另外，各类检测技术在食品卫生安全中的应用有许多，如：

生化检测技术在食品微生物检测中的应用

免疫学技术在食品微生物检测中的应用

代谢学技术在食品微生物检测中的应用

电阻抗技术

微热量计技术

放射测量技术

接触酶测定技术

分子生物学技术在食品微生物检测中的应用

核酸探针技术

基因芯片技术

仪器法在食品微生物检测中的应用

旋转平板技术和激光菌落扫描仪

流式细胞术( FCM )

免疫磁性微球

电阻电导检测器

VITEK – AMS(用于微生物鉴定及药敏试验的设备,)

趋势和展望

随着社会经济的不断发展,各个国家在食品安全卫生控制方面,正在逐步降低安全卫生指标限量值,这对食品安全检测技术提出了更高的要求。大规模食品安全事件的频发,也催化了食品现场快速检测技术和仪器的发展。一方面食品安全检测技术日益趋向于高技术化、系列化和智能化,使检测仪器朝着高灵敏度和高选择性的复杂仪器体系发展,分析方法

的联用成为仪器分析的一个热点;另一方面,现场检测仪器在小型便携化的同时,向专业化、速测化、自动化和智能化、信息化纵深发展。高灵敏度、高选择性的新型动态分析检测和无损检测方法及多元参数的检测技术成为检测技术的发展趋势。生物传感器技术、生物芯片技术和电子鼻等仿生感觉技术必将发挥越来越大的作用。

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