食品安全检测技术及应用.docx

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食品安全检测技术及应用

食品安全检测技术及应用

姓名:

杨海源学号:

2011201373

摘要

近年来食品安全问题受到了人们的广泛关注，对食品分析及安全检测关键技术的研究成为必要。

本文介绍了食品安全的概念、特点、来源以及分析的预处理方法，简单介绍了食品分析及安全检测关键技术的原理和特点。

重点综述了气相色谱、高效液相色谱、薄层色谱、免疫亲和色谱、色谱-质谱法、光谱分析法、酶联免疫分析法、生物传感器法和生物芯片等在食品分析及安全检测中的应用，分析了国外相关领域的研究热点，并给出未来的发展方向和解决方法，强调了食品安全分析及检测在食品安全问题中的重要性。

关键词：

食品安全，检测，技术，应用

ABSTRACT

Inrecentyears,it'smoreandmoreconcernedaboutthefoodsecurityproblem.Researchonkeytechnologyonfoodanalysisandsecuritydetectionisbecomenecessary.Thispaperintroducestheconcept,characteristicsandresourcesoffoodsecurity,andpre-teatmentmethodforanalysisisalsodemonstrated.Thetechnologyprinciplesandcharacteristicsofkeytechnologyonfoodanalysisandsecuritydetectionwereintroduced.Detectionmethods,suchasofgaschromatography,HighPerformanceLiquidChromatography，thinlayerchromatography，immunoaffinitychromatography,chromatography-massspectrometry,spectroscopyanalysis,ELISA,biosensorandbio-chipmethod,applyinginfoodsecurityandhotresearchareasaresummarizedinthepaper.Theprospectoffuturedevelopmentandsolutionmethodsispro-posedandtheimportanceonthefoodanalysisandsecuritydetectionisalsoidentified.

Keywords:

foodsecurity，detection，technology，application

前言

食品安全问题不但影响广大人民群众的生命财产，而且还制约着整个国家的经济发展。

近年来，食品安全问题频发，三聚氰胺、苏丹红、致癌毒米、阜阳大头娃娃奶粉、台塑剂以及瘦肉精等数十起食品安全事件被查处曝光后，引起了人们的极大关注[1]。

2009年6月，《食品安全法》正式实施[1]。

2010年成立了第一届食品安全国家标准审评委员会，不断完善《食品安全法》的配套法规，努力健全食品安全标准体系。

从2009年开始，每年举办中国食品安全论坛，开展食品安全宣传周系列活动，并于2011年成功举办了国际食品安全论坛，不断加强与先进国家在食品安全领域的学习、交流与合作。

而食品分析及安全检测技术的水平也是影响我国食品安全现状的重要原因。

因此，积极采用科学的方法手段来解决食品安全问题，成为食品科技和学术界及国家相关食品卫生监督管理部门共同的职责[2]。

传统的食品分析及安全检测主要依靠化学分析与仪器分析，大多以实验室为依托，容易受到检测周期长、检测样本有限，检测工作量大，检测成本和费用高等影响，无对食品的安全状况进行及时有效的监控[2]。

因此，将食品现场快速检测与传统食品分析及安全检测方法相结合，既能满足特定场合及食品的快速检测需求，又能充分发挥实验室设备的优势，形成一套完整的食品分析及安全检测方法。

因此，本文介绍了食品安全的概念、特点及来源，指出食品分析及安全检测在食品安全中的重要性；其次重点介绍了食品分析及安全检测技术及应用，综述了气相色谱、高效液相色谱、薄层色谱、免疫亲和色谱、色谱-质谱法、光谱分析法、酶联免疫分析法、生物传感器法和生物芯片等在食品分析及安全检测中的应用；最后，结合实际展望了食品分析及安全检测的发展趋势，给出了相应的解决方法。

一．食品安全检测概论

1.食品安全的概念

《中华人民共和国食品安全法》中对食品安全的定义是：

指食品无毒、无害，符合应当有的营养要求，对人体健康不造成任何急性、亚急性或者慢性危害。

食品安全一般理解为食品的生产、加工、包装、储藏、运输、销售和消费等活动中符合强制性标准和要求，不存在可能危害人体健康的有毒、有害物质，以及导致消费者病亡或者危及消费者后代的隐患，主要包括食品供应总量的安全、食品供应质量的安全和食品卫生的安全[2]。

国际食品卫生法典委员会（CAC）对食品安全的定义是：

消费者在摄入食品时，食品中不含有害物质，不存在引起急性中毒、不良反应或潜在疾病的危险性[2]。

2．食品安全问题的特点

从近年来发生的食品安全事故来看，食品安全问题总体呈现如下特点：

（1）涉及范围越来越大，几乎已经覆盖了人们日常饮食的方方面面；

（2）危害程度越来越深，从最初的致病、致毒变为目前的致残、致死，从最早停留在食品表面的危害到现在隐藏在食品内部的危害；（3）导致食品安全事故的原因越来越复杂，有一些致病源找不到合适的检测方法和相应的检测标准，带来了巨大的隐患[2]。

3.我国目前主要的食品安全问题来源

食品从种植、养殖、生产加工、市场流通到消费，其中任何一个环节出了差错都有可能引起食品安全问题。

我国目前食品安全问题主要体现方面：

农业种植、养殖业的源头污染严重。

主要表现为农业种植业超标使用化肥、农药；畜牧和水产养殖业滥用激素、抗生素。

食品生产设备、技术落后、卫生条件不合格带来的污染；食品流通环节污染严重。

主要表现为目前，市场上有很多食品流通企业卫生条件不符合要求，病原微生物控制不当。

如一些奶制品生产加工及包装条件简陋，屡屡造成食品变质等问题；重金属元素残留污染问题。

重金属主要通过对空气、食品和饮用水的污染，威胁人类的健康[3]-[5]。

二.常用食品分析、安全检测技术及应用

1.色谱、质谱技术

色谱技术实质上是一种物理化学分离方法，即当两相作相对运动时，由于不同的物质在两相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸附系数），通过组分在两相之间进行反复多次的溶解、挥发或吸附、脱附过程，从而达到各物质被分离的目的。

目前，色谱技术已经发展成熟，具有检测灵敏度高、分离效能高、选择性高、检出限低、样品用量少、方便快捷等优点，已被广泛应用于食品工业的安全检测中[6]。

色谱中常用的方法有气相色谱法、高效液相色谱法、薄层色谱法和免疫亲和色谱法、色谱-质谱联用法。

1.1气相色谱法和高效液相色谱法

气相色谱法是英国科学家1952年创立的一种极有效的分离方法,是色谱技术仪器化、成套化的先驱。

具有高效能、高选择性、高灵敏度、高分辨率、用量少、速度快等特点,主要用于沸点低、具有挥发性成分的定性定量分析。

近年来毛细管气相色谱法以其分离效率高,分析速度快,样品用量少等特点,在食品农药残留等的分析检测上广泛应用[6]。

高效液相色谱法是在经典液相色谱法基础上发展起来的。

高效液相色谱法是在高压条件下溶质在固定相和流动相之间进行的一种连续多次交换的过程,它借溶质在两相间分配系数、亲和力、吸附力或分子大小不同引起排阻作用的差别使不同溶质得以分离[10]-[11]。

经过近30年的发展，现在高效液相色谱法在分析速度、分离效能、检测灵敏度和操作自动化方面，都达到了与气相色谱相媲美的程度，并保持了经典液相色谱法对样品适用范围广、可供选择的流动相种类多和便于制备色谱等优点。

其主要优点概括如下：

采用高效微粒固定相使色谱分离效能大大提高；采用新型高压输液泵使分离时间大大缩短；采用高灵敏度的检测器使仪器的检测灵敏度大大提高；由于HPLC具有高柱效、流动相可以控制和改善分离过程的特点，故其选择性高[10]-[11]。

高效液相色谱法同样作为化学分离的重要手段之一，在食品安全检测方面广泛的应用于致癌物、毒素、食品添加剂等含量的检测。

王会峰[7]等利用气相色谱法建立了香菇中40种农药残留量的测定方法。

李伟等[8]采用顶空-气相色谱法对食品塑料包装材料中可能残留的丙酮、乙醇、乙酸乙酯、丁酮、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯等进行了分析，采用HP-FFAP色谱柱分离,氢火焰离子化检测器FID检测,11种溶剂能够完全分离,加标回收率苯系物介于74%-78%之间,最低检出限可达0.002mg/m2。

Shariati等[9]采用中空纤维液相微萃取联合HPLC-UV的新技术在10min内完成了测定牛奶中的3种四环素，且线性范围宽、检测限低。

夏静等[10]利用固相萃取技术结合高效液相色谱方法，同时检测出酱油中的7中防腐剂，采用的二极管阵列检测器极大的提高了实验的准确性。

某些N-亚硝胺化合物，如N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基四氢吡咯等也是一类致癌物质。

过去采用气相色谱法测定食物中挥发性亚硝胺，其中仅色谱测定一步便需耗时1h，而采用高效液相色谱法则只需要13min[11]。

张卓旻等建立了固相萃取高效液相色谱测定蔬菜中甲基对硫磷、三唑磷、乙基对硫磷、倍硫磷和辛硫磷5种有机磷农药的分析方法，检出限介于0.10～0.17μg/g，完全符合蔬菜中痕量有机磷农药残留的快速分析要求[12]。

潘见等采用高效液相色谱-串联质谱法测定菠菜中13种有机磷农药残留，结果表明，13种有机磷类农药的定量限均小于9.0μg/kg，显著低于检验部门规定列表制度的限量[12]。

1.2薄层色谱法和免疫亲和色谱法

薄层色谱法（thinlayerchromatography）是20世纪30年代发展起来的一种分离和分析方法，仪器操作简单、方便、应用广泛，但灵敏度不高[12]-[13]。

目前，薄层色谱广泛的应用于农药、毒素、食品添加剂等方面，在定性、半定量以及定量分析中发挥着重要作用[13]。

王雪彦、刘小玮[14]等人用薄层色谱法检查牛奶中的三聚氰胺，结果发现本法的专属性好，灵敏度高，检测限为0.5μg，可用于牛奶中微量三聚氰胺的检查，最低检出量为0.5mg·kg-1。

采用本法对3家公司的液态奶进行了检查，结果三聚氰胺含量均低于0.5mg·kg-1。

认为此方法操作简便快速、灵敏度高、成本低，可用于对大量样品的筛查，特别适用于基层的推广应用。

免疫亲合色谱（ImmunoaffinityChromatography，IAC）是一种根据抗原抗体的特异性可逆结合，从复杂的待测样品中捕获目标化合物的方法，能够快速检测食品中的诸如农药等化合物，且成本较低。

基于可以生产出任何一种化合物的抗体，免疫亲和色谱成为最流行的纯化方法。

目前，免疫亲和色谱技术可以作为样品前处理手段，也可以与一些常规的仪器色谱分析法结合，应用于化合物残留分析。

Moretti等利用在线高效液相免疫亲和色谱系（HPLIAC）系统对牛奶和猪肉中的氯霉素在280nm波长处进行检测，色谱检测后无杂质干扰，牛奶和肉中氯霉素的检测限分别为1μg/kg和10μg/kg[14]。

1.3液相-质谱和气相-质谱联用技术

质谱分析是一种测量离子荷质比的分析法，质谱作为理想的色谱检测器，不仅特异，而且具有极高的检测灵敏度。

色谱与质谱联用技术结合了两者的优点，成为分析化学的研究热点。

其中，气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）与液相色谱-质谱技术（LC-MS）已广泛应用，前者用于有机物的定性定量分析，后者通常用于极性较大，热稳定性强、难挥发的样品分析[13-15]。

邢丽红等建立了快速测定乳制品中三聚氰酸残留量的高效液相色谱-串联质谱分析方法，该法结果表明三聚氰酸在0.005～0.2μg/mL范围内线性关系良好，在空白样品中添加三聚氰酸的平均回收率在91.7%～99.6%之间[13]。

Vaut等人报告UV、NIR、MS、NMR技术已用于奶酪、啤酒、食品包装材料等相关物质的分析。

在食品代谢物分析中MS和NMR使用最多,大量数据的获得通常使用MS和高通量分离技术联用。

例如：

MS与HPLC或UPLC的联用[16]。

Schollenberger等[17]采用GC-MS测定了谷物、谷类食品以及饲料等的单端孢霉烯族毒素，研究表明不同样品中该毒素的回收率均在87%以上，最低检测限为2μg/kg。

张金虎等[18]建立固相萃取-GC-MS测定水产品中禾草丹、呋喃硫威残留量的分析方法，研究发现两种农药的最低检测限为0.01mg/kg，符合出口要求。

甘平胜，朱惠扬，于鸿，李晓晶[19]等人用GC－MS法测定动物性食品中15种兴奋剂残留量，采用选择离子监控模式（SIM）检测，GC-MS测定其含量，发现15种β兴奋剂不同水平的加标回收率范围为76.2%～101.4%，相对标准偏差为2.65%～9.53%。

并认为本方法选择性和灵敏度高，实用性强。

2.光谱分析法

光谱分析法是利用物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用而建立起来的一种方法，通过辐射能与物质组成和结构之间的内在联系及表现形式，以光谱测量为基础形成的方法，是一种无损的快速检测技术，分析成本低。

其中，近红外光谱、荧光光谱及拉曼光谱等在食品安全检测中应用较为广泛[20]。

2.1近红外光谱

近红外光是指波长介于可见区与中红外区之的电磁波，波数范围为4000～12500cm-1。

近红外光谱（NearInfraredSpectroscopy，NIR）分析技术是一种间接的分析技术，通过建立校正模型对样品进行定性或者定量分析,近红外光谱技术速度快、无需制备样品以及成本低等优势，已经广泛应用于食品安全分析方面[13]、[19]。

Prieto等人研究表明，利用近红外光谱可以区分成年阉割牛肉和小牛肉，研究认为其预测的结果可能与脂肪含量和含水量有关[21]。

周向阳等人采用傅里叶变换近红外光光谱法对十字花科、旋药科、菊科、伞形花科等20余种叶菜类中有机磷农药残留的鉴别进行系统研究，以农药甲胺磷为主要研究对象，结合其他3种高、中、低毒有机磷进行分析测试，讨论各种蔬菜品谱图的差异，利用含磷基团在倍频区的特征吸收，采用差谱技术、导数预处理等进行指认，为有机磷农药残留的快速分析提供可能[22]。

樊玉霞等人利用近红外光谱技术，结合联合区间偏最小二乘法（siPLS）支持向量机（SVM）定量分析方法，对猪肉的主要品质指标（肌内脂肪、蛋白质、水分含量）的快速检测进行研究发现有很大应用前景[22]。

郭海霞等人利用近红外光谱技术建立基于独立主成分分析和BP神经网络相结合的葡萄酒真伪鉴别模型，对样品的预测识别率达到100%，为葡萄酒真伪的快速无损判别提供一种新的方法[22]。

2.2荧光光谱

荧光光谱（FluorescenceSpectroscopy）是一项快速、敏感、无损的分析技术，能在几秒钟内提供物质的特征图谱，基于食品内部含有大量的荧光团，因此荧光光谱广泛应用食品检测研究中,如黄酒、淀粉、胭脂红等在紫外波长的激励下能够产生荧光光谱[23]。

Hammami等利用表面荧光光谱和同步荧光技术分别对来自不同喂养系统的45头羊在哺育期间的羊奶质量进行检测，研究发现不同羊奶样品能够很好地区分[13]。

陈国庆[23]用荧光光谱技术对食品安全监控的研究测得了胭脂红、觅菜红、诱惑红、酸性红、赤鲜红、新红、日落黄、柠檬黄、喳琳黄、亮蓝和靛蓝等11种目前我国允许使用的合成食品色素和常被非法用于食品的工业色素苏丹红I和苏丹红IV的三维荧光光谱,以及这些色素10种浓度的溶液在各自最佳激发波长光激发下的荧光发射光谱,得到了各自的荧光光谱特性参数和荧光强度与溶液浓度的关系，结果表明，这些色素在短波长光激发下,均能产生强的荧光,各自的荧光光谱具有明确的特征。

2.3拉曼光谱

拉曼光谱（RamanSpectroscopy）技术是一门基于键的延伸和弯曲的振动模式，利用散射光的强度与拉曼位移作图获取信息，在食品安全检测分析中，可以定性分析待测物质，也可以定量检测食品成分中含量的多少[13]、[25]。

Liu等[24]利用拉曼光谱及成像技术对受污染的小麦粉、玉米蛋白以及豆粕混合物中三聚氰胺进行定性与定量测定，研究得出在670cm处，三聚氰胺的谱带与其他物质谱带明显分开，且利用比例算法可以测出其浓度，拉曼化学成像技术可以对面粉混合物中三聚氰胺进行识别和成像。

张鹏翔等通过改变不同的激光光源波长，分析一系列水果表面的农残拉曼光谱。

通过比较发现，运用激发波长为1064nm波长，可以有效测量蔬菜水果有效成分，而在514.5nm波长处激发可以区分蔬菜蔬果表面农药等外来物质。

赵宇翔等分析利用三聚氰胺位于708～714cm-1的拉曼光谱特征峰及其强度，对三聚氰胺进行定性及半定量的快速检测，检出限为2.0mg/L，常见含氮化合物尿素、亚硝酸盐等物质对本快速测定方法无干扰，而且每个样品的检测时间从样品制备到结果显示一般只需10min[25]。

陈安宇等利用拉曼光谱分析技术鉴别牛奶中是否含有三聚氰胺，对三聚氰胺的特征峰710cm-1强度和浓度之间建立校正模型，检出限为0.5mg/kg[25]。

顾振华等利用孔雀石绿位于432-437cm-1，1166～1170cm-1，1613～1617cm-1的拉曼光谱特征峰及其强度，对孔雀石绿进行定性及半定量的快速测定，检测限为5.0ug/L，整个检测过程只需3min[25]。

3．生物检测技术

生物检测技术是近年来飞速发展，且在食品检测中备受关注。

由于食品多数来源于动植物等自然界生物，因此自身天然存在辨别物质和反应能力。

利用生物材料与食品中化学物质反映，从而达到检测目的的生物技术在食品检验中显示出巨大的应用潜力，具有特异性生物识别功能、选择性高、结果精确、灵敏、专一、微量和快速等优点[13]。

目前应用较广泛的方法有酶联免疫吸附技术、PCR技术、生物传感器技术以及生物芯片技术等[13]。

3.1酶联免疫吸附分析和PCR技术

酶联免疫吸附技术（enzyme-linkedimmunosorbentassay，ELISA）是建立在免疫酶学基础上，将抗原抗体反应的高度特异性和酶的高效催化作用相结合而发展建立的一种免疫分析方法[13]。

基本原理是利用酶标记的抗原或酶标记的抗体作为主要试剂，通过复合物中的酶催化底物呈色反应来对待测物质进行定性或定量，在农药和兽药残留、违法添加物质、生物毒素、病原微生物、转基因食品等食品安全检测方面广泛应用，如恩诺沙星、瘦肉精以及嗜碱耐盐性奇异变形杆菌等的测定[26]。

2007年，Faeste等人提出用夹心ELISA法检测鱼类过敏源，采用兔的抗鳕鱼小清蛋白的抗体的多克隆产物作为捕获剂，用该多克隆产物的一种生物共轭物质作为检测剂,该方法成功地检测出了多种鱼类,回收率为68%～138%，检测限为每千克食物中含鱼小清蛋白0.01mg，相当于每千克食物中5mg鱼肉。

这种结果已经足以控制食品中的鱼蛋白含量，降低对鱼类过敏消费者发生过敏反应的风险[26].。

根据实验建立了盐酸克仑特罗间接竞争ELISA检测方法，其间接竞争标准曲线其线性范围为0.38-50ng/mL，检测下限为0.19ng/mL。

方法敏感性强，正确率高。

Beileige等利用PCR－ELISA检测了食品中产毒素的大肠埃希杆菌，检测范围是0.1-10cfu/g[27]。

在重金属残留检测中，ELISA方法对降低重金属残留检测限帮助很大。

徐丽娜建立了重金属铅的间接竞争ELISA法检测，这种方法的检测范围位于0.0001mmol/L-0.1mmol/L之间，检测极限值为5.6×10-6mmol/L；批内变异系数为1.57%，批间变异系数为1.92%[27]。

PCR（polymerasechainreaction）技术，即聚合酶链式反应技术，是一种体外酶促合成，扩增特定的DNA片段的方法，是调查食品源疾病爆发及鉴定响应病原菌的有用工具，以其特异性强、灵敏度高以及准确快速等优点在食品检测领域广泛应用[13]。

Germini等对鸡蛋中的大肠杆菌O157:

H7、沙门氏菌和单增李斯特菌进行了多重PCR检测，发现检测率高，检测结果准确[13]。

SoniaSoares等建立了1种用于猪肉和家禽肉类品种鉴定的物种特异性双重PCR方法,分别利用线粒体Cyt和12SrRNA作为目的基因，用猪肉和家禽肉PCR产物的荧光强度获得矫正曲线。

该方法允许的猪肉在家禽肉中的添加量为1%～75%，灵敏度为0.1%。

定量回收试验（猪肉添加量为1%、2.5%、7.5%、20%和40%）测的变异系数在4.1%到7.6%之间,相关系数为0.99。

该方法是一种低成本、快速、简便的用于猪肉掺假鉴定的方法[28]。

3.2生物传感器技术和生物芯片技术

生物传感器是一种将生物识别元素与目标物质结合的物理传感器，具有高特异性和灵敏度、反应速度快、成本低等优点，也已经成为食品检测中的重要工具,主要应用于食品添加剂、致病菌、农药和抗生素、生物毒素等方面的检测[13]。

随着生物传感器应用领域的不断扩展,已经出现了不少与食品安全检测相关的生物芯片,该类传感器已逐步走向了产业化,主要包括以下几个方面[29]：

（1）在食源性致病微生物检测方面的应用:

如用于检测霍乱弧菌、副溶血弧菌、李斯特菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、个别大肠杆菌的分离物、炭疽杆菌、结核杆菌、SARS病毒、禽流感病毒等。

（2）在动物疫病病原菌检测方面的应用:

已经开发出来了分别用于马病素性动脉炎病毒、非洲马瘟病毒、马鼻肺炎病毒、马冠状病毒和西尼罗热病毒等五种马病毒检测和犬病毒检测的基因芯片型生物传感器。

（3）在兽药残留检测方面的应用:

已实现对猪肉、猪肝、鸡肉、鸡肝等组织中磺胺类药物，磺胺噻唑、恩诺沙星、氯霉素、链霉素及双氢链霉素等10余种兽药残留量进行定量的检测。

（4）抗生素耐药检测:

目前已经研制出了用于细菌鉴定和耐药检测的芯片型生物传感器。

（5）转基因食品的检测:

目前已经开展了转基因大豆、玉米、油菜、棉花检测用生物传感器,这类传感器是针对转基因目的片段的序列设计不同的探针,使用特定的分析方法可使该技术具有很高的应用价值,具有高通量、微型化、自动化和信息化的特点,是转基因食品检测的方向,可弥补传统方法的不足[29]。

生物芯片法是一项综合分子生物技术、微加工技术、免疫学、计算机等技术的全新微量分析技术，将分析过程集成在芯片上完成，实现样品检测的连续化、集成化、微型化和信息化。

在食品安全检测中可应用于食源性微生物、病毒、药物、真菌毒素以及转基因食品等的检测分析[30]-[31]。

如左鹏等等应用蛋白芯片法快速测定了食品中的氯霉素和磺胺二甲嘧啶的残留。

Borucki等建立了混合基因组微阵列的方法，该基因芯片法能准确鉴别各种近缘单核增多李斯特菌分离物[13]。

BaiSulan等则在2010年报道了利用硅基质的薄膜型基因芯片可同时快速、灵敏地检测11种食源性致病菌。

2009年路兴波等利用软件分别设计转化体特异性探针，制备转基因玉米的基因芯片，实现了对转基因玉米Bt11，Bt176，Mon810，Mon863，TC1507，GA21和NK603的检测，与PCＲ检测方法相比，基因芯片检测法灵敏度高、特异