化学比色法是食品安全快速检测技术中的经典方法, 它是通过化学反应产生颜色变化来检测样本, 可通过肉眼比色、试纸条、比色卡、可见光分光光度计等实现定性或定量分析。与实验室的大型精密仪器方法相比, 具有操作简便、快速直观、价格低廉和便携化等特点, 非常适合于现场快速检测^[5]。如双氧水能与无色的四甲基联苯胺(Tetramethylbenzidine, TMB)在辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase, HRP)催化下生成淡蓝色物质, 其生成物质颜色的深浅与双氧水的浓度呈正相关, 据此研制出了检测食品中超量使用或非法添加的双氧水检测试纸^[6]; 地沟油中游离脂肪酸能使绿色的溴甲酚绿指示剂变为黄色, 从而研制出薄层色谱试纸条, 通过试纸条的颜色变化来鉴别食用油是否为地沟油^[7]; 毒鼠强(四亚甲基二砜四胺)能与二羟基萘二磺酸反应生成紫红色物质, 由此研制出检测食品的毒鼠强速测盒, 灵敏度达到mg/L级别^[8]。目前利用化学比色法检测食品的产品不胜枚举, 市场上已经有亚硝酸盐、有机磷农药、重金属、食用油酸价、过氧化值、氰化物、甲醛、工业碱、二氧化硫等快速检测产品。

然而化学比色法还存在一定的不足:由于试纸或速测管中含有的试剂量有限, 使产品的灵敏度达不到检测要求; 有些有毒物质的检测不适用于比色法, 如瘦肉精类、抗生素类、真菌毒素类等^[9]。

2.2.1 荧光分子光谱检测技术 荧光是具有刚性结构和平面结构π 电子共轭体系的分子, 受到光激发后从第一激发单重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射。随着π 电子共轭度和分子平面度的增加, 荧光强度随之增大, 光谱相应红移, 其荧光光谱的形状和强度也相应发生变化, 因此荧光光谱是检测具有共轭结构分子的有效方法之一^[10]。毕琳娜等^[11]基于荧光分析法, 对4种典型的有机磷农药— 甲基对硫磷、甲胺磷、毒死蜱和敌敌畏进行了荧光检测分析。他们从研究中发现甲基对硫磷标准液在200~320 nm的紫外波长条件下, 能够产生4个紫外吸收峰; 纯甲胺磷50%乳油在360 nm的波长条件下, 能够产生两个紫外吸收峰; 毒死蜱标准溶液在200~300 nm 的波长条件下, 产生3个显著吸收峰, 在320~400 nm 的波长条件下则产生1个宽谱峰; 敌敌畏80%乳油在250~400 nm的波长条件下, 产生2个宽谱峰。此项研究为荧光光谱检测食品中的农药残留提供了可靠依据。荧光光谱检测技术所需的样本量少, 最低500 μ l的样品量即可检测, 而且对于乳浊液和固体样本仅需简单的前处理过程或者不需要前处理就能完成检测。

2.2.2 近红外光谱检测技术 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波, 是人们最早发现的非可见光区域, 近红外光主要是对含氢基团X-H(X=C、N、O)振动的合频和倍频吸收, 其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。通过扫描样品的近红外光谱, 可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息, 而且利用近红外光谱技术检测样品具有方便快速、高效准确、成本低、不破坏样本和不污染环境等优点, 因此该技术受到越来越多的关注。Wang等^[12]运用近红外光谱技术检测了掺有大豆油的山茶花油, 用偏最小二乘法(PLS)和聚类软独立建模法(SIMCA)等统计计量学手段分析出山茶花油的光谱数据。结果显示PLS模型的相关系数达到0.9920, 检测结果准确可靠; Rodriguez等^[13]利用近红外光谱检测技术对果汁中的糖份进行了检测, 结果较准确, 相关系数达到了0.9999, 该检测技术实现了掺假果汁的鉴别。

2.2.3 表面增强拉曼光谱检测技术 拉曼光谱是对与入射光频率不同的散射光谱进行分析得到分子振动、转动方面信息, 并应用于分子结构研究的一种分析方法。表面增强拉曼光谱(surface enhanced ramanscattering, SERS)技术是基于被测分子吸附在某些经特殊处理、具有粗糙表面的金属上, 产生极强拉曼散射增强效应的分子振动光谱技术, 为食品中痕量化学危害物的检测提供了一个极具潜力的工具。SERS技术能够检测食品中的违禁添加剂、农药残留和抗生素, 它的研究对象是从化学危害品的标准溶液开始, 随后扩展到含有该化学危害品的相应食品中, 如肉类、乳制品、蔬菜、水果及禽蛋等^{[14, 15, 16]}。SERS技术虽然具有操作简单、无损样本、耗时短、便携化等优点, 但是SERS散射强度受多种因素的影响, SERS谱图的重现性和杂质峰的干扰仍是一大攻关难题。

食品在生产、加工及运输过程中容易受到致病微生物的污染, 从而导致人体出现腹泻等疾病, 严重时危及生命安全。运用分子生物学技术可以实现对食品中致病微生物的检测, 聚合酶链式反应技术(polymerase chain reaction, PCR)是基因扩增检测技术中常见的检测方法。

PCR技术是20世纪80年代发展起来的, 它是一种用于放大扩增特定DNA片段的分子生物学技术, 根据已知的待扩增DNA片段序列, 人工合成与该DNA两条链末端互补的寡核苷酸引物, 将待检DNA序列在酶促作用下进行扩增。杨平等^[17]通过多重PCR技术检测了人为污染的食品中的沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、福氏志贺氏菌和单增李斯特菌, 检测灵敏度极高, 达1 cfu/ml。随后对市售的食品进行多重PCR检测, 结果发现, 多重PCR检测方法的阳性率为11.4%, 传统培养方法的阳性率为5.0%, 说明本方法灵敏度比传统的高, 能满足食品检测的要求。基因芯片是20世纪90年代诞生的一项基于PCR的生物检测技术。它是将各种基因的寡核苷酸点样在芯片表面, 微生物样本DNA经PCR扩增后制备荧光标记探针, 然后再与芯片上寡核苷酸点杂交, 最后通过扫描仪定量和分析荧光分布模式来确定检测样品是否存在某些特定微生物^[18]。Kolosova等^[19]研究出一种在4 h内快速诊断致病菌的方法, 他们利用该方法对158例经鉴定为阳性的样品进行检测, 结果符合率为79.0 %以上, 检测结果的准确率得到了提高。

3.2.1 胶体金免疫层析技术(colloidal gold immune technique, GICA) GICA是20世纪80年代诞生的, 它是一种将胶体金标记技术、免疫检测技术和层析分析技术等多种方法结合在一起的固相标记免疫检测技术。它的原理是以条状硝酸纤维膜为固相层析材料, 通过毛细作用使样品溶液在层析条上涌动, 并同时使样品中的待测物与层析材料上待测物的抗体发生高特异性和高亲和性的免疫反应, 层析过程中免疫复合物被富集或截留在层析材料的一定区域(检测带), 通过可目测的标记物(胶体金或胶体硒)而达到直观的实验现象, 而游离的标记物则越过检测带, 达到与结合标记物自动分离之目的^[20]。邓省亮^[21]等应用GICA技术, 建立了一种检测食品中黄曲霉毒素B1的方法, 检测结果表明黄曲霉毒素B1试纸条的灵敏度为5 ng/ml, 其操作过程简单且无需仪器设备, 检测用时仅为10 min, 批内和批间重复性为100.0%, 假阳性率和假阴性率均为0, 非常适合现场快速检测黄曲霉毒素B1。此外, GICA技术能够检测食品中的兽药残留、农药残留、重金属超标及真菌毒素^{[22, 23, 24]}。目前, 市售的胶体金试纸条有单联和多联两种类型, 可以满足于检测的基本需求, 是应用最为广泛地食品快速检测技术之一。

3.2.2 酶联免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA) ELISA是免疫学技术的又一种重要的分析方法, 它是以抗原与抗体特异性结合为基础, 用酶或辅酶[常用的有辣根过氧化氢酶(HRP)、碱性磷酸酯酶(AKP)、葡萄糖氧化酶(GO)等]标记抗原或者抗体, 通过酶促反应进行定性和定量分析。ELISA常用的3种方法有:(1)测定抗体间接法; (2)测定抗原双抗夹心法; (3)测定抗原竞争法; 其中测定抗原竞争法的重复性和稳定性好, 目前应用较广泛^[25]。ELISA检测技术不仅简单灵敏、特异性好, 而且应用范围广泛, 能够检测食品中的非法添加、兽药残留、真菌毒素、微生物及转基因食品等。陶光灿等^[26]利用间接竞争ELISA, 研究出一种快速检测动物源性食品中残留物氨苯砜的方法, 该方法对鸡肉、猪肉样本的检测限为0.2 μ g/kg, 对鸡蛋、蜂蜜样本的检测限为2 μ g/kg, 对牛奶样本的检测限为0.6 μ g/kg; 样本添加回收率为78.2%~104.0%, 变异系数为5.2%~13.5%, 对实际样本的检测结果与液相色谱— 串联质谱法基本一致。该方法快速准确、稳定性强、重复性好, 适用于动物源性食品中氨苯砜残留的快速检测。此种方法可以用于现场大通量样品的快速筛选, 能够满足基层检测单位开展检测工作的需要。

生物传感器是利用生物识别元件与目标物发生特异性的生化反应, 借助化学或物理换能器转换成各种信号对物质进行检测的一类装置。国外Waswa J等^[27]研究了一种以表面等离子共振为信号转换元件的生物传感器, 它能够检测果汁和牛奶中的大肠杆菌O157∶ H7, 检测限为10²~10³ cfu/mL, 传统方法(先固定抗体)的检测限为10²~10⁶ cfu/ml, 比较之下生物传感器技术较灵敏。国内叶雪梅等^[28]制备了用于检测食品中沙门氏菌的磁致伸缩生物传感器, 以磁致伸缩膜片作为物理传感器, 多克隆抗体作为生物识别元件, 采用langmuir-blodgett (LB)技术将多克隆抗体固定在磁致伸缩膜片表面, 并进一步证实了磁致伸缩生物传感器可用于定量检测食品中沙门氏菌的浓度, 表明这种生物传感器可应用于食品中致病菌的快速定量检测。

纳米技术是物理、化学、生物等学科交叉的高新技术。目前纳米技术研究的焦点是碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs), 它是由单层或多层呈六边形排列的碳原子构成的同轴圆管, 每层由1个碳原子与周围3个碳原子通过sp2杂化键合而成, 它作为一维纳米材料, 重量较轻, 六边形结构连接完美, 具有许多异常的力学、电学和化学性能。Du Zhuo等^[29]在CNTs的管道空隙中填充了磁性氧化钴铁, 用来检测蜂蜜和茶叶中的有机磷农药, 共提取到8种有机磷成分, 检测限均在1.3~3.6 ng/L之间, 蜂蜜和茶叶的回收率分别为83.2%~128.7%和72.6%~111.0%, 样品之间的相对标准偏差低于6.8%。此外, CNTs技术还能够检测兽药残留、非法添加剂、致病菌、重金属及转基因食品等^[30]。

三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)生物发光机制是在20世纪40年代提出来的, 它的原理是:活细胞体内的萤光素酶(luciferase)在ATP及氧气存在条件下, 催化荧光素的氧化反应而发光, 光的强度与细胞数目呈线性关系^[31]。这一技术原理在20世纪80年代得到迅速发展, 英国人最先研制出ATP生物发光检测仪, 随后发展到欧美和日本, 目前此项技术被广泛应用于食品和饮用水的微生物检测。

低能量超声检测技术是利用能量低于1 W/cm²而频率高于100 kHz的超声波来获取被测物内部结构、物化特性等信息的测量技术。该项技术具有洁净卫生、耗时短、成本低、对被测物无损伤等优点, 能够对乳制品、蔬菜和水果进行检测, 在食品检测中获得了认可^[32]。

目前, 国内外现场快检技术主要有化学比色法和生物免疫法等, 在灵敏度和准确性上都存在不同程度的不足, 往往灵敏度高的, 重复性差, 精确度较低; 精确度较高的, 灵敏度较低。因此要保证灵敏度高和重复性好还是比较困难, 快检技术首先必须确保灵敏度, 降低漏检率, 确保有问题的检测样品不会漏检。宁可对可疑样品用实验室方法复检, 也不能在抽查时放过任何一个可疑样品。

快检技术的突出特点是快速, 检测时间不宜过长, 超过12 h的方法, 尽量不采用, 如果现场不能给出检测结果, 那与实验室检测相比就没有多大优势了。特别是微生物检测, 要在确保灵敏度和准确性的前提下, 尽量缩短检测时间。

样品前处理对于食品检测结果影响较大。由于现场样品前处理缺乏规范, 各类现场检测对前处理要求不一致, 快检结果差异较大。因此, 有必要针对不同类型样品的现场前处理方法进行明确规定, 形成标准化操作程序, 规范样品前处理过程。同时, 应多采用自动化程度高、处理效果好的前处理设备。当前普遍采用的手工前处理方法处理时间过长, 处理效果较差, 检测目标物提取不完全, 检测结果偏移较大。目前实验室前处理使用的自动粉碎、半自动研磨、自动搅拌、低速离心、超声萃取等设备很多, 效果也很好, 将其小型化应用于现场检测很有必要。

目前的快检方法多是检测单一物质, 难以满足同时检测多残留的要求。因此迫切需要发展多残留同时检测的方法, 它能够最大程度地减少检测时间、试剂损耗和人力消耗, 也将会推动快检行业的多样化发展^[33]。

便携化、集成化是快速检测技术的发展方向。便携化, 是使快检产品方便携带, 能够进行现场检测; 集成化, 是将快检技术与基因芯片技术、PCR技术、纳米材料技术、生物传感技术等相结合, 便携化、集成化将为快检技术提供更宽广的发展空间。

食品安全快速检测技术是物理、化学、生物、统计学和计算机等多学科交叉的成果。快速检测技术的推广应用, 不仅对传统的食品安全检测技术有了改进和提高, 也使我们的食品安全有了进一步的保证。随着科学技术的不断发展进步, 今后还将会有更多的新技术、新工艺、新材料应用其中, 涌现出更好的食品安全快速检测新技术, 它们将更有力地保障食品质量安全, 为人类的健康保驾护航。