食品安全检测技术的现状和发展趋势-中国口岸科学技术-2021年06期

食品安全检测技术的现状和发展趋势

作者：汪琳1 赵相鹏1 尹羿1 白子龙1 张佳玮1 张小寒1

摘要本文概述了我国现有食品检测技术及存在的主要问题，深入分析了行业发展趋势，以期为食品生产和检测部门提供借鉴。文章提出为满足人民对食品安全日益增长的需要，相关部门应及时完善食品安全检测标准，相关检测机构应及时更新检测设备，从而解决食品安全检测存在的问题；食品安全新型检测技术的开发和应用还需要依赖多学科和多技术的相互渗透融合、相互补充。

汪琳1 赵相鹏1 尹羿1 白子龙1 张佳玮1 张小寒1

保障食品安全需要对食品从生产、加工到流通、销售等各个环节的全过程管理和实时监控，依赖于多种食品安全分析检测技术。本文将现有食品安全检测技术做一个概述，同时分析其发展趋势，以期同行借鉴，全面了解现有技术基础，结合发展要求而研究出符合新形势要求的多学科和多技术相互渗透融合、相互补充的检测新技术。

1 食品安全检测技术的现状

食品安全检测技术的种类很多，概括起来主要有感官检测、理化检测（如比重法、重量法、容量法、色谱法、质谱法和光谱法）、生物技术检测（免疫法、分子生物学方法、生物芯片和生物传感器）。下面对各种方法的优缺点以及其应用情况进行简要介绍。

1.1 感官检测

感官检测就是以人的眼、耳、鼻、舌等感觉器官来对食品质量和安全性进行检测和评价的方法^[1]，是根据人的感觉器官对食品的色、香、味、形、质地、口感等各项指标作出评价的方法，对部分食品如茶、酒等的评价尤其关键。感官检测具有快速和无需专门的仪器设备等特点，但是存在一定的主观性，同时对难挥发的有毒有害物质不易察觉。

1.2 理化检测

理化检测是当前主要的食品安全检测方法之一，种类多，应用广。

1.2.1 比重法

针对液体食品，比重法可以反映食品的浓度和纯度，因此广泛用于判断牛奶、酒和酱油是否掺水，以及植物油是否掺杂^[2]。比重法具有快速、简单、无需使用其他试剂、对食品样品无污染和无损伤、所需仪器简单等优点，但是比重法只反映了待检食品的密度这一物理性质，所以必须与其他检测方法结合才能更准确地判断食品是否安全。

1.2.2 重量法

通过称量物质的质量来确定被测物质组分含量的一种分析方法。一般是先采用适当方法将被测组分从试样中分离出来，转化为一定的称量形式并称重，由所称得的质量计算被测组分的含量。

1.2.3 容量法

即“滴定法”，根据指示剂的颜色变化指示滴定终点，然后目测标准溶液消耗体积，计算分析结果，比如检测酸价和过氧化值等指标。

1.2.4 色谱法

色谱法可分为柱色谱（CC）、纸色谱（PC）、薄层色谱（TLC）、气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、超临界流体色谱（SFC）以及液相色谱与质谱联用技术（LC-MS/MS）等，具有检测灵敏度高、分析时间短、溶剂用量少、污染少等优点，在检测食品中农药和抗生素残留、生物毒素以及其他环境污染物中发挥着非常重要的作用。近年来，研究人员通过对色谱柱填料和检测器进行改进，使色谱的分离能力得到了大幅度提高，通过将色谱分离技术与高分辨率的质谱、二级质谱联用，使色谱法的检测限可达到pg级。

(1)柱色谱和纸色谱。柱色谱和纸色谱技术发展较早，主要用于食品组分分离研究，在食品安全检测中已应用不多。

(2) 薄层色谱法。薄层色谱法是基于柱色谱和纸色谱发展起来的分析方法。因具有实验操作容易、检测设备简单、对混合组分的分离效果好^[3]的优点被广泛应用于检测食品中的农兽药、生物毒素和食品添加剂等。但是薄层色谱法需要标准样品作为对照，且重复性较差。

(3)气相色谱法。根据固定相的不同可将气相色谱法分为气-固色谱和气-液色谱。气-固色谱的固定相是固体，其分离机制是根据吸附剂（固定相）对组分吸附能力的不同而实现组分分离；气-液色谱的固定相是液体，其分离机理是根据不同组分在固定相液体中的溶解度不同而实现分离。气相色谱具有灵敏度高、稳定性好等优点，但是需要昂贵的仪器，样品需要经过复杂的前处理过程，操作人员需要经过严格的培训。气相色谱法是当今农产品和食品中农药残留等的主要分析方法之一^[4]。

(4)高效液相色谱法。高效液相色谱法是在经典的液相色谱法和气相色谱法的基础上发展起来的分离分析方法，它以液体为流动相，其分离分析原理和气相色谱类似，也是根据固定相对不同组分的吸附能力不同来实现分离的。与气相色谱法相比，特别适用于高沸点、不能气化或热稳定性差的有机物的分离分析^[5]。其不足之处是仪器昂贵，样品需要前处理，操作人员需要进行严格培训。在食品检测中常用于食品添加剂、农药残留和生物毒素等的分析和检测。

1.2.5 质谱法

质谱法（MS）是利用电场和磁场将运动的离子按质荷比分离后进行检测的方法，测出离子准确质量即可确定离子的化合物组成。分析这些离子可获得化合物的分子量、化学结构、裂解规律和由单分子分解形成的某些离子间存在的某种相互关系等信息。质谱法分为电子轰击质谱EI-MS、场解吸附质谱FD-MS、快原子轰击质谱FAB-MS、基质辅助激光解吸附飞行时间质谱MALDI-TOFMS和电子喷雾质谱ESI-MS等。

质谱法与色谱法联用，已广泛应用在有机化学、生化、药物代谢、农药测定、食品化学等领域。既可用于定性分析，也可用于定量分析。

1.2.6 光谱法

光谱法根据物质的光谱来鉴别物质及确定其化学组成和相对含量的方法，是以分子和原子的光谱学为基础建立起的分析方法。可分为紫外分光光度法、原子吸收光谱法、荧光分析法、红外光谱法和X-射线法等。

(1)紫外分光光度法是根据紫外光和可见光下待检成分吸收特征和吸收强度的不同来对其进行定性和定量，具有操作简便、检测成本低、易于普及等优点。

(2)原子吸收光谱法常用于检测食品中铅、汞、砷等重金属元素，具有检测灵敏度高、操作简便快速、干扰少、结果准确可靠等优点。

(3)荧光分析法主要用于检测食品中黄曲霉毒素、苯并荜等发光化合物^[7]。自然界中某些物质在吸收一定的能量后可以发射出特定的荧光，荧光分析法基于这一特性，根据荧光的光谱和强弱，可以实现对待检物质的定性和定量分析^[8]。

(4)红外光谱法多用于对食品的内在品质进行检测控制。例如：对肉类中挥发性氨基态氮、食品中的蛋白质、脂肪、淀粉、氨基酸等组分进行无损伤检测和分析，也可对农产品中有害成分进行分析和检测。例如：菜籽油中的硫苷和芥酸，以及烟叶中的焦油等^[9]。

(5) X-射线法可以检测食品中的金属、碎骨头和沙石等杂物。利用波长为1×10^-11～5×10^-11m的软X射线，可以实现对食品中杂物的快速现场检测^[10]。

1.3 生物学检测方法

近年来，生物学技术的发展迅速，可用于食品中危害物检测的生物学方法种类较多，主要包括分离培养法、免疫学方法、分子生物学方法、生物传感器法和生物芯片法等。

1.3.1 分离培养法

分离培养法是通过分离培养得到目标培养物，之后利用形态学、生化特性加以鉴定，并可以用光学显微镜或电子显微镜等加以验证的方法。分离培养法虽然工作量大、费时，对于某些培养或分离较困难的污染生物不易检测，但其具有操作简单、无需昂贵的仪器设备、检测结果直观等优点，是食品中污染微生物等的主要检测方法。

1.3.2 免疫学方法

免疫学方法的建立基于抗体与抗原特异性识别，因具有操作简单、检测成本低、特异性好、灵敏度高等优点而被广泛用于食品中病原微生物、农药、抗生素、激素及其代谢产物的检测和分析^[11]。目前常用的方法有免疫凝集反应法、沉淀反应法和标记免疫学方法。

(1)凝集反应法可分为直接凝集法、间接凝集法和反相被动凝集法^[12]，是基于结合于不溶性的载体微粒上的细菌、血红细胞等颗粒抗原或可溶性抗原与相应的抗体在适当的条件下反应一段时间后出现肉眼可见的凝聚物而建立的检测方法，可以实现对样品中待检化合物进行定性或半定量分析，也可用于分离纯化样品中待检物或菌体。

(2)沉淀反应法是基于蛋白质、多糖、类脂等可溶性抗原在适量电解质存在的条件下，可以与相应抗体形成抗原-抗体复合物，从而出现肉眼可见的沉淀这一原理而建立的检测方法，其中固体（或半固体）载体中抗原-抗体复合物表现为沉淀线，液体中抗原-抗体则表现为絮状。根据反应载体和反应现象的不同，免疫沉淀反应可分为环状免疫沉淀反应、絮状免疫沉淀反应和免疫混浊反应^[13]。

(3)标记免疫学技术是一种使用酶、同位素或荧光素等对抗原或抗体进行标记，通过测定反应生成的抗原-抗体复合物产生的酶催化底物产量、放射性强度或荧光的强度对待测物进行检测分析的方法^[14]。根据标记物的不同，标记免疫学技术可分为酶标记免疫分析技术、放射标记免疫分析技术和荧光标记免疫分析技术。荧光标记免疫分析存在难以定量、仪器昂贵、染色标本不能长期保存等缺点；放射性标记免疫分析存在需要特殊的仪器，标记物不稳定并且对人体有害等不足，所以以酶联免疫吸附方法（ELISA）为代表的酶标记免疫学技术正越来越多被采用。

免疫检测试纸条通常由硝酸纤维素膜、样品垫、吸水纸、PVC底板组成，膜上划有对照带与反应带^[15]。采用免疫试纸条能在10分钟左右得到检测结果，且不需要特殊设备，对操作人员要求也不高，非常适合快速、现场检测和分析^[16]。

1.3.3 分子生物学检测技术

由于每种生物有其独特的基因组结构，分子生物学检测技术直指生命本源的大分子核酸和蛋白质，通过分析待检有害物质独特的核酸或蛋白质而检测食品中是否受有害物质污染。蛋白质检测分析由于受纯化富集等基础技术的影响，在食品安全检测中主要用到免疫学检测方法。核酸分析由于PCR技术革命性的突破，而广泛应用于生物科学的各个领域，其中核酸分子杂交和PCR技术在食品安全检测方面得到了很好的应用。

(1)核酸分子杂交。基于碱基互补配对原则，如果一条链是已知的DNA或RNA片段，那么就可以知道和它互补配对的另一条链的组成。核酸杂交技术就是基于这一原理建立的可以用于食品安全检测分析的方法^[17]。目前主要用菌落原位杂交检测食品中病原菌，将样品选择富集稀释后，或食品样品直接稀释后，涂布琼脂平板，待菌落形成后，转移到杂交膜上，裂解细菌释放DNA，与探针杂交，然后洗膜，分析探针信号，从而判断是否有靶细菌存在和靶细菌的具体数量。

(2)聚合酶链式反应（PCR）技术。PCR反应将引物与模板DNA按照碱基配对原则进行特异性结合，可以在短时间内将微量的靶DNA特异地扩增上百万倍，从而大大提高对DNA分子的分析和检测能力 ^[18]。在病毒的检测中，PCR的灵敏度可达3个空斑形成单位，在细菌学中最小检出率可达3个细菌^[19]，是目前灵敏度最高的检测方法；PCR操作简便快速、对样品纯度要求低，不需要分离病毒或细菌及培养细胞，易于推广，在食品安全检测上得到广泛的应用并显示出巨大的发展前景。

PCR技术自诞生以来，发展迅速、应用面广。因实验材料、试验目的和实验要求等的不同，在标准PCR基础上，已衍生出十几种不同类型的PCR，包括定量PCR、实时荧光PCR、数字PCR^[20]。

1.3.4 生物芯片技术

生物芯片主要包含基因芯片、蛋白芯片、芯片实验室、组织芯片和液相芯片，是通过将抗原或抗体、多肽、核酸片段或细胞等生物样本有序固化于支持物表面，与经过标记的待测样本进行靶分子杂交，通过电荷偶联摄影像机等仪器对杂交信号的强度进行检测，进而高效迅速地判断样品中靶分子的含量^[21]。

(1)基因芯片。常见的基因芯片有两种：一是在支持物上固定靶DNA，主要用于大量且不同的靶DNA分析；二是在支持物上固定大量探针分子，主要用于对相同靶DNA进行不同碱基序列的分析^[22]。

(2)蛋白质芯片。蛋白质芯片可理解为固相载体上能稳定结合的蛋白质微阵列，该类芯片反应速度较快，蛋白质用量较少，且芯片稳定性与灵敏度均较为可观，可充分满足当前食品安全检测的需求，在食品安全检测方面具有极大前景^[23]。

(3)芯片实验室。芯片实验室是集样品制备、核酸标记、基因扩增及检测等功能于一体的便携式生物分析系统，可将繁琐、费时、不连续的生物分析过程完全集中在芯片上自动完成^[24]，也称微流控芯片。由于微流控芯片微通道的浓缩性和富集性，杂交反应的速度得到了显著提高，测试时间也大大缩短，进而降低了测试成本。

(4)液相芯片。液相芯片由流式检测与芯片技术结合，将固定有不同的探针分子的小球悬浮于一个液相体系中即构成了一个可以对同一样品中多个不同分子同时检测的液相芯片系统。液相芯片的独特设计使得它的检测目标具有多样性、标本利用率高、敏感性高、背景低、特异性强。其检测效率远高于固相杂交，大幅度减少了检测时间^[25]。尽管液相芯片技术还未在食品安全检测领域大展拳脚，但在未来其诸多优势势必为食品安全带来更大的发展空间。

总的来说，生物芯片表现出非常诱人的应用前景和其他方法无法比拟的优势。可广泛用于微生物、化学物质、基因检测等方面。

1.3.5 生物传感器

生物传感器由生物识别元件、信号转换器和检测器组成，通过生物材料对待测物的特异性识别，进而产生相应的信号，再转化成电信号后，依靠检测器对其分析，即可判断待测物的含量^[26]，是典型的无试剂分析方法，可直接或间接地对待检测物的生物分子进行分析，具有高灵敏度、高特异性、可微型化、便于携带、测定简单迅速和检测成本较低等优点，在食品安全及品质控制现场和在线检测中发挥着越来越重要的作用。

2 食品安全检测技术的发展趋势

随着经济全球化，食品跨国界和跨地区的流通越来越频繁，各国消费者对食品安全的要求越来越高，带动食品安全检测技术出现新的发展趋势。

2.1 对检测速度的要求越来越高

随着食品流通的加快，要求在很短的时间就可以得到检测结果，尤其是新鲜制品例如水果和蔬菜；有些情况要求在采样现场立即得到检测结果，这对于食品市场监管人员、食品工厂采购人员甚至某些消费者非常重要，所以发展快速检测方法非常必要。

2.2 对检测灵敏度的要求越来越高

一些食品污染物在极低浓度下对人体的危害日渐显露，同时这也是国外设置技术性贸易措施的参数，从而促使食品有毒有害物质的最大允许含量不断降低，在微克级甚至纳克级，这就要求安全检测方法的灵敏度很高。

2.3 对检测的特异性越来越高

特异性主要指检测方法抗杂质干扰的能力。只有特异性强的检测方法，才能省去样品分析的耗时和繁琐提取与纯化等去除杂质的过程，节约检测时间，实现快速检测。

2.4 对检测方法提出高通量的要求

随着工业化进程加速，工业产品大量使用，食品中污染物的种类越来越多，食品中需要检测的项目越来越多。而食品贸易数量与日俱增，待检测的样品数量也日益增加，使得检测时间延长，检测成本增加，迫切要求能够通过一次实验同时检测多组群、多目标成分的技术和方法，从而缩短检测时间，节约检测成本。因此生物芯片检测具有非常大的优势和良好的应用前景。

2.5 检测方法操作简单和容易掌握

检测速度的加快，检测内容的扩大，要求检测方法简单易学，技术人员只需要通过阅读说明书就可以完成检测，无需进行专门的培训。

2.6 检测方法的无试剂化以及分析仪器的微型化和便携化

随着农产品和食品流通速度的加快，要求检测方法越来越快速和简便，很多时候还要求在采样现场完成分析检测，这就要求实现检测过程的智能化和检测设备的微型化，并尽可能少地使用甚至不使用其他检测试剂。

3 发展建议

每种方法各有其优缺点，没有一种方法能同时满足准确、快速、方便、高通量这4项指标的最高要求。为了实现食品“从农场到餐桌”全产业链的安全控制，形成完善的食品安全分析检测技术平台，有必要针对不同检测要求和现有研究基础，开展多种检测技术和方法的研究，形成多学科和多技术相互渗透融合、相互补充的成熟技术的产品开发。既有理论向应用的转化产品，又有技术储备的多梯度、多层次的检测技术体系，才能最大限度检出食品中重要危害物，保障食品安全。

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参考文献

[1] 程榆茗, 徐建文, 李煜, 等.感官检测在肉类产业中的应用[J]．肉类工业, 2011, 25(8): 24-26.

[2] 陈晓旭.食品安全快速检测技术的应用与发展方向[J].食品安全导刊, 2021(6): 167-169.

[3] 吕长淮．薄层色谱法在药物分析中的应用进展[J]．中国药房, 2006, 17(22): 1758-1749.

[4] 齐霖艳, 薛科宇, 周利航, 等.气相色谱法在农产品农药残留中的应用进展[J]．现代农业, 2018(9): 16-17.

[5] 陈爱亮.食品安全快速检测技术现状及发展趋势[J]. 食品安全质量检测学报, 2021, 12(2): 411-414.

[6] 袁青, 刘帅.色谱检测技术在农产品检测中的应用策略[J]. 农业开发与装备, 2021, 5: 137-138.

[7] 王令臣, 洪诚毅, 黄志勇.基于氯化血红素模拟酶活性的荧光分析法检测牛奶中胆固醇含量[J]. 中国食品学报, 2021, 21(5): 363-368.

[8] 张旭伟, 马振兴, 马勇.食品安全快速检测技术现状及发展[J]. 食品安全导刊, 2021, 8: 25-26.

[9] 宋春满, 沈俊儒, 师君丽, 等.近代红外光谱法预测烟叶评吸质量[J].光谱仪器与分析, 2009, 10(21): 191-195 .

[10] 张潮, 孙钦秀, 孔保华. X射线断层扫描技术在食品检测中的应用[J]. 食品研究与开发, 2020, 41(6): 189-193.