任务二 食品安全快速检测常用技术

任务引入案例

食品安全快速监测点：“立等可取”保市民舌尖安全

为使辖区群众能有一个更好的食品安全环境，北京市丰台区各食药所在做好日常监管工作的同时，将做好食品安全快速检测作为提高辖区食品安全环境和质量的一项重要工作。

周一，一个普通的工作日。一大早儿，丰台区大红门街道食药所常务副所长冯鑫和工作人员小柴就来到了南三环外光彩路的首航超市监测点。他们到了之后，刚刚准备停当，就有居民过来检测。李阿姨买了一袋菠菜，准备晚上做菠菜粥，看到监测点就拎着菜走过来。“小伙子，帮我查查这菠菜合格吗？带皮的菜一般没事儿，叶菜最容易有农药残留了。”李阿姨举着一袋儿新鲜的菠菜说。

小柴接过菠菜，用剪刀随意剪了一小片，之后麻利地操作起来：用电子秤称出0.5克，将菠菜放入离心管中，然后滴入1.5毫升脱洗液，摇匀后，静置3分钟；之后取上清液，滴到一片白色的“农药残留检测卡”上；10分钟左右，白色的检测卡变成淡蓝色，与另一片红色检测卡叠合3分钟，再放入检测仪中读取数据……

很快，结果就出来了。“检测仪显示为阴性，说明菠菜的农药残留是合格的。”小柴拿着检测仪对李阿姨说。“太好了！检测过关了，吃着就放心了。”李阿姨笑着回应。

整个检测过程大约20分钟，可以说是“立等可取”。随后，还有一些购物市民过来检测五花肉中的瘦肉精，牛乳中的三聚氰胺……

任务介绍

我国农产品、食品生产企业数量大、规模小、较分散，且法治和自律意识很弱，而我国人口众多，消费人群和渠道也多，因而造成了食品安全问题多发的情况，除了法律、法规、标准、管理等方面需要改进外，再就是一些客观因素的不足所致：一是食品安全检验室数量有限，尤其是欠发达地区和广大农村地区；二是检验成本较高，有些应该送检的样品未能及时送检；三是检验室的检验周期较长，有些样品如蔬菜、豆浆、生鲜类食品等，没等检测报告出来食品就已销售完毕。因此现在食品安全检测仅靠常规的化学检测已不能满足现场快速判定的需要，尤其是对于大批量的样品来说，常规检测耗费时间长、成本高、要求相关条件复杂，而快速检测在现场用十几分钟甚至几十分钟即可判定该食品食用是否安全，既快速方便，又省钱。再者，对于政府监管部门对市场上产品的日常监测，由于样品量大，也可先用快速检测方法对其筛选，发现有问题的食品再上仪器定量分析，这样可以节省大量的人力、物力。因此，速测技术近几年发展很快，在日常监测领域发挥了越来越重要的作用。

（一）食品安全快速检测方法概述

新世纪世界性科技革命正在形成，各国都在加速技术创新和科技的进步。从定性和定量检测技术两方面出发，准确、可靠、方便、快速、经济、安全的检测方法是食品安全检测的发展方向，尽可能使速测技术的灵敏度及准确度能达到标准限量要求，至少要与标准方法的检测结果相当，能在较短的时间内检测大量的样本，还必须具有实际应用价值。

国内外都在积极制定食品安全控制体系，从食品原料、加工到消费过程都必须考虑质量和安全因素，虽然对食品的采样检测和分析无法提供充分保护，但鉴定食品安全的检测技术是保护食品安全、保护消费者的重要手段，特别是对产品的速测技术显得更加必需和重要。随着科学技术的发展和研究，大量快速和采用现代技术的检测方法不断出现，这些新的速测方法，一般都缩短了传统检测方法的时间，能够较快地得到检测结果，并且操作相对简单。

目前，食品速测技术在下列食品安全领域得到广泛应用：

（1）常见食物中毒与应急保障类 如农药、鼠药、金属毒物、有毒油脂、亚硝酸盐、甲醇、生豆浆、有毒豆角等的快速检测。

（2）非法食品添加物与劣质食品类 如掺杂造假、食品物理或化学性质的改变等。

（3）食品生产、加工和储运控制环节类 如温度、洁净度、消毒效果等。

（4）生物性污染类 如细菌总数、大肠菌群。在生物性污染项目中，致病菌是常见的食物中毒因子。

随着高新科学技术的发展和研究的深入，大量采用现代技术和快速的检测方法不断出现。控制农药残留对人体的危害，最为有效的方法之一是加强对食品中农药残留检测的力度。常用的农药残留理化分析方法不但要有昂贵的气相色谱等分析仪器，而且分析方法复杂。国内外诸多研究者开发研制了多种农药残留的快速测定方法，包括生物法和化学法。目前，国内外化肥污染物硝酸盐快速测定方法主要有硝酸盐电极法、硝酸盐比色法、硝酸盐试纸法。硝酸盐现场快速测定法是市场经济发展趋势，其特点是快速、稳定、灵敏、准确定量、携带方便。我国研究者在研究硝酸盐快速测定方法上已有很大进展，研制出了硝酸盐试纸快速测定法。

食品金属污染物的检验技术，特别是快速检验技术的发展，是食品安全检验技术发展的重要方向之一。金属污染物速测技术首先从样品前处理制备入手，通过有效缩短样品前处理时间达到快速测定的目的。因为随着各种高效、灵敏、快速的金属污染物分析仪器（分析方法）的不断出现，传统的样品制备技术与之相比已不相适应，成为快速检验技术发展的主要障碍。微波消解技术的出现和快速发展，有了一种很好的快速的样品预处理技术，与金属污染物的快速准确的检验技术相配合，在一定程度上缩短了常规方法时间，达到食品安全快速检验目的。

近年来，随着生物技术的快速发展，新技术、新方法在食品微生物检验领域得到了广泛应用，有效提高了检测效率和检验速度。现行一些快速检测方法用于微生物计数、早期诊断、鉴定等方面，大大缩短了检测时间，提高了微生物检出率。微生物快速方法包括微生物学、分子化学、生物化学、生物物理学、免疫学和血清学等方面及它们的结合应用。目前，对转基因产品的检测也提上日程。总之，食品安全速测技术正在迅猛发展，不同领域进展不尽相同，但其应用价值日渐突出，快速检测方法已经成为发展的必然。

（二）食品安全快速检测技术的定义及地位

食品安全检测是食品安全管理的重要技术支撑，在目前中国加强食品安全管理的形势下，快检产品以其价格低廉、操作简便、检测快速的优点，在大范围、高频次的快速筛选中起着不可替代的重要作用。

食品快速检测方法首要是能缩短检测时间，以及简化样品制备、实验准备、实验操作和自动化的过程，具体简化体现为以下3个方面：一是实验准备过程简化，使用的试剂较少；二是样品经简单前处理后即可进行测试，或采用高效快速的样品处理方式；三是简单、快速和准确的分析方法，能对处理好的样品在很短的时间内测试出结果。从广义上来讲，能将原有的检测方法时间缩短的都可以称为快速检测方法，但从严格意义上讲，快速检测方法与常规方法相比，除应具有准确性外，还应具有明显的简捷性、经济性与便携性。伴随快速检测出现的是“仪器革命”，传统的检测过程中，检测仪器昂贵，步骤复杂，对操作人员的要求比较高，而便携型或易用型设备操作简单、易于掌握，且对操作人员专业知识和技术的要求不高。这些便携型设备的出现使速测技术能够更适应现场检测的要求，为快速检测的普及提供了保障，特别是为基层检验人员提供了方便。

在当前情况下，只评价食品快检方法、不评价具体产品，对基层监管部门没有参考价值。因此，对食品快检方法定义为技术加产品，即适用于食品安全相关检测项目的技术和产品，具有快速、简便、灵敏等特点，包括必备的前处理、检测及相关辅助设备，试剂、耗材、使用手册等，能够确保操作人员独立完成本方法的快速检测工作。将评价检测方法具体落实为技术和产品，使得标准容易建立，具有较强的可操作性，对推广应用具有较强的指导意义。另外对食品快速检测方法所包括的内容进行明确要求，确保技术方法完整性以及在使用过程中的方便性和可重复性。

快检方法按照检测结果分类，可分为定性方法和定量方法两大类，由于其判定方法有较大的区别，两者的评价也相差很大，因此，目前的评价方法都是分别对这两种方法进行评价。

2015年10月1日起施行《中华人民共和国食品安全法》第一百一十二条：“县级以上人民政府食品药品监督管理部门在食品安全监督管理工作中可以采用国家规定的快速检测方法对食品进行抽查检测”，从法律上明确了快检在食品安全抽检中的地位。

（三）常用食品安全快速检测技术

快检技术是相对于传统和经典的化学检测与仪器检测而言的，其特点是需要的检测时间相对较少，对仪器设备等条件的要求不高，能够携带到交易（生产）现场（或在线）实施检测。食品安全快速检测可以扩大对食品安全不利因素的监测范围，增加食品样品的监测数量，及时发现问题，迅速采取控制措施，必要时将监测到的问题食品送实验室进一步检验，由此达到既发挥快速检测的特点，又充分利用检验室资源。检测方法与常规检测方法彼此互补，形成全方位的食品安全检测技术体系。

对快速检测的速度要求越来越高，在食品检测过程中，要求在很短的时间内出结果，有些产品还需要在现场或生产线上检测，在保证检测精度的前提下，时间越短越好。食品快速检测的一般流程如图1-1所示。食品安全快速检测，分为实验室快速检测与现场快速检测。实验室快速检测着重于利用一切可以利用的仪器设备，快速定性与定量。现场快速检测着重于利用一切可以利用的手段，快速定性与半定量。

1. 感官分析方法

感官分析即利用科学客观的方法，借助人类的感觉器官（视觉、嗅觉、味觉、触觉和听觉）对食品的感官特性进行评定，并结合心理、生理、化学及统计学等学科，对食品进行定性、定量的测量与分析。感官分析具有简便易行、灵敏度高、直观和实用等优点。感官分析在食品掺假、新鲜度、变质和污染等食品快速检测过程中常常是第一步工作，感官分析不合格则不必进行后续检验。

2. 化学比色分析法

化学比色分析法是根据食品中待测成分的化学特点，将待测食品通过化学反应法，使待测成分与特定试剂发生特异性显色反应，通过与标准品比较颜色或在一定波长下与标准品比较吸光度值得到最终结果。化学比色分析法可分为利用普通化学原理与利用生物化学原理两大类。化学比色分析法的优点是操作相对简便，结果显示直观，检测灵敏度高。不足之处是此类分析法会破坏食品，不能实现无损检测，只能用于抽样检测，无法对每一个样品都实行检测。此外，此类方法对化学反应自身条件依赖性较强，因此检测过程中受到的干扰因素比较多。化学比色分析法是目前应用比较普遍与成熟的方法，被广泛应用于各类食品分析中。

3. 近红外和傅里叶变换红外光谱法

此类方法是利用红外光线的穿透能力比较强，而试样中的含氢基团对不同频率的近红外光存在选择性吸收，因而透射的红外光就携带了有机物结构和组分的信息，通过检测器分析透射或反射光线的光密度就能确定该组分的含量。此类方法常用于生产的在线控制，优点是检测成本低，分析速度快；不需前处理，免去了化学反应中的诸多影响因素，也避免了对环境的污染；实现了样品的无损检测，并且能够对样品的多个组分同时检测。

4. 免疫学分析法

免疫学分析法的检测原理是基于医学中的血清学检测方法，利用抗原与抗体的高度专一性特异反应来进行检测。抗原抗体的反应是一种非共价键特异性吸附反应，即通常情况下，抗原只和它自己诱导产生的抗体发生反应。在实际工作中应用最多的有两种方法，一种叫酶联免疫法（ELISA），它是将酶标记在抗体Ⅱ抗原分子上，形成酶标抗体Ⅱ酶标抗原，也称为酶结合物，将抗体抗原反应信号放大，提高检测灵敏度，之后该酶结合物的酶作用于能呈现出颜色的底物，通过仪器或肉眼进行辨别。另一种方法是试纸条法，它是将特异的抗体交联到试纸条上和有颜色的物质上，当纸上抗体和特异抗原结合后，再和带有颜色的特异抗原进行反应时，就形成了带有颜色的三明治结构，并且固定在试纸条上，如没有抗原，则没有颜色。免疫学分析法常用于检测有害微生物、农药残留、兽药残留及转基因食品，它的优点是特异性和灵敏度都比较高，对于现场初筛有较好应用前景。不足是由于抗原抗体的反应专一性，针对每种待测物都要建立专门的检测试剂和方法，为此类方法的普及带来难度，如果食品在加工过程中抗原被破坏，则检测结果的准确性将受到影响。目前，国外已经有相当成熟的利用免疫学分析法的商业化试纸条。

层析胶体金试纸条ROSA系列，试纸条上有一条保证试纸条功能正常的控制线和一条或几条显示结果的测试线。ROSA系列包括能够检测牛乳中的磺胺二甲基嘧啶、β-内酰胺、四环素、喹诺酮等抗生素残留的试纸条，还包括能检测牛乳和谷物食品中黄曲霉毒素的试纸条。检测时，将牛乳样品滴加至试纸条上，将试纸条放入小型ROSA恒温培养器，8min后取出试纸条，若是定性实验，则直接观察控制线与测试线颜色深浅，根据不同试纸条说明得到定性结果。若是定量检测，则可将试纸条插入便携ROSA读数计，立刻就能显示结果。

5. 生物传感器技术

生物传感器是由生物感应元件和与之紧密连接或组合的传感器所组成。传感器能将生物学事件转变成可以被后续处理的响应信号。生物传感器具有选择性好、响应快、样品需要量少、可微型化的优点。不足之处是一些识别元件的长期稳定性、可靠性、一致性方面存在问题。目前多数处于研制阶段，离批量生产尚有距离。可以说生物传感器技术非常有发展前景，但一直以来的发展很曲折，其中主要原因是过去在食品工业中对生物传感器技术缺乏了解，而生物传感器技术的研究人员又对食品分析的要求和条件缺乏认识。

6. PCR技术

PCR（Polymerase Chain Reaction），即聚合酶链式反应，是由凯利·穆利斯（Kary Mullis）等人首创的一项体外快速扩增DNA的方法，它可使极微量的某一特定序列的DNA片段在数小时内特异性扩增至百万倍以上。生命的本质是 DNA，PCR技术可以将微量的DNA快速扩增。因此PCR技术可以应用于微生物鉴定、肉制品掺假和转基因成分鉴定等领域。传统的细菌培养、血清学及生化鉴定等微生物鉴定方法，其检测周期长、操作繁琐、灵敏度低，而且每次只能检测出一种致病菌。面对日益增加的食品病原菌多重混合污染，目前的实验室检测方法明显滞后。因此，建立快速敏感和特异的分子生物学检测方法，对于尽快明确致病因素和采取有效的预防和治疗措施都是非常必要的。多重PCR技术可以在一个反应管中同时检测多个病原微生物，具有高效、低成本、速度快等优点。针对肉制品掺假的问题，外国专家建立了多重PCR技术，将7种引物按适当比例混合成一种引物，可通过一次PCR技术同时特异扩增牛肉、猪肉、山羊、绵羊、鸡肉和马肉6种肉的DNA片段。不同长度的DNA片段代表一种动物源性成分，因此可以根据这些DNA片段检定肉制品的动物源性成分，此方法对鉴定肉制食品动物源性成分具有重大意义。

7. 生物芯片检测法

所谓生物芯片技术是相对于计算机芯片而言，计算机芯片处理电子信息，而生物芯片则处理生物分子所携带的信息。生物芯片法的优点是自动化程度高，能够实现同时检测多种目标分子的目的，而且检测效率高，检测周期短。目前按照检测对象分类，可以分为基因芯片、蛋白芯片等。按照制备技术标准又可分为点阵型芯片与实验室芯片。基因芯片是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针，有规律地排列固定于支持物上形成的DNA 分子阵列。其工作原理是根据碱基配对的原理来检测样品的基因，也就是利用已知序列的核酸对未知序列的核酸序列进行杂交检测。DNA探针技术属于点阵型基因芯片，它是在玻璃或塑料硅基片上制备已知碱基对序列的单链DNA分子。DNA 探针技术目前已经应用于食品中致病菌检验及转基因食品检测。实验室基因芯片是通过像制作集成电路那样的微缩技术，将样品制备、定性、定量分析等过程集于芯片上，使分析过程微型化、连续化，可以使生物学分析速度大大加快。

8. 其他速测方法

（1）生物学发光检测法 生物学发光检测法，利用细菌细胞裂解时会释放出ATP，ATP自细菌细胞释放出来后，使用荧光虫素和荧光虫素酶可使之释放出能量，这些能量产生磷光，光的强度就代表ATP的量，从而推断出菌落总数。

（2）物理性质检测法 王林等发明的便携式甲醇含量速测仪外表类似于折光仪，由镜筒、检测棱镜、盖板、取光筒、视度调节圈、目镜及含量刻度划分板组成。它的检测原理是随着水中乙醇浓度的增加，其折光率也有规律地上升，当甲醇存在时，折光率会随着甲醇浓度的增加而降低。检测时，只要将待测液涂抹于检测棱镜上，通过目镜即可直接读取甲醇含量。当酒中甲醇浓度超过1%时此设备即可适用。

（四）发展趋势

完善的食品安全保障体系应体现为：体系的完备，法律和法规及标准的健全，机构、人员和装备的完善，检验检测技术和仪器设备的先进，监控和检测的及时和有力。其中技术支撑是科学仪器和测试技术。目前我国速测技术的原理和仪器很多，但非常成熟和突出的不多，我国已产业化，成熟仪器更少。未来的研究方向可致力于以下几方面。

1. 免疫分析方法与仪器

免疫分析方法具有高特异性、准确性、快速等优点，能检测农药和兽药残留，检测致病菌、毒素以及转基因检测，检测仪器主要是酶联免疫仪，我国已有多家生产，该方法国内尚未能得到广泛使用的原因是仪器功能单一且进口试剂盒太贵，而国内缺乏完善的试剂盒。今后宜深入研究ELISA 方法的各种影响因素，并向重组抗原、多项目标物、酶的定向改造和体外分子进化以及自动化酶联免疫技术方向发展。

2. 生物传感器以及分子印迹技术等新的速测技术

生物传感器功能多样化、微型化、智能化、集成化、低成本、高灵敏性、高识别性和实用性特点，引起国内外高度重视。种类很多、发展最快，已广泛应用的是SPR生物传感器，灵敏、快速、无需标记、便捷，实时。它与其他新技术强强结合将会推出一批新型的食品安全快速筛查、检测的仪器及相关方法。

3. 生物芯片及微缩芯片实验室

具有高通量、高灵敏度和快速等特性，国际上对其应用于食品安全、疾病诊断等方面予以极大关注。我国国家生物芯片中心等单位已开发并生产食源性致病菌检测、食源性病毒检测和兽药残留检测的生物芯片技术平台（仪器和试剂盒），将进一步面向现场、速测，并向微缩芯片实验室方向发展。

4. 特种电化学传感器

电化学传感器具有小巧、灵敏、多样化、低成本等优点，利用特种电化学传感器构建食品安全快速检测仪，国内外也都很重视，例如：将纳米技术和电化学技术有机结合，构建快速检测食品中有毒有害重金属的仪器；运用新型纳米过氧化物传感器和纳米金属/氧化物传感器，构成快速检测细菌总数和大肠杆菌的快速检测仪。这三种速测仪已列入国家科技支撑项目，且已出样机。

随着科学技术的发展，食品安全的快速检测方法在食品卫生检验方面起着越来越重要的作用。从长远的发展来看，免疫学、分子生物学、自动化和计算机技术的发展对建立更敏感快捷的食品安全检测方法起到了积极促进作用，建立食品安全快速检测方法，对食品生产、运输、销售过程中质量的监控具有十分重要的意义。这些速测技术的推广应用，不仅是对传统的食品安全检测技术的改进和提高，也使我们的食品质量安全有了进一步的保证，从而推动食品工业更加健康、快速地向前发展，改善人类的生活质量，满足人民提高身体健康水平的需要。

任务拓展

拓展一 重庆大学研发新型便携式细菌荧光检测芯片，可快速检测细菌多少。

拓展二 DB11/T 1467—2017《农产品质量安全快速检测实验室基本要求》（节选）。

复习思考题

1. 食品安全快速检测技术的定义是什么？

2. 食品安全快速检测一般流程或者步骤是什么？

3. 食品安全快速检测设备需在哪些方面进行改进？

4. 查找文献，列举1种新的食品安全快速检测技术在食品安全方面的应用？