食品安全快速筛查、在线质控和现场速测技术与设备展望

对于食品安全快速筛查、在线质控和现场速测的仪器设备，国内多数业内人士的认识都存在一定的误区，即将在线质控技术归于快速检测技术，或对在线质控技术与设备没有足够认识。实际上依据食品安全检测技术与设备应用场合的不同，可分为食品安全快速筛查、在线质控和现场速测技术与设备。

快速筛查仪器设备，如色谱质谱联用仪在发达国家颇受重视，主要用于进出口检验领域。为了达到更高的通量，发达国家通过加大研发投入，不断提升色谱质谱联用仪的灵敏度、速度，降低检测限，如一次可以检测数百种残留物及其代谢物的多残留分析技术与仪器在国外已经成为主流。此外，一天可以检测数千份样品的生物芯片系统以及以SPR为代表的生物传感器系统等更被视为未来快速筛查仪器的发展方向。

在线质控技术与设备主要用于规模化的食品生产现场，在发达国家，由于食品生产规模化程度高，对生产现场质量控制技术与仪器有着很大的需求，所以在线质控技术与设备在发达国家非常受重视。而实际上，不管是快速筛查设备还是在线质控设备，都是由之前描述的诸多通用仪器派生或衍生而来。

除此以外，就是大家所熟悉的现场快速检测仪器，在发达国家，由于食品企业自律意识强，法律执行力度大，目前对此关注程度较低。我国则不同，由于农产品、食品的生产和供给渠道多、数量大、规模小、分散、复杂，人口与消费人群众多且法治和自律意识较弱.因而导致安全问题多发。除了环保和生产条件等因素外，大多源于农药、兽药和添加剂等的违用、滥用。

由于样品前处理耗时，检测仪器昂贵、复杂、通量低，并且单靠一系列国标和行标确定的实验室检测技术，难以及时、快速从源头监控食品安全状况，所以快速检测技术在我国有着特殊的意义。目前的快速检测技术及仪器有很多种，但是成熟的并不多，在我国已实现产业化的则更少。目前有较好市场前景的快速检测技术与仪器主要有以下八大类。

免疫分析方法与仪器

免疫分析方法包括放射免疫、酶联免疫、荧光免疫、化学发光免疫和胶体金标免疫等。其中酶联免疫检测技术（ELISA)曾被AOAC（美国官方分析化学师协会）列为残留检测三大支柱技术之一，具有高特异性、准确性、简便、快速等特点，可用于检测农药、兽药残留，致病菌，病毒，毒素以及转基因产品。美国EPA（美国环保局）颁布了12项筛查与农业环保相关的土壤和水中的氯丹、五氯酚、多环芳烃、聚氯双酚、汞、阿特拉津、毒杀芬等方法均使用ELISA。目前我国已有多家酶联免疫仪生产厂家，但是仪器功能单一，并且国产试剂盒品种少，进口试剂盒价格昂贵，因而酶联免疫仪在食品安全和环境检测中尚未得到广泛使用。今后，应深入研究ELISA方法的各种影响因素，标准化、系列化生产各种试剂盒，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。

生物传感器

生物传感器种类繁多，但是都具有微型、智能、集成、成本低、灵敏度高、识别能力高、实用性强等特点。目前发达国家已经广泛应用的SPR生物传感器，具有快速便捷、灵敏度高、无需标记、实时等特点。将其与其他新技术强强结合后推出了一批新型的快速筛查、检测仪器，最为典型的检测仪器以Biacore、美国TI以及Bio-RAD（分子相互作用仪）为代表。Biacore将SPR检测系统、生物传感芯片、微流控系统等组合为一体，配以多种试剂盒，可用于兽药残留、致病菌、毒素等的快速筛查和检测（日本将其用于二恶英的筛查）。在中国，中科院电子所已开发出三种SPR仪，河南农业大学也研发出用于兽药残留等检测的SPR仪。总之，SPR将向着高通量、高灵敏、微小型、便捷的方向发展。

随着人们对微生物的了解越来越深，微生物传感器的研究和开发也受到更多的重视，其中以基于对毒性物质高灵敏度的发光反应原理的研究为代表。例如,欧美国家就非常重视发光菌的研究和应用，利用费希尔弧发光菌检测杀虫剂、除草剂、灭菌剂、黄曲霉、重金属、氰化物、毒素、硝基化合物、溴代物等；采用ATP检测技术，即利用三磷酸腺苷与荧光素酶的发光反应检测微生物和有机物污染程度；利用铁氧化菌的活力与污染的灵敏关系检测有害物质。

此外，纳米技术的应用使新型生物传感器的出现成为可能。据报道，美国采用纳米技术开发出了新型生物传感器，可快速检测食品和水中极微量的细菌、病毒、寄生虫、病原体等，并且灵敏度极高。

生物芯片、微缩芯片实验室和便携式微流控芯片系统

此类技术具有高通量、高灵敏度和快速等特点，因而国际上对其在食品安全、疾病诊断等方面的应用给予了极大关注。我国国家生物芯片中心已开发出用于食源性致病菌、食源性病毒和兽药残留等检测的生物芯片技术平台（仪器和试剂盒），并将进一步向现场速测以及微缩芯片实验室方向发展；中国检验检疫科学研究院现已运用微流控、生物芯片、膜富集等技术，开发出便携式微流体芯片系统，配合相应试剂盒可快速检测兽药残留、病毒等。

特种电化学传感器

电化学传感器具有小巧、灵敏、多样化、成本低等优点，利用特种电化学传感器构建食品安全快速检测仪，在国内外已经受到广泛关注。例如华东师范大学、长春应用化学研究所等将纳米技术和电化学技术有机结合，构建了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，构建了快速检测细菌总数和大肠杆菌的快速检测仪。

激光拉曼光谱、深紫外光谱及近红外光谱分析技术与仪器

据报道，美国运用激光拉曼光谱推出号称“皇冠克星”检测技术。中国检科院运用国产化的高性能小型激光器和稳频技术，开发出高灵敏度的便携式激光拉曼光谱仪，可用于三聚氰胺的快速筛查，不仅灵敏度高，而且可进行半定量检测；赛默飞世尔推出一款新的拉曼光谱仪，可直接穿透玻璃和塑料包装，具有高重现性和高特征性；目前以我国许祖彦院士首创的全固态深紫外线激光器（能量分辨率可提高5-10倍，光子流密度提高3-5分量级）为基础的高强度激光拉曼光谱仪已在研发中；王占国院士正在研究的深紫外光致发光光谱仪以及佟振合院士正在研发的深紫外光化学反应仪，这些都有可能催生出一批快速、灵敏的仪器安全速测仪。此外，还有运用近红外光谱分析技术中的聚类分析和模型识别等技术，对品牌产品的真伪进行快速鉴别。

离子迁移质谱仪和小型化飞行时间质谱仪

  目前，食品安全检测的国际和国内标准方法多是采用气相和液相色谱与各种质谱（MS）的联用，但是要实现小型、便携和快速的现场检测，通常的色谱仪和质谱仪都存在困难，而后者比前者更为困难。

为应对航天、国防、环境、食品等方面的突发事件及恐怖袭击事件，国外最早致力于离子阱质谱的小型化，之后转向研究小型化的TOF-MS和IMS，并已经取得了一定的进展。IMS依据样品中不同分子、离子大气压下在漂移管中的特征迁移时间进行快速检测,检测限可达微秒级。IMS不需真空系统，装置很小，造价不高，而灵敏度极高，可达到皮克（pg）级，采用最新检测器可达飞克（fg）级，可区分异构体。中国虽然一直得不到国外有关IMS技术的支持，但是近年来在这方面已经取得了突破，中科院化物所、地化所、光机所等在这方面已经取得一系列成果，并具有自己的特色，作为检验检测行业的热门技术，IMS在生物医学和食品安全快速筛检领域有着巨大潜力。小型化TOF-MS分析速度快，可达微秒级，结构较简单，分辨率约为600，质量数为500，可用于环境检测，但与食品安全检测要求还有距离；不过，在保留采用真空紫外光单光子电离和膜富集的基础上，其在食品安全领域的拓展应用已指日可待。

基于经典的分子光谱法的速测仪器 

分子光谱法是最经典的技术，几乎可用于所有检测任务，但是只能进行粗测，难于承担痕量分析的任务。近几年吉林大学和华厦科创等以分析化学为基础，有针对性的整合和优化不同检测目标的多种试剂盒，并采用集束式冷光源/单色器等新技术，推出了高精度、高稳定性、模块化的便携式仪器。此外，配合样品快速提取和富集技术，构成了可以快速检测与食品安全密切相关的40多种参数（如硝酸盐、亚硝酸盐、甲醛、吊白块、味素、人造色素、无机砷、金属铅、劣质奶、“地沟油”、“泔水油”等）的多参数食品安全速测仪。这些仪器非常符合我国国情，在食品安全快速筛检中占据一席之地。

酶的抑制法与仪器

酶的抑制法在1951年由美国提出，1968年由加拿大做了改进。我国于20世纪80年代开始研发，近几年，已有十几种商品化仪器推出，并得到推广。但是鉴于该方法只能检测有机磷和氨基甲酸酯两类农药，且对同类、不同种农药的抑制率差别很大，所以用统一的抑制率确定农药残留是否超标，必然会导致假阳性或假阴性的漏检，所以酶的抑制法是目前“不得已而采用的速测法”。该方法仅适用于基层初检，在发现超标现象时，必须用标准方法进行复测、确证，这在《农产品质量安全法》第36条第二款中有明确的规定。对于阴性结果，也应按比例进行抽样，采用可靠的方法进行复测和确证。

食品安全快速筛查、在线质控和现场速测技术与设备是许多成熟的技术、设备和新方法与设备的整合、衍生和嫁接。今后还将有更多的新技术及更新的机理、技术、工艺、材料不断涌现并在实践中得以运用。例如，纳米材料在一系列速测仪的传感器、检测器中的应用，将极大的提高其灵敏度、稳定性；以分子印迹聚合物为核心的分子印迹技术具有高预定性、高识别性、高选择性以及高稳定性，不仅成为很好的分离富集手段，如被嫁接到其他速测技术与设备中，还可大大改进现有的技术与设备，将高灵敏度的化学发光法与高选择性的免疫分析法进行更深层次的结合，也有可能推出应用于食品安全速测的简便、高精度的化学发光免疫分析方法和仪器。总之，日新月异的技术发展将会使食品安全快速筛查和检测仪器不断得到推出、改进、翻新，并使其更符合实际检测工作的需要。