食品"缉毒"技术综述

2018-06-05 10:05:59

食品、农产品安全已经成为中国最为关注的焦点话题，农药残留超标、微生物及毒素污染、重金属污染、非法食品添加剂等等，都在严重挑战着中国的食品安全检测。此外，作为食品、农产品出口贸易大国，我国频繁遭遇贸易性技术壁垒，屡屡造成巨大的经济损失。本文从检测技术的角度对我国相对薄弱的样品制备、农残多残留检测、快速检测技术等方面进行了整理，与读者共享。

中国的食品安全检测水平比较落后，要短时间内提高检测水平，需要各方的努力，作为媒体我们也将通过信息传播平台，增进业内的交流，提高行业水平。

农药残留检测

目前世界各国对食品农产品中农药兽药等农用化学品残留限量等卫生指标提出了愈来愈严格的要求，要求检测控制的农兽药种类越来越多，最大允许残留量越来越低，严重制约了我国农产品食品的出口，我国农兽药残留检测技术研究面临巨大的挑战。

要实现超痕量农药残留多组分高通量的检测，必须彻底解决三个方面的技术难题：第一，采用什么样的萃取技术，能把亿分之几的多类化学残留物从基质千差万别的农产品中完全提取出来。第二，采用什么分离技术和富集技术把共萃取的大量干扰物分离出去，使目标化合物得到富集。第三，采用什么检测技术能够实现高灵敏度、高分辨率、高选择性高通量检测数百种农药残留,并能准确的定量分析，使方法各项技术指标达到或超过世界发达国家所规定的限量要求。

从农药残留检测技术来看，这几年有很大变化，主要表现在以下几个方面：检测范围由单个农药检测向多种农药检测发展，检测仪器从以GC检测为主转向以GC/MS特别是HPLC/MSn为主，检测方法特别是纯化方法有巨大变化，检测中试剂消耗上有明显减少。

从国际形势发展来看，多残留检测是一个趋势。多残留检测方法的特点是前处理简单、低成本、高灵敏度、高选择性、高效率、提供分子结构信息。目前世界各国的化学农药品种1400多个，普遍使用的有100多种杀虫剂、50多种除草剂、50多种杀菌剂、20多种杀线虫剂和30多种其他化合物。从检测范围来看，目前有机磷农药还是占有很大的比例。叶类菜抽检中频率较高的有甲胺磷、敌敌畏、乐果、杀螟硫磷、甲基对硫磷和毒死蜱等，茶叶抽检中频率较高的有氰戊菊酯、联苯菊酯、吡虫磷、啶虫咪、甲氰菊酯、八氯二丙醚、三氯杀螨醇等，果品抽检中频率较高的有乐果、氧化乐果、三氯杀螨醇、杀螟硫磷、多菌灵、甲基托布净、克螨特等。

农药的多残留检测方法

多残留检测方法，1963年有了Mills法，到2003年有了QuEChERS法。这两个方法原理是一样的，但是后者简化了，在检测中的试剂消耗减少了，过去用大柱，现在用小柱，速度快了，溶剂量减少了。这是一个典型的方法转变的实例。

目前国际普遍采用的农残检测方法有美国检测方法和德国的DFG-S19方法。美国的方法是LUKE方法(经典方法)和CDFA方法(快速法)。CDFA农药残留检测方法是，样品经粉碎后用乙腈萃取，将脱水、过滤后的有机相取3份分别蒸干。第1份直接进样，经DB-1和DB-17气相色谱柱分离，由FPD(火焰光度检测器)检测;第2份经硅酸镁固相萃取洗脱收集和DB-1及DB-17分离，由ECD(电子俘获检测器)检测;第3份经氨基固相萃取洗脱收集，由C-18液相柱分离，荧光检测器检测。此法可对有机磷、有机氯和氨基甲酸酯类的农药残留进行一次性前处理分析，具有分析时间短、预处理较简单、灵敏度高等优点。目前很多国家都在采用。

德国的DFG-S19方法是，样品经粉碎后用乙酸乙酯/环乙烷萃取，将过滤、脱水后的有机相蒸发至1ml左右，经凝胶色谱柱(GPC)分离，接收馏分后，再蒸干用甲苯溶解，在硅胶柱中分级洗脱收集，将各馏分部分在两个GC系统中，使用两根柱分离，以及两个检测器检测;对出峰组分用GC-MS进一步定性测定。本法可对400种以上的农药和代谢产物的残留进行一次性前处理分析。

多残留检测仪器

近年来，食品中农药残留的检测中，质谱仪的发展非常快，主要有GC-MS、GC-MS/MS、GC-MSn、LC-MS/MS、GC(LC)-TOF等。

目前，农药残留分析中面临的分析挑战是需要最大限度地增加农药种类、尽量减少分析方法的变化、缩短运行时间、获得相当于或低于欧盟设定的农药最大残留限量(MRL)水平的检出限(LOD)。鉴于欧盟法律规定的农药残留都有非常低的MRL值，目前面临的最新挑战是对复杂基质中数百种农药都要实现ppb浓度水平的检测。因此，就需要更灵敏和更高效的农药筛查手段。由于基质的多样化，导致痕量化合物的定量和鉴定更加复杂，经常出现定性离子超出检测范围或目标离子淹没在高化学基线噪音中的情况。在单四极杆质谱中，经常采用选择离子检测模式(SIM)来改善检测限及定量的重现性。但是对于基质中痕量物质的分析，SIM 模式下和全扫描模式下有相同的杂质干扰，此时，SIM 模式就不适用了。

而LC-MS/MS、GC-MS/MS系统结合MRM模式，可实现同时对多种农药残留的定性定量分析。另外，通过与在线样品处理系统的结合，简化进样前的样品处理过程，对于大量的样品制备费时又费钱的分析工作来说，是一个重要的分析优势。

样品前处理方法进展

我国现在已经引进GC/MS、HPLC/MSn等先进检测设备，仪器设备水平和国外相比差异不大，差距是在样品的收集、提取、纯化等前处理上。而怎样在现有仪器水平的基础上提高前处理的水平是提高检测水平的关键。而样品前处理也是目前食品分析较复杂和最薄弱的环节。

固相萃取SPE

SPE技术在很大程度上取代了传统的液-液萃取法，具有节省溶剂、加快纯化速度的特点。近年来SPE技术发展很快，在以下几方面取得了新的进展。

1.多相萃取技术(Mixed-Phase Extraction)。由于在农药残留分析的样品前处理中的基质和干扰化合物复杂，采用单一种类的SPE吸附剂有时难以有效去除，而多相萃取根据样品中目标组分的不同性质，采用两根或更多的柱串连，如有机化合物留在第一根柱上，无机阳离子通过第一柱，但留在第二根柱上，从而使两类化合物获得了分离。分层吸附剂技术是比如上层填料为氨基吸附剂，下层是C18填料，该柱可以用来分离腐殖质中的农药。在分散性SPE材料的应用方面，比如氨基和PSA能去除脂肪酸，PSA比氨基具有广泛性。石墨碳黑(GCB)用来去除色素、类胡萝卜素、固醇和平面结构的基质干扰物，但去脂肪酸作用不大。GCB用量要适度，会吸附一些农残标样，特别是一些平面结构的农药，如六氯苯实验中发现六氯苯由于石墨碳黑的吸附，回收率会降低30%以上。C18对除去干扰基质的能力要差于氨基或PSA，所以不同的柱子有不同的特性，如果组合得好可以解决很多问题。由于农药品种众多，性质差异较大，残留分析中SPE吸附剂种类也较多。

2.限制通行基质(RAM)

RAM用于分析药物和农药中的杂质和代谢物，最大的优点是可以直接进样。现在用得最普遍的是Dual-mode packings吸附剂。这个吸附剂外层是亲水的吸附剂层，内层是疏水的吸附层，有机化合物留在内层。RAM-SPE用于分析人血或其他蛋白质含量高的样品。RAM的吸附剂包括一个外层的diol层和一个C4疏水性内层。先在RAM 柱上去除蛋白质和亲水性化合物，再通过一个转换装置通过一个C18柱来分离代谢物。

3.分子印迹聚合物(Molecular imprinted polymers，MIP)。MIP是2001年以后发展起来的一项新技术。这是一种高稳定性的具有识别功能的聚合物。其原理是一个“锁和钥匙”的概念，也就是一个聚合物表面上的选择性受体或一个空位和用以制备MIP的模板分析物相匹配。从MIP上去除模板非常重要。最好的方法是选择的模板和要分析的目标物相似。目前生产MIP的公司主要有英国Affinity Chromatography Ltd、美国Aspira Biosystems Inc、德国Ellipsa AG和Instruction AG、瑞典MIP Technologies公司。MIP应用范围包括生物样品中的药物分析、环境中农药分析、食品中的农药分析以及利用手性MIP的合成来分离手性化合物的对映体。

4.免疫亲和SPE(IAE-SPE)。IAE-SPE的选择性更强，主要是根据生物学抗体-抗原反应的原理。IAE-SPE 柱2006年已在美国生产，用于分析食品中的黄曲霉素、维生素B12。此外，专用于测定各种雌激素和环境中的有机磷农药、有机氯农药的IAE-SPE产品也已有生产。

5.基质固相分散提取技术(Matrix Solid-Phase Dispersion，MSPD)。MSPD现在用的比较多的是把固相样品如蔬菜磨成粉，和SPE填料一起磨，装柱后用溶剂淋洗下来。1989年最先由Barker SA发展，用于固相、半固相、液相动物、植物样品的提取和纯化。优点是提取时间短，吸附剂、溶剂用量少，成本低，提取、纯化同时完成。因为把固体样品和SPE填料一起研磨，一起淋洗，这样一方面是转化的过程，一方面是提取的过程。MSPD本世纪以来用的很多。常用的吸附剂很多，C8、C18、GCB(石墨碳)、硅胶+硫酸、中性氧化铝、酸性氧化铝、Florisil、惰性的海沙都适用于MSPD。

GPC净化样品

GPC是利用样品中各组分分子量大小不同而加以分离，从而实现样品净化的前处理技术。GPC分离的样品范围较广，且分离效果基本不受样品分子的其他性质影响，适应各种样品基体。目前商品化的 GPC 系统都可以实现自动化，操作非常简单，只要用户设定程序后仪器就能自动运行，提高样品分析的效率。

GPC的不足之处在于分离不完全，GPC净化方法能把农药等从各种复杂基质中分离出来，其分离效果取决于分子的大小、形状以及凝胶阻滞作用的差异，因此对于分子尺寸相同的混合物来说分离效果比较差。另外，由于小分子干扰物可能会被夹带洗脱到农药中，而较大分子的农药可能会随着油脂等干扰物先流出，影响回收率。因此，在实际使用中要结合其它前处理方法来实现对复杂样品的富集净化。

溶剂消耗大，由于GPC柱内径较大，连续处理样品的能力相对较慢，造成溶剂耗费量也较大，而且由于收集体积大使得实验室现有的普通浓缩技术成为制约整个分析速度的瓶颈。为解决这些不足，目前商品化的全自动GPC 净化仪都朝着净化柱内径小、载荷量大以及小体积进样的方向发展，减少溶剂的消耗量。此外，新一代在线浓缩GPC系统的研制，使得浓缩过程能与GPC同步，且浓缩速度快。此系统能够自动完成溶剂转换，用户可以自由设定终点体积，满足定量浓缩后直接上色谱分析的要求，大大提高 GPC净化的分离效率。

食品安全的快速检测

我国农产品、食品生产企业多、规模小、分散，人口众多，消费人群和渠道多，食品问题多发，这就需要快速、现场检测，单靠实验室检测方法和仪器难于及时、全面、快速地从源头监控食品安全状况，而快速筛选检测技术则具有很大的潜力。

近红外光谱

20世纪80年代中期，随着计算机技术的发展和化学计量学的应用以及近红外光谱仪制造技术的日益完善，近红外光谱分析测量信号实现数字化，大大促进了近红外光谱技术的快速发展。近红外光谱技术用于食品品质分析，具有无需复杂的样品前处理，分析过程无需化学试剂，分析速度快(一次可以分析多个指标)等特点，因而日益成为重要的食品质量安全快速筛查手段。

拉曼光谱

拉曼光谱法作为一种快速、无损、安全的检测技术，具有准确、快速、重现性好、样品前处理简单、紧凑便携、适用广泛等特点，目前已经在有害非法添加物、超量超范围使用添加剂(如食品中的合成色素等)、果蔬中农药残留、掺假等检测中发挥着积极的作用。

ELISA技术

酶联免疫吸附法(简称ELISA)始于20世纪70年代，是一种把抗原和抗体的特异性免疫反应和酶的高效催化作用有机结合起来的检测技术。随着单克隆抗体技术的发展应用及免疫试剂盒的商业化，ELISA已广泛应用于食品分析检测中。采用这种方法，可快速检测半抗原，方法简便，灵敏度高。

基因芯片技术

基因芯片技术是分子生物学技术与芯片技术相结合产生的一项高新技术。基因芯片制备及检测流程，是利用原位合成法或将已合成好的一系列寡核甘酸以预先设定的排列方式固定在固相支持介质表面，形成高密度的寡核甘酸的阵列，样品与探针杂交后，由特殊的装置检出信号，并由计算机进行分析得到结果，其在转基因食品及食品中微生物的检测有广泛的运用。

美国法警查扣中国进口蜂蜜产品

2010年6月12日，宾夕法尼亚州费城食品药品管理局工作人员及法警扣留了一家仓库中存放的64桶中国进口蜂蜜，据说相关货值超过32?000美元。这批蜂蜜属于芝加哥阿尔弗莱德公司所有。该公司从加州进口商斯维特公司购买，货物来自中国成都外源蜂产品公司。该批蜂蜜中含有会引起人体严重疾病甚至导致死亡的氯霉素抗生素。

我国是蜂蜜出口大国，却不是蜂蜜出口强国。尽管我国蜂蜜生产具有较强成本优势，但出口工作不畅，其中重要原因就是关税壁垒以及技术性壁垒。其中，出口蜂蜜产品中化学残留超标是出口工作头疼的问题。

2002年，美国检疫机构称从中国输向美国的蜂蜜中检出氯霉素残留超标。为此，FDA将中国蜂蜜氯霉素残留限量从5.01μg/kg降低为0.3μg/kg，同时，美国出台有关政策，对中国蜂蜜加强氯霉素检测。如果来源于中国某一地区的产品多次被检出残留超标，则会将该地区生产加工此产品的所有企业均列入自动扣留名单。

第三方食品检测

SGS在武汉成立第三方食品实验室

SGS通标公司设在中部的首家第三方食品实验室正式在武汉成立并投入运行。据了解，作为全球领先的检验、鉴定、测试和认证服务公司，SGS通标公司武汉实验室的成立，也是继SGS在中西部地区设立矿产、金属材料、化学等7个实验室后，进一步推动了中国中西部战略部署。

据悉，SGS武汉食品实验室能够准确地进行包括各类食品及其添加剂、饲料及其添加剂、食品包装材料、部分农产品和化工产品等在内的常规理化和微生物测试。