食品中农兽药残留快速检测技术研究进展
李小红++李卓++张亚锋
食品是人类生存的必需品，食品安全关系着人类身体的基本安全。在市场经济的背景下，许多商家为达到利益最大化，不惜采取一些违规违法的手段来降低成本。众多问题食品安全之一的农兽药不规范使用成为重灾区。根据全国食品样品监督抽检通告显示2017年第二季度食品中农兽药残留指标不合格问题占不合格总数的22.0%，比一季度高7.0个百分点，其趋势并不乐观。因此，为了加强食品安全监管，保证食品的质量安全，保护消费者的生命健康，研究快速、简单、高灵敏度、大批量检测食品的农兽药残留检测方法具有重要意义。
快速检测技术概述
食品安全快速检测技术是指在对食品进行检测时，一般实验室快速检测要求包括样品制备在内，能够在2小时以内出具检测结果；现场快速检测能在30分钟内出具检测结果。现有的实验室精密仪器分析方法准确度、灵敏度很高，稳定性好，但是检测成本高，对检测人员要有完整的系统的培训和经验要求，尤其对检测环境要求严苛，检测时间过长，无法满足大批量样品现场快速检测的需求。因此，快速檢测技术以其检测速度快、时间短、成本低、对检测人员要求低等特点，正逐渐成为食品安全检测中的主流技术。
常用快速检测技术
酶抑制法。酶抑制法是利用农药可特异性地抑制乙酰胆碱酯酶的活性，且抑制程度与农药浓度和颜色变化程度呈正相关关系，通过观察颜色变化或测定酶与某种特定化合物反应的物理化学信号的变化，即可判断是否存在农药残留。目前市场上已出现较为成熟的农残检测方法或设备，例如速测卡法（纸片法）、比色法（分光光度法）、胆碱酯酶生物传感器等。该方法操作简便，对人员专业要求低，30min即可出结果，适用于现场大批量样品的初步筛查；但其仅限于有机磷和氨基甲酸酯类农药，且酶活易受温度、pH、样本基质等因素的影响，易出现假阳性或假阴性现象。使用时应符合方法对样本的选择性要求。
免疫分析方法。
（1）酶联免疫吸附法（ELISA）。ELISA是基于抗原与抗体的特异反应，将待测物与酶连接，然后通过酶催化底物反应产生颜色，用于定量或半定量测定。ELISA是近年来发展最快的一种免疫分析方法，已成为农兽药残留检测中的首选方法。王乾龙等建立了豆芽中2，4-二氯苯氧乙酸残留的直接竞争酶联免疫吸附分析法，方法线性范围为（2～250）ng/mL（R2=0.997），检测限为0.63ng/mL；唐英等对ELISA使用中对结果影响的因素进行分析，实现自动化准确分析，提高了检测精度和稳定性。然而，ELISA对外界环境有一定的要求，不能很好地用于现场检测，仅适宜于实验室内快速检测。
（2）胶体金免疫层析法。胶体金免疫层析技术（简称GICA）是根据免疫反应原理、利用大孔径微孔滤膜为载体、以胶体金作为固相标记物来定性、半定量或定量检测样本中待测物质的快速分析技术，已广泛应用于农兽药残留检测。
近年来随着胶体金读数仪的发展，该技术已逐渐从定性判断转为半定量、定量检测，且可对数据进行存储，建立可记录、可传输、可分析汇总、可追溯的食品安全检测全程数据分析系统。例如，万宇平等研制出一种胶体金读数仪，由相机进行胶体金试纸条图像的采集，通过一系列的算法分析搜索出检测限位置并计算出灰度值，再通过胶体金试纸条的检测值-浓度特征曲线实现定性和定量，最后将检测结果通过GPRS无线网络实时发送到远程服务器，已成功应用于实际的监管领域和食品生产企业。
（3）免疫荧光法。免疫荧光技术是根据抗原抗体反应的原理，先将已知的抗原或抗体标记上荧光素，制成荧光抗体，再用这种荧光抗体（或抗原）作为探针检测组织或细胞内的相应抗原（或抗体）。在抗原抗体复合物上含有标记的荧光素，荧光素受外来激发光的照射而发生明亮的荧光（黄绿色或橘红色），可以看见荧光所在的组织细胞，从而确定抗原或抗体的性质、定位，以及利用定量技术测定含量。王旗等研制出一种快速检测牛奶中泰乐菌素残留的荧光微球免疫层析试纸条，可定性检测牛奶中的残留的泰乐菌素，检测时间低于25min，检测限为25μg/L，具有简便快速、特异性良好、样本无需前处理等特点，可用于基层奶站和现场快速筛选。
生物传感器技术。生物传感器是指利用酶、抗体或适配体等作为感受器表面的识别元件，将检测过程中产生的化学信号经信号转换器变换成可测量的物理信号，进而实现对待测成分检测的分析技术。蒋雪松等开发了一种用于农产品中的毒死蜱农药残留的快速检测的电化学免疫传感器，对毒死蜱的检测限为0.01μg/mL，回收率大于85%，检测时间小于1h，传感器经过再生处理后能重复使用，经济性较好。但生物传感器因其选择性有限、生物材料固定化易失活、重现性差等原因暂未得以广泛应用。
光谱检测法。
（1）表面增强拉曼光谱法。表面增强拉曼光谱法是拉曼光谱法的拓展，它与常规拉曼光谱相比，信号增加了百万倍，因此有效解决了拉曼光谱在表面科学和痕量分析中存在的低灵敏度问题，目前已在农兽药残留检测中有所应用。顾振华等运用基于表面增强拉曼光谱技术的便携式拉曼光谱仪对水产品养殖、运输过程水样中的孔雀石绿进行了检测，检测限为5.0μg/L，对每个样品的检测时间从制备到结果显示一般只需要3min；欧阳思怡等报道了表面增强拉曼光谱在农药残留分析中的研究进展，分析其优势和不足，并提出表面增强拉曼光谱在农药残留中的发展方向。
（2）红外光谱法。红外光谱法是基于每种分子都有其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定的分析方法。红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定，已有几种汇集成册的标准红外光谱集出版，可将这些图谱贮存在计算机中，用以对比和检索，进行分析鉴定；也可利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。莫欣欣等建立了近红外光谱技术结合化学计量学方法对菜籽油中多效唑残留进行定性检测方法。
（3）荧光光谱法。荧光光谱法是利用某些物質对紫外光或可见光照射后所产生的能够反映该物质特性的荧光，对其进行分析的方法。荧光分析是一种高灵敏度的分析方法，通常情况下要比分光光度计的灵敏度高出2-3个数量级。张彦青等建立了荧光光谱法测定食物中的苋菜红色素含量的方法，检出限为 0.031mg/L，测得样品的回收率为92.13%～105.61%。荧光法具有灵敏度高、选择性强、信息量丰富、方法简便、高效精确等诸多优点，但其前提条件是物质的分子必须有强的紫外或可见光吸收结构，而当前市场上所用农药几乎不具备这种条件，因此在实验时需要在待检农药溶液中加入某种荧光试剂才能产生荧光，但相应的实验干扰因素也会增多，都能影响荧光的测定，使得研究难度增大
快速检测技术发展趋势
近年来，快速检测技术在食品安全检测领域中的地位逐步提高，我国现有的标准体系已将ELISA方法、酶抑制法等快速检测技术纳入国家标准、行业标准，而2017年，国家食品药品监督管理总局发布的《食品快速检测方法评价技术规范》，对快速检测方法的规范化起到里程碑式的意思。
（1）前处理简便化：实现更简便的前处理操作和更短的时间在快速检测中是紧迫的事情，未来前处理将主要朝着简单、快速、高效、自动化、模式化、样品使用量少、废弃物无污染的方向发展。
（2）配套仪器便携化：一般实验室检测方法配套的仪器笨重，且有严格的放置要求，快速检测技术对设备的要求是尽可能得便捷化、轻量化，以实现现场检测、野外检测。
（3）检测结果半定量化：现有的快速检测技术多为定性判断，但经过几年的发展，一些技术已逐步成熟，同时配套的数据采集设备也不断地更新升级，未来的快速检测技术实现现场半定量、甚至定量检测都将成为可能。
（4）与物联网技术联用：一物一码技术，即一个物品一个代码，是一种先进的溯源系统，根据代码可以查询食品的来源的运输流转过程，以及该食品的安全质量情况，该技术尽量发展迅猛。将快速检测技术与物联网技术联用，可以有效地采集食品、环境信息，既可以对食品进行控制，也可以对食品的来源甚至包括其流通环节进行监视。
展望
目前，能进行食品中农兽药残留的快速检测技术主要有酶抑制法、免疫分析法、生物传感器、光谱检测法等，每种方法各有优点，在实际应用中应根据需要选择。快速检测技术与大型仪器分析技术相比，检测时间短、成本低，不需要专业的人员，易于操作，但是由于缺乏统一的标准，市场上的快速检测产品质量不一，有关权威部门应尽早制定标准化的食品安全快速检测产品复核性验证规程，对快速检测产品进行确认认可，有利于规范快速检测产品的市场，更好地为食品安全监管服务。
基金项目：陕西省科技统筹创新工程计划项目2014FWPT-01-02（A）
食品是人类生存的必需品，食品安全关系着人类身体的基本安全。在市场经济的背景下，许多商家为达到利益最大化，不惜采取一些违规违法的手段来降低成本。众多问题食品安全之一的农兽药不规范使用成为重灾区。根据全国食品样品监督抽检通告显示2017年第二季度食品中农兽药残留指标不合格问题占不合格总数的22.0%，比一季度高7.0个百分点，其趋势并不乐观。因此，为了加强食品安全监管，保证食品的质量安全，保护消费者的生命健康，研究快速、简单、高灵敏度、大批量检测食品的农兽药残留检测方法具有重要意义。
快速检测技术概述
食品安全快速检测技术是指在对食品进行检测时，一般实验室快速检测要求包括样品制备在内，能够在2小时以内出具检测结果；现场快速检测能在30分钟内出具检测结果。现有的实验室精密仪器分析方法准确度、灵敏度很高，稳定性好，但是检测成本高，对检测人员要有完整的系统的培训和经验要求，尤其对检测环境要求严苛，检测时间过长，无法满足大批量样品现场快速检测的需求。因此，快速檢测技术以其检测速度快、时间短、成本低、对检测人员要求低等特点，正逐渐成为食品安全检测中的主流技术。
常用快速检测技术
酶抑制法。酶抑制法是利用农药可特异性地抑制乙酰胆碱酯酶的活性，且抑制程度与农药浓度和颜色变化程度呈正相关关系，通过观察颜色变化或测定酶与某种特定化合物反应的物理化学信号的变化，即可判断是否存在农药残留。目前市场上已出现较为成熟的农残检测方法或设备，例如速测卡法（纸片法）、比色法（分光光度法）、胆碱酯酶生物传感器等。该方法操作简便，对人员专业要求低，30min即可出结果，适用于现场大批量样品的初步筛查；但其仅限于有机磷和氨基甲酸酯类农药，且酶活易受温度、pH、样本基质等因素的影响，易出现假阳性或假阴性现象。使用时应符合方法对样本的选择性要求。
免疫分析方法。
（1）酶联免疫吸附法（ELISA）。ELISA是基于抗原与抗体的特异反应，将待测物与酶连接，然后通过酶催化底物反应产生颜色，用于定量或半定量测定。ELISA是近年来发展最快的一种免疫分析方法，已成为农兽药残留检测中的首选方法。王乾龙等建立了豆芽中2，4-二氯苯氧乙酸残留的直接竞争酶联免疫吸附分析法，方法线性范围为（2～250）ng/mL（R2=0.997），检测限为0.63ng/mL；唐英等对ELISA使用中对结果影响的因素进行分析，实现自动化准确分析，提高了检测精度和稳定性。然而，ELISA对外界环境有一定的要求，不能很好地用于现场检测，仅适宜于实验室内快速检测。
（2）胶体金免疫层析法。胶体金免疫层析技术（简称GICA）是根据免疫反应原理、利用大孔径微孔滤膜为载体、以胶体金作为固相标记物来定性、半定量或定量检测样本中待测物质的快速分析技术，已广泛应用于农兽药残留检测。
近年来随着胶体金读数仪的发展，该技术已逐渐从定性判断转为半定量、定量检测，且可对数据进行存储，建立可记录、可传输、可分析汇总、可追溯的食品安全检测全程数据分析系统。例如，万宇平等研制出一种胶体金读数仪，由相机进行胶体金试纸条图像的采集，通过一系列的算法分析搜索出检测限位置并计算出灰度值，再通过胶体金试纸条的检测值-浓度特征曲线实现定性和定量，最后将检测结果通过GPRS无线网络实时发送到远程服务器，已成功应用于实际的监管领域和食品生产企业。
（3）免疫荧光法。免疫荧光技术是根据抗原抗体反应的原理，先将已知的抗原或抗体标记上荧光素，制成荧光抗体，再用这种荧光抗体（或抗原）作为探针检测组织或细胞内的相应抗原（或抗体）。在抗原抗体复合物上含有标记的荧光素，荧光素受外来激发光的照射而发生明亮的荧光（黄绿色或橘红色），可以看见荧光所在的组织细胞，从而确定抗原或抗体的性质、定位，以及利用定量技术测定含量。王旗等研制出一种快速检测牛奶中泰乐菌素残留的荧光微球免疫层析试纸条，可定性检测牛奶中的残留的泰乐菌素，检测时间低于25min，检测限为25μg/L，具有简便快速、特异性良好、样本无需前处理等特点，可用于基层奶站和现场快速筛选。
生物传感器技术。生物传感器是指利用酶、抗体或适配体等作为感受器表面的识别元件，将检测过程中产生的化学信号经信号转换器变换成可测量的物理信号，进而实现对待测成分检测的分析技术。蒋雪松等开发了一种用于农产品中的毒死蜱农药残留的快速检测的电化学免疫传感器，对毒死蜱的检测限为0.01μg/mL，回收率大于85%，检测时间小于1h，传感器经过再生处理后能重复使用，经济性较好。但生物传感器因其选择性有限、生物材料固定化易失活、重现性差等原因暂未得以广泛应用。
光谱检测法。
（1）表面增强拉曼光谱法。表面增强拉曼光谱法是拉曼光谱法的拓展，它与常规拉曼光谱相比，信号增加了百万倍，因此有效解决了拉曼光谱在表面科学和痕量分析中存在的低灵敏度问题，目前已在农兽药残留检测中有所应用。顾振华等运用基于表面增强拉曼光谱技术的便携式拉曼光谱仪对水产品养殖、运输过程水样中的孔雀石绿进行了检测，检测限为5.0μg/L，对每个样品的检测时间从制备到结果显示一般只需要3min；欧阳思怡等报道了表面增强拉曼光谱在农药残留分析中的研究进展，分析其优势和不足，并提出表面增强拉曼光谱在农药残留中的发展方向。
（2）红外光谱法。红外光谱法是基于每种分子都有其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定的分析方法。红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定，已有几种汇集成册的标准红外光谱集出版，可将这些图谱贮存在计算机中，用以对比和检索，进行分析鉴定；也可利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。莫欣欣等建立了近红外光谱技术结合化学计量学方法对菜籽油中多效唑残留进行定性检测方法。
（3）荧光光谱法。荧光光谱法是利用某些物質对紫外光或可见光照射后所产生的能够反映该物质特性的荧光，对其进行分析的方法。荧光分析是一种高灵敏度的分析方法，通常情况下要比分光光度计的灵敏度高出2-3个数量级。张彦青等建立了荧光光谱法测定食物中的苋菜红色素含量的方法，检出限为 0.031mg/L，测得样品的回收率为92.13%～105.61%。荧光法具有灵敏度高、选择性强、信息量丰富、方法简便、高效精确等诸多优点，但其前提条件是物质的分子必须有强的紫外或可见光吸收结构，而当前市场上所用农药几乎不具备这种条件，因此在实验时需要在待检农药溶液中加入某种荧光试剂才能产生荧光，但相应的实验干扰因素也会增多，都能影响荧光的测定，使得研究难度增大
快速检测技术发展趋势
近年来，快速检测技术在食品安全检测领域中的地位逐步提高，我国现有的标准体系已将ELISA方法、酶抑制法等快速检测技术纳入国家标准、行业标准，而2017年，国家食品药品监督管理总局发布的《食品快速检测方法评价技术规范》，对快速检测方法的规范化起到里程碑式的意思。
（1）前处理简便化：实现更简便的前处理操作和更短的时间在快速检测中是紧迫的事情，未来前处理将主要朝着简单、快速、高效、自动化、模式化、样品使用量少、废弃物无污染的方向发展。
（2）配套仪器便携化：一般实验室检测方法配套的仪器笨重，且有严格的放置要求，快速检测技术对设备的要求是尽可能得便捷化、轻量化，以实现现场检测、野外检测。
（3）检测结果半定量化：现有的快速检测技术多为定性判断，但经过几年的发展，一些技术已逐步成熟，同时配套的数据采集设备也不断地更新升级，未来的快速检测技术实现现场半定量、甚至定量检测都将成为可能。
（4）与物联网技术联用：一物一码技术，即一个物品一个代码，是一种先进的溯源系统，根据代码可以查询食品的来源的运输流转过程，以及该食品的安全质量情况，该技术尽量发展迅猛。将快速检测技术与物联网技术联用，可以有效地采集食品、环境信息，既可以对食品进行控制，也可以对食品的来源甚至包括其流通环节进行监视。
展望
目前，能进行食品中农兽药残留的快速检测技术主要有酶抑制法、免疫分析法、生物传感器、光谱检测法等，每种方法各有优点，在实际应用中应根据需要选择。快速检测技术与大型仪器分析技术相比，检测时间短、成本低，不需要专业的人员，易于操作，但是由于缺乏统一的标准，市场上的快速检测产品质量不一，有关权威部门应尽早制定标准化的食品安全快速检测产品复核性验证规程，对快速检测产品进行确认认可，有利于规范快速检测产品的市场，更好地为食品安全监管服务。
基金项目：陕西省科技统筹创新工程计划项目2014FWPT-01-02（A）
