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食品安全与检测分析技术
点击次数:2042 发布时间:2010-11-17

随着自然生产方式的减少,工业化比重逐渐增加,食品原料在生产、贮存、运输、加工等过程中自觉或不自觉地会引入一些污染物,这给食品安全带来越来越多的不安全因素,与食品安全密切相关的食品污染物,主要包括微生物、农药残留、兽药残留、生物毒素、重金属等。

食品安全问题不但严重影响了国民的饮食健康,而且阻碍了我国农产品和食品的出口贸易,我国每年都有大批出口食品因农药残留、添加剂、杂质、微生物污染而受到影响或被国外扣留,这不仅对人民的健康造成危害,而且对我国的经济造成巨大损失,有损于我国食品产业的国际信誉。因此,降低食品化学污染程度,防止污染物随食品进入人体,是提高食品安全性的重要环节之一。要保障食品安全,只有加强基础性的食品安全研究,特别是快速检测技术的研究,才能适应新形势下对食品安全的要求。

一、影响食品安全的问题

1.         农药污染

我国是农药生产和使用大国,农药的污染和残留已构成对环境和人类健康的严重威胁。有机氯是我国zui大规模使用的农药,其性质稳定,不易降解,高脂溶性,从1983年开始禁止生产和使用,其影响至今没有消失。有机磷农药是我国现阶段使用量zui大的农药,其在环境中降解快,残毒低,一般认为在食品中的残留很少,但在某些环境下也会有较长时间的残存期,在粮食和经济作物中存在残留超标现象,特别对生长周期短的蔬菜类食品,有机磷农药残留超标现象突出;另外,氨基甲酸酯和拟除虫菊酯类农药是近年发展较快,用于农业和日常生活的农药,具有、低毒、低残留的特点,但使用不当仍存在严重污染的危险。

2.         兽药及饲料添加剂造成的动物性食品污染

随着集约化畜牧业的发展,兽药的使用范围也在扩大,有的药物如抗生素、磺胺、激素等广泛用于促进肉用畜的生长,减少发病率和提高饲料利用率。兽药的广泛运用,带来的不仅是畜牧业的增产,也带来了兽药的残留,药物残留也是引发国际贸易中非贸易性技术壁垒障碍的导火线,欧美各国之间的牛肉大战就是因为动物性食品中药物残留引发的。

3.         重金属污染

铅――食品中的铅污染主要来自食品生产加工中使用含铅的化学添加剂;被铅金属污染的容器、包装材料;工业三废;农业中使用含铅等有害金属农药等。

汞――人们所吸收的大部分的汞是甲基汞,主要是来自食用鱼。

砷――砷及其化合物被国际机构证明为致癌物。由于农业上广泛使用砷的化合物,特别是含砷农药的使用,使农作物含砷量和从土壤中吸收砷的量加大,食用含砷的食品就容易造成中毒。

4.         食品添加剂污染

食品添加剂主要包括:着色剂、防腐剂、漂白剂、保藏剂、甜味剂、发色剂等,作为食品工业的重要组成,虽然只在食品中添加0.01%~0.1%,但对改善食品的色、香、味,调整食品的营养结构,提高食品质量档次,改善食品加工条件,延长食品保质期等,发挥着极其重要的作用。但长期(或超量)食用食品添加剂也会对人带来危害。

5.         病原微生物及寄生虫污染

沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、致病性大肠杆菌、李斯特氏菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌、耐热耐酸菌、许多霉菌及其毒素污染以及弓形虫、旋毛虫、寄生虫虫卵等污染食品。

6.         食品包装材料

塑料包装材料:用于食品包装的塑料本身无毒,它对食品的污染来源于其残留的单体和一些添加剂。聚乙烯塑料的残留物主要包括聚乙烯单体乙烯、低聚乙烯,乙烯单体有低毒;聚丙烯塑料残留物主要是添加剂,由于其易老化,需要加入抗氧化剂和紫外吸收剂等,造成添加剂残留污染。

纸和纸板包装材料:纸和纸板包装材料对食品的污染来源于着色剂、上胶剂、漂白剂中所含的甲醛和荧光物质、包装纸中的油墨污染、锡纸包装中铅含量超标等。

二、食品安全检测技术

1.         样品前处理

(1)    溶剂萃取法

这是一种zui常用、zui有效的方法,但当用溶剂提取样品中的农残时,也会同时将许多的干扰杂质引入分析体系。

(2)    柱层析法

柱层析法在处理基质复杂的样品时可以非常有效地将样品中的被测组分与干扰组分分离,达到分离净化的目的。常用的吸附剂有硅镁吸附剂、硅酸、活性炭、硅藻土等。

(3)    固相萃取法(SPE

固相萃取技术是目前常用的净化手段。它根据液相分离、解析、浓缩等原理,使样品溶液混合物通过柱子后,样品中某一组组分保留在柱中,再选择合适的溶剂把保留在柱中的组分洗脱下来,从而达到分离、净化的目的。

(4)    无溶剂固相微萃取法(SPME

SPME方法近几年来在环境样品的分析中得到了广泛的应用,它无需使用溶剂,是一种简单、快速并且非常有效的样品前处理手段。

(5)    基质固相分散萃取(MSPDE

MSPDE是一种崭新的萃取技术。其基本操作是将试样直接与反相填料研磨、混匀制成半固态装柱淋洗,是简单的提取净化方法,适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化,在蔬菜、水果的农药残留检测中得到了广泛的应用。

(6)    超临界流体萃取(SFE

SFE是以超临界流体代替各种溶剂来萃取样品中待测组分的萃取方法。它是当前发展zui快的分析技术之一,具有zui快速、节约溶剂、避免污染、操作方便、安全等优点。因此,这一技术在食品的农药残留检测中的应用日益增多

(7)    分子印迹合成受体(MISR

MISR的原理是首先使拟被印迹的分子或聚合物单体交联,再将印迹分子从聚合物中提取出来,聚合物内部就留下了被印迹分子的印迹。分子印迹技术可用于药物、激素、蛋白质、农药、氨基酸、多肽碳水化合物、辅酶、甾醇、涂料、金属离子等各种化合物的分离工作。

(8)    生物传感器技术

生物传感器是一类以生物材料为敏感识别元件,将化学量转化为其他可测定的物理量(如电流、电压、光、热等)的装置。其特点是集生物化学、生物工程、电化学、材料科学和微型制造技术为于一体,是一个典型的多学科交叉产物。目前用于农药残留检测的生物传感器类型有安培型电极、电位型电极、电压生物传感器和光纤生物传感器等。

2.         仪器分析

(1)    气象色谱(GC

毛细管气象色谱已广泛应用于农兽残分析中。毛细管柱在分离能力、灵敏度、分析速度以及色谱柱的相对惰性等方面都比填充柱优越,而且操作方便。一次色谱分析可以分离检测近300个组分,分离效率非常高,检测限可以达到ug/kgng/kg甚至更低水平,完全可以满足大多数农兽残分析的要求。

(2)    气象色谱-质谱联用(GC-MS

气象色谱与质谱的联用技术已经比较成熟。通过四极杆质谱仪的选择性离子检测(SIM)、离子阱技术的选择离子储存技术(SIS)进行污染物的定性。对低含量、背景干扰严重、难以定性分析的化合物采用串联质谱非方式分析,可以获得很好的检测效果。其主要特点是在提高分析能力的基础上提供足够的结构信息,用于结构的定性。

(3)    液相色谱(HPLC

对热不稳定和大分子农兽药残留特别是兽药残留及食品添加剂的分析检测方面,液相色谱得到了广泛的应用。

(4)    液相色谱-质谱联用技术(LC-MS

现在,一种热喷雾和粒子流式接口技术把LCMS联接起来,成功地用于分析那些对热不稳定、分子量较大而难以用GC-MS分析的化合物。LC-MS具有良好的灵敏度和选择性、几乎通用的多残留检测能力,以及进行阳性结果的在线确证和简化样品检测前净化过程等优点。

(5)    超临界流体色谱(SFC

典型的SFC流程主要包括3个部分:高压流动相输送系统、色谱分离系统和检测系统。SFC弥补了GC HPLC各自的不足,适用于分析热不稳定而HPLC又不易分析的化合物。许多在GCHPLC上需要经过衍生化才能分析的农药,都可以用SFC直接测定。

(6)    酶免疫分析(EIA

免疫分析法是以抗原和抗体特异性结合反应为基础的分析方法。农药残留检测中zui常用的是酶免疫法(EIA)。IEA具有特异性强、灵敏度高、方便快速、分析容量大、分析成本低、安全可靠等优点。

(7)    毛细管电泳(CE

CE的工作原理是使用毛细管柱内的不同带电粒子在高压场作用下以不同的速度在背景缓冲液中定向迁移,从而进行分离。具有灵敏度高、耗资少、样品消耗量很小、分离柱效高、使用方便等优点。

(8)    生物传感器

近些年,利用农药对靶标酶(如乙酰胆碱酯酶)活性的抑制作用研制的酶传感器,以及利用农药与特异性抗体结合反应研制的免疫传感器,在食品残留农药的检测中得到广泛的应用。目前,生物传感器存在的主要问题是结果的稳定性、重现性和使用寿命。

3.         快速检测方法

(1)    微生物的快速检测方法

a、   即用型纸片法

3M公司的PerrifilmTM Plate系列微生物测试片,可分别检测菌落总数、大肠菌群计数、霉菌和酵母计数;由RCP Scientific Inc公司开发上市的Regdigel系列,除上述项目外还有检测乳杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌的产品。这两个系列的产品与传统检测方法之间的相关性非常好。

b、   选择、鉴定用培养基法

在培养基中加入特异性的生化反应底物、抗体、荧光反应底物、酶反应底物等,可使目标培养物的选择、分离、鉴定一次性完成。

c、    免疫学技术

免疫学技术通过抗原和抗体的特异性结合反应,再辅以免疫放入技术来鉴别细菌。免疫方法的优点是样品在进行选择性增菌后,不需要分析,即可采用免疫技术进行筛选,因此节约人力时间,满足快速检测的要求。

d、   生物化学技术

PCR技术——PCR技术采用体外酶促反应合成特异性DNA片段,再通过扩增产物来识别细菌。由于PCR灵敏度高,理论上可以检出一个细菌的拷贝基因,因此在细菌的检测中只需短时间增菌甚至不增菌,即可通过PCR进行筛选,节约了大量时间。

基因探针技术——基因探针技术利用具有同源性序列的核酸单链在适当条件下互补形成稳定的DNA-RNADNA-DNA链的原理,采用高度特异性基因片段制备基因探针来识别细菌。

(2)    农药残留的快速检测

a、   酶免疫分析技术

免疫分析是基于抗原抗体特异性识别和结合反应为基础的分析方法。应用免疫学进行农残快速检测的研究非常活跃,尤其酶免疫分析技术取得较大进展,此方法灵敏度高,特异性强、成本低、简便快速、自动化程度高、检测方法多样和安全。已研制出几十种农药的酶免疫检测试剂盒,包括有机磷、氨基甲酸酯类、硫代氨基甲酸酯类、有机氯类、三嗪类、拟除虫菊酯类及酰胺类等。

b、   酶活性抑制技术

乙酰胆碱酯酶水解后,水解产物可与显色剂反应产生颜色,有机磷及氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶的特异性抑制作用,使它不能水解,从而无显色反应。依据此原理,已研制出多种方法,如速测卡法、速测片法、农药残留分光光度法、电化学生物传感器法。目前市场上应用zui多的是农药速测卡法,此方法操作简便、不需要配制试剂、不需要仪器、产品携带方便,特别适合用于对农贸市场上的蔬菜进行初筛。

c、    化学方法

有机磷农药(磷酸酯、二硫代酸酯、磷酰胺)在金属离子催化作用下水解为磷酸与醇,水解产物与显色剂反应,使显色剂的紫红色褪去变成无色。本方法的优点是使用化学反应,避免了因使用酶而不稳定、不易保存等问题。

(3)    毒素、兽药残留的快速检测

a、   酶联免疫吸附测定法(ELISA

ELISA测定法是利用标记物的酶催化底物的显色反应来反映抗原抗体的结合过程,将酶催化底物的灵敏性和抗原抗体的特异性相结合。该法的优点是:可以通过颜色来快速做定性结果分析,特异性强、灵敏度高,酶标板上一次可做多份样品检测。

b、   免疫亲和柱技术

生物大分子具有能和某些相对应的专一分子可逆结合的特点,这种结合是专一的,而且又是可逆的。当把可亲和的一对分子的一方固定在固定相时,另一方随流动相流过固定相,双方即专一性地结合成复合物,然后利用亲和吸附剂的可逆性,通过特定的洗脱剂洗脱,可以达到分离、纯化与固定相有特异亲和能力的某种物质,然后用荧光计、紫外线灯作为检测工具进行分析。

(4)    金属毒物的快速检测

a、   微波溶样技术

金属与一些无机盐类毒物是小分子物质,不可能象微生物一样用免疫技术或分子生物学技术进行检测,它们主要是应用化学方法来检测。微波溶样技术与快速分析仪器相结合使食品中金属毒物的快速检测得到了新的发展,微波溶样的优点是分解样品速度快、消化试剂用量少、待测物不易挥发、消化温度低、空白值低。

b、   试纸比色法

试纸比色法就是把化学反应从试管中移到滤纸上,其本质都是利用迅速产生明显颜色变化的化学反应定性或定量检测待测物,通过与标准比色卡比较,进行目视定性或半定量分析。

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