食品中农药残留快速检测方法及其发展趋势研究

Study on Rapid Detection Methods of Pesticide Residues in Food and Its Development Trend

WANG Ying （Qinhuangdao Food and Drug Inspection Center， Qinhuangdao O66ooo， China）

Abstract： Food safety is one of the important issues of widespread concern in today’s society，and excessive pesticideresidues are the main factor affecting food safety.This article reviews theresearch statusand development trends of rapid detection methods for pesticide residues in food，with a focus on three types of rapid detection technologies，including enzyme-linked immunosorbent assayand immunochromatography based on immune analysis， enzyme inhibition based， nucleic acid aptamer and molecular imprinting sensors based on biosensors，Raman spectroscopy， near-infrared spectroscopy and fuorescence spectroscopy based on spectral analysis.These methods each have their own characteristics， forming complementary advantages in detection sensitivity，specificity，and ease of operation.The future development trend willfocus on the integration of multiple technologies，portable and intelligent devices， in order to provide stronger technical support for food safety supervision.

Keywords： pesticide residues; rapid detection; immunological analysis; biosensor; spectroscopic analysis

随着全球人口增长和农业生产的集约化发展，农药在农业生产中的应用日益广泛。农药虽然能够有效控制病虫害，提高作物产量，但其残留问题也日益凸显，已成为威胁食品安全和人类健康的重要因素。长期摄人含有农药残留的食品可能引发急慢性中毒、内分泌紊乱、免疫功能下降甚至致癌等健康问题。因此，食品中农药残留的快速准确检测，对于保障食品安全、保护消费者健康具有重要意义。传统的农药残留检测方法主要包括气相色谱法（GasChromatography，GC）、高效液相色谱法（High-PerformanceLiquid Chromatography，HPLC）和气相色谱-质谱联用技术（GasChromatography-MassSpectrometry，GC-MS）等[1]。这些方法虽然具有灵敏度高、特异性强的优点，但也存在前处理复杂、检测周期长、设备昂贵及操作专业性强等缺点，无法满足现场快速筛查和大批量样品检测的需求。

近年来，随着分析化学、生物技术、材料科学和信息技术的快速发展，一系列快速、简便、经济的农药残留检测方法应运而生，为食品安全监管提供了新的技术手段。本文将重点介绍目前应用较为广泛的几类农药残留快速检测技术，分析其特点和应用情况，并对未来发展趋势进行展望。

1农药残留快速检测技术

1.1基于免疫分析的农药残留快速检测技术

1.1.1 酶联免疫吸附测定法

酶联免疫吸附测定法（Enzyme-Linked ImmunosorbentAssay，ELISA）是目前应用最为广泛的免疫分析方法，其基本原理是利用标记酶与抗原或抗体结合，通过酶促反应产生的颜色变化来检测样品中的目标农药。根据反应原理和操作程序的不同，ELISA可分为直接法、间接法、夹心法和竞争法等。在农药残留检测中，由于大多数农药分子量较小，主要采用竞争法ELISA。竞争法ELISA的检测流程包括先将特异性抗体包被于微孔板上，然后加入标记了酶的农药分子（酶标抗原）和待测样品，样品中的农药分子与酶标抗原竞争性地与抗体结合。洗涤后，加入底物溶液，与酶标抗原结合的酶催化底物产生显色反应。通过测定显色反应的吸光度，并结合标准曲线，即可计算出样品中农药残留的具体浓度。

ELISA 技术操作简便，检测灵敏度可达 ng⋅g^-1 甚至 pg⋅g^-1 级别，可同时处理大量样品且成本相对较低。目前，已开发出针对有机磷农药、氨基甲酸酯类农药、拟除虫菊酯类农药等多种农药的ELISA检测试剂盒，并广泛应用于蔬菜、水果、谷物等食品中农药残留的快速筛查。

1.1.2 免疫层析技术

免疫层析技术是一种结合了层析原理和免疫反应的快速检测方法。其中，胶体金免疫层析试纸条因操作简单、检测快速、无须仪器等优点，已成为农药残留现场快速检测的重要工具。胶体金免疫层析试纸条的基本构造包括样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜和吸收垫。在检测过程中，样品溶液通过毛细作用在试纸条上移动，样品中的农药分子与结合垫上的胶体金标记抗体结合，然后流经硝酸纤维素膜上的检测线（T线）和质控线（C线）。T线包被有农药－蛋白质偶联物，可与未被样品中农药占据的胶体金标记抗体结合；而C线则包被有抗鼠（或抗兔）免疫球蛋白G（ImmunoglobulinG，IgG）抗体，用于捕获胶体金标记抗体以验证检测过程的有效性。根据T线和C线的显色情况，可判断样品中是否含有目标农药，甚至可实现对农药的半定量评估[2]。

与ELISA相比，免疫层析技术的操作更为简便，检测时间更短（通常 5～10min 即可完成）、无须专业人员和仪器设备，特别适合现场快速筛查。目前，已开发出针对有机磷农药、氨基甲酸酯类农药等多种农药的免疫层析试纸条，并广泛用于蔬果、茶叶、谷物等食品中农药残留的快速检测。

1.2基于生物传感器的农药残留快速检测技术

1.2.1酶抑制型生物传感器

酶抑制型生物传感器是利用特定农药对某些酶活性的抑制作用进行检测的。其中，以胆碱酯酶（Cholinesterase，ChE）为敏感元件的生物传感器应用最为广泛。此类传感器主要用于检测有机磷农药和氨基甲酸酯类农药。ChE生物传感器的基本检测原理是将样品中的有机磷或氨基甲酸酯农药与ChE结合，导致ChE活性被抑制，从而减少酶催化底物（如乙酰胆碱）水解产物（如硫代胆碱）。通过测量酶活性的变化（通常借助电化学、光学或热敏等换能器），可间接测定样品中农药的含量。

目前，已开发出多种类型的ChE生物传感器，包括电化学型（如安培型、电位型和电导型）、光学型（如荧光型、化学发光型和表面等离子体共振型）以及压电型等。其中，电化学型ChE生物传感器因设备简单、成本低、灵敏度高等优点，研究最为广泛。为提高检测灵敏度和稳定性，研究人员采用了多种新材料和新技术，如使用纳米材料（碳纳米管、石墨烯、金纳米粒子等）修饰电极，采用sol-gel法、自组装单分子层技术等固定化酶，以及开发基于微流控技术的芯片型生物传感器等[3]。

1.2.2 核酸适体型生物传感器

核酸适体是通过体外筛选技术获得的能与特定靶分子高亲和性和高特异性结合的单链DNA或RNA分子。与抗体相比，核酸适体具有合成方便、稳定性高、易于修饰等优点，已成为构建生物传感器的重要生物识别元件。核酸适体型生物传感器是利用农药分子与特异性核酸适体的结合，导致适体构象发生变化，从而产生可检测的信号（如电信号、光信号等）。根据信号转导方式的不同，核酸适体型生物传感器可分为电化学型、光学型、质量敏感型等多种类型。

在农药残留检测领域，已成功开发出针对马拉硫磷、毒死蜱、阿特拉津及莠去津等多种农药的核酸适体生物传感器。例如，基于荧光标记的核酸适体传感器可通过监测特定农药与适体结合所引起的荧光强度变化，实现对目标农药的高灵敏检测[4]

1.2.3分子印迹生物传感器

分子印迹技术是一种模拟抗体-抗原特异性识别机制的人工分子识别技术。分子印迹聚合物（MolecularlyImprintedPolymers，MIPs）是在模板分子（如特定农药）存在下合成的聚合物，去除模板后，聚合物中保留了与模板分子在空间形状、尺寸和官能团排布等方面相匹配的识别位点，从而具备对模板分子的特异性识别能力。将MIPs作为识别元件构建的生物传感器，被称为分子印迹生物传感器。与传统生物传感器相比，分子印迹生物传感器具有稳定性好、耐恶劣环境、成本低等优点，特别适用于复杂样品中的农药残留检测。

根据信号转导方式的不同，分子印迹生物传感器可分为电化学型、光学型、质量敏感型等。其中，电化学型分子印迹传感器因操作简便、灵敏度高等优点，研究最为广泛。例如，研究人员已成功开发出用于检测有机磷农药、拟除虫菊酯类农药等的电化学型分子印迹传感器，检测限可达 级别。

1.3基于光谱分析的农药残留快速检测技术

1.3.1 拉曼光谱技术

拉曼光谱技术是一种基于光的非弹性散射效应的分析方法，能够提供分子振动、转动等信息，从而实现物质的定性和定量分析。与红外光谱相比，拉曼光谱受水干扰小，样品预处理简单，特别适用于农药残留的快速检测。然而，常规拉曼光谱的信号强度较弱，灵敏度有限。为克服这一缺点，科研人员开发了表面增强拉曼光谱（Surface-EnhancedRamanSpectroscopy，SERS）技术。SERS利用贵金属纳米结构（如金、银纳米粒子）的表面等离子体共振效应，可使拉曼信号增强 10⁶～10¹⁴ 倍，大幅提升了检测灵敏度。在农药残留检测领域，SERS技术已被成功应用于多种农药的检测，包括有机磷农药、氨基甲酸酯类农药、三嗪类除草剂等。研究表明，结合适当的样品前处理方法，SERS技术可实现对食品中 μg⋅L^-1 甚至 ng⋅L^-1 级别农药残留的快速检测[5]。研究人员为进一步提高SERS技术的灵敏度和特异性，开发了多种高性能SERS基底，如核壳结构纳米粒子、纳米花、三维纳米阵列等，这些方法结合化学计量学方法进行数据处理，可有效消除背景干扰，提高检测准确性。

1.3.2 近红外光谱技术

近红外光谱（Near-Infrared Spectroscopy，NIR）技术是测量物质分子在 780～2500nm 波长内倍频和合频振动的一种光谱分析方法。NIR技术具有样品预处理简单、测量速度快、无污染等优点，特别适用于农产品中农药残留的快速无损检测。NIR技术在农药残留检测中的应用主要基于两种模式，即透射模式和反射模式。其中，透射模式主要用于液态样品或薄层固态样品的分析，而反射模式则适用于固态或半固态样品的检测。通过建立农药含量与光谱数据之间的数学模型，可实现对未知样品中农药残留的快速定量分析。为进一步提高NIR技术的检测精度，通常需要结合化学计量学方法进行数据处理和模型建立，如主成分分析、偏最小二乘回归、人工神经网络等。研究表明，NIR技术结合适当的数据处理方法，可实现对多种农药残留的同时快速检测。

1.3.3 荧光光谱技术

荧光光谱技术基于物质受特定波长光照射后发射荧光的原理，具有灵敏度高、选择性好、操作简便等特点。由于许多农药分子本身具有荧光特性或可通过化学反应转化为具有荧光的衍生物，因此荧光光谱技术在农药残留检测中有广泛应用。传统荧光分析法主要包括直接荧光法和衍生荧光法。直接荧光法适用于具有内源荧光特性的农药（如氨基甲酸酯类农药），而衍生荧光法则适用于经化学反应后可产生荧光信号的农药（如有机磷农药）。近年来，随着纳米材料和分子探针的发展，荧光传感技术取得了突破性进展。例如，基于量子点的荧光传感器利用农药分子与量子点表面配体之间的相互作用，引起量子点荧光强度或波长的变化，从而实现对多种农药的高灵敏检测。此外，基于荧光共振能量转移原理的荧光传感器也在农药残留检测中显示出良好的应用前景。