快速检测技术在食品中有害化学物质检测中的应用

摘 要：随着食品安全问题的日益突出，快速检测技术在有害化学物质中的应用对于控制食品安全风险非常重要。本文在分析食品中常见有害化学污染物来源的基础上，重点探讨了拉曼光谱法、酶联免疫吸附测定法、近红外光谱法等快速检测技术在食品有害化学污染物检测中的应用。同时，提出不同技术在灵敏度、特异性、速度等方面各具特色，应根据食品基质属性、污染物性质、检测场所等因素进行选择，并注意基质效应和干扰因素的影响，以确保检测结果准确可靠，最大限度地发挥食品快检技术的作用。

关键词：食品安全；有害化学物质；快速检测

Abstract： With the increasing prominence of food safety issues， the application of rapid detection technology in hazardous chemicals is very important to control food safety risks. In this paper， on the basis of analyzing the sources of common harmful chemical pollutants in food， the application of rapid detection technologies such as Raman spectroscopy， enzyme-linked immunosorbent assay and near-infrared spectroscopy in the detection of harmful chemical pollutants in food is discussed. At the same time， it is proposed that different technologies have their own characteristics in terms of sensitivity， specificity， speed， etc.， and should be selected according to factors such as food matrix attributes， contaminant properties， and testing sites， and pay attention to the influence of matrix effects and interference factors to ensure that the detection results are accurate and reliable， and maximize the role of food rapid detection technology.

Keywords： food safety; harmful chemicals; rapid detection

食品安全问题一直以来都是全社会关注的焦点。随着经济的快速发展和工业化进程的不断加快，各类有害化学物质在食品生产加工过程中的广泛使用，导致食品安全事件频发。为保障食品安全，《“十四五”国家食品安全规划》明确提出要加强食品安全监管能力建设。因此，研发快速、灵敏、准确检测食品中有害化学物质的新技术和新方法，对于从源头上遏制食品安全事故、保障人们舌尖上的安全意义重大[1]。本文在分析食品中常见有害化学物质来源的基础上，重点探讨了拉曼光谱法、酶联免疫吸附测定法、近红外光谱法、电化学传感器法和纳米金免疫层析技术等食品快检技术，以期为食品安全检测提供参考。

1 食品中有害化学物质的分类及来源

食品中有害化学物质的种类繁多，其来源也十分广泛。按照化学结构可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括重金属元素和非金属元素，如铅、汞、镉、砷等。这些污染物通常来自食品包装材料、加工设备、农业种植过程等。例如，塑料包装材料中含有重金属催化剂，在高温灭菌过程中极易迁移到食品中；农作物灌溉用水受到重金属污染，会导致农产品中富集重金属[2]。有机污染物种类更加繁杂，既有农药、兽药等农牧业投入品残留，也有多环芳烃、邻苯二甲酸酯等工业化学品污染。例如，为防治农作物病虫害，农药的使用较为频繁，其在植物体内代谢缓慢，极易残留；塑化剂在塑料制品生产中被大量使用，由于化学性质稳定，无法被人体代谢，对生殖系统危害极大。除上述外源性污染物之外，加工过程中还会产生如丙烯酰胺、苯并芘等有害物质。这些物质大多能致癌、致畸，危害性更大。总之，有害化学物质来源呈多样化趋势，完全依靠末端检测难以从源头阻断危害，必须与生产过程控制相结合，构建食品安全防控体系，才能最大限度地保障食品安全。

2 食品中有害化学物质的快速检测技术

2.1 拉曼光谱法

拉曼光谱法是一种基于分子振动能级跃迁的光谱分析技术，当单色光照射到样品表面时，入射光子与分子相互作用，引起分子振动能级发生变化，散射光频率产生位移，形成拉曼散射光谱。不同化学物质的分子结构和振动模式各异，因此拉曼光谱对应的频率位移具有特异性，可作为定性定量分析的依据。将拉曼光谱技术应用于食品安全检测，首先需要建立异物成分的光谱数据库，通过对标准物质的拉曼光谱采集和归一化处理，形成完整的谱图信息。样品检测时，经激光器聚焦照射，拉曼探头收集散射光并导入光谱仪，通过与数据库比对，识别出有害成分的种类。对于痕量检测，可采用表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，SERS）技术，利用金属纳米粒子表面等离子体共振效应，将目标分子吸附富集在SERS基底表面，实现高灵敏检测[3]。该技术能够有效克服食品基质的荧光背景干扰，直接对固体、液体、胶体等样品进行快速、非破坏性分析，在农药残留、非法添加剂、包装材料溶出物等有害物质筛查方面具有广阔的应用前景。

2.2 酶联免疫吸附测定法

酶联免疫吸附测定法（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay，ELISA）是一种利用抗原抗体特异性结合和酶促反应进行定量分析的技术。其基本原理是将抗原或抗体固定在微孔板上，再依次加入待测物、酶标记抗体、底物，通过抗原抗体免疫反应和酶催化底物显色，根据颜色深浅判断待测物浓度。食品中有害化学物质检测采用竞争ELISA法，将有害物衍生物包被于微孔板，加入一定浓度酶标抗体，再加入待测样品，游离态有害物与包被抗原竞争性结合酶标抗体，结合抗体量越多，显色越浅。操作时，首先提取净化样品，调整pH值和离子强度，使基质干扰最小化。取适量样品加入包被微孔板，与酶标抗体混匀共孵育，充分竞争结合[4]。弃去孔内液体，洗涤除去游离抗体。加入显色底物，避光孵育，抗体结合量越多，显色越深。加入终止液后，用酶标仪测定吸光度，以标准曲线回归待测样品的有害物含量。ELISA方法灵敏度高、特异性强、操作简便快捷，可实现多通道平行分析，已广泛应用于食品中农兽药残留、生物毒素、非法添加剂等有害物筛查，为食品安全监管提供有力的技术支撑。

2.3 近红外光谱法

近红外光谱法是利用物质分子吸收特定波长的红外光，从而研究分子的振动和转动能级的变化。当近红外光照射到样品表面时，光子能量可激发分子基团的振动，使其从基态跃迁至高能级状态，不同化学键的伸缩振动和弯曲振动在特定波长处产生吸收峰，形成近红外光谱图。由于食品基质成分复杂，常规近红外光谱易受散射、衍射等因素影响，谱图重叠严重[5]。因此，在食品有害物质检测中，需采用高分辨率的傅里叶变换近红外光谱仪，配合多元统计学手段提取有效信息。测定时，将匀质化的食品样品置于比色皿或样品杯中，控制光路和环境温度恒定。用红外光谱仪采集全波段光谱数据，扣除环境背景，得到吸收光谱图。在谱图预处理阶段，采用标准正态变量（Standard Normal Variate，SNV）校正、一阶导数校正等数学算法，消除散射影响，增强光谱特征。之后，结合化学计量学模型，如偏最小二乘法（Partial Least Squares Regression，PLSR）、支持矢量机（Support Vector Machine，SVM）等，提取隐藏在原始光谱中的有效信息，建立近红外光谱特征与有害物质含量间的定量关系，完成快速无损检测。该方法分析速度快、重现性好，可实现在线监测，已成功应用于农药残留、重金属、食品掺假等有害物质的筛查鉴别，大幅提升了食品安全检测效率。

2.4 电化学传感器法

电化学传感器法是一种利用电极表面与溶液界面发生的电荷转移反应，实现对食品中有害化学物质定量分析的技术。传感器通常由工作电极、参比电极和对电极3部分组成，工作电极表面修饰有特异性识别元件，如酶、抗体、适配体等。当食品提取液中的目标物与识别元件结合时，会引起电极界面电子转移电阻或电流信号变化，根据信号强度即可实现定量检测。以重金属离子检测为例，可采用方波阳极溶出伏安法，在工作电极表面沉积汞膜，利用汞与重金属形成易于溶出的汞齐。先在负电位下富集金属离子，再向正电位扫描，在特征电位处溶出，产生峰电流，峰值与重金属含量呈线性关系。对于农药残留等小分子物质，则需要开发新型传感器件，如分子印迹聚合物修饰电极。通过模板聚合的方式，在电极表面形成与目标分子空间结构互补的印迹空穴，具有类抗体的专一识别能力。当样品中目标物进入印迹空穴时，聚合物膜层的电荷转移电阻发生变化，测定其阻抗谱，即可实现高灵敏检测。电化学传感器具有结构简单、制备成本低、检测速度快等优点，将印迹聚合物、纳米材料、适配体等新型识别元件与先进电化学测量技术相结合，有望开发出一系列便携、高效的食品安全检测新方法。

2.5 纳米金免疫层析技术

纳米金免疫层析技术是一种新兴的快速检测方法，将纳米金标记与免疫层析试纸相结合，实现食品中有害化学物质的高灵敏、便携式分析。其技术原理是利用纳米金颗粒独特的表面等离子体共振效应，使其在可见光区产生强烈吸收，呈现出鲜艳的红色。将纳米金颗粒表面修饰上特异性识别抗体，构建出纳米金标记的免疫探针。同时，在硝酸纤维素膜上预固定另一种抗体，形成检测线。当含有目标物的样品提取液沿层析试纸滴加迁移时，样品中的目标物首先与纳米金标记抗体结合，形成纳米金-抗体-抗原复合物。该复合物继续向前迁移，被检测线上固定的另一种抗体捕获，形成明显的红色条带，根据条带颜色深浅，即可半定量测定目标物含量。整个分析过程仅需10～15 min，样品用量为微升级，且无须复杂的前处理过程。为进一步提高检测灵敏度，可采用银增强技术，在纳米金表面还原沉积一层金属银，使其粒径增大，光学性质增强，从而降低检出限。

3 技术选择的注意要点

食品中有害化学物质种类繁多，污染来源复杂，在选择快速检测技术时需要充分考虑食品基质属性、目标物理化性质、污染水平以及检测场所等因素。针对不同类型食品，可优先选用前处理简单、分析速度快的技术。例如，对于均质性好的液态食品，如饮料、乳制品等，可直接采用近红外光谱法或拉曼光谱法进行无损检测；对于固态食品，如肉类、谷物等，则需要先采用提取、净化等前处理技术，再选用酶联免疫吸附测定法、纳米金免疫层析技术等进行快速分析。对于痕量污染物，如重金属、农药残留等，宜选择灵敏度高的电化学传感器法或表面增强拉曼光谱法；而对于非法添加物，如甜蜜素、苏丹红等，则需要选择专一性强的免疫分析技术。值得注意的是，由于食品基质效应显著，在检测过程中，应通过基质标准品、基质加标等方式评估方法的基质适用性。对于色素类食品，应考察色素对检测结果的干扰；含油脂食品应注意油脂析出对样品均匀性的影响；发酵食品中的酶类物质可能与免疫分析试剂盒产生交叉反应，导致假阳性结果。因此，有必要在方法建立之前，采用多种典型基质进行全面验证，确保检测结果准确可靠。

4 结语

食品安全关乎国计民生，近年来各类食品污染事件频发，严重危害人们的身体健康，必须引起高度重视。食品中有害化学物质种类繁多，污染物来源广泛，传统检测技术难以满足日益增长的快速筛查需求。本文重点探讨了拉曼光谱法、酶联免疫吸附测定法、近红外光谱法、电化学传感器法和纳米金免疫层析技术等新兴快检技术在食品化学污染检测中的应用，部分技术具有的快速、灵敏、便携、无损等优点，为食品安全监管提供了有力的技术支撑。未来，可以进一步加强对食品快检关键技术的研发和标准制定，完善质量控制体系，促进快检技术规模化应用。同时，还应注重快检与实验室检测的有机结合，建立食品安全多级筛查机制，做到“快筛快判、精检精控”，为从源头上遏制食品安全问题提供坚实的保障，维护人们“舌尖上的安全”。

参考文献

[1]张群.食品中重金属离子高灵敏快速检测技术研究与应用[J].食品与生物技术学报，2023，42（4）：112.

[2]刘瑞佳，武帅，张震，等.食品用金属包装中有害物质检测技术研究进展[J].绿色包装，2022（3）：15-20.

[3]刘源，张开惠，王莹莹，等.多重免疫层析检测技术在食品安全快速检测中的研究进展[J].食品与发酵工业，2023，49（1）：337-346.

[4]池明亮.浅析食品中重金属，农药残留等有害物质检测技术的改进与创新[J].现代食品，2023，29（12）：158-160.

[5]吕铷麟，何洪源，贾镇，等.食品中三聚氰胺的光谱检测与分析技术研究进展[J].光谱学与光谱分析，2022，42（7）：1999-2006.

作者简介：邬佩栋（1992—），男，山东潍坊人，本科，助理工程师。研究方向：食品检测。