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        快速檢測(cè)技術(shù)在果蔬農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用

        2016-01-26 16:29:32李志成鄭曉冬閆新煥劉雪梅孟曉萌潘少香宋燁
        中國(guó)果菜 2016年12期
        關(guān)鍵詞:光譜法果蔬水果

        李志成,鄭曉冬,閆新煥,劉雪梅,孟曉萌,潘少香,宋燁

        (中華全國(guó)供銷(xiāo)合作總社濟(jì)南果品研究院,山東濟(jì)南 250014)

        快速檢測(cè)技術(shù)在果蔬農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用

        李志成,鄭曉冬,閆新煥,劉雪梅,孟曉萌,潘少香,宋燁

        (中華全國(guó)供銷(xiāo)合作總社濟(jì)南果品研究院,山東濟(jì)南 250014)

        水果、蔬菜的農(nóng)藥殘留超標(biāo)問(wèn)題一直以來(lái)嚴(yán)重威脅食品安全,僅僅依靠傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法難以滿(mǎn)足監(jiān)管的需要。本文概述了快速檢測(cè)技術(shù)在蔬菜、水果農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的研究進(jìn)展。主要介紹了酶抑制法、化學(xué)速測(cè)法、生物傳感器、免疫分析法、近紅外光譜法及拉曼光譜法等果蔬農(nóng)殘快速檢測(cè)技術(shù),闡述了各自的檢測(cè)原理、優(yōu)缺點(diǎn)及研究現(xiàn)狀,并對(duì)農(nóng)殘快速檢測(cè)技術(shù)前景進(jìn)行了展望。

        果蔬;農(nóng)藥殘留;快速檢測(cè)技術(shù)

        水果、蔬菜的農(nóng)藥殘留超標(biāo)問(wèn)題一直是食品安全部門(mén)監(jiān)管的重點(diǎn)。水果、蔬菜中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)方法開(kāi)發(fā)與應(yīng)用直接關(guān)系到果蔬行業(yè)食品安全監(jiān)管的成效。就目前用于水果、蔬菜的農(nóng)藥種類(lèi)而言,按照其化學(xué)結(jié)構(gòu)主要分為有機(jī)磷類(lèi)、有機(jī)氯類(lèi)、氨基甲酸酯類(lèi)以及擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)共四大類(lèi)。目前較為成熟的檢測(cè)方法包括氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法(GC-MS)、液質(zhì)聯(lián)用法(LC-MS)、液相色譜法。但這些技術(shù)與優(yōu)點(diǎn)在于方法靈敏度高、適用范圍較廣,可以做到多殘留同時(shí)分析并且具有較好的重現(xiàn)性[1,2]。盡管傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典方法具有優(yōu)越性,但隨著目前食品安全形勢(shì)的越發(fā)嚴(yán)峻,實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的缺陷性也顯露出來(lái),需要大型儀器,前處理步驟繁瑣,且無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程通常需要經(jīng)過(guò)有機(jī)試劑提取、然后進(jìn)行一系列前處理凈化、富集,最后借助大型儀器進(jìn)行檢測(cè)分析;存在時(shí)效性差、耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)檢測(cè)人員要求較高等限制因素,通常只能在具有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè),延長(zhǎng)了檢測(cè)周期。難以滿(mǎn)足果蔬分布廣、季節(jié)性要求強(qiáng)、檢測(cè)需求量大的要求。因此一些更適用于現(xiàn)場(chǎng)快速篩查的檢測(cè)方法,如:酶抑制法、化學(xué)速測(cè)法、生物傳感器法、免疫分析法、近紅外光譜法及拉曼光譜法等被研究人員開(kāi)發(fā)利用,逐漸成為新鮮果蔬監(jiān)管的有效手段[3]。

        1 果蔬農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)的方法

        1.1 酶抑制法

        研究人員對(duì)酶抑制法進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的研究,是目前最為成熟的農(nóng)殘快速檢測(cè)技術(shù)。酶抑制法的基本原理是根據(jù)有機(jī)磷類(lèi)及氨基甲酸脂這兩類(lèi)農(nóng)藥可以對(duì)存在于昆蟲(chóng)神經(jīng)系統(tǒng)中乙酰膽堿酯酶的活性產(chǎn)生特異性的抑制作用這一現(xiàn)象。具體操作是將提取后乙酰膽堿酶與待測(cè)樣品進(jìn)行反應(yīng),根據(jù)乙酰膽堿酶受到抑制的程度判斷樣品中農(nóng)藥的含量多少。研究人員根據(jù)這一原理研制出了快速檢測(cè)箱、快速檢測(cè)卡、快速測(cè)定儀等多種快速檢測(cè)設(shè)備[4]。

        采用酶抑制法檢測(cè)水果、蔬菜中有機(jī)磷及氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)時(shí)間通常在30min之內(nèi)。王文[5]通過(guò)改變pH值條件,用酶抑制法檢測(cè)了大蒜中的農(nóng)藥含量。在pH9.0條件下對(duì)分別添加8種農(nóng)藥的大蒜樣品進(jìn)行檢測(cè),與pH7.5農(nóng)藥緩沖液的判定結(jié)果較為一致,且該方法簡(jiǎn)單、低成本、有效,適用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的場(chǎng)合。

        酶抑制法檢測(cè)農(nóng)藥殘留的優(yōu)勢(shì)在于前處理簡(jiǎn)單、檢測(cè)時(shí)間短、對(duì)操作人員要求低,特別適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及對(duì)大批量樣品進(jìn)行篩查。然而盡管研究人員對(duì)酶抑制法進(jìn)行深入的研究,該方法仍存在一定局限性。首先是該方法不能檢測(cè)所有種類(lèi)農(nóng)藥殘留,僅限于有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥,其次該方法使用的酶、底物、顯色劑有一定的特異性,需要控制的因素復(fù)雜,結(jié)果難以辨認(rèn)。最后該方法的靈敏度、重復(fù)性、回收率不是很理想[6]。

        1.2 化學(xué)速測(cè)法

        化學(xué)速測(cè)法是一種利用化學(xué)反應(yīng)后顯色的檢測(cè)方法,目前還在實(shí)驗(yàn)室研究階段,其原理是利用具有催化作用的離子催化劑與有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),將有機(jī)磷類(lèi)藥物分解成小分子的磷酸、硫醇、胺和酚的形式。再將其與本身具有紫紅色的檢測(cè)劑進(jìn)行反應(yīng),使檢測(cè)劑顏色褪去。

        該方法較酶抑制法的優(yōu)勢(shì)在于其基于穩(wěn)定的化學(xué)氧化還原反應(yīng)機(jī)理,因而避免了酶抑制法假陽(yáng)性、不穩(wěn)定性、不易保存等缺陷。同時(shí),化學(xué)速測(cè)法具有檢測(cè)成本低的優(yōu)勢(shì)。該方法的缺陷在于目前只適用于有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)并且易受到具有還原性物質(zhì)的干擾。

        1.3 生物傳感器法

        生物傳感器對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析于20世紀(jì)80年代開(kāi)始,至今為止研究人員建立一系列有效的方法對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)。生物傳感器法的基本原理是將生物敏感部件與檢測(cè)器連接,兩者相互配合對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析。首先通過(guò)生物敏感部件對(duì)特定待測(cè)化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng),進(jìn)而將這種生物學(xué)響應(yīng)轉(zhuǎn)化為pH、電導(dǎo)等物理化學(xué)信號(hào)的變化,由檢測(cè)器進(jìn)行表達(dá)。通過(guò)數(shù)值變化可以了解待測(cè)物中農(nóng)藥殘留量的信息。

        干寧等[7]將膽堿氧化酶和乙酸膽堿酯酶固定在電極表面納米復(fù)合微粒上,構(gòu)建了一種針對(duì)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥的雙酶?jìng)鞲衅鳌T撋飩鞲衅鲗㈦娏鲝?qiáng)度與酶濃度之間建立響應(yīng)關(guān)系,研究顯示其對(duì)克百威和敵敵畏兩種農(nóng)藥在0~1.00μg/mL范圍內(nèi)呈良好線(xiàn)性關(guān)系(R2=0.977),最低檢出限為0.01μg/mL,經(jīng)過(guò)對(duì)白菜的添加回收率實(shí)驗(yàn),其回收率在95%~110%之間。Rekha等[8]利用有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥能夠抑制抗壞血酸氧化酶活性的生物學(xué)機(jī)理,設(shè)計(jì)安培型生物傳感器對(duì)機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥——乙基對(duì)氧磷進(jìn)行快速檢測(cè),結(jié)果顯示在1~10mg/kg范圍內(nèi)酶底物反應(yīng)的抑制率與乙基對(duì)氧磷的濃度呈線(xiàn)性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)是0.9942。

        1.4 近紅外光譜法

        近紅外光是一種介于可見(jiàn)光和中紅外光之間的電磁波。分子在近紅外譜區(qū)的吸收主要由分子中含氫基團(tuán)的吸收組成。不同基團(tuán)或同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長(zhǎng)與強(qiáng)度都有明顯差別,幾乎所有有機(jī)物的主要結(jié)構(gòu)和組成都能夠在近紅外光譜形成穩(wěn)定的光譜圖,這是近紅外光譜分析的理論基礎(chǔ)。近紅外光譜分析技術(shù)作為一種分析手段最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代,結(jié)合現(xiàn)有計(jì)算機(jī)分析技術(shù)、傳感器處理技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行捕獲和分析。但直到21世紀(jì)初,研究人員才將近紅外分析技術(shù)引入農(nóng)藥殘留的分析。

        周向陽(yáng)等[9]采用傅立葉變換近紅外光譜法(FT-NIR)對(duì)十字花科、旋藥科、菊科、傘形花科、莧科等20多種葉菜類(lèi)蔬菜中的有機(jī)磷農(nóng)殘進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并與其他方法進(jìn)行了比較,為有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的快速分析提供一種簡(jiǎn)便、快速、可靠的手段。徐琳等[10]采用傅里葉變換紅外光譜分析法(FTIR-ATR)對(duì)青菜和白菜表面殘留的氯氰菊酯進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,ATR-FTIR測(cè)定蔬菜農(nóng)殘具有快速、簡(jiǎn)便,無(wú)需預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。

        近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)果蔬中農(nóng)藥殘留的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)試中不破壞樣品,定性分析與定量分析可同時(shí)兼顧,能夠?qū)崿F(xiàn)多組分同時(shí)測(cè)量,易于在線(xiàn)分析[11,12]。目前近紅外技術(shù)存在的一些固有的缺陷,主要問(wèn)題在于該方法靈敏度低,容易受到其他因素的干擾。若要對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行定量分析,需要建立大量的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擬合,結(jié)果可靠性有待提高。同時(shí)背景干擾和儀器自身穩(wěn)定性是制約其發(fā)展的因素,農(nóng)藥殘留檢測(cè)對(duì)象的濃度多為mg/kg或μg/kg級(jí)別,如何進(jìn)一步降低檢出限,提高穩(wěn)定性是該方法下一步需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

        1.5 拉曼光譜法

        拉曼光譜是近幾年來(lái)熱門(mén)的光譜分析技術(shù),在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用都得到發(fā)展,其中在果蔬安全檢測(cè)中的應(yīng)用主要是對(duì)農(nóng)殘的檢測(cè)。拉曼光譜是借助分子的振動(dòng)譜來(lái)識(shí)別物質(zhì)的,獲得的是分子的“指紋信息”。不同農(nóng)藥的分子結(jié)構(gòu)不同,其振動(dòng)譜也會(huì)不同,因而會(huì)在特定的拉曼位移處產(chǎn)生特征信號(hào)峰。利用拉曼光譜識(shí)別農(nóng)藥時(shí)必須首先獲得各種樣品的拉曼數(shù)據(jù),然后分別測(cè)量各種農(nóng)藥的拉曼光譜,分別形成數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)判模型[13]。

        翟晨等[14]采用拉曼光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)果蔬中農(nóng)藥殘留進(jìn)行定性定量分析,嘗試對(duì)蘋(píng)果中溴氰菊酯和啶蟲(chóng)脒兩種農(nóng)藥進(jìn)行快速無(wú)損識(shí)別和檢測(cè)。當(dāng)蘋(píng)果中的溴氰菊酯和啶蟲(chóng)脒殘留的含量分別為0.78mg/kg和0.15mg/kg時(shí),兩種農(nóng)藥的特征峰清晰可見(jiàn)。

        2 各類(lèi)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

        在目前幾類(lèi)農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)方法中,酶抑制法能檢測(cè)的農(nóng)藥種類(lèi)以及濃度范圍有限,就目前來(lái)說(shuō)很難得到大的突破,其自身局限性進(jìn)一步限制了該方法在果蔬農(nóng)殘快速檢測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。生物傳感器亟需解決穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差和使用壽命短等問(wèn)題,其發(fā)展方向依賴(lài)精密儀器的開(kāi)發(fā)。近紅外光譜與拉曼光譜同屬光譜法,近年來(lái)得到了快速發(fā)展。光譜法先天具有快速、無(wú)損、高通量、低成本等優(yōu)勢(shì),是發(fā)展快速檢測(cè)的理想手段。長(zhǎng)久以來(lái)困擾其發(fā)展的熒光光譜法適應(yīng)性差、實(shí)現(xiàn)定量比較難、干擾因素多,響應(yīng)值低等問(wèn)題,通過(guò)儀器穩(wěn)定性提升及表面增強(qiáng)劑的開(kāi)發(fā)得到了一定的彌補(bǔ)。其在藥物打假、珠寶鑒定、刑偵勘察等領(lǐng)域取得了突破,現(xiàn)有技術(shù)完全可對(duì)果蔬農(nóng)殘進(jìn)行定性篩查、定量計(jì)算。此外,近年來(lái)逐漸興起的太赫茲光譜分析技術(shù)也吸引了越來(lái)越多的關(guān)注,已有研究人員嘗試將該技術(shù)用于果蔬的農(nóng)殘檢測(cè),光譜分析技術(shù)作為果蔬品安全檢測(cè)的一種有效手段,它的發(fā)展也將進(jìn)一步推動(dòng)果蔬產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

        3 發(fā)展趨勢(shì)與展望

        3.1 快速檢測(cè)技術(shù)日漸成為果蔬農(nóng)殘檢測(cè)的必要技術(shù)

        中國(guó)水果蔬菜市場(chǎng)巨大,農(nóng)產(chǎn)品分布范圍十分廣泛且以山區(qū)、林地及廣大農(nóng)村菜地為主。傳統(tǒng)的色譜類(lèi)及質(zhì)譜方法現(xiàn)已足夠成熟,形成了完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但受限于儀器昂貴、體積笨重、前處理過(guò)程復(fù)雜、時(shí)效性差及對(duì)操作人員要求高等限制因素,適合抽樣后送檢出具權(quán)威結(jié)論??焖贆z測(cè)技術(shù)及設(shè)備在水果蔬菜質(zhì)量安全監(jiān)管中具有不可替代的作用,這是由中國(guó)的特殊國(guó)情決定的。

        3.2 逐步擴(kuò)大快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍

        食藥監(jiān)系統(tǒng)在其監(jiān)管范圍內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了省級(jí)快速檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在全國(guó)范圍內(nèi)的配備,部分發(fā)達(dá)省份和城市在縣區(qū)這一級(jí)也相繼配備了快速檢測(cè)設(shè)備。目前較為成熟的快速檢測(cè)方法多采用光譜法與酶抑制法。大型商超、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、水果批發(fā)市場(chǎng)農(nóng)殘快速檢測(cè)儀隨處可見(jiàn)。目前在大型商超、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、水果批發(fā)市場(chǎng)普遍使用的快速檢測(cè)技術(shù)是采用酶抑制法為原理的快速檢測(cè)試劑盒,根據(jù)抑制率反映農(nóng)殘風(fēng)險(xiǎn),抑制率在50%以下視為合格,模式是每天果蔬進(jìn)入市場(chǎng)前由專(zhuān)門(mén)食品安全員使用快速檢測(cè)試劑盒對(duì)水果蔬菜進(jìn)行快速檢測(cè),作為一種有效的監(jiān)管手段,快速檢測(cè)技術(shù)在水果、蔬菜農(nóng)藥殘留檢測(cè)中發(fā)揮的作用將越來(lái)越大。

        3.3 加強(qiáng)對(duì)快速檢測(cè)技術(shù)的市場(chǎng)監(jiān)管

        果蔬農(nóng)殘快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展需要嚴(yán)格的市場(chǎng)監(jiān)管。下一步的發(fā)展有兩個(gè)主要方面。一方面,在方法與儀器開(kāi)發(fā)上攻克技術(shù)難題,如酶抑制法需要降低假陽(yáng)性率,拉曼光譜與近紅外光譜法需要在儀器穩(wěn)定性及降低背景干擾上進(jìn)行提高,開(kāi)發(fā)出更加靈敏的表面增強(qiáng)劑以降低農(nóng)殘檢出限。生物傳感器作為一種新興的快速檢測(cè)技術(shù),前景是寬廣的,但就目前來(lái)說(shuō)亟需解決穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差和使用壽命短等問(wèn)題,要完善這一情況需要長(zhǎng)時(shí)間對(duì)精密儀器進(jìn)行開(kāi)發(fā)與研究。另一方面是快速檢測(cè)水果蔬菜中農(nóng)藥殘留的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)需要加緊頒布并及時(shí)進(jìn)行跟進(jìn)完善。目前快速檢測(cè)水果蔬菜中農(nóng)藥殘留的各類(lèi)方法缺少相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),因此快速檢測(cè)結(jié)果的權(quán)威性難以得到保障,大多作為監(jiān)管篩查問(wèn)題產(chǎn)品使用。這一情況制約了快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,因此需要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)與明確。隨著國(guó)家對(duì)食品安全的重視程度不斷提升,快速檢測(cè)技術(shù)在水果蔬菜農(nóng)藥殘留檢測(cè)中發(fā)揮的作用將會(huì)越來(lái)越大,快速檢測(cè)技術(shù)方法與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法將在控制水果蔬菜農(nóng)殘安全方面發(fā)揮各自不可替代的作用。

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        Application of Rapid Detection Technology in Pesticide Residue Detection of Fruits and Vegetables

        LI Zhi-cheng,ZHENG Xiao-dong,YAN Xin-huan,LIU Xue-mei,MENG Xiao-meng,PAN Shao-xiang,SONG Ye
        (Jinan Fruit Research Institute All-China Federation of Supply&Marketing Co-operatives,Jinan 250014,China)

        The problem of excessive pesticide residues in fruits and vegetables has been a serious threat to food safety. Traditional laboratory testing methods are difficult to meet the needs of the regulation.In this paper,the author summarized rapid detection technology in the research development of fruits and vegetables pesticide residue detection,mainly introduced the method of enzyme inhibition,chemical measuring method,biosensor,ELISA,NIR and Raman spectroscopy fast detection technology of fruit and vegetable pesticide residues,expounded the principles of these quick technical detection,and analzed the advantages and disadvantages of these methods.At last,the author introduced the research status of rapid detection technology,and put forward the outlook for development prospect of rapid detection technology.

        Fruits and vegetables;pesticide residues;rapid detection technology

        S481.8

        A

        1008-1038(2016)12-0033-04

        2016-11-22

        李志成(1990—),男,研究實(shí)習(xí)員,研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量安全檢測(cè)

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