許禎毅，吳玉瓊，范俐，姜咸彪

（武夷學(xué)院茶與食品學(xué)院，福建 武夷山 354300）

分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technology，MIT），也稱分子烙印，是指用化學(xué)的方法合成對(duì)某種目標(biāo)分子（模板或稱印跡分子）具有特異選擇性的聚合物的過(guò)程[1]。這種技術(shù)利用功能模板與目標(biāo)分子特異性結(jié)合的原理，制備有特定尺寸、形狀、序列的功能性基團(tuán)聚合物，能夠特異性識(shí)別模板分子，進(jìn)而達(dá)到分離與選擇的目的，因此它被形象地認(rèn)為可以用來(lái)制造識(shí)別“分子鑰匙”的“人工鎖”[2-3]。通過(guò)這種技術(shù)制備出來(lái)的分子印跡聚合物（molecular imprinting polymers，MIPs）對(duì)模板分子（或目標(biāo)分子）具有很好的親和性和選擇性，因此MIPs在成分復(fù)雜或環(huán)境惡劣的樣品具有較強(qiáng)的抵抗能力、穩(wěn)定性強(qiáng)和重復(fù)利用率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于食品、環(huán)境、生物醫(yī)藥等復(fù)雜樣品中殘量或微量組分的檢測(cè)[4-8]。

本文主要對(duì)分子印跡技術(shù)的原理進(jìn)行概述，對(duì)分子印跡技術(shù)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域中的農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、重金屬污染、非法使用添加劑、生物性污染等方面的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，分析其目前存在的難點(diǎn)，以期為該技術(shù)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展提供更多方向。

1 分子印跡技術(shù)的基本概念和原理

1.1 分子印跡技術(shù)的基本概念

MIT起源于諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)逷auling在1940年提出的抗體形成理論[9]，1993年Vlatakis等[10]科學(xué)家發(fā)表制備茶堿非共價(jià)印跡聚合物的研究成果，使MIT成為了眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，有關(guān)MIT或MIPs的研究應(yīng)用得到蓬勃發(fā)展。至今，小分子[11]，金屬螯合物[12]，氨基酸類及其衍生物[13]，大分子蛋白質(zhì)[14]等都已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了MIPs的制備。

1.2 分子印跡技術(shù)的原理

MIPs的制備過(guò)程如圖1所示[15]。其原理是將模板分子與功能單體在一定條件下進(jìn)行預(yù)組裝，加入交聯(lián)劑和致孔劑后使模板分子按預(yù)期取向和定位嵌入到聚合物中，然后通過(guò)物理或化學(xué)方法洗脫除去聚合物中的模板分子，形成與模板分子結(jié)構(gòu)匹配的空穴，得到“印跡”有目標(biāo)分子或模板分子空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合點(diǎn)位的MIPs。因此MIPs具有預(yù)定性、特異識(shí)別性、實(shí)用性、良好穩(wěn)定性等特點(diǎn)[16]。

圖1 MIPs制備流程圖Fig.1 Flow chart of preparation for MIPs

MIPs的制備一般可分為3個(gè)階段：（1）模板分子和功能單體相互作用形成復(fù)合物；（2）使用交聯(lián)劑和致孔劑將功能單體固定在特定的空間位置上；（3）通過(guò)化學(xué)或物理方法，洗脫除去模板分子，得到在空間位置上與模板分子完全匹配的印跡聚合物。根據(jù)模板分子與功能單體形成的聚合物性質(zhì)，可以將分子印跡的制備分為共價(jià)印跡（預(yù)裝法）、非共價(jià)印跡（自組裝法）和雜化印跡（犧牲空間法）[15-16]。

MIPs的制備具有操作簡(jiǎn)單、直接等特點(diǎn)[17-19]，但由于不同領(lǐng)域所用的MIPs要求不同，因此在實(shí)際試驗(yàn)操作中要綜合考慮研究的對(duì)象和目的，選擇最佳的合成方法。目前，制備MIPs主要有以下幾種制備方法：本體聚合、原位聚合、沉淀聚合、乳液聚合、懸浮聚合、表面分子印跡、離子印跡等。不同制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 MIPs不同制備方法對(duì)比Table 1 Comparisions of different preparation imprinting methods of MIPs

2 MIT在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 MIT在食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)方面的應(yīng)用

食品中農(nóng)藥殘留類型可分為有機(jī)氯類、有機(jī)磷類、有機(jī)氮類、擬除蟲菊酯類、酰胺類化合物、脲類化合物、醚類化合物、菊酯類和氨基甲酸類等，隨著農(nóng)藥類型和農(nóng)藥使用量的不斷增加，全世界各國(guó)都在集中大量的人力、物力開展食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)的研究。MIT具有特異性和親和性，特別適用于食品中痕量、微量農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。

Chen等[22]使用有機(jī)磷農(nóng)藥生產(chǎn)的中間體O，O-二甲基硫代磷為模板，甲基丙烯酸為單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑合成新型有機(jī)磷MIPs，考察有機(jī)磷MIPs對(duì)5種有機(jī)磷農(nóng)藥（敵百蟲、敵敵畏、樂(lè)果、吡蟲啉、甲胺磷）的吸附能力，并將其作為分子印跡固相萃取劑建立蔬菜中5種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的氣相色譜方法。優(yōu)化后的方法準(zhǔn)確度和精密度良好，適用于蔬菜中5種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量的檢測(cè)。

王小玉等[30]以硅球?yàn)檩d體，對(duì)硫磷為模板，無(wú)水乙醇為溶劑，氨丙基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷的混合物為功能單體，四乙氧基硅烷為交聯(lián)劑，采用溶膠-凝膠法制備對(duì)硫磷分子印跡聚合物，高效液相色譜用于西紅柿中對(duì)硫磷殘留檢測(cè)的方法，該方法檢出限低。許艷軍等[31]以乙酰甲胺磷為模板分子，用懸浮聚合法制備出MIPs。將其用于分子印跡固相萃取劑前處理技術(shù)，并與氣相色譜聯(lián)用，建立對(duì)茶葉中乙酰甲胺磷進(jìn)行檢測(cè)的方法。在最優(yōu)條件下，乙酰甲胺磷加標(biāo)回收率大于95%。劉娜等[32]制備出嘧菌酯、噻蟲啉和吡蟲啉3種內(nèi)吸性農(nóng)藥的MIPs，以此MIPs作為吸附功能原料制備分子印跡固相萃取劑，建立分子印跡固相萃取劑-液質(zhì)聯(lián)用儀檢測(cè)黃瓜中嘧菌酯、噻蟲啉和吡蟲啉殘留量的方法，通過(guò)條件優(yōu)化，3種農(nóng)藥的加標(biāo)回收率高，且方法精確性好。

目前，食品中農(nóng)藥殘留的前處理方法主要是依賴弗羅里硅土小柱、C18小柱、石墨化氨基小柱等[33-35]。這些方法都需要消耗大量有機(jī)溶劑進(jìn)行活化和淋洗，不僅污染環(huán)境，而且回收率受樣品類型影響較大。MIT與傳統(tǒng)的凈化方法相比，具有構(gòu)效預(yù)定性、操作穩(wěn)定性、重復(fù)使用、溶劑消耗量小等特點(diǎn)，因此它在食品農(nóng)藥殘留方面的研究越來(lái)越受到重視。

2.2 MIT在食品獸藥殘留檢測(cè)方面的應(yīng)用

食品中獸藥殘留主要是檢測(cè)抗生素類、激素類和抗菌類化學(xué)品，因其種類繁多，基質(zhì)復(fù)雜、殘留量低，傳統(tǒng)的樣品前處理方法較難滿足當(dāng)前的需求，因此近年來(lái)，MIT在食品中獸藥殘留的應(yīng)用報(bào)道越來(lái)越多。

李增威等[36]將磁性分離技術(shù)和表面分子印跡技術(shù)相結(jié)合，在Fe3O4磁性納米粒子表面接枝雙鍵，以氯霉素為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑、偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，采用懸浮聚合法合成氯霉素磁性MIPs，將其作為分子印跡固相萃取劑在豬肉和蜂蜜樣品中進(jìn)行不同濃度的氯霉素加標(biāo)回收率測(cè)試，取得很好的效果，方法回收率高，靈敏度和準(zhǔn)確性都很好。Feng等[37]為快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)豬尿液中鹽酸克倫特羅及其代謝物，研制一種基于分子印跡聚合物的新型石英晶體微天平傳感器陣列。該方法可通過(guò)尿液標(biāo)本快速檢測(cè)家畜是否被添加了鹽酸克倫特羅。

Song等[38]以泰樂(lè)菌素為模板，甲基丙烯酸為功能單體合成MIPs，然后將其作為固相萃取原料，應(yīng)用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀對(duì)豬、牛、雞3種肉制樣品中10種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素藥物進(jìn)行檢測(cè)，方法的檢測(cè)限為 0.1 ng/g～0.4 ng/g，定量限為 0.3 ng/g～1.0 ng/g，靈敏度很好。

通過(guò)對(duì)比MIPs制成的固相萃取柱與傳統(tǒng)的固相萃取小柱的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)MIT對(duì)目標(biāo)物的加標(biāo)回收率更高，且具有更高的精密度、更好的準(zhǔn)確度、更加穩(wěn)定的性能[38]。

2.3 MIT在食品重金屬殘留檢測(cè)方面的應(yīng)用

食品中的重金屬污染主要來(lái)源于3個(gè)方面，一是來(lái)源于農(nóng)作物對(duì)重金屬元素的富集；二是源于水產(chǎn)動(dòng)物重金屬的污染，三是源于食品生產(chǎn)加工、貯藏、運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的污染。重金屬進(jìn)入人體后要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，達(dá)到一定的濃度后才顯示出毒性，因此不易被人們所察覺，具有很大的潛在危害性。與金屬離子有關(guān)的印跡技術(shù)屬于MIT的前沿內(nèi)容，也有少量應(yīng)用于食品中重金屬殘留量檢測(cè)的報(bào)道。

李光珍等[39]以殼聚糖為功能單體，α-Fe2O3為改性增強(qiáng)劑，砷為模板分子，采用反相懸浮交聯(lián)法制備得到砷分子印跡α-Fe2O3改性殼聚糖樹脂（arsenic imprinted α-Fe2O3modified chitosan beads，As-IFICB）。試驗(yàn)研究表明，As-IFICB對(duì)梨汁中的砷具有很強(qiáng)的親和力和良好的選擇性，能有效吸附梨汁中的砷元素，而對(duì)梨汁中鈣、鎂、鐵等有益礦質(zhì)元素和總糖、游離氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分的吸附量很少，能較好保留梨汁中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

郝麗[40]以Cd（Ⅱ）為模板，甲基丙烯酸為單體，異丙醇為溶劑，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，采用甲苯/十二醇作為復(fù)合致孔劑體系，在不銹鋼管柱中制備得到鎘離子印跡柱。其研究表明，提高甲苯在致孔劑中的比例，有利于提高鎘離子印跡柱對(duì)游離Cd（Ⅱ）的富集能力和選擇能力，因此可將其作為固相萃取劑應(yīng)用于食品中Cd（Ⅱ）的吸附或檢測(cè)。

2.4 MIT在食品添加劑檢測(cè)方面的應(yīng)用

食品添加劑是指在食品制造、加工、處理、包裝、運(yùn)輸、保管中為達(dá)到一定的技術(shù)目的而人為添加的物質(zhì)。合理使用食品添加劑可以改善食品的組織狀態(tài)、增強(qiáng)食品的色、香、味和口感。然而，亂用或?yàn)E用食品添加劑則會(huì)對(duì)人體健康造成危害[41]。

劉飛[42]分別以剛果紅和檸檬黃為模板，β-環(huán)糊精-馬來(lái)酸酐和[2-（甲基丙稀酰氧）乙基]三甲基氯化銨為雙功能單體，N，N-亞甲基雙丙稀醜胺為交聯(lián)劑合成MIPs。將此聚合物作為吸附劑填充固相萃取柱用來(lái)萃取食品中的剛果紅和檸檬黃，所得洗脫液通過(guò)高效液相色譜進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，合成的雙功能分子印跡聚合物選擇性高，檢出限低，適合用于食品中剛果紅和檸檬黃的檢測(cè)。

韋壽蓮等[43]以鄰苯二甲酸二辛酯印跡聚合物為吸附劑，采用固相萃取-高效液相色譜法檢測(cè)塑料瓶裝水、白酒和飲料中鄰苯二甲酸酯類化合物。經(jīng)條件優(yōu)化，該方法檢出限為 0.03 μg/mL～0.05 μg/mL，準(zhǔn)確度好，回收率高，適用于白酒、飲料中痕量鄰苯二甲酸酯類化合物的檢測(cè)。

食品中含有較多與人工合成添加劑組分相類似的天然組分，使用傳統(tǒng)的固相萃取方法時(shí)，較經(jīng)常出現(xiàn)假陽(yáng)性的檢測(cè)結(jié)果，而MIT因其結(jié)構(gòu)預(yù)定性和特異識(shí)別性，可以在復(fù)雜的樣品中準(zhǔn)確定位目標(biāo)物質(zhì)，大大提高分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.5 MIT在食品微生物污染檢測(cè)方面的應(yīng)用

Bayram 等[44]以黃曲霉毒素 B1、B2、G1和 G2這 4 種主要的黃曲霉毒素混合物為分子模板，采用本體聚合法制備多功能MIPs，以此聚合物作為固相萃取劑制備多功能分子印跡固相萃取劑柱，用于食品中黃曲霉毒素的檢測(cè)，結(jié)果顯示該柱具有良好的穩(wěn)定性和選擇性，且可多次重復(fù)使用。

Cao等[45]提出一種以商品化的黃曲霉毒素A分子印跡固相萃取柱與高效液相色譜熒光法聯(lián)用，通過(guò)條件優(yōu)化建立啤酒、紅酒、葡萄汁樣品中黃曲霉毒素A的凈化富集、分離檢測(cè)方法。優(yōu)化后的方法回收率高，準(zhǔn)確性和重復(fù)性都很好。

試驗(yàn)證明利用MIT分析食品中微生物殘留量時(shí)，可有效提高待測(cè)組分的加標(biāo)回收率、降低檢出限，同時(shí)還可以重復(fù)多次使用，從而大大降低檢測(cè)成本。

3 分子印跡技術(shù)存在的問(wèn)題和展望

近幾十年以來(lái)，由于MIPs的親和力和選擇性，在選擇性提取目標(biāo)物同時(shí)，可有效消除復(fù)雜樣品中的基質(zhì)干擾，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，但也存在一些問(wèn)題：（1）模板分子洗脫不徹底，造成其在后續(xù)檢測(cè)過(guò)程中“流失”，從而影響檢測(cè)[46]；（2）在制備MIPs中的功能單體選擇性較少，不能滿足模板分子的實(shí)際需求[47]；（3）MIT在蛋白、核酸、多糖等生物大分子領(lǐng)域應(yīng)用較少[48]；（4）MIPs的柱容量較低[49]；（5）MIPs產(chǎn)品的商業(yè)化程度較低，不能滿足大批量的生產(chǎn)需求。

綜上所述，MIT在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用依然具有很大的研究潛力，主要可體現(xiàn)在：（1）研究新的分子印跡技術(shù)，以促進(jìn)MIPs的商業(yè)化和規(guī)?；?；（2）借助表面印跡、納米印跡、活性/可控自由基聚合、中空多孔聚合、點(diǎn)擊化學(xué)環(huán)加成聚合、微流控在線合成、固相合成等技術(shù)，為MIT的發(fā)展應(yīng)用提供了新方向[50]；（3）開發(fā)適用于大分子模板分子的MIPs；（4）將MIPs制備的反應(yīng)體系從有機(jī)相轉(zhuǎn)到水相，增加功能單體的選擇范圍；（5）加強(qiáng)MIT在食品農(nóng)殘、獸殘以及其他污染物檢測(cè)方面的識(shí)別機(jī)理研究。