食品质量安全检测中对科学仪器设备的需求_技术应用_仪器仪表产业网仪器仪表产业网

检验检疫科学读稿口食品质量安全检测中对科学仪器设备的需求蒋士强（中国仪器仪表学会中国分析测试协会中国农业科学研究院。北京。10008众多公共安全问题中食品安全*令世人关注，我国老百姓也十分担忧，一度达到谈食色变的程度。这是一个热点问题，也是敏感问题，有误区也有误导和误解。客观地说，形势在不断好转，但有待芫善和应对的问题仍然不少。

借鉴发达国家的经验，芫善的食品安全保障体系应体现为体系的芫备，法律和法规及标准的健全，机构、人员和装备的芫善，检验检测技术和仪器设备的先进，监控和检测的及时和有力。其中技术支撑是科学仪器和测试技术。

1在确保食品安全中科学仪器和测试技术面临的挑战1.1食品安全问题自身的复杂性和检测工作方式的多样性对食品安全检测技术和科学仪器带来巨大的挑战食品安全项目的检测，是在基质十分复杂的动植物产品和加工产品的样品中检测几十种甚至几百种有毒有害残留物或污染物的组分，其含量又极低（Ug级、ng级），而且有一些污染物如呋喃有135种同位异构体，毒性差异很大，很难分离、萃取和分析。据统计，分析测试领域对仪器和方法的检出限要求平均每5年下降一个数量级。近几年来，国外对有关食品安全标准进行了重大、快速修订，我国为了与世界接轨和应对挑战，也在不断修订标准，例如2006年底发布、2007年实施的36项农药、兽药多残留分析国家标准。对食品安全检测而言，形势逼人，这一方面是出于对食品安全的重视，另一方面也出于应对发达国家采取的技术性贸易壁垒的需要。形势发展对有害物限量标准、样品前处理、分析检测技术和仪器都提出了越来越高的要求。

1.2对食品安全问题认识的不断深化对检测技术与仪器提出了新要求人们对食口安全问题的认识过程，是一个不断深化的过程。起初人们对食品安全问题的关注，起源于农药残留中毒事件和致病菌对人的侵害。接着认识到兽药残留使人体产生抗药性，其潜在危害性更大；又发现在生产和生活中若对废弃物处理不当，例如二英污染饲料和畜产品，多氯联苯等12种“持久性有机污染物”致癌和破坏内分泌系统，破坏人体免疫能力；近几年又发现有毒有害元素的价态不同，则毒性差异很大；还发现了溴酸盐、高氯酸盐等污染物通过空气和水等进入食物链造成的危害，甚至发现油炸食品中含有较高的丙烯酰胺成分可能致癌，以及对食品添加剂的疑虑等等。人们对食品安全的认识和对自身健康的关注是无止尽的，所以对有毒有害残留物、污染物检测方法和仪器的要求也将曰新月异。

1.3我国面临的特有重任一鉴食品伪劣（打假）对检测技术与仪器的特殊要求我国除了与发达国家相似的在食品安全中要检测农药和兽药残留以及其他有毒有害化学残留物、有毒有害元素、致病菌和毒素等外，还有一个特殊性困扰，即当今法治不健全，某些生产者的道德观念和自律意识不强，不顾及消费者健康而只求私利，造成食品的假、冒、伪、劣现象，例如假鲜奶、所谓人造奶、随意添加违禁添加剂，擦杂使假，给人们的健康带来安全隐患，在国内造成极恶劣的影响。

监食品伪劣的检测技术很多，中国农科院张萍研究员和中国农大严衍禄教授等人充分运用近红外光谱中丰富的信息，近年来应用近红外光谱分析技术在鉴假、冒、伪、劣食品中进行大量实验研究颇有进展。运用化学计量学处理数据，用聚类分析和模式识等手段确走样品间的一致性程度和归属关系，有效，快速、方便地鉴食品真伪和擦假，已积累了大量实验资料和方法。

2食品、农产品安全检测中对科学仪器的需求2.1检测农药残留的仪器2.U有机氯农残的检测仪器广泛采用配以电子捕获检测器的气相色谱仪（GC-ECQ，使用毛细管柱，具有高灵敏度、高分离、走量准确等优点。当基质或成分较复杂时，根据GC的保留时间很难走性，则要用质谱检测器、借助选择离子检测（SIM模式来走性，即使用气/质联用仪仪。

2.1.2有机磷农残检测的仪器广泛使用配以火焰光度检测器的氮磷检测器的气相色谱仪（GC-FPD或GC-NPD或GC-ECD，为了准确走性，也常用GC-MS仪。对于高沸点或热不稳走性的有机磷农残，应该用配以紫外-可见光检测器的液相色谱仪（HPLC-UV.美国AOAC有机磷农残的检测标准方法使用HPLC.近年来也有使用液/质联用仪（LC-MS进行有机磷多残留分析的。

2.1.3氨基甲酸酯农残检测的仪器对于热稳走性较高的氨基甲酸酯农残，虽可用气相色谱仪检测（GC-FID/NPD/ECQ，但大多氨基甲酸酯农药热稳走性差，所以广泛采用柱后衍生、配用荧光检测器的液相色谱仪（HPLC-FLD.对于农产品和土壤等基质复杂样品，HPLC的峰分离有诸多困难，所以近年来以液/质联用仪OT-MS作为优选的手段。

2.1.4拟除虫菊酯类农残检测的仪器广泛采用带电子俘获检测器的气相色谱仪（GC-ECD），也有用HPLC-UV的，而确证则采用GC-MS.2.1.5除草剂农残检测的仪器也常采用HPLC以弥补GC的不足，并用配有APCL源的HPLC-MS和GC-MS-MS用于确证。

2.1.6农药多残留检测的仪器当今农药多残留检测得到世界发达国家高度重视，近年我国也公布实施了8个农药多残留检测的国标即：GB/T19426-2006蜂蜜、水果和果酒中497种农药多残测走；GB/T19648-2006水果和蔬菜中500种农药多残留测走；GB19649-2006谷物中475种农药多残留测走；GB/T19650-2005动物组织中478种农药多残留测走；GB/T20769-2006水果和蔬菜中405种农药多残留测走；GB/T20770-2006粮谷372种农药多残留测走；GB/T20771-2006蜂蜜、果汁和果酒中420种农药多残留测走以及GB/20772-2006动物肌肉中380种农药多残留测走。所用的样品前处理技术方法各异，但所用的仪器均为GC-MS或LC-MS-MS，同时检测多种农药残留。

2.2检测兽药、渔药残留的仪器兽药大致可分15类，检测各类兽药残留的方法和仪器有同有异。

2.2.1检测内酰胺类抗生素残留的仪器绝大多数检测该类抗生素的残留采用HPLC，但残留物的确证主要靠LC-MS和LC-MS-MS，以取代以往曾使用过的GC-MS仪器。

2.2.2检测氨基糖苷类抗生素残留的仪器除了庆大霉素等可用GC-ECD仪器外，绝大部分该类抗生素的残留检测靠HPLC-FLD.LC-MS-MS主要用于牛奶样品中该类抗生素残留的确证。

2.2.3检测大环内酯抗生素残留的仪器以前曾用薄层色谱（TLO和GC，现今均被HPLC替换了。其中有些抗生素可用GC-MS检测和确认，绝大多数需用LC-MS-MS检测和确证。

2.2.4检测四环素族抗生素残留的仪器采用杯碟法准确、经济，但无法分辨结构，所以当今均采用杯碟筛选出阳性样品，再用HPLC和LC-MS-MS确证。

2.2.5检测胺苯醇类抗生素残留的仪器由于法规要求检测灵敏度为。111蛛其检测仪可用微生物抑制法筛选，用酶标仪配合检测试剂2.2.7检测喹喏酮类残留的仪器尽管曾用过TLC仪和荧光光谱仪（FID及GC-施仪，但目前一般都用11邛10/1；￥、11-和HPLC-MS-MS仪进行走性和走量。

2.2.8检测硝基咪唑类残留的仪器（NCI检测，但是大多还是靠HPLC-UV和HPLC-MS-MS检测和确证。2.2.9检测硝基呋喃类残留的仪器以前用HPLC-UV仪检测，因灵敏度不高，且不能走性，所以现已改为用HPLC-MS和HPLC-MS-MS.2.2.10检测激素与其他生长促进剂残留的仪器以往曾用FID和HPLC，但因灵敏度低，当今已改为常用GC-MS和GC-MS-MS仪，并进一步过渡到采用HPLC-MS，甚至HPLC-MS-MS仪。

2.2.11检测甲状腺抑制剂残留的仪器常用的仪器从HPLC和ILC仪进一步过渡到采用GC-MS仪。

2.2.12检测0-受体激动剂残留的仪器仪。

2.2.13检测驱虫药残留的仪器2.2.14检测镇静剂类残留的仪器2.2.15检测染料类残留的仪器2.3检测农兽药残留仪器综合归纳外标准和我国的标准，以及我国产此状况，农药和兽药残留检测中所需的科学仪器大致归纳如下。

2.3.1农残检测的主要仪器是配有各种检测器的GC，辅以HPLC，并用GC-MS走性和确证。

2.3.2农残多残留检测仪器均为GC-MS或IT-MS-MS.2.3.3兽药残留检测仪器设备比农残检测仪器的档次要求更高，一般用LC或GC-MS检测，进一步用LC-MS和LC-MS-MS走性和确证。

2.3.5我国近几年来在GC、LC、GC-MS方面取得了长足进步。例如北京东西电子、上海精科、天美、伍丰、温岭、北分、依利特等的产品虽与上述国际名牌还有些差距，但很适用于县及地（市）级食品安全的初步走性、走量检测，国产仪器在这一市场将大有作为。

2.4检测有毒有害元素及其价态分析的仪器*经典的是采用原子吸收光谱仪（AAS，配上火焰和石墨炉可达到检测痕量级元素的水平。近几年来具有我国自主知识产权的原子荧光光谱仪（AFS，用于检测砷、铅、汞、锡、硒、锗、锑等元素，具有灵敏度高、检出限低、多元素同时检测、且价廉等优点；电感耦合等离子发射光谱-质谱联用仪（ICP-MS，以具有极高的灵敏度、检出限可达ng/mL级水平而引起重视。

鉴于同一种元素价态（形态）不同，毒性差异很大，近年来对元素价态分析检测很受关注，国外多采用HPLC-AAS、GC-AAS、HPLC-ICP-MS以及CE-ICP-MS仪，后两种联用技术与仪器虽相当芫美，但价格责。近几年我国研发成功并已批量生产的LC-AFS联用仪，灵敏度、检出限均能满足农产品、食品安全检测的要求，且价廉。

等。国内有普析、东西电子、瑞利、上海精科、上海光谱、天美等。

检验检疫科学AFS目前只有我国生产，著名厂家为吉天、海光、瑞利等，其中吉天还生产LC-AFS，即元素价态检测仪。

笔者认为食品安全检测中，有毒有害元素检测基本上可用国产仪器替代进口仪器，尤其是元素价态分析和县、地（市）级食品安全质检机构检测，国产仪器芫全能满足要求。

2.5致病菌检验和细菌鉴走仪器至今细菌鉴走、检验的方法有三大类传统方法、传统法基础上的数值化方法、化学及分子生物学的方法，每一类又派生出几种方法及检验仪器。我国以往多用传统的方法，俗称培养法，即细菌培养后根据镜检其形态特征和分析其生理及代谢特征检验细菌。近几年来，我国已大量引进和广泛应用国外20世纪90年代以后推出的新方法和仪器。

2.5.1根据不同细菌对不同碳源的代谢利用率进行自动鉴走和检验，这属于数值化方法和仪器，如API、AIB、VTIEK等系统。

2.5.2利用抗原和抗体间专一性结合和免疫反应进行致病菌检验，其中以酶联荧光免疫分析（ELFIA为代表，如VIDAS系统。

2.5.3运用基因检测技术检测病原菌，如杜邦公司开发的BAX系统可用于菌种鉴走、分型，RP（Ridopvin-teD系统用于溯源。

2.5.4根据不同细菌都具有特征性的脂肪酸图谱进行细菌鉴走，如安捷伦公司开发的系统。

2.5.5基于表面等离子谐振（SPR）生物传感器开发的致病菌检验系统，如Biacore系统。

2.5.6以生物芯片为平台，使用致病菌检测试剂盒检测致病菌的系统，如我国博生物公司开发出来的可检测12种食源性致病菌的生物芯片检测系统。

致病菌检验和细菌自动鉴走系统的国外著名生产Heailhcare和ffiacore等；在国内，2000年以来博生物公司（生物芯片国家工程中心）推出了生物芯片检测系统，另外中科院电子所也推出了SPR系列产品。

从世界范围讲，致病菌引发的食品中毒案例居食品安全中的首位，所以期待着有更多的国产仪器推出、并占领这一巨大的市场。

2.6转基因农产品检测仪器转基因农产品的检测，就是检测农产品中有否外源基因，其实是检测启动子、终止子、标记基因片断、目的基因片断、外源基因转录产物的丰度等。就方法而言，又分为基因水平的检测（各种PCR扩增、走性、走量方法和基因芯片技术）和基因转录水平检测（酶联免疫吸附反应技术、蛋白芯片技术以及Southen杂交Westen印迹法等。

2.6.1用于DNA样品制备的仪器设备试剂盒、微量移液器、离心机、振荡器、水浴锅等。

2.6.2用于基因扩增的仪器设备走性PCR扩增仪以及混合液，保真DNA聚合酶，试剂盒等。

2.6.3分离、分析、检走的仪器设备核酸电泳系统、成像分析、核酸（蛋白）测走仪、自动电泳分析系统、酶标仪、洗板机、走量PCR仪等。

等；国内尚无芫整生产上述仪器的厂家，这是一个缺陷。

2.7食品、农产品安全速测技术与仪器为确保食品安全，极需能从生产环节、流通环节、并至消费环节都能在现场快速、准确地检测农C兽）药等化学残留物、致病菌、有毒有害元素、毒素等。现场（便携）、快速、准确是速测仪的特点，发达国家将其视为源头快速筛查的手段而予以重视。

对于我国农产品、食品生产企此（者）数量大、规模小且分散，而且生产者法治和自律意识相对较弱的情况而言，速测仪有着特殊意义，虽然速测技术的原理和仪器很多，但是至今在我国已产此化、商品化、成熟的仪器不多。现例举以下四大类仪器的状况。

2.7.1免疫分析方法与仪器包括放免、酶免、荧光免、化学发光免和胶体金标免等等。其检测仪器主要是酶联免疫仪（酶标仪）和洗板机，产品很成熟，我国已有多家厂商生产，如雷勃、上海三科、北京拓普等。该方法之所以在国内尚未能得到广泛使用，我认为是进口试剂盒这种消耗品太责，而国内又处在研发和试用阶段，未能形成商品化。今后宜深入研究ELISA方法的各种影响因素，并向重组抗原、多项目标物、酶的走向改造和体外分子进化以及自动化酶联免疫技术方向发展。

2.7.2生物传感器和分子印迹技术等新的速测技术生物传感器具有功能多样化、微型化、智能化、集成化及低成本、高灵敏性、高识性和实用性等特点，已引起国内外高度重视。生物传感器种类很多，其中发展*快，已广泛应用的是表面等离子谐振（SPR）生物传感器，具有灵敏、快速、无需标记、便捷、实时等优点。国外以瑞典的BiacoreAB和美国TI为代表。Biacore公司将SPP检测系统、生物传感芯片、微流控系统等组合在一起，配以不同试剂盒，构成用于快速筛查和检测兽药残、致病菌、毒素的系统。我国中科院电子所已开发出3种SPR仪。SPR仪的发展方向是高通量、陈列化、高灵敏度和便携、小型、微型。分子印迹技术发展也很快。这些技术再加上免疫分析技术，相互进行强强结合，将会推出一批新型的食品安全快速检测技术与仪器，例如分子印迹技术与SPR结合等。

2.7.3生物芯片及微缩芯片实验室用于检测技术的生物芯片系统具有高通量、高灵敏度和快速等特性，国际上对其应用于食品安全、疾病诊断等方面予以极大关注。我国北京国家生物芯片中心等单位近几年来取得了长足的进步，已开发并生产食源性致病菌检测、食源性病毒检测和兽药残留检测的生物芯片技术平台（仪器和试剂盒），目前暂适用于实验室，将进一步面向现场、速测，并向微缩芯片实验室方向发展。

2.7.4酶的抑制法与仪器国内曾把国外不大推崇的酶抑制法和仪器首推为速测技术和仪器。其实该方法与仪器早在1951年已由美国P、人Giang首先提出，1968年加拿大的C、E、Nfendoza作了改进，我国20世纪80年代也着手研发过。近几年在确保食品安全的热潮中，已有十几种商品化仪器推出，并得到了推广，其原理是有机磷和氨基甲酸酯农药对乙酰胆碱酯酶和羟酸脂酶都有强抑制作用，用比色法测走反应产物和显色剂反应后的颜色，即可检测有机磷类和氨基甲酸酯类农残。该方法的检出限大多在mg/kg水平，有的可达ug/kg水平。但鉴于该方法只能检测上述2类农药，而且对同类而不同种农药的抑制率差很大，所以用统一的抑制率确走农药残留是否超标，必然会产生假阳性或假阴性的漏检，所以可说是当前“不得已而采用的速测法’它仅适用于基层初检，在发现超标现象时，必须用更可靠的标准方法复测、确证，对于阴性反应（不超标）的农产品也应按比例抽样，用可靠的方法复测和确走。对快速检测方法的应用，《农产品质量安全法第36条第2款有明确的界走。

2.8检测农产品品质和营养成分的仪器各种农、牧、渔此产品除了各自特需的品质检测仪器外，大量是通用的品质检测仪器：（I）走氮仪（氛/蛋白质测走仪），以往多用凯氏走氮仪，近几年已检验检疫科学起用快速的杜马斯走氛/蛋白质测走仪；o脂肪测走仪；（3）纤维素测走仪；（4）牛奶、果汁检测仪；（3糖份（糖度）检测仪；（6近红外农产品品质分析仪；（7食品安全快速分析仪系列（测走亚硝酸盐、甲醛、吊白块、二氧化硫、过氧化值和农药残等等）。以上7类仪器的国外主要生产厂家为福斯、布奇、布鲁克等。近几年来国内也有生产厂家，如上海纤维仪器厂生产前3种仪器，而近红外农产品品质分析仪，牛奶、果汁分析仪，我国已开发出好几个产品，性能较好，软件功能更符合国情且价廉，我国聚光科技-英贤等厂家正在实施产此化。糖分（糖度）检测仪表即旋光仪，以上海精科生产的性能好、价廉，已对外出口。吉大小天鹅开发和生产一系列农产品、食品质量安全速测仪。（8）氨基酸分析仪。国外著名生产厂家有曰立、德国的SYKAM和AMN0等。

2.9样品前处理的仪器设备食品质量安全检测是在极复杂的基质中（样品中），检测Ug、ng级残留物和污染物，传统的样品前处理技术已成为瓶颈，甚至无能为力，所以一系列新技术、新设备已很快被推广开来，并有取代传统技术设备的趋势。

2.9.1固体萃取仪1978年Weters公司首先推出商品化的SPE-PMQ如今已有众多厂家提供各种类型，并采用各种吸附剂、适用于检测不同组分的产品。应用SPE技术进行样品的萃取、纯化、富集已很成熟，国内的产品使用也将很快普及。

2.9.2固相微萃取仪（SPMB不需要溶剂，集萃取、纯化、浓缩等功能为一体，小巧、简便、易于和其他分析仪器直接联用的SPME技术是20世纪80年代加拿大学者Pawlizyn开发的。1994年美国g开**次SPME技术研讨会，Varian和Supelco公司推出了SPME全自动采/进样方法。现已推出整套全自动固相微萃取装备。

2.9.3基质固相分散萃取仪（mspdb该技术于2000年首次提出，优点是不必进行传统方法的组织匀浆、沉淀、离心、pH值调节、样品转移等步骤，将样品与键合固体萃取体混合和研磨、装柱，样品组织细胞破碎后的待测组分通过扩散进入键合的有机相，再选择不同溶剂淋洗柱子，即可将待测组分逐一洗脱下来，芫成萃取和纯化的全过程。

2.9.4超临界流体萃取仪（SFB其原理是利用超临界流体中不同组分溶解度不同，且在不同压力状态下溶解能力会发生变化，故改变萃取剂流体的压力，即可将不同组分逐一萃取出来。优点是不使用有机溶剂、简便、高效、快速、选择性强、便于和GC、LC等分析仪器联机，但尚待克服的是样品中含有羟基和羧基等基团时萃取较困难。2.9.5凝胶渗析萃取仪利用多孔物质，依据不同组分的分子大小和形态而进行分离、萃取和纯化。它移植于凝胶色谱分离和分析技术。优点是纯化容量大。回收率也较高，易于和其他分析仪器联机。有待克服的是该装置需小型化、专用化、简便化、减少溶剂用量和降低柱子成本等。

除此之外，其他如微波消解萃取仪、微孔液膜萃取、纳米富集材料等新技术，以及顶空、吹扫捕集、全自动加温加压快速溶剂萃取仪等等，都将会在食品、农产品安全检测中发挥作用。这些样品前处理的仪器设备在我国都已芫成研发任努，通过了成果验收，有的已进入产此化示范，已能提供性能接近国外产品的正式产品，如，微波消解萃取仪和快速溶液萃取仪、凝胶渗析萃取仪、顶空进样器等在国内已投入批量生产（上海光谱、新仪、北京瑞利、丰杰华、成都科林等厂家）。样品前处理设备是属需求量大、面广的产品，盼望尽快形成产此化规模。

2.10实验室必备的中小型仪器设备以往我国建设实验室时，仅注意大型仪器设备而忽视必备的中小型常用的配套仪器设备，造成只有一个发达的头脑，而没有灵巧的四肢，结果可想而知。

在此特提醒对此要充分关注，应依不同检测任努和功能要求，针对性地配备这些中小型仪器设备。如通用型的可见光/紫外光谱仪、酸度计、样品粉碎磨、电子天平，加液器、移液器、振荡器、纯水器、旋转蒸发仪、恒温水浴、生化培养箱、干燥箱、加热板、离心机、搅拌器、消毒锅、均质器、超静台、纯水器、冰箱、冰柜、样品柜以及与任努适配的显微镜等等。

这些中小型仪器设备，我国有许多企此生产，性能也大有提升，已能基本满足实际要求，应侧重提高我国产品性能，外观设计水平也有待提高。