基于納米技術(shù)的多組分食品安全檢測方法研究

摘 要：隨著社會的發(fā)展，食品安全檢測技術(shù)越來越多，其中納米技術(shù)在提高檢測靈敏度、縮短檢測時間、實現(xiàn)多組分同時檢測等方面具有顯著優(yōu)勢，為突破食品安全檢測的瓶頸問題提供了新的思路和方法，為保障食品安全提供了強有力的技術(shù)支撐。本文總結(jié)了幾種基于納米技術(shù)的多組分食品安全檢測方法，包括納米表面增強拉曼散射、量子點標記、納米傳感器和納米磁性分離等技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；多組分食品；安全檢測

Research on Multi-Component Food Safety Detection Method Based on Nanotechnology

CHEN Wei1， LI Xiaoying2*

（1.Yantai Economic and Technological Development Zone Center for Disease Control and Prevention， Yantai 264006， China;

2.Yantai Center for Disease Control and Prevention， Yantai 264006， China）

Abstract： With the development of society， there are more and more food safety testing technologies， among which nanotechnology has significant advantages in improving detection sensitivity， shortening detection time， and achieving simultaneous detection of multiple components. It provides new ideas and methods for breaking through the bottleneck problem of food safety testing and provides strong technical support for ensuring food safety. This article summarizes several multi-component food safety detection methods based on nanotechnology， including nano surface enhanced Raman scattering， quantum dot labeling， nano sensors， and nano magnetic separation technologies， for reference.

Keywords： nanotechnology; multi-component food; safety testing

食品安全問題一直是全球關(guān)注的焦點。隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品加工過程中所使用的各種添加劑、農(nóng)藥殘留、重金屬污染等問題日益突出，給食品安全帶來巨大挑戰(zhàn)。此外，多組分食品基質(zhì)復雜，待測物種類繁多，如何實現(xiàn)多組分的同時檢測是食品安全監(jiān)控面臨的另一難題。納米材料具有獨特的光學、電學、磁學等性質(zhì)，與傳統(tǒng)材料相比具有比表面積大、吸附能力強、反應(yīng)活性高等優(yōu)勢。將納米技術(shù)引入食品安全檢測領(lǐng)域，發(fā)展基于納米材料的新型傳感和分析方法，有望實現(xiàn)多組分食品污染物的快速、靈敏、便攜和低成本檢測，為保障食品安全提供有力的技術(shù)支撐。

1 多組分食品安全檢測難點

多組分食品是指由多種原料經(jīng)過加工、混合而成的復合型食品，如速凍食品、休閑食品、罐頭食品等。與單一原料食品相比，多組分食品在加工過程中可能會使用各種添加劑，如防腐劑、著色劑、甜味劑等，同時還可能殘留農(nóng)藥、重金屬等污染物。這些復雜的成分共存于食品基質(zhì)中，給食品安全檢測帶來諸多挑戰(zhàn)。①食品基質(zhì)效應(yīng)顯著。多組分食品中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)可能與目標分析物發(fā)生非特異性結(jié)合，導致檢測靈敏度下降。②待測組分種類繁多，濃度差異大。多組分食品中可能殘留多種農(nóng)藥、獸藥、重金屬等，且不同污染物的濃度差異可能高達數(shù)個數(shù)量級，傳統(tǒng)的單一檢測方法難以實現(xiàn)對所有目標物的全面檢測。③不同組分間可能存在交叉干擾。食品中共存的多種成分可能具有相似的理化性質(zhì)，采用傳統(tǒng)的分離方法難以實現(xiàn)對目標物的有效分離，嚴重影響檢測的準確性和特異性。

2 納米材料的特性及其在食品檢測中的優(yōu)勢

納米材料是指尺寸在1～100 nm的超微小材料，具有區(qū)別于常規(guī)材料的獨特性質(zhì)。①納米材料具有超大的比表面積。當材料的尺寸減小到納米級別時，其表面原子數(shù)占總原子數(shù)的比例急劇增大，導致納米材料的表面能和表面活性顯著提高。超大的比表面積使納米材料具有極強的吸附能力，可以高效富集食品中的痕量污染物，提高檢測靈敏度。②納米材料具有優(yōu)異的光學性質(zhì)。許多納米材料如貴金屬納米粒子、量子點等具有獨特的表面等離子體共振效應(yīng)或量子尺寸效應(yīng)，使其在可見光和紫外光區(qū)域具有特征性的吸收和發(fā)射光譜，可用于發(fā)展新型的光學傳感和檢測方法。③納米材料具有獨特的電學性質(zhì)。納米材料表面懸掛大量的功能基團，可通過靜電作用、配位作用等實現(xiàn)對特定物質(zhì)的選擇性結(jié)合，所產(chǎn)生的電信號變化可用于對目標物進行定性和定量分析。④一些納米材料如磁性納米顆粒還具有超順磁性，可用于樣品的磁分離富集和檢測靈敏度的提高。

將納米材料引入食品安全分析檢測領(lǐng)域，可充分發(fā)揮其獨特的物理化學性質(zhì)，在樣品前處理、分離富集和檢測分析等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，有效克服食品基質(zhì)復雜、待測物濃度低等難題。例如，利用納米材料優(yōu)異的吸附性能，可實現(xiàn)對食品中痕量污染物的選擇性富集和凈化，顯著提高檢測的靈敏度和特異性；利用納米材料的表面增強拉曼散射等光學特性，可實現(xiàn)對食品中農(nóng)殘、非法添加物等的快速篩查和鑒別；基于納米材料的新型電化學傳感器，可實現(xiàn)對食品中重金屬等污染物的靈敏檢測[1]。

3 常見的基于納米技術(shù)的多組分食品安全檢測方法

3.1 納米表面增強拉曼散射方法

納米表面增強拉曼散射（Surface Enhancement Raman Scattering，SERS）是一種高靈敏度的光學檢測技術(shù)，它利用納米粗糙表面或納米顆粒與目標分子間的相互作用，將拉曼散射信號放大幾個數(shù)量級，從而實現(xiàn)對痕量物質(zhì)的超靈敏檢測。SERS的增強機理主要包括電磁場增強和化學增強兩方面：當入射光照射到納米結(jié)構(gòu)表面時，可激發(fā)表面自由電子產(chǎn)生局域表面等離子體共振效應(yīng)，在納米結(jié)構(gòu)表面形成增強的電磁場，從而放大入射光和散射光的強度；此外，目標分子與SERS基底間可形成化學鍵合，導致電荷轉(zhuǎn)移和極化率改變，進一步增強拉曼散射強度。與常規(guī)拉曼光譜相比，SERS具有超高的靈敏度，可實現(xiàn)單分子水平的檢測。

這些優(yōu)勢使SERS技術(shù)在多組分食品安全分析領(lǐng)域備受青睞。例如，有研究采用金納米粒子作為SERS基底，實現(xiàn)了對嬰幼兒配方奶粉中三聚氰胺的快速檢測，檢出限低至0.01 mg·kg-1，樣品前處理簡單，無須提取和衍生化等煩瑣步驟，整個分析過程僅需10 min[2]。另有研究基于銀納米溶膠的SERS方法實現(xiàn)了對橄欖油中4種蘇丹I-IV非法添加物的同時快速檢測，4種染料的檢出限均低于0.1 mg·kg-1，不同染料可根據(jù)其特征峰實現(xiàn)準確區(qū)分，可有效篩查橄欖油摻假和染色等食品欺詐行為[3]。

3.2 量子點標記檢測方法

量子點標記檢測是一種新興的高靈敏度、高選擇性的分析檢測技術(shù)，在食品安全監(jiān)測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。量子點是一類尺寸在1～10 nm的半導體納米晶體，具有獨特的量子尺寸效應(yīng)和光學性質(zhì)。與傳統(tǒng)的有機熒光染料相比，量子點具有發(fā)射光譜窄、光穩(wěn)定性高、發(fā)光量子產(chǎn)率高、抗光漂白等優(yōu)點。此外，量子點的發(fā)射波長可通過控制其尺寸和組成進行調(diào)諧，實現(xiàn)從可見光到近紅外光區(qū)的連續(xù)發(fā)射，便于實現(xiàn)多通道、多組分的同時檢測。量子點標記檢測的原理是將量子點與特異性識別分子（如抗體、適配體等）偶聯(lián)，形成量子點標記的生物探針，通過抗原-抗體反應(yīng)或核酸雜交等特異性識別作用實現(xiàn)對目標物的定性定量分析。與酶聯(lián)免疫吸附測定等傳統(tǒng)方法相比，量子點標記檢測具有靈敏度高、檢測時間短、重復性好等優(yōu)勢。

將量子點標記技術(shù)用于多組分食品安全分析，可實現(xiàn)對食品中農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、重金屬等有害物質(zhì)的高通量篩查和痕量檢測。例如，可采用量子點標記免疫層析技術(shù)對牛奶中4種磺胺類抗生素進行同時快速檢測，檢測限可達0.25～0.53 ng·mL-1，且檢測時間＜10 min，操作簡便，適合現(xiàn)場快速分析[4]；利用多種抗體修飾的量子點對果蔬中的10種有機磷農(nóng)藥進行多殘留檢測，可實現(xiàn)農(nóng)殘的同時快速定性定量分析，為評估果蔬的污染程度和安全風險提供依據(jù)。此外，還可基于量子點的熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理，構(gòu)建熒光探針用于食品中重金屬離子的高靈敏檢測，如采用GSH-CdTe量子點選擇性檢測小麥中的無機汞，檢出限低至0.8 nmol·L-1，方法簡便快速，有望實現(xiàn)食品中痕量重金屬的現(xiàn)場快速檢測[5]。

3.3 納米傳感器檢測方法

納米傳感器是一類將納米材料的獨特性質(zhì)與傳感器的制造和應(yīng)用相結(jié)合的新型傳感器，具有靈敏度高、選擇性強、響應(yīng)速度快、便攜性好等優(yōu)勢，在食品安全檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。納米傳感器的基本原理是利用納米材料與目標物質(zhì)間的相互作用，將化學信號轉(zhuǎn)換為可檢測的物理信號（如電信號、光信號等），實現(xiàn)對目標物質(zhì)的定性定量分析。納米材料如納米金、碳納米管、石墨烯等具有比表面積大、導電性好、催化活性高等特性，可顯著提高傳感器的靈敏度和選擇性。

將納米傳感器用于食品安全檢測，可實現(xiàn)對食品中農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、非法添加劑等有害物質(zhì)的快速、靈敏、現(xiàn)場檢測。例如，采用金納米顆粒修飾的電極構(gòu)建電化學傳感器，可實現(xiàn)對蔬菜、水果中百草枯等除草劑的靈敏檢測，線性范圍為0.5～400.0 ng·mL-1，檢出限低至0.2 ng·mL-1，樣品前處理簡單，無須復雜的提取和凈化步驟，整個分析過程僅需6 min[6]。石墨烯是一種新型的二維納米材料，具有獨特的化學性質(zhì)和電學性質(zhì)。將其用于修飾電極，可構(gòu)建高靈敏的電化學傳感器，實現(xiàn)對食用油中苯并芘等多環(huán)芳烴污染物的快速檢測，線性范圍為5～500 ng·mL-1，檢出限為1.2 ng·mL-1，回收率高達97.8%～103.5%，可為食用油安全風險評估提供重要依據(jù)[7]。

3.4 納米磁性分離檢測方法

納米磁性分離是一種新興的樣品前處理技術(shù)，利用納米磁性材料與目標物質(zhì)間的特異性相互作用，實現(xiàn)對復雜基質(zhì)中目標物的選擇性分離和富集，可顯著提高檢測的靈敏度和特異性。納米磁性材料通常由磁性元素（如Fe、Co、Ni等）的化合物構(gòu)成，粒徑在1～100 nm，具有獨特的磁學性質(zhì)。當外加磁場存在時，納米磁性材料表現(xiàn)出超順磁性，磁化強度高，可快速實現(xiàn)磁分離；而當外加磁場撤去后，納米磁性材料又恢復到無磁性狀態(tài)，便于分散和重復使用。將納米磁性材料表面進行修飾，引入特異性識別基團（如抗體、適配體、分子印跡聚合物等），可實現(xiàn)對特定目標物的選擇性捕獲和富集。與傳統(tǒng)的液-液萃取、固相萃取等方法相比，納米磁性分離具有分離效率高、專一性強、有機溶劑用量少等優(yōu)點，是一種環(huán)境友好型的樣品前處理技術(shù)。

將納米磁性分離與各種檢測方法聯(lián)用，可實現(xiàn)食品中有害物質(zhì)的靈敏檢測。例如，采用Fe3O4磁性納米顆粒分散液萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法，可實現(xiàn)對食品中20種多氯聯(lián)苯的同時分離檢測，富集倍數(shù)可達50倍，檢出限低至0.15～0.78 ng·kg-1，為評價食品中持久性有機污染物的污染水平提供了有力工具[8]；采用分子印跡聚合物修飾的磁性石墨烯作為分散固相萃取吸附劑，可選擇性地從蜂蜜等復雜基質(zhì)中萃取4種氯霉素類抗生素，結(jié)合超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測，檢出限低至0.06～0.12 μg·kg-1，為評估蜂產(chǎn)品中獸藥殘留風險提供了有效手段[9]。

4 結(jié)語

納米技術(shù)為多組分食品安全檢測提供了新的思路和方法。本文總結(jié)了納米表面增強拉曼散射、量子點標記、納米傳感器和納米磁性分離等基于納米技術(shù)的食品安全檢測方法，這些方法在提高檢測靈敏度、縮短檢測時間、實現(xiàn)多組分同時檢測等方面具有明顯優(yōu)勢。未來，隨著納米材料合成與表征技術(shù)的進步，檢測儀器的小型化與智能化，以及人工智能等新興技術(shù)的融合應(yīng)用，基于納米技術(shù)的食品安全檢測方法將向著更高靈敏度、更快檢測速度、更廣檢測范圍的方向發(fā)展。

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作者簡介：陳偉（1978—），男，山東臨沂人，碩士，副主任技師。研究方向：理化檢驗及醫(yī)療衛(wèi)生監(jiān)督。

通信作者：李曉瑩（1976—），女，山東濰坊人，碩士，主管醫(yī)師。研究方向：生活飲用水衛(wèi)生監(jiān)督及食品安全標準備案。E-mail： 1165826317@qq.com。