快速检测技术在果蔬农药残留检测中的应用

李志成，郑晓冬，闫新焕，刘雪梅，孟晓萌，潘少香，宋烨

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

快速检测技术在果蔬农药残留检测中的应用

李志成，郑晓冬，闫新焕，刘雪梅，孟晓萌，潘少香，宋烨

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

水果、蔬菜的农药残留超标问题一直以来严重威胁食品安全，仅仅依靠传统实验室检测方法难以满足监管的需要。本文概述了快速检测技术在蔬菜、水果农药残留检测中的研究进展。主要介绍了酶抑制法、化学速测法、生物传感器、免疫分析法、近红外光谱法及拉曼光谱法等果蔬农残快速检测技术，阐述了各自的检测原理、优缺点及研究现状，并对农残快速检测技术前景进行了展望。

果蔬；农药残留；快速检测技术

水果、蔬菜的农药残留超标问题一直是食品安全部门监管的重点。水果、蔬菜中农药残留的检测方法开发与应用直接关系到果蔬行业食品安全监管的成效。就目前用于水果、蔬菜的农药种类而言，按照其化学结构主要分为有机磷类、有机氯类、氨基甲酸酯类以及拟除虫菊酯类共四大类。目前较为成熟的检测方法包括气相色谱法、气质联用法（GC-MS）、液质联用法（LC-MS）、液相色谱法。但这些技术与优点在于方法灵敏度高、适用范围较广，可以做到多残留同时分析并且具有较好的重现性[1,2]。尽管传统实验室经典方法具有优越性，但随着目前食品安全形势的越发严峻，实验室传统检测技术的缺陷性也显露出来，需要大型仪器，前处理步骤繁琐，且无法现场检测。检测过程通常需要经过有机试剂提取、然后进行一系列前处理净化、富集，最后借助大型仪器进行检测分析；存在时效性差、耗时长、对检测人员要求较高等限制因素，通常只能在具有资质的检测机构进行检测，延长了检测周期。难以满足果蔬分布广、季节性要求强、检测需求量大的要求。因此一些更适用于现场快速筛查的检测方法，如：酶抑制法、化学速测法、生物传感器法、免疫分析法、近红外光谱法及拉曼光谱法等被研究人员开发利用，逐渐成为新鲜果蔬监管的有效手段[3]。

1 果蔬农药残留快速检测的方法

1.1 酶抑制法

研究人员对酶抑制法进行了长达半个世纪的研究，是目前最为成熟的农残快速检测技术。酶抑制法的基本原理是根据有机磷类及氨基甲酸脂这两类农药可以对存在于昆虫神经系统中乙酰胆碱酯酶的活性产生特异性的抑制作用这一现象。具体操作是将提取后乙酰胆碱酶与待测样品进行反应，根据乙酰胆碱酶受到抑制的程度判断样品中农药的含量多少。研究人员根据这一原理研制出了快速检测箱、快速检测卡、快速测定仪等多种快速检测设备[4]。

采用酶抑制法检测水果、蔬菜中有机磷及氨基甲酸酯类农药残留的检测时间通常在30min之内。王文[5]通过改变pH值条件，用酶抑制法检测了大蒜中的农药含量。在pH9.0条件下对分别添加8种农药的大蒜样品进行检测，与pH7.5农药缓冲液的判定结果较为一致，且该方法简单、低成本、有效，适用于现场快速检测的场合。

酶抑制法检测农药残留的优势在于前处理简单、检测时间短、对操作人员要求低，特别适合现场检测以及对大批量样品进行筛查。然而尽管研究人员对酶抑制法进行深入的研究，该方法仍存在一定局限性。首先是该方法不能检测所有种类农药残留，仅限于有机磷和氨基甲酸酯类农药，其次该方法使用的酶、底物、显色剂有一定的特异性，需要控制的因素复杂，结果难以辨认。最后该方法的灵敏度、重复性、回收率不是很理想[6]。

1.2 化学速测法

化学速测法是一种利用化学反应后显色的检测方法，目前还在实验室研究阶段，其原理是利用具有催化作用的离子催化剂与有机磷类农药进行化学反应，将有机磷类药物分解成小分子的磷酸、硫醇、胺和酚的形式。再将其与本身具有紫红色的检测剂进行反应，使检测剂颜色褪去。

该方法较酶抑制法的优势在于其基于稳定的化学氧化还原反应机理，因而避免了酶抑制法假阳性、不稳定性、不易保存等缺陷。同时，化学速测法具有检测成本低的优势。该方法的缺陷在于目前只适用于有机磷类农药残留的检测并且易受到具有还原性物质的干扰。

1.3 生物传感器法

生物传感器对农药残留进行分析于20世纪80年代开始，至今为止研究人员建立一系列有效的方法对农药残留进行检测。生物传感器法的基本原理是将生物敏感部件与检测器连接，两者相互配合对农药残留进行分析。首先通过生物敏感部件对特定待测化学物质产生响应，进而将这种生物学响应转化为pH、电导等物理化学信号的变化，由检测器进行表达。通过数值变化可以了解待测物中农药残留量的信息。

干宁等[7]将胆碱氧化酶和乙酸胆碱酯酶固定在电极表面纳米复合微粒上，构建了一种针对有机磷和氨基甲酸酯类农药的双酶传感器。该生物传感器将电流强度与酶浓度之间建立响应关系，研究显示其对克百威和敌敌畏两种农药在0～1.00μg/mL范围内呈良好线性关系（R2=0.977），最低检出限为0.01μg/mL，经过对白菜的添加回收率实验，其回收率在95%～110%之间。Rekha等[8]利用有机磷类农药能够抑制抗坏血酸氧化酶活性的生物学机理，设计安培型生物传感器对机磷类农药——乙基对氧磷进行快速检测，结果显示在1～10mg/kg范围内酶底物反应的抑制率与乙基对氧磷的浓度呈线性关系，相关系数是0.9942。

1.4 近红外光谱法

近红外光是一种介于可见光和中红外光之间的电磁波。分子在近红外谱区的吸收主要由分子中含氢基团的吸收组成。不同基团或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别，几乎所有有机物的主要结构和组成都能够在近红外光谱形成稳定的光谱图，这是近红外光谱分析的理论基础。近红外光谱分析技术作为一种分析手段最早出现在20世纪50年代，结合现有计算机分析技术、传感器处理技术对信息进行捕获和分析。但直到21世纪初，研究人员才将近红外分析技术引入农药残留的分析。

周向阳等[9]采用傅立叶变换近红外光谱法（FT-NIR）对十字花科、旋药科、菊科、伞形花科、苋科等20多种叶菜类蔬菜中的有机磷农残进行了系统研究，并与其他方法进行了比较，为有机磷农药残留的快速分析提供一种简便、快速、可靠的手段。徐琳等[10]采用傅里叶变换红外光谱分析法（FTIR-ATR）对青菜和白菜表面残留的氯氰菊酯进行了分析，结果表明，ATR-FTIR测定蔬菜农残具有快速、简便，无需预处理等优点。

近红外光谱技术检测果蔬中农药残留的优势在于测试中不破坏样品，定性分析与定量分析可同时兼顾，能够实现多组分同时测量，易于在线分析[11,12]。目前近红外技术存在的一些固有的缺陷，主要问题在于该方法灵敏度低，容易受到其他因素的干扰。若要对农药残留进行定量分析，需要建立大量的数据模型进行拟合，结果可靠性有待提高。同时背景干扰和仪器自身稳定性是制约其发展的因素，农药残留检测对象的浓度多为mg/kg或μg/kg级别，如何进一步降低检出限，提高稳定性是该方法下一步需要解决的关键问题。

1.5 拉曼光谱法

拉曼光谱是近几年来热门的光谱分析技术，在各个行业应用都得到发展，其中在果蔬安全检测中的应用主要是对农残的检测。拉曼光谱是借助分子的振动谱来识别物质的，获得的是分子的“指纹信息”。不同农药的分子结构不同，其振动谱也会不同，因而会在特定的拉曼位移处产生特征信号峰。利用拉曼光谱识别农药时必须首先获得各种样品的拉曼数据，然后分别测量各种农药的拉曼光谱，分别形成数据库和评判模型[13]。

翟晨等[14]采用拉曼光谱技术结合化学计量学方法对果蔬中农药残留进行定性定量分析，尝试对苹果中溴氰菊酯和啶虫脒两种农药进行快速无损识别和检测。当苹果中的溴氰菊酯和啶虫脒残留的含量分别为0.78mg/kg和0.15mg/kg时，两种农药的特征峰清晰可见。

2 各类方法的优缺点

在目前几类农药残留快速检测方法中，酶抑制法能检测的农药种类以及浓度范围有限，就目前来说很难得到大的突破，其自身局限性进一步限制了该方法在果蔬农残快速检测领域的进一步发展。生物传感器亟需解决稳定性、重现性差和使用寿命短等问题，其发展方向依赖精密仪器的开发。近红外光谱与拉曼光谱同属光谱法，近年来得到了快速发展。光谱法先天具有快速、无损、高通量、低成本等优势，是发展快速检测的理想手段。长久以来困扰其发展的荧光光谱法适应性差、实现定量比较难、干扰因素多，响应值低等问题，通过仪器稳定性提升及表面增强剂的开发得到了一定的弥补。其在药物打假、珠宝鉴定、刑侦勘察等领域取得了突破，现有技术完全可对果蔬农残进行定性筛查、定量计算。此外，近年来逐渐兴起的太赫兹光谱分析技术也吸引了越来越多的关注，已有研究人员尝试将该技术用于果蔬的农残检测，光谱分析技术作为果蔬品安全检测的一种有效手段，它的发展也将进一步推动果蔬产业的健康发展。

3 发展趋势与展望

3.1 快速检测技术日渐成为果蔬农残检测的必要技术

中国水果蔬菜市场巨大，农产品分布范围十分广泛且以山区、林地及广大农村菜地为主。传统的色谱类及质谱方法现已足够成熟，形成了完善的国家标准。但受限于仪器昂贵、体积笨重、前处理过程复杂、时效性差及对操作人员要求高等限制因素，适合抽样后送检出具权威结论。快速检测技术及设备在水果蔬菜质量安全监管中具有不可替代的作用，这是由中国的特殊国情决定的。

3.2 逐步扩大快速检测技术的应用范围

食药监系统在其监管范围内已经实现了省级快速检测实验室在全国范围内的配备，部分发达省份和城市在县区这一级也相继配备了快速检测设备。目前较为成熟的快速检测方法多采用光谱法与酶抑制法。大型商超、农贸市场、水果批发市场农残快速检测仪随处可见。目前在大型商超、农贸市场、水果批发市场普遍使用的快速检测技术是采用酶抑制法为原理的快速检测试剂盒，根据抑制率反映农残风险，抑制率在50%以下视为合格，模式是每天果蔬进入市场前由专门食品安全员使用快速检测试剂盒对水果蔬菜进行快速检测，作为一种有效的监管手段，快速检测技术在水果、蔬菜农药残留检测中发挥的作用将越来越大。

3.3 加强对快速检测技术的市场监管

果蔬农残快速检测技术的发展需要严格的市场监管。下一步的发展有两个主要方面。一方面，在方法与仪器开发上攻克技术难题，如酶抑制法需要降低假阳性率，拉曼光谱与近红外光谱法需要在仪器稳定性及降低背景干扰上进行提高，开发出更加灵敏的表面增强剂以降低农残检出限。生物传感器作为一种新兴的快速检测技术，前景是宽广的，但就目前来说亟需解决稳定性、重现性差和使用寿命短等问题，要完善这一情况需要长时间对精密仪器进行开发与研究。另一方面是快速检测水果蔬菜中农药残留的相关国家标准需要加紧颁布并及时进行跟进完善。目前快速检测水果蔬菜中农药残留的各类方法缺少相应的国家标准，因此快速检测结果的权威性难以得到保障，大多作为监管筛查问题产品使用。这一情况制约了快速检测技术的应用，因此需要国家标准的引导与明确。随着国家对食品安全的重视程度不断提升，快速检测技术在水果蔬菜农药残留检测中发挥的作用将会越来越大，快速检测技术方法与传统的实验室检测方法将在控制水果蔬菜农残安全方面发挥各自不可替代的作用。

[1]蔡晓霞,张再隆,梁世强,等.果蔬农药残留快速检测技术研究进展[J].粮油加工,2009,11:105-109．

[2]高俊娥,李盾,刘铭钧.农药残留快速检测技术的研究进展[J].农药,2007,46(6):361-364．

[3]赖穗春,王福华,邓义才,等.国内外农药残留分析技术研究现状与发展[J].广东农业科学,2006,1:76-77．

[4]邱朝坤,刘晓宇,任红敏,等.酶抑制法检测蔬菜中有机磷农药残留[J].食品与机械,2010,26(2):40-42．

[5]王文.采用酶抑制法检测大蒜中农药残留的改进方法[J].食品科学,2013，12:32-34.

[6]吴丽华.苹果中多种农药残留的分析检测方法研究[D]．西安:陕西师范大学,2007．

[7]干宁,王峰,杨欣,等.采用纳米修饰双酶电极生物传感器检测有机磷与氨基甲酸酯类农药[J].农药学学报,2008,10(3): 329-334．

[8]Rekha K,Gouda M D,Thakur M S,et al.Ascorbate oxidase based amperometric biosensor for organophosphorou spesticide monitoring[J].Biosensorsand Bioelectronics,2000,15(9-10):499-502.

[9]周向阳,林纯忠,胡祥娜,等.近红外光谱法快速诊断蔬菜中有机磷农药残留[J].食品科学,2004,25(5):151-154.

[10]徐琳,王乃岩,宋东明,等.ATR-FTIR快速检验蔬菜表面残留氯氰菊酯[J].光谱实验室,2003,20(6):888-890.

[11]Wu Yanhong,Zheng Yi,Li Qingqing,et al.Study on difference between epidermis,phloem and xylem of Radix Ginseng with near-infrared and nfraredspectroscopy coupled with principal component analysis[J].Vibrational Spectroscopy,2011,55(2): 201－206.

[12]Roggo Y,Jent N,Edmond A,et al.Characterizing process effects on pharmaceutical solid forms using near-infrared spectroscopy and infrared imaging[J].European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,2005,61(1-2):100-110.

[13]Yasushi Numata,Hiroyuki Tanaka.Quantitative analysis of quercetin using Raman spectroscopy[J].Food Chemistry,2011,126 (2):751-755.

[14]翟晨.基于拉曼光谱的苹果中农药残留种类识别及浓度预测的研究[J].光谱学与光谱分析,2015,(08):67-68.

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，研究实习员，研究方向为食品质量安全检测