可视化检测方法在食品安全检测中的应用研究进展

袁京磊 李娜

摘 要：食品安全問题关乎民生及国家安全，越来越引起人们的关注，并逐渐成为了一个社会焦点和热点问题。提高食品安全检测效率，对于保障食品安全具有重要的意义。可视化检测方法在提高检测效率、简化检测步骤、节省检测时间及成本方面具有很大的优势，是今后食品安全检测发展的一个方向。本文探讨了可视化检测方法在食品安全检测中的具体应用实例，以期为相关研究人员提供参考和思路。

关键词：可视化检测方法;食品安全检测;进展

Progress on Application of Visual Detection Methods on Food Safety Detection

YUAN Jinglei1， LI Na2

（1. Pingyi County Center for Inspection and Testing， Pingyi 273300， China; 2. Pingyi County Center for Disease Control and Prevention， Pingyi 273300， China ）

Abstract： Food safety issues are related to people's livelihood and national security， and have attracted more and more people's attention， and have gradually became a social focus and hot issue. Improving the efficiency of food safety detection is of great significance for ensuring food safety. Visual detection methods have great advantages in improving detection efficiency， simplifying detection steps， saving detection time and cost， and are development direction of food safety detection in the future. This article discusses specific application examples of visual detection methods on food safety detection， to provide references and ideas for relevant researchers.

Keywords： visual detection methods; food safety detection; progress

随着生活水平和质量的不断提高，人们已经由追求“吃饱”到追求“吃好”，对于食品安全尤其重视。近年来，我国虽然食品安全整体较好，但也经常出现一些食品安全事件，如瘦肉精事件、地沟油等。目前，传统的食品安全检测在检测效率、成本、时间等方面已经难以满足快速检测的要求了，因此，必须加大对高效、快速检测的研究，以满足实现快速食品安全检测的目的。可视化检测方法的出现为实现高效、快速检测提供了思路和方法，本文从可视化检测在食源性致病菌、重金属离子、药物残留、生物毒素、食品非法添加剂检测方面的应用实例进行了探讨。

1 可视化检测方法在食源性致病菌检测方面的应用

目前，国内主要应用国标法对食品中食源性致病菌进行检测，虽然国标法能够实现对食源性致病菌的检测，但是工作量较大，耗时较长，无法满足对食源性致病菌快速检测的要求。随着适配体的出现，为食源性致病菌的快速、可视化检测打下了基础。YUAN等建立了一种基于适配体识别和酪胺信号放大技术的金黄色葡萄球菌可视化检测方法，利用适配体的特异性识别作用将金黄色葡萄球菌进行捕获，并且通过亲和素和生物素的连接作用将其固定到酶标板的底部，然后利用酪胺信号放大技术对信号进行放大，再依次加入辣根过氧化物酶标记的链霉亲和素、3，3'，5，5'-四甲基联苯胺，最后加入终止液，在室温下放置20 min后，从而实现可视化检测。该方法的线性范围为10～10 cfu/mL，检测限为8 cfu/mL，并用于实际水样的检测。WANG等设计了一种比色免疫测定法，实现了可视化检测大肠杆菌O157：H7，线性范围为30～3.0×10 cfu/mL，检测限为12 cfu/mL，且成功地应用该方法对食品样品中的大肠杆菌O157：H7进行了可视化检测。

此外，ZHU等建立一种基于适配体识别-酪胺信号放大-酶催化纳米金生成的鼠伤寒沙门氏菌可视化检测方法。首先，利用适配体的特异性识别作用将鼠伤寒沙门氏菌进行捕获并将其固定到酶标板的底部，然后再利用酪胺信号放大技术对信号进行放大，再依次加入亲和素-过氧化氢酶、HO，最后加入氯金酸溶液。当体系中目标菌比较多时，HO的量就会比较少，氯金酸被还原成纳米金的速率就比较慢，晶体的生长也会相应的减慢，此时还原产生的纳米金会呈现出团聚状态，颜色为蓝色;相反，当体系中目标菌较少时，HO的量就会比较多，氯金酸被还原成纳米金的速率就比较快，纳米金在溶液中的分布就会比较均匀，分散性比较好，溶液呈现出红色，从而达到可视化检测的目的。该方法的检测范围为10～10 cfu/mL，检测限达10 cfu/mL，并成功地对鸡肉样品进行了可视化检测。GAO等制备了一种基于明胶的光子水凝胶传感器，实现了对铜绿假单胞菌的可视化检测。

2 可视化检测方法在重金属离子检测方面的应用

重金属离子在人体内能与蛋白质、酶等发生强烈的作用，使它们失去活性，也可在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒，对人体的损伤比较大。传统的检测方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、溶出伏安法和电感耦合等离子体发射光谱质谱法，这些检测方法依赖于大型仪器，操作繁琐、成本较高且耗时费力，不适用于现场快速检测。ZHANG等设计了一种超浸润重金属离子检测纸芯片。首先通过喷墨打印法实现了高精度超浸润图案的制作，然后在超浸润图案内通过喷墨打印探针分子制作重金属离子分析纸芯片。在实际检测过程中，只需将纸芯片放入待测水样中，根据颜色变化即可实现水样中重金属离子的可视化检测。在此研究的基础上，ZHANG等还设计了一种利用生物酶进行重金属离子毒性评估的方法。利用水凝胶对生物酶进行了包埋，不仅提高了生物酶的储存时效，还进一步简化了实际检测的操作步骤，实现了对水中汞离子、铬离子、铅离子、铜离子等重金属离子的可视化检测。

铅离子对人体健康和环境有较大的影响，被认为是毒性最大的重金属离子之一。传统的铅离子检测方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、溶出伏安法和电感耦合等离子体发射光谱质谱法，这些检测方法可以实现对铅离子的检测，但存在仪器设备昂贵、检测周期长、操作复杂等缺点，无法实现现场快速的检测。WANG等开发了一种比率荧光探针检测水中铅离子的方法，并且利用荧光探针溶液打印的荧光试纸和智能手机App完成了铅离子的现场可视化和半定量化检测，检测限分别达到了2.89 nmol/L和35.26 nmol/L，远远低于WHO饮用水中铅离子的允许限量。该方法可以实现对水中铅离子的现场、快速、半定量的可视化检测，整个检测过程在5 min内即可完成。由于荧光纸条具有易于存放和携带的特点，使得该可视化检测铅离子的方法更加方便、简单、节省时间和成本。

此外，KOU等开发了一种结构简单且可同时实现对水环境中汞离子可视化检测和高效吸附的介孔光子晶體智能膜材料。所制备的彩色光子晶体薄膜能够高效捕获水环境中的汞离子，实现汞离子的富集和水环境污染的修复。同时，汞离子的吸附触发光子晶体体积收缩、晶格间距减小，从而引起薄膜颜色的改变，实现了对水环境中汞离子的可视化定量检测。WANG等设计了一种用于检测镉离子的比率荧光传感器，并进一步设计了比率荧光纸条结合智能手机的分析平台，实现了对镉离子的可视化、现场和定量检测。该比率荧光传感器由橙色发射的金纳米团簇、蓝色发射的发光氧化石墨烯及蓝色发射的铜离子构成。镉离子可以诱导比率荧光传感器中的铜离子+氧化石墨烯-金纳米团簇聚集从而发射强烈的橙色荧光，使荧光传感器的颜色明显从蓝色变为红色，检测限低至33.3 nmol/L，并对大米样品中的镉离子进行定量检测。

3 可视化检测方法在药物残留检测方面的应用

农药和抗生素在农业、畜牧业中的应用是比较广泛的，对农业、畜牧业的发展起到了比较重要的作用。然而，滥用农药、抗生素会导致食品和饮用水中的药物残留，长期食用农药、抗生素残留食物会导致多种慢性疾病，严重危害人们的健康。因此，开发一种快速、简便的抗生素检测方法对确保食品安全具有重要的意义。HAN等设计了一种双发射荧光量子点比率传感器，实现对四环素可视化的定量检测。通过铕离子对水溶性碲化镉量子点的功能化修饰，利用铕离子对四环素的特异性识别，以及水溶性碲化镉量子点由电荷转移而造成铕离子荧光增强，提供了针对四环素宽色度的双响应可视化检测方案。当目标检测物四环素加入后，探针荧光由绿色变为黄色，最后变为红色。该传感器检测线性范围为0～80 µ mol/L，检测限达到2.2 n mol/L，且该传感器成功对自来水样品以及牛奶样品中的四环素进行了快速现场检测。ZHAO等制备了一种用于氯霉素的高灵敏度和可视化检测的传感器，该传感器能实现对浓度为0.3 ng/mL的氯霉素的可视化检测。

在农作物种植过程中，经常会用到农药及除草剂，但是农药及除草剂的残留对人体的健康有着较大的威胁，人们对于农药残留的检测越来越重视。LIU等合成了具有过氧化物催化活性的铜基金属-有机框架材料，通过核酸适配体特异性的识别，构建了磁控制的毒死蜱可视化传感器。在外部磁力的作用下，通过适配体与毒死蜱的特异性结合，导致TMB/HO 溶液的颜色变化，从而实现对毒死蜱的可视化检测。该方法的检测范围为0～1 250 ng/mL，检测限为4.4 ng/mL;通过对水果和蔬菜样品进行加标测试，回收率良好，结果与气相色谱-质谱联用仪检测数据一致。

4 可视化检测方法在生物毒素检测方面的应用

目前，针对生物毒素主要的检测方法有层析色谱法、超高效液相色谱法、酶联免疫分析法、免疫亲和柱-HPLC法、免疫亲和柱-HPLC-串联质谱法等，这些传统的检测方法在检测效率、检测时间、成本及操作上还存在不足。近年来，在生物毒素可视化、快速、高效检测方面的研究比较多。ZHANG等利用蜡印和丝网印刷的方法，结合适配体特异性识别及电化学/比色方法高灵敏、快速、可视化的优势，设计可视化检测赭曲霉毒素A（OTA）的出双模式纸基传感器，该传感器在0.1～200 ng/mL和1×10～200 ng/mL范围内，实现了对OTA的准确检测，检测限达到了25.2 fg/mL。HE等设计了一种基于磁珠的多色比色免疫测定法，实现了超灵敏、可视化检测黄曲霉毒素B1，检测限达5.7 pg/mL。同时，应用该方法对小麦样品进行加标回收实验，回收率为99.1%～104.3%，相对标准偏差小于7.05%。

5 可视化检测方法在食品非法添加剂检测方面的应用

可视化检测在食品非法添加剂的检测中应用也比较多，KANG等设计了一种基于半胱胺修饰的纳米金颗粒的传感器，实现了可视化检测盐酸克伦特罗，随着盐酸克伦特罗浓度的增加，纳米金颗粒聚集，溶液颜色从红色变为蓝灰色，该方法的检测限为50 n mol/L，并对血样中的盐酸克伦特罗进行了检测。SIDDIQUEE等研究了一种基于粒径为5 nm的纳米金聚集可视化检测奶粉产品中三聚氰胺的简便方法。通过静电吸附作用使三聚氰胺分子与纳米金颗粒聚集，导致纳米金溶液的颜色发生变化，可视化检测的检测限为1×10 mol/L，加标回收率为94.7%～95.5%，平均回收率的相对标准偏差范围为1.40%～5.81%。

6 结语

可视化检测方法在检测效率、成本、时间及操作的简易性上存在着巨大的优势，相比较传统的食品安全检测方法，不需要昂贵的仪器及专业人员进行操作，是今后食品安全检测发展的一个方向，对于保障消费者“舌尖上的安全”具有重要的意義。

参考文献

[1]YUAN J L，YU Y，LI C，et al.Visual detection and microplate assay for Staphylococcus aureus based on aptamer recognition coupled to tyramine signal amplification[J].Microchimica Acta，2014，181（3-4）：321-327.

[2]WANG S J，XU D P，DING C C，et al.Colorimetric immunoassay for determination of Escherichia coli O157：H7 based on oxidase-like activity of cobalt-based zeolitic imidazolate framework[J].Microchimica Acta，2020，187（9）：358-365.

[3]ZHU C Q，HONG Y，XIAO Z，et al.Colorimetric determination of Salmonella typhimurium based on aptamer recognition[J].Analytical Methods，2016，8：6560-6565.

[4]GAO Y J，CHEN Y，LI M，et al.Gelatin-based photonic hydrogels for visual detection of pathogenic Pseudomonas aeruginosa[J].Sensors and Actuators B： Chemical， 2021，329：129137.

[5]ZHANG Y，REN T T，HE J H.Inkjet Printing Enabled Controllable Paper Superhydrophobization and Its Applications[J].ACS Applied Materials & Interfaces，2018，10（13）：11343-11349.

[6]ZHANG Y，REN T T，TIAN H，et al.Hydrogel-Encapsulated Enzyme Facilitates Colorimetric Acute Toxicity Assessment of Heavy Metal Ions[J].ACS Applied Materials & Interfaces， 2018，10（31）：26705-26712.

[7]WANG H Q，YANG L，CHU S Y，et al.Semiquantitative visual detection of lead ions with a smartphone via a colorimetric paper-based analytical device[J]. Analytical Chemistry，2019，91（14）：9292-9299.

[8]KOU D，MA W，ZHANG S.Functionalized mesoporous photonic crystal film for ultrasensitive visual detection and effective removal of mercury （II） ions in water[J].advanced Functional Materials，2021，31（9）：2007032.

[9]WANG H Q，DA L Q，YANG L，et al.Colorimetric fluorescent paper strip with smartphone platform for quantitative detection of cadmium ions in real samples[J].Journal of Hazardous Materials，2020，392：122506.

[10]HAN S，YANG L，WEN Z G，et al.A dual-response ratiometric fluorescent sensor by europium-doped CdTe quantum dots for visual and colorimetric detection of tetracycline[J].Journal of Hazardous Materials，2020，398：122894.

[11]ZHAO C Y，S I Y，PAN B F，et al.Design and fabrication of a highly sensitive and naked-eye distinguishable colorimetric biosensor for chloramphenicol detection by using ELISA on nanofibrous membranes[J].Talanta，2020，217：121054.

[12]LIU Q J，HE Z Y，WANG H，et al.Magnetically controlled colorimetric aptasensor for chlorpyrifos based on copper-based metal-organic framework nanoparticles with peroxidase mimetic property[J].Microchimica Acta，2020，187（9）：1714-1720.

[13]ZHANG X，ZHI H，ZHU M，et al.Electrochemical/visual dual-readout aptasensor for ochratoxin a detection integrated into a miniaturized paper-based analytical device[J].Biosensors& Bioelectronics，2021，180：113146.

[14]HE S，HUANG Q T，ZHANG Y，et al.Magnetic beads-based multicolor colorimetric immunoassay for ultrasensitive detection of aflatoxin B1[J]. Chinese Chemical Letters，2021，32（4）：1462-1465.

[15]KANG J Y，ZHANG Y J，LI X，et al.A rapid colorimetric sensor of clenbuterol based on cysteamine-modified gold nanoparticles[J].ACS Applied Materials & Interfaces，2015，8（1）：1-5.

[16]SIDDIQUEE S，SAALLAH S，BOHARI N A，et al.Visual and optical Absorbance detection of melamine in milk by melamine-induced aggregation of gold nanoparticles[J].Nanomaterials，2021，11（5）：1142.