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摘要 农产品的质量安全性问题一直都是老百姓日益关注的焦点话题。综述目前几类较为新颖的农产品质量安全检测技术，探索不同检测手段中可能存在的问题，总结各类技术方法在农产品质量安全检测中的良好应用前景。
关键词 农产品；质量安全；电感耦合；电子鼻；生物传感器
中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10369-02
基金项目杭州市重大科技创新专项（20131812A05）。
作者简介赵芸（1969-），女，浙江杭州人，高级工程师，从事食品加工检测工作。
我国农产品质量安全问题十分突出，已成为人们特别关注的社会问题。农产品质量安全是指农产品的内在价值具有一定的使用性和可靠性，包括在生产流通过程中形成残留的外在危害因子，既有等级品质等要求，也有对人、环境的危害等级水平的要求。随着我国经济发展和城乡居民生活水平的快速提高，群众的食品消费需求已从吃饱向吃好和安全性角度转变，对农产品质量安全性提出了越来越严格的要求。因此，农产品质量安全问题已成为全世界关注的热点问题。农业部从2001年4月就开始启动了“无公害食品行动计划”，率先在北京、天津、上海和深圳4个城市进行试点。在试点的基础上，随后又在全国范围内全面推进“无公害食品行动计划”的实施。
很多农产品生产链长，环节多，从种苗、繁殖生产、贮存运输、销售直至走上餐桌等众多环节中，都有可能出现影响食品安全的危害因子，这些危害因子主要有药物残留、病原微生物及其毒素、非法添加违禁物品等。近几年发生的农产品安全事件的主要问题集中在药物残留方面，体现在抗生素类、激素类、杀虫剂类等药物的滥用、超量使用、超范围使用以及非法使用禁用药物。一方面这些危害因子会引起急慢性中毒，产生耐药性，发生致癌、致畸、致突变三致作用等，严重危害人们的健康；另一方面也会破坏土壤、水体正常生物生态，对环境造成危害，严重影响农业可持续发展。因此，建立农产品药物残留的质量安全的重要检测方法，健全农产品质量安全的全方位检测管理体系，严把养殖、生产、流通等各个关口，为农产品从源头到餐桌的全过程撑起安全伞，已成为当前一项十分紧迫的任务。
目前，传统的主要农产品质量安全快速检测技术有化学比色技术、酶抑制技术、分子生物学技术、免疫学技术等。化学比色法检测限达不到要求，酶抑制法没有特异性，分子生物学技术需要特殊的仪器设备，免疫学技术主要有ELISA法和胶体金法。为此，笔者重点综述了几类目前较为新颖的农产品质量安全检测技术，总结了这些技术手段在农产品质量安全中的应用前景。
1电感耦合等离子体光谱技术（ICP）
ICP作为当代科技发展中的新成果，具有高灵敏度、高分辨率等特点，操作界面简单，数据分析能力强[1]。农产品样品标本经处理制成溶液后，由超雾化装置变成全溶胶由底部导入管内，经轴心的石英管从喷嘴喷入等离子体内。样品气溶胶进入等离子体焰时，绝大部分立即分解成激发态的原子、离子状态。当这些激发态的粒子回收到稳定的基态时要放出一定的能量（表现为一定波长的光谱），通过测定每种元素特有的谱线和强度，与标准溶液相比，就可以知道样品中所含元素的种类和含量。所以，ICP技术是快速检测农产品中污染残留元素的有效手段，它可以应用于以下方面检测：生物组织中的重金属、微量元素及有机成分；保健品及生物制品中的有害成分、营养成分等；食品及其包装材料中的有害物质、重金属、微量元素及其他营养组成等。
ICP能同时检测到如Sb、As、Cd和Hg等有毒成分的国际上所规定的最低限量水平，是一般常规元素分析仪所不能达到的，这对于准确测定农产品中残留的毒元素含量，无疑具有非常重要的意义。在ICP的检测分析中化学干扰较少，但光谱干扰和物理干扰不可避免。随着检测技术的不断发展，样品前处理消解过程中，可加入不同的基体改进剂和各种辅助消解物质，来提高消化质量和速度。ICP技术的快速发展，使得对各种不同元素的实时监测具有简便、快速和精确等众多优点；但是由于在日常生活中待检测样品的复杂性和多样性，而且很多样品物理化学性质有不同，溶解性和挥发性等不尽相同，所以这些因素又不可避免地在某种程度上影响了检测结果的精确性。因此，探索和获得适合某种样品的前期处理方法是获得精确检测结果的基础。
目前，常用的有以下几类方法：干灰化法、微波消解法和溶剂萃取法等等。干灰化法可以将大量样品进行灰化处理，借此分离、富集和浓缩待测元素，但是由于某些样品的不稳定性，在运用干灰化法过程中某些元素会挥发，导致回收率较低；微波消解法是指利用微波加热封闭容器内样品和消解液的混合物，从而利用微波消化样品完成测定的方法，具有快速且节约能源的特点；其他的方法如溶剂萃取法等也各具自身优缺点。在具体实践操作中应根据待测样品特点和所具有的设备水平进行有选择性地利用。相关学者已利用ICP技术研究了青稞中的微量元素，从青稞中检测出了对人体有益的8种微量元素，而相关污染元素均未超出粮食卫生标准，从而通过ICP技术鉴定出青稞是一种优质的健康粮食。
2电子鼻技术
电子鼻技术是近几年流行的新型电子检测系统，其可以借助气体传感器来识别不同的气味，它能在不同地点、不同时间且能持续地实时监测不同样本的气味状况。电子鼻系统构建主要包括取样器、传感器和信号数据处理系统3个部分，其通过不同气体传感器对不同待测气体样品的敏感程度来进行气体的特异识别。例如，某种气体a可在传感器A上产生高响应，而在其他不同型号的传感器B上只能产生低响应；同样，气体b能对传感器B产生高响应，而对传感器A的响应则不敏感。总之，不同的气体对应不同的传感器阵列，每种传感器所能感应的气体种类也是有区别的，然而正是因为这种差别的存在，才使电子鼻系统能根据传感器的不同响应类型来进一步识别、检测不同的气味（图1）。
电子鼻技术具有检测快速和响应迅速等优点，前处理过程也往往很简单，比高效液相色谱传感器和气相色谱传感器等设备使用更为方便；除此之外，电子鼻检测范围较广，也可以检测到不同种类的食品药品和特殊种类的气体（如某些毒气），并且能有效避免人为误差，显示出很好的重现性。它已经广泛应用于许多领域，尤其是食品加工检测行业。目前在图形认知设备的帮助下，其特异性大大提高，并且随着传感材料和生物芯片技术领域的进一步发展，电子鼻技术的高精度重复性也越来越好，从而将会具有更广阔的市场应用前景。 电子鼻系统主要是由识别系统和传感器阵列组成。一般仪器通过信息获取、识别往往探测到所测样品的单一或几种组成成分，而电子鼻所测的结果往往是代表样本中全体挥发物的总体信息，而这种信息往往作为某种样品的特征指示标志，可用于鉴别某种产品的原料真伪和质量可靠程度，监测生产工艺流程是否正常作业。因此，电子鼻技术可以广泛应用于当前生产行业中的各个方面，如农产品质量安全性和品质检测、环保指标监测、食品防腐剂的检测、医学诊断和危险物品探测等。其中，在传统的食品气味判断中，经常通过人鼻对酒类气味进行品鉴，这类传统的鉴别方法往往主观性强、重复性差，并且人的嗅觉在长时间的负荷下，往往对气味会产生获得性适应并导致嗅觉疲劳，严重影响分析结果。而电子鼻技术克服了以上的缺点，通过一定的模式性学习，电子鼻技术可以大大提高检测的准确性。这些优点的存在，使得当今的电子鼻技术广泛应用于国计民生的各个检测行业。
另外，谷物在储藏过程中会出现陈腐霉变等变化，在陈腐霉变的过程中，谷物往往散发出很多挥发性气体成分，通过电子鼻的检测，可以探测到谷物的正常组分发生了变化，推测出谷物的储藏年限，也可以通过电子鼻的不定时监测来防控谷物的腐变。相关学者应用电子鼻技术在年限探测方面也做了很多工作，如张红梅等借助电子鼻技术，很好地在鉴别了5个不同储藏年份的小麦品种[2]。另外，邹小波等也通过电子鼻技术对谷物气味的测定，建立了准确监测谷物是否霉变的方法[3]。所以，与传统检测方法相比，电子鼻技术将更为方便、经济、快捷精确地应用于农产品监测方面。
3生物传感器技术
生物传感器（Biosensor）是一类能敏感识别生物物质并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。它是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统，具有接受器与转换器的功能。最先借助生物传感器技术引起关注的是一位叫Todd的科学家所进行的科研工作。Todd等利用生物传感器技术快速地检测出了SARS病毒，而这一检测过程仅仅用时20 s，这一传感器技术的应用了引起了当时国际上的广泛关注，从而成功建立了SARS病毒的早期诊断技术[4]。
生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。其中，将化学变化转变成电信号是目前绝大部分生物传感器的工作原理（图2）。
关键词 农产品；质量安全；电感耦合；电子鼻；生物传感器
中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10369-02
基金项目杭州市重大科技创新专项（20131812A05）。
作者简介赵芸（1969-），女，浙江杭州人，高级工程师，从事食品加工检测工作。
我国农产品质量安全问题十分突出，已成为人们特别关注的社会问题。农产品质量安全是指农产品的内在价值具有一定的使用性和可靠性，包括在生产流通过程中形成残留的外在危害因子，既有等级品质等要求，也有对人、环境的危害等级水平的要求。随着我国经济发展和城乡居民生活水平的快速提高，群众的食品消费需求已从吃饱向吃好和安全性角度转变，对农产品质量安全性提出了越来越严格的要求。因此，农产品质量安全问题已成为全世界关注的热点问题。农业部从2001年4月就开始启动了“无公害食品行动计划”，率先在北京、天津、上海和深圳4个城市进行试点。在试点的基础上，随后又在全国范围内全面推进“无公害食品行动计划”的实施。
很多农产品生产链长，环节多，从种苗、繁殖生产、贮存运输、销售直至走上餐桌等众多环节中，都有可能出现影响食品安全的危害因子，这些危害因子主要有药物残留、病原微生物及其毒素、非法添加违禁物品等。近几年发生的农产品安全事件的主要问题集中在药物残留方面，体现在抗生素类、激素类、杀虫剂类等药物的滥用、超量使用、超范围使用以及非法使用禁用药物。一方面这些危害因子会引起急慢性中毒，产生耐药性，发生致癌、致畸、致突变三致作用等，严重危害人们的健康；另一方面也会破坏土壤、水体正常生物生态，对环境造成危害，严重影响农业可持续发展。因此，建立农产品药物残留的质量安全的重要检测方法，健全农产品质量安全的全方位检测管理体系，严把养殖、生产、流通等各个关口，为农产品从源头到餐桌的全过程撑起安全伞，已成为当前一项十分紧迫的任务。
目前，传统的主要农产品质量安全快速检测技术有化学比色技术、酶抑制技术、分子生物学技术、免疫学技术等。化学比色法检测限达不到要求，酶抑制法没有特异性，分子生物学技术需要特殊的仪器设备，免疫学技术主要有ELISA法和胶体金法。为此，笔者重点综述了几类目前较为新颖的农产品质量安全检测技术，总结了这些技术手段在农产品质量安全中的应用前景。
1电感耦合等离子体光谱技术（ICP）
ICP作为当代科技发展中的新成果，具有高灵敏度、高分辨率等特点，操作界面简单，数据分析能力强[1]。农产品样品标本经处理制成溶液后，由超雾化装置变成全溶胶由底部导入管内，经轴心的石英管从喷嘴喷入等离子体内。样品气溶胶进入等离子体焰时，绝大部分立即分解成激发态的原子、离子状态。当这些激发态的粒子回收到稳定的基态时要放出一定的能量（表现为一定波长的光谱），通过测定每种元素特有的谱线和强度，与标准溶液相比，就可以知道样品中所含元素的种类和含量。所以，ICP技术是快速检测农产品中污染残留元素的有效手段，它可以应用于以下方面检测：生物组织中的重金属、微量元素及有机成分；保健品及生物制品中的有害成分、营养成分等；食品及其包装材料中的有害物质、重金属、微量元素及其他营养组成等。
ICP能同时检测到如Sb、As、Cd和Hg等有毒成分的国际上所规定的最低限量水平，是一般常规元素分析仪所不能达到的，这对于准确测定农产品中残留的毒元素含量，无疑具有非常重要的意义。在ICP的检测分析中化学干扰较少，但光谱干扰和物理干扰不可避免。随着检测技术的不断发展，样品前处理消解过程中，可加入不同的基体改进剂和各种辅助消解物质，来提高消化质量和速度。ICP技术的快速发展，使得对各种不同元素的实时监测具有简便、快速和精确等众多优点；但是由于在日常生活中待检测样品的复杂性和多样性，而且很多样品物理化学性质有不同，溶解性和挥发性等不尽相同，所以这些因素又不可避免地在某种程度上影响了检测结果的精确性。因此，探索和获得适合某种样品的前期处理方法是获得精确检测结果的基础。
目前，常用的有以下几类方法：干灰化法、微波消解法和溶剂萃取法等等。干灰化法可以将大量样品进行灰化处理，借此分离、富集和浓缩待测元素，但是由于某些样品的不稳定性，在运用干灰化法过程中某些元素会挥发，导致回收率较低；微波消解法是指利用微波加热封闭容器内样品和消解液的混合物，从而利用微波消化样品完成测定的方法，具有快速且节约能源的特点；其他的方法如溶剂萃取法等也各具自身优缺点。在具体实践操作中应根据待测样品特点和所具有的设备水平进行有选择性地利用。相关学者已利用ICP技术研究了青稞中的微量元素，从青稞中检测出了对人体有益的8种微量元素，而相关污染元素均未超出粮食卫生标准，从而通过ICP技术鉴定出青稞是一种优质的健康粮食。
2电子鼻技术
电子鼻技术是近几年流行的新型电子检测系统，其可以借助气体传感器来识别不同的气味，它能在不同地点、不同时间且能持续地实时监测不同样本的气味状况。电子鼻系统构建主要包括取样器、传感器和信号数据处理系统3个部分，其通过不同气体传感器对不同待测气体样品的敏感程度来进行气体的特异识别。例如，某种气体a可在传感器A上产生高响应，而在其他不同型号的传感器B上只能产生低响应；同样，气体b能对传感器B产生高响应，而对传感器A的响应则不敏感。总之，不同的气体对应不同的传感器阵列，每种传感器所能感应的气体种类也是有区别的，然而正是因为这种差别的存在，才使电子鼻系统能根据传感器的不同响应类型来进一步识别、检测不同的气味（图1）。
电子鼻技术具有检测快速和响应迅速等优点，前处理过程也往往很简单，比高效液相色谱传感器和气相色谱传感器等设备使用更为方便；除此之外，电子鼻检测范围较广，也可以检测到不同种类的食品药品和特殊种类的气体（如某些毒气），并且能有效避免人为误差，显示出很好的重现性。它已经广泛应用于许多领域，尤其是食品加工检测行业。目前在图形认知设备的帮助下，其特异性大大提高，并且随着传感材料和生物芯片技术领域的进一步发展，电子鼻技术的高精度重复性也越来越好，从而将会具有更广阔的市场应用前景。 电子鼻系统主要是由识别系统和传感器阵列组成。一般仪器通过信息获取、识别往往探测到所测样品的单一或几种组成成分，而电子鼻所测的结果往往是代表样本中全体挥发物的总体信息，而这种信息往往作为某种样品的特征指示标志，可用于鉴别某种产品的原料真伪和质量可靠程度，监测生产工艺流程是否正常作业。因此，电子鼻技术可以广泛应用于当前生产行业中的各个方面，如农产品质量安全性和品质检测、环保指标监测、食品防腐剂的检测、医学诊断和危险物品探测等。其中，在传统的食品气味判断中，经常通过人鼻对酒类气味进行品鉴，这类传统的鉴别方法往往主观性强、重复性差，并且人的嗅觉在长时间的负荷下，往往对气味会产生获得性适应并导致嗅觉疲劳，严重影响分析结果。而电子鼻技术克服了以上的缺点，通过一定的模式性学习，电子鼻技术可以大大提高检测的准确性。这些优点的存在，使得当今的电子鼻技术广泛应用于国计民生的各个检测行业。
另外，谷物在储藏过程中会出现陈腐霉变等变化，在陈腐霉变的过程中，谷物往往散发出很多挥发性气体成分，通过电子鼻的检测，可以探测到谷物的正常组分发生了变化，推测出谷物的储藏年限，也可以通过电子鼻的不定时监测来防控谷物的腐变。相关学者应用电子鼻技术在年限探测方面也做了很多工作，如张红梅等借助电子鼻技术，很好地在鉴别了5个不同储藏年份的小麦品种[2]。另外，邹小波等也通过电子鼻技术对谷物气味的测定，建立了准确监测谷物是否霉变的方法[3]。所以，与传统检测方法相比，电子鼻技术将更为方便、经济、快捷精确地应用于农产品监测方面。
3生物传感器技术
生物传感器（Biosensor）是一类能敏感识别生物物质并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。它是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统，具有接受器与转换器的功能。最先借助生物传感器技术引起关注的是一位叫Todd的科学家所进行的科研工作。Todd等利用生物传感器技术快速地检测出了SARS病毒，而这一检测过程仅仅用时20 s，这一传感器技术的应用了引起了当时国际上的广泛关注，从而成功建立了SARS病毒的早期诊断技术[4]。
生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。其中，将化学变化转变成电信号是目前绝大部分生物传感器的工作原理（图2）。