先进的农药残留快速检测技术——生物荧光法
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先进的农药残留快速检测技术——生物荧光法

   日期:2019-09-14     来源:食品安全导刊    浏览:78    评论:0    
核心提示:农药残留是指农药使用后残存于环境、生物体和食品中的农药母体、衍生物、代谢物、降解物和杂质的总称,按其化学结构大致可分为有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类等。其中,有机磷类农药在我国的使用最为广泛,约占总使用量的70%,其中又有70%为剧毒、高毒类药物,故大部分被禁止用于果蔬作物。此外,氨基甲酸酯类农药是我国当前广泛使用的农药之一,且随着有机氯农药相继被禁用或限制使用,氨基甲酸酯类农药的使用量逐年增加。
  
 1 农药残留概况

农药残留是指农药使用后残存于环境、生物体和食品中的农药母体、衍生物、代谢物、降解物和杂质的总称,按其化学结构大致可分为有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类等。其中,有机磷类农药在我国的使用最为广泛,约占总使用量的70%,其中又有70%为剧毒、高毒类药物,故大部分被禁止用于果蔬作物。此外,氨基甲酸酯类农药是我国当前广泛使用的农药之一,且随着有机氯农药相继被禁用或限制使用,氨基甲酸酯类农药的使用量逐年增加。

然而,农药的不合理使用必将导致农产品中的农药残留超标,长期食用农药残留超标的农副产品,会对消费者的身体健康产生不良影响,严重时会导致消费者患病、发育迟缓或畸形,甚至直接中毒身亡。多年来,农产品中农药残留超标的问题一直较为突出,农药中毒事件也屡见报端。因此,世界各国均制定了食品中农药残留限量标准,我国也不例外。自20世纪80年代中期开始,我国陆续制定了相关的农药残留标准,现行标准为GB 2763-2016《食品中农药残留最大限量》及GB 2763.1-2018《食品中百草枯等43种农药最大残留限量》,以上两个标准通常配套使用。

图1 生物荧光检测技术原理

2 农药残留检测技术现状

农药残留检测通常是微量或痕量分析,必须采用高灵敏度的检测技术才能实现。

20世纪50年代,各国科学家便开始研究农药残留的检测方法,目前常用的农残检测方法有色谱法和快速检测方法。色谱法包括气相色谱、气相色谱-质谱联用、高效液相色谱、液相色谱-质谱联用等,其中气相色谱技术的引进极大推动了我国农药残留分析技术的发展,在很大程度上提高了农药残留分析检测的水平;高效液相色谱法作为当前发展最快、应用最广泛的分析技术,对于气相色谱法不能分析的高沸点、热稳定性差和极性农药及其代谢物等原则上都可以进行有效的分离检测;质谱及色谱-质谱联用技术的应用,使农药残留分析从只能测定一种或几种农药发展到可同时测定多种不同种类的农药,实现了对多种类农药的高灵敏度定性、定量测定。虽然色谱类方法的检测结果准确可靠、灵敏度高,但是由于不同农药的理化性质存在较大差异,而且同一种农药有同系物、异构体、降解产物、代谢产物及共轭物等存在,因此需要多种标准品。此外,该方法检测成本高、时间长,且对操作人员的技术水平要求高,通常仅将其作为确认方法。

快速检测方法包括化学速测法、免疫分析法、酶抑制法和生物荧光法等。化学速测法主要根据氧化还原反应及水解产物与检测液作用变色,常用于有机磷农药的快速检测,但是化学速测法灵敏度低,使用具有局限性,且易受还原性物质干扰,因此应用较少;免疫分析法中常用的是酶联免疫分析法(ELISA),其是以抗原与抗体的特异性结合反应的可逆性为基础的检测技术,灵敏度高、选择性好,但通常只能检测一种农药,而无法进行多残留检测;酶抑制法在昆虫毒理学基础上发展而来,其基于农药能抑制动植物体内某些特定的生物酶(如乙酰胆碱酯酶、羧酸酯酶、植物水解酶等)的活性,通过肉眼或仪器观察显色反应,从而对样品中的农残进行定性或定量检测,酶抑制法可同时检测有机磷和氨基甲酸酯两大类农药残留,因其具有快速、操作简便、成本低廉等特点而被广泛应用,但是这种方法的检测灵敏度较低,有些项目无法满足国家限量要求;生物荧光法在传统酶抑制法的基础上进行了改进,灵敏度更高,检测范围更广,可快速检测粮食谷物、水果蔬菜、乳制品、肉制品和水等样品中的有机磷类和氨基甲酸酯类农药及其代谢物。Charm NovaLUM II X农药残留检测系统采用的便是生物荧光原理,是目前先进的农药快速准确检测系统之一。

图2 Charm NovaLUM II X生物荧光检测仪器

3 生物荧光农药残留检测技术

3.1 检测原理

生物荧光法以酶抑制法为基础,同时结合荧光反应,在昆虫酯酶存在时,荧光素底物水解产生荧光素,荧光素可进一步与ATP和荧光素酶反应发出荧光。当存在农药残留时,昆虫酯酶的活性被抑制,荧光强度减弱,因此农药残留越多,荧光强度越弱。通过ATP生物荧光检测仪检测反应体系的荧光强度,可判断样品的阴/阳性。

3.2 Charm NovaLUM II X生物荧光系统的特点

①检测范围广,可用于所有有机磷类和N-氨基甲酸酯类农药及其代谢物类农药的检测;

②样品制备简单快速,水和牛奶样品无需制备,谷物粮食只需简单提取;

③灵敏度高,比传统方法高100~1000倍;

④检测范围更宽,速度更快;

⑤实验过程无需标准品,且对实验人员的技术水平要求较低;

⑥适用于政府监管实验室、农产品流通环节、农贸市场现场等检测;

⑦适用样品类型多,如谷物、饲料、水果、蔬菜、乳制品、肉制品和水等样品;

⑧准确性高,与LC/MS仪器方法的一致性较高。

3.3检测限

目前,Charm NovaLUM II X生物荧光系统已经验证过63种有机磷和氨基甲酸酯及其代谢物的检测限,见表1。

 
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