化学比色法是指利用待测物质与化学试剂发生快速明显的化学显色反应, 并与标准品比较颜色或在一定波长下与标准品比较吸光度, 从而达到对食品中待测物质的定性分析或者半定量检测。目前常用的化学比色法包括各种检测试剂和试纸。

王志琴等^[2]用品红溶液和硫酸溶液加载到WFB-试纸上, 制作了一种用于检测牛乳中甲醛的试纸, 最低检出量为0.08 g/L, 同时, 与试管法的比较结果表明, 两种方法的检测灵敏度基本一致, 但试纸法的反应速度要快于试管法, 证明了该试纸可以应用于牛乳中甲醛的检测。肖良品等^[3]以中速定性滤纸为制作材料, 运用装订法研发了一种三维纸芯片, 选用柠檬酸溶液、对氨基苯磺酰胺、N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐作为显色剂固定在纸芯片的不同层上, 结合比色检测装置实现了亚硝酸盐的快速定量检测, 在0~10 mg/L的浓度范围内呈现出良好的线性关系, 最低检测限2 mg/L, 加标回收率为91.4%~102.0%。且该纸芯片性能稳定, 在室温条件下放置7周后与新制作的纸芯片显色结果基本一致。程楠等^[4]针对目前过氧化氢残留快检试纸稳定性较差、响应时间较长、有效期偏短以及生产周期长等问题, 对现有试纸的显色液配方及制作工艺进行了优化, 研制出了一种新型过氧化氢残留快速检测试纸。对25组样品的过氧化氢残留量的测定结果表明, 该试纸的检测结果精确度高、重复性好, 适用于现场的快速检测, 对于食品中过氧化氢残留的快速检测具有重要的借鉴意义。谢俊平等^[5]运用比色法的原理, 研制出一种可同时检测8种拟除虫菊酯类农药的速测盒, 并用该速测盒对拟除虫菊酯类农药标准溶液和果蔬样品中拟除虫菊酯类农药残留情况进行检测, 然后与气相色谱-质谱联用法进行比较。结果显示, 该速测盒对常见拟除虫菊酯类农药的最低检出限可达到0.50 mg/kg以下, 且1 min内可完全显色, 并可保持30 min内不褪色, 与气质联用法的检测结果基本一致, 阴性符合率为97.8%, 阳性符合率为85.7%。李琴等^[6]用维多利亚蓝B作为显色剂、乙醇溶液作为显色溶剂, 制备了一种快速检测重金属镉的试纸, 同时在马铃薯样品中加入抗坏血酸、碘化钾和邻菲罗啉, 用硫酸调节pH, 然后用该镉试纸进行检测, 并与标准比色板比较。结果显示马铃薯样品中的镉含量与用石墨炉原子吸收法测得的结果相接近, 该方法具有一定的实用价值, 为食品中镉含量的快速检测提供了参考。

化学比色法操作简单、结果直观、方便廉价, 被广泛应用于食品安全快速检测中。但是其也存在着对于某些物质的检测灵敏度不够高, 以及由于化学比色法对化学反应条件的依赖性较强, 使得在检测过程中可能受到的干扰因素较多等问题。

酶抑制法常用于农药及重金属的检测。酶抑制法的原理为农药、重金属等会抑制相应的酶的活性, 从而使底物-酶系统产生一系列变化。农药残留检测使用的酶主要是动物胆碱酯酶^{[7, 8, 9, 10]}和从淀粉中提取的植物酯酶^{[11, 12]}以及少数的微生物酶^{[13, 14]}, 其中有机磷及氨基甲酸酯类农药的磷脂键、酰胺键与酶活性中心的丝氨酸键合^[15]。重金属检测使用最多的是脲酶^{[16, 17]}, 除了脲酶以外, 其他酶如葡萄糖氧化酶^[18]、磷酸酯酶^[19]、过氧化物酶^{[20, 21]}、蛋白酶^[22]等也被越来越多地应用到重金属的检测中, 其中重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基键合^[23]。

清江等^[24]设计了一种基于纸基芯片酶比色法的农药残留半定量快速检测卡, 该速测卡将乙酰胆碱酯酶固定在加样片上, 碘化硫代乙酰胆碱固定在底物片上, 将待测样品接触加样片后, 通过观察淀粉-碘等间距条带的退色数目实现对农药的半定量检测, 对敌百虫标准品的检出限为0.01 mg/mL, 该方法成本低廉、方便快捷, 适用于食品中农药残留的快速检测。朱松明等^[25]利用有机磷与氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶具有抑制作用的原理, 以吲哚酚乙酸酯为显色底物, 将乙酰胆碱酯酶固定到尼龙膜Hybond N⁺膜上, 制备了一种抛弃型快速检测酶片, 对氧乐果、毒死蜱、甲萘威与抗蚜威的检出限分别为1.0、0.05、1.5、0.8 μ g/mL。另外, 通过将该酶片应用于对葡萄汁与小白菜样品的检测证明该酶片的灵敏度、准确度及重现性均较好。姜露等^[26]选用从麦麸中提取的麦麸酯酶作为检测用酶, 并对酶抑制法检测有机磷及氨基甲酸酯类农药的前处理方法中农残提取液、提取方法、提取时间及样品提取液的处理方式进行了优化。优化后的样品加标回收率为83.61%~102.81%, 变异系数为1.20%~7.23%, 证实了该前处理方法对于麦麸酯酶抑制法快速检测农药残留的可行性。Magomya等^[27]研究了重金属离子对大豆脲酶的抑制作用, 建立了一种利用大豆脲酶测定重金属的方法。通过用六种重金属对从大豆种子中提取的脲酶进行抑制实验, 发现这些重金属在不同浓度下对脲酶活性的抑制作用呈剂量依赖性, 拟合曲线呈线性相关。同时, 将这一方法与原子分光光度法进行比较, 发现在只含有一种金属的样品中检测结果较好, 而对于含有多种金属的样品, 该方法虽不能辨别出金属的种类, 但是可以提供样品中重金属总体的相关毒性参数, 为评估样品的重金属污染程度提供参考。Shukor等^[28]利用重金属对丝氨酸蛋白酶的抑制作用, 以及考马斯亮蓝可对酪蛋白染色的原理来检测重金属。没有重金属时, 酪蛋白被蛋白酶完全水解, 考马斯亮蓝无法对其染色, 溶液呈棕色; 在重金属存在的情况下, 重金属对蛋白酶产生抑制作用, 从而抑制了酪蛋白的水解, 溶液呈蓝色, 对Zn²⁺和Hg⁺的检出限分别为0.06、1.06 mg/L。同时, 研究还发现西维因、氟氰戊菊酯、异丙甲草胺、草甘膦、敌草隆、二嗪农、硫丹硫酸盐、莠去津、蝇毒磷、吡虫啉、麦草畏和百草枯等杀虫剂对蛋白酶的活性无影响, 不会干扰该方法对重金属离子的检测。张桂等^[29]对脲酶法检测食品中镉的条件进行了探索, 分别考察了反应时间、反应温度、脲酶用量、显色时间等因素, 确定了食品中镉离子检测的最佳条件, 镉离子溶液对脲酶活性的抑制率最高为85.53%。另外, 对番茄酱和松花蛋样品中的镉离子进行了检测, 回收率为83.2%~99.7%, 与原子吸收法检测结果比较无显著性差异。孙璐等^[30]基于重金属离子对葡萄糖氧化酶的抑制作用, 对葡萄糖氧化酶检测Pb²⁺、Cu²⁺、Ag⁺的反应体系进行了优化, 拟合出一种快速检测这三种金属离子的数学检测模型。在最优条件下, 对不同浓度的重金属离子进行检测, 结果显示, Pb²⁺、Cu²⁺、Ag⁺在相应的浓度范围内其浓度与响应信号呈现出良好的线性关系, 检出限分别为0.53、0.21、0.18 μ mol/L。

酶抑制法由于操作简便、检测快速、便于携带, 适用于现场检测及大批量样品的检测, 已经得到了广泛的应用, 但是其也存在一些问题, 如许多酶在常温下容易失活, 不便于保存和使用; 不同酶对待测物质的反应不同, 影响了检测的可重复性; 干扰酶活性的因素较多, 易造成检测结果的假阳性; 灵敏度不高; 可测的农药及金属种类较少等。

免疫分析法的原理是利用抗原抗体的特异性结合反应对各种物质进行检测, 通常需要各种标记物, 根据标记物的不同, 可分为酶免疫分析、放射免疫分析、发光免疫分析、荧光免疫分析、胶体金（银）免疫分析等。免疫分析法常用于食品中农药残留^[31]、兽药残留^{[32, 33]}、致病微生物^{[34, 35]}、生物毒素^[36]及非法添加剂^[37]等的快速检测。酶联免疫分析法是酶免疫分析法的一种, 胶体金免疫层析法是胶体金免疫标记法的一种, 在实际的食品安全快速检验中最常用的是酶联免疫分析法和胶体金免疫层析法。

酶联免疫法将酶标记在抗体或抗原上, 得到相应的酶标抗体或酶标抗原, 通过观察酶和底物作用所产生的颜色变化来达到检测的目的。Chen等^[38]制备了一种特异性识别新型农药毒氟磷的多克隆抗体, 运用间接竞争酶联免疫吸附法实现了对毒氟磷的快速检测, 检出限为2.5 ng/mL, 在烟草、大米、番茄、黄瓜、土壤和水等不同类型的样品中, 毒氟磷的平均回收率为70.7%~138.8%。另外, 通过与高效液相色谱的分析结果进行比较后发现, 二者的检测结果具有较好的一致性, 证明该方法可以实现对实际样品中毒氟磷的快速检测。Ma等^[39]建立了一种基于微流控纸基分析设备的酶联免疫吸附分析方法, 通过测定与检测物浓度成正比的颜色变化实现对牛奶中瘦肉精含量的检测。该方法与传统的酶联免疫吸附法相比大幅度降低了耗样量, 缩短了分析时间, 简化了检测设备。Atanasova等^[40]将单克隆抗体固定在磁性纳米颗粒上, 建立了一种用磁性纳米粒子测定牛奶中黄曲霉毒素M₁的酶联免疫分析方法。通过研究发现, 该方法检测速度快, 检测结果线性范围宽、检出限低, 可以应用于食品中黄曲霉毒素M₁的检测。

胶体金免疫层析法以胶体金作为标记物, 在硝酸纤维素膜上将抗原和抗体进行特异性结合, 通过对比测试线与控制线颜色实现目标物的快速检测。程国栋等^[41]通过一系列性能评价实验, 研究了乳制品中三聚氰胺胶体金免疫层析试纸条快速检测法的灵敏度、重复性和特异性。检测结果显示, 三聚氰胺胶体金免疫层析试纸条法检出限为50~200 μ g/kg, 检测时间在20 min内, 且重现性好。同时, 通过选用8种干扰物进行特异性实验发现, 除尿素外, 其他物质对胶体金免疫层析试纸条检测液态奶均无干扰。另外, 研究发现使用该试纸条检测加标样品和高效液相色谱法检测的结果一致。证明了该胶体金免疫层析试纸条适用于乳制品中三聚氰胺的快速检测。王菡等^[42]利用鞣酸-柠檬酸三钠还原法制备出的胶体金标记单克隆抗体, 设计了一种胶体金免疫层析检测板, 其对毒死蜱的检测限为4 μ g/mL, 检测灵敏度较好, 并且没有明显的基质干扰效应。

免疫分析法具有良好的特异性和灵敏度, 可以应用于现场的初筛。但是由于抗原抗体反应具有高度的专一性, 对于不同的待测物要建立与之相对应的检测试剂和方法, 增加了前期研发的成本, 为普及带来了一定难度。同时, 如果抗原在食品的加工过程中被破坏, 将会影响到检测结果的准确性。

生物传感器主要由生物分子识别元件和信号转换器组成, 生物分子识别元件是具有分子识别能力的生物活性物质, 如酶、抗体、组织、细胞等, 信号转换器包括光学检测元件、电化学电极、热敏电阻等。生物传感器检测的原理为信号转换器将生物分子识别元件与待测物特异性结合而发生的生物化学反应转变为可以直接识别的光信号、电信号等, 从而达到检测待测物的目的。目前, 生物传感器技术在食品中的农药残留^[43]、兽药残留^[44]、重金属残留^[45]、致病微生物^[46]及生物毒素^[47]等的检测方面均有一定的研究和应用。

生物传感器根据生物识别元件的不同可分为酶传感器、免疫传感器、细胞传感器和微生物传感器等, 目前, 在食品安全检测领域较为常用的是酶传感器和免疫传感器。酶传感器的识别元件通常由固定化酶膜组成, 反应发生时, 信号转换器将酶膜上发生的酶促反应产生的化学信号转变为电信号等来进行检测。LU等^[48]将钯-金核壳纳米棒修饰于玻碳电极上, 并以其为载体固定乙酰胆碱酯酶, 研制出一种基于钯-金双金属纳米棒的乙酰胆碱酯酶生物传感器, 从而实现对有机磷农药的检测。在优化条件下, 对氧磷在3.6 pmol/L~100 nmol/L范围内其浓度与其对乙酰胆碱酯酶的抑制效应呈良好的线性关系, 检出限为3.6 pmol/L。Homaei^[49]将墨吉对虾碱性磷酸酯酶固定在生物传感器金纳米棒上对重金属进行检测, 通过研究重金属离子对固定化酶与游离酶的抑制作用, 发现固定化酶与游离酶相比, 能更好地耐受重金属离子的影响, 在复杂条件下更有效。证明了该碱性磷酸酯酶在酶传感器检测重金属方面有一定的应用价值。李萌等^[50]研制了一种酶生物传感器型农残检测仪, 就蔬菜样品本底色、辛辣蔬菜中的次生物质和加标静置时间三个因素与国标中的方法进行了农药加标实验和加标静置实验的对比验证。结果证明, 该传感器能够有效解决有色样品中本底色、辛辣蔬菜中次生物质和加标静置时间长短干扰检测结果的问题, 检测结果的重现性和准确度均较好, 并且对国标中未涉及的部分农药有较高的检测灵敏度。

免疫传感器利用抗原抗体特异性结合的反应原理, 通过偶联抗体和受体的生物识别元件实现对待测物的快速检测。Chen等^[51]研制了一种基于非标记定量电化学阻抗法的新型免疫传感器, 用以进行黄曲霉毒素B₁的快速检测。该传感器由1, 6-己二硫醇、胶体金、黄曲霉毒素-牛血清白蛋白在自组装的金电极上逐步固定化形成。优化条件下, 阻抗增量与黄曲霉毒素B₁的浓度在0.08~100 ng/mL范围内线性相关, 检出限为0.05 ng/mL。Thompson等^[52]研制了一种免疫生物传感器, 通过用氟苯尼考胺与载体蛋白偶联制成的抗原免疫白兔, 获得多克隆抗体, 实现了对牛、羊、猪肾脏中残留酰胺醇类抗生素的检测。同时, 采用超高效液相色谱串联质谱法进行验证, 假阴性率为零。该方法成本低廉、操作简单, 能够检测到低于最高残留限量一半浓度的酰胺醇类抗生素, 可准确筛选出不符合要求的样品。WEI等^[53]在抗原抗体连接体系之上, 利用生物素-链亲和素连接体系, 结合荧光技术和分子马达技术, 设计了一种检测大肠杆菌O157:H7的生物传感器。将pH变化敏感荧光物质F1300标记到色素体内表面, 并将β 亚基抗体-生物素-链亲和素-生物素-抗体系统连接到色素体上F0F1-ATPase的β 亚基上。根据荧光值确定大肠杆菌浓度, 实现了对大肠杆菌的快速检测, 该技术在食品中病原体检测方面具有广阔的应用前景。

生物传感器法操作简便、选择性好、灵敏度高、专一性强、响应迅速, 不足之处是一些识别元件在稳定性、可靠性、重现性以及使用寿命等方面还需要不断完善, 日后经过研究与改进, 将会有更加广泛的应用。