1.3 开展食品安全快速检测与预警的意义
1.3.1 食品安全快速检测技术
食品质量安全检测能力是左右一个国家（地区）食品质量安全工作水平的关键。为此，各国的食品质量安全控制系统无不把发展检测技术和方法置于优先地位。总体来看，目前，发达国家的食品质量安全检测技术日益呈现出快速、高通量、痕量的发展趋势。例如国际上特别是美国、欧盟等通行的做法是，按一定的规范对受检产品取样进行快速检验，这种快速筛选的方法包括酶联免疫法、放射免疫法、受体传感器法、金（荧光素）标记法、cDNA标记探针法等，一般是在非实验室的条件下在现场对样品进行筛检。如果检验结果为阳性，受检食品就不允许上市。快速检测方法有以下几个方面的特点：第一，灵敏度高，可达到十万亿分之一，甚至更低；第二，方法的特异性高，假阳性相对较低；第三，适用范围较宽，可测定各类食品；第四，检测的费用低。在农、兽药残留和生物毒素快速筛检的试剂盒方面，国外已有不少产品。当需要确切知道所检测项目的确实存在和定量结果时，把样品送到实验室内，用大型精密仪器（甚至超精密仪器），进行进一步的确证和定量分析。
快速检测没有经典的定义，而是一种约定俗成的概念。即在短时间内，如几分钟、十几分钟，采用不同方式方法检测出被检物质是否处于正常状态，检测得到的结果是否符合标准规定值，被检物质本身是不是有毒有害物质，由此而发生的操作行为称之为快速检测。快速检测没有明确的时间限制。理化快速检验方法：包括样品制备在内，能够在2h以内出具检测结果，即可视为实验室快速检测方法。如果方法能够应用于现场，在30min内出具检测结果，即可视为现场快速检测方法。如果能够在十几分钟甚至几分钟内得到检测结果，可视其为比较理想的现场快速检测方法。微生物快速检验方法：与传统检验方法相比，能够大幅度缩短检测时间，其检测结果基本相同或相近的方法，可视为快速检测方法（王晶等，2002）。
快速检测技术一般具有如下突出特点：①实验过程简单，速度快，对操作人员要求低；②样品不经前处理或经简单前处理或采用高效快速的样品前处理即可进行检测，试剂用量少，“绿色”，成本低；③方法准确，灵敏度高，能满足相关规定限量检测需要；④选择性或特异性好，有些方法能实现高通量或类目标物同时检测；⑤便携或小型化，有些方法可实现自动化（王静等，2014）。
现阶段我国农业生产仍以小农户分散经营方式为主，食品生产主体90％以上是微小企业，大型分析仪器难以满足田间地头、生产基地、超市、批发市场、进出口岸的快速检测要求，因此发展低成本、便携的快速检测技术及产品在我国具有特殊的意义。第一，快速检测是食品安全监管人员的有力工具。在日常卫生监督过程中，除感官检测外，采用现场快速检测方法，及时发现可疑问题，迅速采取相应措施，这对提高监督工作效率和力度，保障食品安全有着重要的意义。第二，快速检测是实验室常规检测的有益补充。为了保障食品安全，需要检测的产品、半成品以及生产环节有很多，一一采集样品送实验室检测是不现实的。采用快速检测，可使食品安全预警前移，可以扩大食品安全控制范围。对有问题的样品必要时送实验室进一步检测，既提高了监督监测效率，又能提出有针对性的检测项目，达到现场检测与实验室检测的有益互补。第三，快速检测是大型活动卫生保障与应急事件处理的有效措施。在大型活动卫生保障中，为了防止发生群发性食物中毒；在应急事件处理中，对于快速筛查食物中毒可疑因子，快速检测方法具有其特殊的作用。第四，快速检测适应中国国情。中国近30年来经济快速发展，社会处于转型时期，而且还会持续相当长的一段时期。在这种迅猛的商品经济运行中，食品安全也出现了一些问题，如农药、鼠药、甲醇、亚硝酸盐等群发性食物中毒，甲醛、吊白块、注水肉、瘦肉精、三聚氰胺等事件的发生等。中国在提高食品安全整体水平方面仍有很长的路要走，快速检测将会在其中起到积极有效的作用。
依据不同检测技术所基于的原理不同，食品安全快速检测技术可以分为以下几类：
（1）基于光学分析的快速检测技术
①基于化学比色或可见光分光光度法的快速检测技术 化学比色法和可见光分光光度法是食品安全快速检测中最常用的经典方法，是利用能够迅速产生可见颜色变化的化学反应来检测待测物质的方法，可通过肉眼比色、比色卡、试剂盒、试纸条、可见光分光光度计等实现定性或定量，与一般仪器方法相比，具有简单、快速、结果直观、高通量、仪器易小型化等突出特点（高志贤，2009）。这类方法适用于所有可产生颜色反应的待测物，但一般只能进行常量或微量检测，难以承担痕量分析的任务。目前，已有一系列针对不同检测目标的方法和产品。
②基于荧光分子光谱的快速检测技术 一些具有平面或刚性结构的分子，其存在π-π共轭结构，当此类分子受到光能量激发后会发出荧光，产生荧光光谱。当体系共轭度增加时，荧光强度随之增加，荧光光谱改变。如存在—OH、—NH2、—OR、—NR2等给电子取代基时，荧光强度增加，存在—COOH、—CHO、—NO2、
等吸电子基团时，荧光减弱。荧光光谱与其他吸收光谱比较，灵敏度高几个数量级，且选择性更好，因此荧光光谱更能满足痕量分析的需要。缺点是不是所有物质都会发出荧光，自身能发出荧光的物质及能形成荧光测量体系的物质相对较少，虽通过化学衍生可使部分待测目标物产生荧光，但增加了难度，应用受到限制。食品中的部分危害因子具有芳香环或杂环结构，能够产生荧光，可利用其荧光光谱或荧光猝灭实现定性或定量分析（许金钩等，2006）。目前，已有一些基于荧光分子光谱技术原理的快速检测方法和仪器得以应用和开发。
③基于太赫兹辐射的快速检测技术 太赫兹（THz）辐射介于远红外与微波区之间，频率范围在0.1～10THz（1THz相当于33.3cm-1，4.14meV，波长300μm），对应着物质分子间的弱相互作用，如氢键、范德华力、偶极子的振转跃迁和晶体中晶格的低频振动等。有机分子特别是大多数有机极性分子对太赫兹（THz）波段的辐射具有强烈的吸收和色散作用，形成物质的“指纹图谱”，因此可以借助太赫兹光谱对物质内部的结构分子组成进行分析研究（沈飞等，2009）。目前，已经在全世界范围内形成了一个太赫兹技术研究高潮，我国也高度重视，投入重金支持太赫兹技术的研究，宽谱太赫兹时域光谱仪、便携式太赫兹时域光谱仪已成功研制，商品化仪器上市指日可待。目前，太赫兹应用于吡虫啉、代森锰锌、乙酰甲胺磷、致病菌、病毒DNA等食品危害因子检测已有多篇报道（王静等，2014；侯艳等，2014；颜志刚，2008）。
④表面增强拉曼光谱检测技术 拉曼光谱（Raman spectroscopy）分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，可直接反映待测物中化学分子键的振动模式信息，进而可以了解分子的构成及构象信息。表面增强拉曼检测具有重现性良好、速度快、灵敏、成本低、仪器轻便、设备操作和前处理简单等优点，因而此技术非常适用于食品安全中微痕量危害因子的现场、快速检测。我国已有关于采用表面增强激光拉曼光谱检测蔬菜中有机磷农药、养殖用水中孔雀石绿、辣椒粉中苏丹红Ⅰ号、味精中硫化钠、乳粉中三聚氰胺、尿样中的β-受体激动剂等农药及违禁添加物的报道。商品化的便携式激光拉曼光谱仪已用于三聚氰胺、孔雀石绿、结晶紫等违禁添加剂的快速检测（郭沫然，2014；陈斌等，2011）。
（2）基于免疫学的快速检测技术
①基于酶联免疫的检测技术 免疫分析是利用抗原与抗体的特异性结合特性来实现目标物检测的方法，该方法特异性好，但灵敏度不能满足痕量检测的要求，故发展了标记的免疫分析技术。目前，标记免疫分析技术主要包括酶联免疫吸附（ELISA）、放射免疫、荧光免疫、胶体金免疫色谱、化学发光免疫分析。其中酶联免疫吸附分析技术是目前食品安全快速检测的主流技术。此方法诞生于20世纪70年代，具有特异性好、灵敏度高、操作简单、所需仪器设备价格较低等优点，特别适合大量样本的筛查。它是以辣根过氧化物酶等标记物标记抗原或抗体。借助抗原-抗体的特异性结合作用和酶对底物的催化显色反应，根据颜色反应的深浅实现对待测目标物的快速检测。由于酶的催化效率高，故可迅速而高倍数地放大反应效果，大大提高了灵敏度（水小溪等，2008）。目前，国内外有近百种商品化的食品安全ELISA试剂盒，基本能满足兽药、毒素、违禁添加物的快速检测需要。
②基于胶体金试纸条的检测技术 胶体金试纸条是以胶体金为显色标记物，借助抗原-抗体间的特异性免疫结合作用和色谱原理建立的一种快速检测方法。胶体金是一种含有特定大小（20～100nm）的金颗粒稳定胶体溶液，它是由氯金酸的水溶液在柠檬酸三钠等还原剂的作用下聚合而成，并由于静电作用成为胶体状态。由于胶体金颗粒具有高电子密度，且颗粒聚集达到一定密度时出现肉眼可见的红色斑点，因而可以与带正电的蛋白质（抗原或抗体）发生静电吸附，作为免疫色谱试验的指示物。当样品溶液在色谱条上借助毛细管作用泳动时，待测目标物与色谱材料上的抗体发生高特异、高亲和性的免疫反应，形成的抗原-抗体复合物被富集或截留在检测带上与胶体金结合，几分钟内便可得到直观的检测结果。此方法与ELISA法相比，省去了烦琐的加样、洗涤等步骤，在色谱过程中具有对样品净化的效果，且操作简便、检测时间短、分析结果清楚、易于判断，无需仪器或只需简单仪器，非常适合于食品安全的现场快速检测。
③基于适配体的快速检测技术 核酸适配体（aptamer）是利用体外筛选技术——指数富集的配体系统进化技术（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX），从核酸文库中得到DNA或RNA寡核苷酸片段，此片段具有类似抗体的特异性识别能力，但其特异性和结构稳定性要大大高于一般的免疫球蛋白形成的抗体，也被称为“新一代抗体”（李一林等，2009）。目前已有利用核酸适配体技术检测粮油产品中赭曲霉毒素等真菌毒素、食品中青霉素等抗生素的研究报道，但距商品化仍有一段距离（Zhang等，2013）。
（3）基于电化学的快速检测技术 电化学传感器检测技术是基于指示电极敏感膜表面发生电化学反应，将化学信号转化成电信号，实现目标物快速检测的技术。敏感膜由酶、抗体、细胞、核酸、仿生材料等构成的传感器也称为电化学生物传感器。电化学传感器因具有便携、快速、成本低、高选择性和可进行多目标分析等特点，在现场快速检测领域有着广阔的应用前景，特别是随着纳米材料和抗体制备技术的发展，新型电化学传感器的灵敏检验检测度和特异性大大提高。不足之处是一些识别元件的长期稳定性、可靠性、一致性方面存在问题。
（4）基于分子生物学手段的快速检测技术
①基于PCR的快速检测技术 聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）是利用DNA在高温条件下变性成为单链模板，进一步加入与单链模板两端序列互补的寡核苷酸片段作为引物，低温时引物与单链模板按碱基互补配对，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度，在4种dNTPs底物存在的情况下，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖（5′→3′）的方向合成互补链。新合成的DNA双链又可作为扩增的模板，重复上述反应。经过几十次循环，模板DNA序列扩增近百万倍。
近年来，PCR已衍生出许多种类，常用的有反转录PCR、实时荧光定量PCR、随机引物PCR等。目前，我国已有PCR仪器的研发和生产能力，配套的核心试剂生产技术也日趋成熟。PCR技术已成为致病微生物定量、转基因食品判定、畜禽产品真伪及掺假鉴别、农产品溯源和品种鉴定的重要手段（刘燕艳，2014；余倩等，2014；王鹏飞，2014）。
②基于PCR-ELISA的快速检测技术 PCR-ELISA是PCR与酶联免疫吸附（ELISA）技术相结合的检测方法。首先通过生物素-亲和素的交联作用，将3’端标记有生物素的捕获探针固定在链霉素亲和包被的微孔板上，然后通过生物素、地高辛、荧光素酶等标记的引物给PCR产物加上抗原标记。将扩增产物与捕获探针杂交，靶序列被捕获，再向微孔中加入酶标抗体，抗体与靶序列上的抗原结合，最后加入底物显色，测定相应波长的吸光度值。加入内标，做出标准曲线后，可实现定量检测。该法简便经济，特异性、灵敏性均较高，特别适宜大量样品的筛查。
③基因芯片快速检测技术 基因芯片是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针，有规律地排列固定于支持物上形成的DNA分子阵列。其工作原理是根据碱基配对的原理来检测样品的基因，也就是利用已知序列的核酸对未知序列的核酸序列进行杂交检测。DNA探针技术就属于点阵型基因芯片，是在玻璃或塑料、硅基片上制备已知碱基对序列的单链DNA分子。DNA探针技术目前已经应用于食品中致病菌检验及转基因食品检测。实验室基因芯片是通过像制作集成电路那样的微缩技术将样品制备、定性定量分析等过程集于芯片上，使分析过程微型化、连续化，可以使生物学分析速度大大加快。
1.3.2 食品安全预警技术
食品安全预警是指专门针对食品安全状况进行的“预先告警”，是对食品可能产生的影响人的身体健康或影响国家和地区、企业等进行决策时的预先警示，并在发生情况时能够实时有效控制（罗艳，2010）。其目的主要是通过对食品安全隐患的监测、追踪、量化分析、信息通报预报等，将食品安全风险在萌芽状态时就掌握其动态并进行准确的预警提示，及时采取控制措施，主动预防解决食品安全问题，最大限度地降低损失（钱敏，2011）。
食品安全预警系统按照功能特性构建为信息源系统、分析评估系统和预警应对系统。其中，信息源系统、分析评估系统和预警应对系统是食品安全预警系统的子系统，系统和子系统都是具有相对清晰边界的研究范畴。系统之间的信息流表达了各子系统之间的关系，系统的输入与输出表达了系统与外界的联系。其中的预警应对系统划分为两个子系统后，常规性监测、预报和纠偏调整功能由预警子系统完成，突发食品安全事件的紧急应对功能由快速应对子系统实现。由此，预警应对系统完成对食品安全的风险预警和危机控制功能。
一个快速的食品安全预警系统对促进食品的质量安全具有有益的作用。然而，食品从生产到消费全过程漫长复杂，现有的一些预警系统各有其不同的目标和范围，信息覆盖面有限，综合利用非常困难。如何使预警系统覆盖到食品链的全过程，实现预警的系统性和连贯性，这是食品安全预警的一个难点。对于食品安全突发事件的预警需要有准确、及时的食品安全数据信息，才能够对食品安全情况做出判断，尽早进行决策，以便消除或减少食品安全问题发生的概率。因此，现实的食品安全问题迫使我国尽快建立全面的食品安全预警系统。食品安全预警系统不仅保证食品本身安全，还促进食品安全监管工作，同时促进和谐社会的发展。食品安全预警系统的运行保证了食品的安全，保护消费者免受伤害。食品安全预警系统为食品安全监管工作提供了准则，一定程度上保证了食品安全监管工作的良好实施。
近年，随着人们对食品安全问题的日益重视，国外关于食品预警的理论和实践都在不断地发展和完善，国外的食品安全预警的研究来源于危机预警，发展于社会、生态环境和经济预警。相关学者借鉴危机预警指标设计、分析方法等理论和经验，展开对食品安全预警方面的深入研究。国外尤其是发达国家对食品的市场准入、食品安全的相关认证、食品追溯和召回相关的监管措施比较完善和健全，食品安全预警系统健全。1975年联合国粮食及农业组织（FAO）建立了“全球食物和农业信息及预警系统”，利用此系统的信息和监测，了解各地区各时段的粮食缺口、需求和平衡状况、人口的健康和营养状况并分阶段报告各地区食品情况（Chinmoy等，2012）。世界卫生组织（WHO）于2004年创建了国际食品安全网络（INFOSAN），该网络目的是为了改善国家和国际层面的食品安全主管部分之间的合作。该网络将对国际上各国食品安全主管部门间进行日常食品安全信息交换起重要作用，同时为食品安全紧急事件发生时迅速获取相关信息提供载体（晏绍庆等，2007）。2002年，鉴于欧盟严峻的食品安全形势，欧盟发布了178/2002号食品安全基本法，并据此建立了欧盟食品和饲料快速预警系统（RASFF）。欧盟建立食品和饲料快速预警系统的目的是为欧盟各成员食品安全主管机构提供有效的途径，交换有关信息，并及时采取措施确保食品安全（戚亚梅，2005）。
由于我国的食品安全采用分段监管的模式，原卫生部、农业部和质检总局分别建立了侧重点不同的食品安全监测和安全预警系统。原卫生部参照全球环境监测规划/食品污染监测与评估计划（GEMS/FOOD），开展了食品污染物和食源性疾病监测工作。分别在17个省和22个省设立食品污染物和食源性疾病致病因素监测点，对消费量较大的60余种食品、常见的79种化学污染物和致病菌进行常规监测，初步摸清了我国食品中重要污染物的污染水平及动态变化趋势。卫生部还根据监测发现的问题发布了蓖麻籽、霉变甘蔗、河豚、生食水产品、毒蘑菇等十余项食品安全预警信息。农业部也建立了农产品质量安全例行监测制度，对全国大中城市的蔬菜、畜产品、水产品质量安全状况实行从生产基地到市场环节的定期监督检测，并根据监测结果定期发布农产品质量安全信息。目前，全国大部分省（区、市）也已开展省级例行监测工作。质检总局建立了全国食品安全风险快速预警与快速反应系统，已经实现了对17个国家食品质检中心日常检验检测数据和22个省（区、市）监督抽查数据的动态采集，每月收集有效数据2万余条，初步实现了食品安全问题的早发现、早预警、早控制和早处理（晏绍庆等，2007）。
我国食品安全危机事件频发的根本原因主要有两点，首先是预警机制的缺乏，使许多可以预防的事件不断积累和发展，最终成为危机事件；其次是有关食品安全的信息统一管理机制还没有形成，虽然各部门有一些监测和检测机构，做了大量监测和检测工作，但食品安全信息没能形成跨部门的统一收集分析体系，没有统一机构协调食品安全相关信息的通报、预报和处置，政府主管部门对潜伏的危机信息掌握不及时、不全面，导致在危机酝酿阶段政府监管部门无能为力。因此，构建完善而高效的食品安全预警机制，对预防食品安全危机事件的发生和发展至关重要。