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国产仪器在食品安全领域的发展

行业聚焦点中国仪表网2012年03月20日 09:40人气:10641

  导读:国产科学仪器发展迅速、应用广泛。本文主要从5个方面综述了国产光谱仪、色谱仪、质谱仪、电化学仪、生命科学仪等科学仪器在食品安全检测中的应用现状与发展趋势,同时,指出了国产科学仪器在资金投入、技术和质量等方面还存在着一些问题,最后对国产科学仪器将来的发展方向提出了展望。
  
  1引言
  
  科学仪器主要包括各种电化学、光学、热学分析仪器,质谱、波谱、色谱分析仪器、能谱及射线分析仪器、物性分析仪器、生化分析仪器、在线分析仪器及光学仪器、试验机、实验仪器等[1]。这些科学仪器被广泛应用于食品安全检测分析当中,对食品安全保障起着重要的技术支撑作用。食品安全检测的内容很多,主要有致病菌微生物检测,农药、兽药及其他有害化合物残留检测,有毒有害元素及其价态检测,毒素及转基因食品检测等,其中所用的检测仪器的种类也很多,主要包括光谱仪、色谱仪、质谱仪、电化学仪器、生命科学仪器等[2~3]。
  
  2我国食品安全检测市场需求
  
  随着我国国民经济高速发展与人民生活水平的提高,食品的数量与种类日益丰富,食品的安全问题也日益突出。每年由于农药、兽药等禁用、滥用及环境污染而导致的急性食物中毒事件屡见不鲜,市场上还常常出现销售参杂参假、过期变质和参有毒有害的化合物,坑害消费者,最近的“毒奶”事件就是典型之例。另外,近年来随着转基因作物的大面积种植,转基因食品大量涌入市场,虽然转基因食品的安全性问题在国际上还未定论,但已为公众关注。所以,分析测试技术和仪器是食品质量安全、消费者合法权益的重要保障。近年来,影响食品质量安全的因素不断增多,需要检测的项目和要求也越来越多越高,尤其一些新污染源的不断出现,对检测技术和仪器提出了更高要求。国际上许多颇有成就的大型检测机构在食品检测领域都有所作为,很多科学仪器供应商更是认准发展趋势,争相抢占这一市场,食品安全检验检测技术和仪器已成为热门。
  
  3国产科学仪器在我国食品安全检测分析工作中应用现状
  
  国产科学仪器底子薄,原有水平不高,但近几年来取得了长足的进步,现逐一浅析如下。
  
  3.1致病菌微生物检测仪器
  
  分离培养法,是传统而有效的生物分析方法,通过分离培养,然后利用形态学、生化特性加以鉴定,用光学显微镜或电子显微镜等加以确证。近几年来,我国大量引进国外的新方法和仪器,国外著名生产厂家有ABI、Bio-Rad、Thermo-Fisher、Agilant、Biomerieux、Dupont,Biologe、GEHeailhcare[3]等。而随着科技发展与市场需要,国内已经开始开发研制微生物快速检测仪,逐步商品化、产业化。
  
  3.2食品农药残留、兽药残留检测仪器
  
  食品中农药残留和兽药残留问题一直是政府和公众非常关注的问题,为了防止对人畜的危害,目前很多国家和地区都将农药残留和兽药残留作为主要的控制项目,列为必检指标,我国就有10种化学农药列为优先检测,近年已公布实施了8个农药多残留检测的国标。检测农药和兽药残留的主要方法包括气相色谱、高效液相色谱法和色-质联用检测法等[2~8],所用的仪器为GC、HPLC、GC-MSLC-MS-MS,后二类仪器多用于确认和多残检测。国际上GC、GC-MS、GC-MS-MS的高端产品为Agilent、Shimadzu、Thermo-Fisher、PerkinElmer、Varian等统领;LC、LC-MS和LC-MS-MS的高档产品为Thermo-Fisher、Waters、ABI、Agilent、PerkinElmer、Dionex、Varian等统领[3]。
  
  国内产品虽然在整体上不能与国外产品相媲美,但近几年来在GC、LC、GC-MS方面取得了长足进展,如北京东西电子、上海精科、天美、伍丰、温岭、北分、依利特等家的产品赢得了用户的好评,并拥有一定的市场空间。
  
  3.3食品有毒有害元素检测仪器
  
  原子吸收光谱法(AAS)和电感耦合等离子发射光谱法(ICP)是食品中有毒有害物质最经典的检测方法,尤其是AAS最为普及。近几年来ICP与MS联用(ICP-MS)检出限可达到ng级,得到重视。国外著名的生产厂家为:Thermo-Fisher、PerkinElemer、Shimazu、Varian、Agilent、JenaAG等;国内AAS生产厂家有普析通用、东西电子、瑞利、上海精科、上海光谱、天美等,近年来其技术得到大幅度提升和完善,主要技术指标已接近国外同档水平,且价格便宜,具有一定的竞争力。
  
  原子荧光光谱仪(AFS)用于检测砷、铅、汞、锡、硒、锗、锑等元素,灵敏度高、检出限低、可多元素同时检测。原子荧光光谱仪是目前我国具有自主知识产权的产品,主要厂家有吉天、海光、瑞利等,其中吉天还生产LC-AFS,即元素价态检测仪,其灵敏度、检出限均能满足农产品、食品安全检测的要求,且性价比高[2],产品不仅满足国内需求,且已有外商代理、销往国外。
  
  AAS和AFS两种仪器是我国科学仪器中基础最好的产品,其中、AAS的技术与国外差距不很大,而AFS已处领先水平的科学仪器,很值得在实施产业化中予以有力支持,扩大产业化规模,不断提升技术水平,势必能与国外产品抗衡。
  
  可以看出,我国国产仪器基本上能够满足有毒有害物质的检测,尤其是对于县、地(市)级食品安全质检站,而且国产仪器完全可以代替进口仪器[2、9]。
  
  3.4转基因食品检测仪器
  
  现在,国际市场出现越来越多的转基因食品,其检测主要借鉴转基因植物产品的检测技术。国内也将转基因食品的检测作为食品安全检测的一项重要内容。转基因食品检测包括两方面的内容:一是核酸的检测,也就是基因水平的检测,主要用各种PCR定性、定量方法和基因芯片技术[10];二是蛋白质的检测,也就是外源基因表达的蛋白质的检测。核酸是遗传信息,是对热十分稳定的分子,在环境中释放的影响要比蛋白质大,而且在加热过程中破坏较小,利于检测;而蛋白质是热敏分子,在食品的深加工中会被破坏,而且蛋白质免疫检测在方法学上还存在着一些局限性,所以,转基因食品的检测主要集中在对特征性DNA进行的检测。主要使用仪器按检测程序分三部份:
  
  3.4.1用于制备DNA样品的仪器设备
  
  试剂盒、微量移液器、离心机、水浴锅、分光光度计等。
  
  在对转基因产品进行定量检测时,核酸制备有时会用到试剂盒方法,试剂盒操作简易、使用方便,试剂不需要自己配制,不接触氯仿等有机试剂,因此在提取DNA上应用很广泛。目前,生产这种试剂盒的国产品牌有很多:天根生化科技有限公司、杭州维特洁、上海华舜、中鼎生物、上海生工、上海申能博彩等等。天根生化科技有限公司,从2001年注册到现在,仅仅四年的时间就成为国内一线的核酸纯化品牌。
  
  离心机是实验室分析提纯必备的设备,市场需求量大,国内在上海、北京、长沙、图门等地都有生产企业,较典型的是上海天美,但只能生产台式、小型及一般高速离心机,我国至今缺乏高速、超高速、大离心力变频电机(专用电机),且稳速、制冷、恒温、真空、超高速运行部件的材料和加工以及整体安全稳定运行控制诸多方面的技术性能尚不及国外产品,所以,尽管价格昂贵,在高校、科研机构或国家的一些重点实验室还是选用进口的产品,高端产品均被国外垄断;而对于水浴锅、分光光度计这类中低档产品,实验室要求不高,价格便宜,国内产品在实验室被普遍采用,代表性的厂家有:普析通用、北分瑞利、上海棱光、上海光谱、上海精科、北京拓普等。
  
  3.4.2用于基因扩增、分离、分析、检定的仪器设备
  
  定性PCR扩增仪以及混合液,保真DNA聚合酶,试剂盒,核酸电泳系统、成像分析、核酸测定仪、自动电泳分析系统、酶标仪、洗板机、定量PCR仪等。
  
  这些仪器设备国外著名厂家是Bio-Rad、Thermo-FisherSciences、GE等;在国内,西安天隆科技有限公司生产民族品牌PCR仪已有十年历史,是国内唯一具有定性、终点定量、实时定量PCR仪三个医疗器械注册证和CE认证的民族品牌,其生产的PCR仪在国产同类产品中累计销量第一;东南大学自主研发的管盖基因芯片及其检测系统,已经成功地检测了国家生物制品检定所提供的SARS标准品,并在华大基因中心检测了30多个SARS样本,取得了满意的结果。该基因芯片对于SARS、人、禽流感的预防和控制具有重要的价值;另外,东南大学还研制开发了核酸扩增杂交荧光检测仪,该仪器集PCR过程、杂交过程、清洗过程、检测过程于一体的自动检测仪器,能快速地进行PCR反应,应用于医学进行高通量基因表达平行分析、大规模基因序列分析、寻找新基因、基因多态性分析和基因组研究等,此外,国内生产PCR仪的还有杭州博日、郎基等企业。雷勃、上海三科、北京拓普、南京华东电子集团医疗装备有限责任公司生产酶标仪、洗板机;北京市六一仪器厂,是我国目前生产电泳仪电源、电泳仪及配套仪器品种全、产量大、质量好、销售覆盖面广的行业知名企业,在各大高校实验室、科研单位都普遍使用。
  
  3.5食品安全快速检测仪器
  
  随着食品流通的加快,尤其在我国食品生产企业多、规模小,法治和自律意识弱,而消费人群多、渠道杂,所以对食品安全快速检测和筛查具有特殊意义,要求能在很短的时间内得到检测结果,甚至要求在现场检测。有很多新鲜食品要求检测的时效性特别高,如果检测时间过长,食品已被售出或已经腐烂,检测结果就失去了意义。另一方面,面对食品安全突发事件的发生,快速检测和筛查的应急分析是应急机制不可缺少的技术支撑之一,而实验室一些常规的检测虽然准确可靠,但程序复杂、繁琐,检测仪器昂贵,检验周期较长,分析操作人员还需要专业培训等等,因此快速检测筛查技术和手段来是适应社会发展的急需。
  
  高新技术的迅速发展为食品快速检测提供了极好的技术平台。快检仪器在“光-机-电-算一体化”的基础上,大量引进日新月异的高新技术,诸如纳米、芯片、免疫学、传感器、基因工程等新技术,成为各种高新技术的集大成者。快速检测仪器具有高灵敏度、高通量、快速、简便等特点,实现现场或在线的实时检测。国外在此方面起步比较早,发展比较快,许多产品较成熟,且部分已商品化。在我国,近年来也涌现一批厂家,其中具有代表性的生产厂商有:
  
  1上海雷勃、上海三科、北京拓普、南京华东生产的酶标仪和洗板机,用于农药、兽药残留,致病菌、毒素以及转基因检测,应用范围广,产品较成熟;
  
  2中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室是国内最早开展表面等离子体谐振(SPR)生化分析仪研究的单位,其成功研制具有自主知识产权的一系列SPR生化分析仪,该仪器应用领域宽,实用化程度高,在国内已有多家科研单位和高校使用[11~12]。
  
  3以山东省生物传感器重点实验室中的服务系统为支撑,乳酸、葡萄糖、谷氨酸三种生物传感器已成为我国生物传感器应用的基本品种,每年消费的固定化酶超过1000多个,年实现生物传感器的快速分析200万次以上。并形成系列化的产品和配套的固定化酶膜及试剂盒,与国外同类仪器的竞争中表现明显的优势。
  
  4博奥生物有限公司等近几年来取得了长足的进步,已开发并生产食源性致病菌检测、食源性病毒检测和兽药残留检测的生物芯片(仪器和试剂盒),目前暂适用于实验室,将进一步面向现场速测、并向微缩芯片实验室发展[9]。
  
  5我国是农业大国,在农产品快速检测方面发展比较迅速,国产的农产品快速检测仪(硝酸盐、甲醛、吊白块、二氧化硫、过氧化值等)做的也比较成熟,其产品性能、技术指标都能满足国内检测的要求,这方面吉林大学的小天鹅企业有优势。国内企业在快速检测领域已经显示了相当的势力,很多技术和产品都走在了快速检测的前列,进一步开发、完善快速检测技术成为国内企业又一重点努力的方向。
  
  4我国国产科学仪器的发展存在的问题
  
  4.1我国国产仪器的总体水平还比较落后,基础比较薄弱
  
  我国国产科学仪器工业经过多年发展,已具有一定的研究、开发和生产的能力,但是我国国产科学仪器的总体水平还较落后,基础比较薄弱,集成度不高,稳定性和可靠性欠佳。科学仪器产品总体技术水平与国际先进水平相差约5-10年,目前,我国科研用分析测试仪器70%左右仍依赖进口,一些急需的专用仪器还属空白,严重制约了我国科学技术和国民经济的发展。
  
  4.2对科学仪器研究和发展的投入低于发达国家。
  
  总体来讲,我国自主研发投入少,核心技术匮乏。近年来,我国对科技的投入大幅度增加,但“重引进,轻自主研发”的现象仍比较严重。据统计,“十五”期间,863计划、973计划和国家科技攻关计划等科技计划经费的20%左右用于购置科学仪器,985工程、211工程以及知识创新工程更将大量的经费用于科学仪器购置,但在科学仪器研发方面,政府支持仍显不足。863计划、973计划和国家科技攻关计划等国家3大主体科技计划“十五”期间共计330亿元,用于“科学仪器设备研制与开发”项目的仅0.85亿元,而美国,仅以国家自然基金(NSF)为例,2003和2004年投入到大学的相关项目中,有关科学仪器研制或功能改进等占支持科学仪器发展的资金占总金额的25.3%。投入不足使我国具有自主知识产权的科学仪器十分有限。
  
  4.3国内市场巨大,但科学研究主要依赖进口,不利于我国科学仪器创新
  
  我国每年上万亿元的固定资产投资中,有60%是用于进口设备,其中精密科学仪器等高技术含量和高附加值的产品主要依赖进口。以分析测试仪器为例,据保守统计,分析仪器进口总额从2001年的9亿美元猛增到2004年20亿美元以上。在生命科学仪器方面,我国对发达国家的依赖则更为严重。尤其是国家投入大量资金建立的研究实验基地,虽然装备精良,但重要科学仪器及其辅助设备基本都依赖进口。科学研究依赖进口科学仪器不仅科技发展受制于人而且也使得我国科学仪器创新面临十分不利的局面。
  
  4.4提高国产科学仪器的稳定性和可靠性,注重售后服务
  
  由于我国科学仪器的加工业和制造业等还比较落后,使得国产科学仪器在稳定性、可靠性方面与国际发达国家产品有一定的差距。据调查,80%以上的国内用户由于产品的稳定性和可靠性不高,而不选择国产仪器,这样极大地限制了国产科学仪器的使用范围,降低了使用的可信度。国外厂商的优势在于能够提供先进的设备,还能提供完善的售后服务。目前Agilent、Thermo-FisherSciences、Waters、Dionex、AB、GEHeailhcare、Dupont、Shimadzu等国外供应商在中国的市场份额都非常可观,一般政府检测机构在采购时都会在这些供应商之间选择产品。因为他们的产品无论在稳定性方面还是智能化、自动化方面都做得较为出色,更重要的一点是这些国外供应商都能提供非常全面的售后服务。
  
  所以,对于国内检测设备制造企业而言,要不断在产品的稳定性、可靠性、操作自动化、智能化方面进行研发,还应该逐步健全售后服务体系,因为这两点正是目前国内企业的缺陷所在。
  
  5展望
  
  科学仪器的水平是国家发达程度的重要标志,发展自主的科学仪器及其工业是立国之本,富国之需,强国之源。针对我国国产科学仪器的现状和市场需求,我国政府已在“九五”、“十五”“十一五”科技发展计划中,不断加大对国产科学仪器开发、研究与应用的支持和扶植力度:“九五”期间,选择农业科学、生命科学、材料科学、环境分析所用的色谱、光谱、电化学、生化分离分析及电子光学仪器作为重点;“十五”重点加强科研基础设施和平台的建设,加大研发力度,提升国产科学仪器整体技术水平和产业规模;“十一五”重点建设一批国家大型科学仪器中心,加强国家重点实验室等基地仪器设备建设,提升仪器设备整体水平,整合资源,大幅提高仪器设备使用效率,加强科学仪器设备自主研发。我国科学仪器产业还处于不断发展阶段,我们应该冷静、清醒地看到并承认差距和困难,也要意识到今后10-15年是我国仪器工业追赶世界先进水平的关键时期。只要坚持以科学发展观统领全局,转变发展观念、创新发展模式、逐步将创新主体向企业转移,提高发展质量,我们的目标一定可以实现。
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