杜美紅 陳舜琮
（北京市理化分析測試中心 北京 100089）
摘要 國產科學儀器發(fā)展迅速、應用廣泛。本文主要從5個方面綜述了國產光譜儀、色譜儀、質譜儀、電化學儀、生命科學儀等科學儀器在食品安全檢測中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，同時，指出了國產科學儀器在資金投入、技術和質量等方面還存在著一些問題，最后對國產科學儀器將來的發(fā)展方向提出了展望。
關鍵詞 國產儀器 食品安全 光譜儀 色譜儀 電化學儀器 轉基因儀器
The Application Situation of Scientific Instruments Made in China in the Food Safety Testing
Du meihong Chen shuncong （ Beijing Center of Physical and Chemical Analysis Beijing 100089）
Abstract Scientific instruments made in China were developed rapidly and applied widly. In this paper, the application and development of scientific instruments about spectrometer, chromatograph, electrochemical instruments for testing food were summarized. It was pointed that there were some problems about financing，technology and quality for chinese instruments. It hope that instruments made in China would be developed well in the future.
Key words Chinese instruments, Food safety, Spectrometer, Chromatograph, Electrochemical instruments, Transfergene instruments.
1 引言
科學儀器主要包括各種電化學、光學、熱學分析儀器，質譜、波譜、色譜分析儀器、能譜及射線分析儀器、物性分析儀器、生化分析儀器、在線分析儀器及光學儀器、試驗機、實驗儀器等[1]。這些科學儀器被廣泛應用于食品安全檢測分析當中，對食品安全保障起著重要的技術支撐作用。食品安全檢測的內容很多，主要有致病菌微生物檢測，農藥、獸藥及其他有害化合物殘留檢測，有毒有害元素及其價態(tài)檢測，毒素及轉基因食品檢測等，其中所用的檢測儀器的種類也很多，主要包括光譜儀、色譜儀、質譜儀、電化學儀器、生命科學儀器等[2~3]。
2 我國食品安全檢測市場需求
隨著我國國民經濟高速發(fā)展與人民生活水平的提高，食品的數(shù)量與種類日益豐富，食品的安全問題也日益突出。每年由于農藥、獸藥等禁用、濫用及環(huán)境污染而導致的急性食物中毒事件屢見不鮮，市場上還常常出現(xiàn)銷售參雜參假、過期變質和參有毒有害的化合物，坑害消費者，最近的“毒奶”事件就是典型之例。另外，近年來隨著轉基因作物的大面積種植，轉基因食品大量涌入市場，雖然轉基因食品的安全性問題在國際上還未定論，但已為公眾關注。所以，分析測試技術和儀器是食品質量安全、消費者合法權益的重要保障。近年來，影響食品質量安全的因素不斷增多，需要檢測的項目和要求也越來越多越高，尤其一些新污染源的不斷出現(xiàn)，對檢測技術和儀器提出了更高要求。國際上許多頗有成就的大型檢測機構在食品檢測領域都有所作為，很多科學儀器供應商更是認準發(fā)展趨勢，爭相搶占這一市場，食品安全檢驗檢測技術和儀器已成為熱門。
3 國產科學儀器在我國食品安全檢測分析工作中應用現(xiàn)狀
國產科學儀器底子薄，原有水平不高，但近幾年來取得了長足的進步，現(xiàn)逐一淺析如下。
3.1致病菌微生物檢測儀器
分離培養(yǎng)法，是傳統(tǒng)而有效的生物分析方法，通過分離培養(yǎng)，然后利用形態(tài)學、生化特性加以鑒定，用光學顯微鏡或電子顯微鏡等加以確證。近幾年來，我國大量引進國外的新方法和儀器，國外著名生產廠家有ABI、Bio-Rad、Thermo-Fisher 、Agilant、Biomerieux、Dupont，Biologe、GE Heailhcare[3]等。而隨著科技發(fā)展與市場需要，國內已經開始開發(fā)研制微生物快速檢測儀，逐步商品化、產業(yè)化。
3.2食品農藥殘留、獸藥殘留檢測儀器
食品中農藥殘留和獸藥殘留問題一直是政府和公眾非常關注的問題，為了防止對人畜的危害，目前很多國家和地區(qū)都將農藥殘留和獸藥殘留作為主要的控制項目，列為必檢指標，我國就有10種化學農藥列為優(yōu)先檢測，近年已公布實施了8個農藥多殘留檢測的國標。檢測農藥和獸藥殘留的主要方法包括氣相色譜、高效液相色譜法和色-質聯(lián)用檢測法等[2~8]，所用的儀器為GC、HPLC、GC-MS LC-MS-MS，后二類儀器多用于確認和多殘檢測。國際上GC、GC-MS、GC-MS-MS的高端產品為Agilent、Shimadzu、Thermo-Fisher、PerkinElmer、Varian等統(tǒng)領；LC、LC-MS和LC-MS-MS的高檔產品為Thermo-Fisher、Waters、ABI、Agilent、PerkinElmer、Dionex、Varian等統(tǒng)領[3]。
國內產品雖然在整體上不能與國外產品相媲美，但近幾年來在GC、LC、GC-MS方面取得了長足進展，如北京東西電子、上海精科、天美、伍豐、溫嶺、北分、依利特等家的產品贏得了用戶的好評，并擁有一定的市場空間。
3.3食品有毒有害元素檢測儀器
原子吸收光譜法（AAS）和電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP）是食品中有毒有害物質最經典的檢測方法，尤其是AAS最為普及。近幾年來ICP與MS聯(lián)用（ICP-MS）檢出限可達到ng級，得到重視。國外著名的生產廠家為：Thermo-Fisher、PerkinElemer、Shimazu、Varian、Agilent、Jena AG等；國內AAS生產廠家有普析通用、東西電子、瑞利、上海精科、上海光譜、天美等，近年來其技術得到大幅度提升和完善，主要技術指標已接近國外同檔水平，且價格便宜，具有一定的競爭力。
原子熒光光譜儀（AFS）用于檢測砷、鉛、汞、錫、硒、鍺、銻等元素，靈敏度高、檢出限低、可多元素同時檢測。原子熒光光譜儀是目前我國具有自主知識產權的產品，主要廠家有吉天、海光、瑞利等，其中吉天還生產LC-AFS，即元素價態(tài)檢測儀，其靈敏度、檢出限均能滿足農產品、食品安全檢測的要求，且性價比高[2]，產品不僅滿足國內需求，且已有外商代理、銷往國外。
AAS 和AFS 兩種儀器是我國科學儀器中基礎最好的產品，其中、AAS的技術與國外差距不很大，而AFS 已處領先水平的科學儀器，很值得在實施產業(yè)化中予以有力支持，擴大產業(yè)化規(guī)模，不斷提升技術水平，勢必能與國外產品抗衡。
可以看出，我國國產儀器基本上能夠滿足有毒有害物質的檢測，尤其是對于縣、地（市）級食品安全質檢站，而且國產儀器完全可以代替進口儀器[2、9]。
3.4轉基因食品檢測儀器
現(xiàn)在，國際市場出現(xiàn)越來越多的轉基因食品，其檢測主要借鑒轉基因植物產品的檢測技術。國內也將轉基因食品的檢測作為食品安全檢測的一項重要內容。轉基因食品檢測包括兩方面的內容：一是核酸的檢測，也就是基因水平的檢測，主要用各種PCR定性、定量方法和基因芯片技術[10]；二是蛋白質的檢測，也就是外源基因表達的蛋白質的檢測。核酸是遺傳信息，是對熱十分穩(wěn)定的分子，在環(huán)境中釋放的影響要比蛋白質大，而且在加熱過程中破壞較小，利于檢測；而蛋白質是熱敏分子，在食品的深加工中會被破壞，而且蛋白質免疫檢測在方法學上還存在著一些局限性，所以，轉基因食品的檢測主要集中在對特征性DNA進行的檢測。主要使用儀器按檢測程序分三部份：
3.4.1用于制備DNA樣品的儀器設備
試劑盒、微量移液器、離心機、水浴鍋、分光光度計等。
在對轉基因產品進行定量檢測時，核酸制備有時會用到試劑盒方法，試劑盒操作簡易、使用方便，試劑不需要自己配制，不接觸氯仿等有機試劑，因此在提取DNA上應用很廣泛。目前，生產這種試劑盒的國產品牌有很多：天根生化科技有限公司、杭州維特潔、上海華舜、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，從2001年注冊到現(xiàn)在，僅僅四年的時間就成為國內一線的核酸純化品牌。
離心機是實驗室分析提純必備的設備，市場需求量大，國內在上海、北京、長沙、圖門等地都有生產企業(yè)，較典型的是上海天美，但只能生產臺式、小型及一般高速離心機，我國至今缺乏高速、超高速、大離心力變頻電機（專用電機），且穩(wěn)速、制冷、恒溫、真空、超高速運行部件的材料和加工以及整體安全穩(wěn)定運行控制諸多方面的技術性能尚不及國外產品，所以，盡管價格昂貴，在高校、科研機構或國家的一些重點實驗室還是選用進口的產品，高端產品均被國外壟斷；而對于水浴鍋、分光光度計這類中低檔產品，實驗室要求不高，價格便宜，國內產品在實驗室被普遍采用，代表性的廠家有：普析通用、北分瑞利、上海棱光、上海光譜、上海精科、北京拓普等。
3.4.2用于基因擴增、分離、分析、檢定的儀器設備
定性PCR擴增儀以及混合液，保真DNA聚合酶，試劑盒，核酸電泳系統(tǒng)、成像分析、核酸測定儀、自動電泳分析系統(tǒng)、酶標儀、洗板機、定量PCR儀等。
這些儀器設備國外著名廠家是Bio-Rad、Thermo-Fisher Sciences、GE等；在國內，西安天隆科技有限公司生產民族品牌PCR儀已有十年歷史，是國內唯一具有定性、終點定量、實時定量PCR儀三個醫(yī)療器械注冊證和CE認證的民族品牌，其生產的PCR儀在國產同類產品中累計銷量第一；東南大學自主研發(fā)的管蓋基因芯片及其檢測系統(tǒng)，已經成功地檢測了國家生物制品檢定所提供的SARS標準品，并在華大基因中心檢測了30多個SARS樣本，取得了滿意的結果。該基因芯片對于SARS、人、禽流感的預防和控制具有重要的價值；另外，東南大學還研制開發(fā)了核酸擴增雜交熒光檢測儀，該儀器集PCR過程、雜交過程、清洗過程、檢測過程于一體的自動檢測儀器，能快速地進行PCR反應，應用于醫(yī)學進行高通量基因表達平行分析、大規(guī)?；蛐蛄蟹治?、尋找新基因、基因多態(tài)性分析和基因組研究等，此外，國內生產PCR儀的還有杭州博日、郎基等企業(yè)。雷勃、上海三科、北京拓普、南京華東電子集團醫(yī)療裝備有限責任公司生產酶標儀、洗板機；北京市六一儀器廠，是我國目前生產電泳儀電源、電泳儀及配套儀器品種全、產量大、質量好、銷售覆蓋面廣的行業(yè)知名企業(yè)，在各大高校實驗室、科研單位都普遍使用。
3.5食品安全快速檢測儀器
隨著食品流通的加快，尤其在我國食品生產企業(yè)多、規(guī)模小，法治和自律意識弱，而消費人群多、渠道雜，所以對食品安全快速檢測和篩查具有特殊意義，要求能在很短的時間內得到檢測結果，甚至要求在現(xiàn)場檢測。有很多新鮮食品要求檢測的時效性特別高，如果檢測時間過長，食品已被售出或已經腐爛，檢測結果就失去了意義。另一方面，面對食品安全突發(fā)事件的發(fā)生，快速檢測和篩查的應急分析是應急機制不可缺少的技術支撐之一，而實驗室一些常規(guī)的檢測雖然準確可靠，但程序復雜、繁瑣，檢測儀器昂貴，檢驗周期較長，分析操作人員還需要專業(yè)培訓等等，因此快速檢測篩查技術和手段來是適應社會發(fā)展的急需。
高新技術的迅速發(fā)展為食品快速檢測提供了極好的技術平臺?？鞕z儀器在“光-機-電-算一體化”的基礎上，大量引進日新月異的高新技術，諸如納米、芯片、免疫學、傳感器、基因工程等新技術，成為各種高新技術的集大成者。快速檢測儀器具有高靈敏度、高通量、快速、簡便等特點，實現(xiàn)現(xiàn)場或在線的實時檢測。國外在此方面起步比較早，發(fā)展比較快，許多產品較成熟，且部分已商品化。在我國，近年來也涌現(xiàn)一批廠家，其中具有代表性的生產廠商有：
1 上海雷勃、上海三科、北京拓普、南京華東生產的酶標儀和洗板機，用于農藥、獸藥殘留，致病菌、毒素以及轉基因檢測，應用范圍廣，產品較成熟；
2 中國科學院電子學研究所傳感技術國家重點實驗室是國內最早開展表面等離子體諧振（SPR）生化分析儀研究的單位，其成功研制具有自主知識產權的一系列SPR生化分析儀，該儀器應用領域寬，實用化程度高，在國內已有多家科研單位和高校使用[11~12]。
3 以山東省生物傳感器重點實驗室中的服務系統(tǒng)為支撐，乳酸、葡萄糖、谷氨酸三種生物傳感器已成為我國生物傳感器應用的基本品種，每年消費的固定化酶超過1000多個，年實現(xiàn)生物傳感器的快速分析200 萬次以上。并形成系列化的產品和配套的固定化酶膜及試劑盒，與國外同類儀器的競爭中表現(xiàn)明顯的優(yōu)勢。
4 博奧生物有限公司等近幾年來取得了長足的進步，已開發(fā)并生產食源性致病菌檢測、食源性病毒檢測和獸藥殘留檢測的生物芯片（儀器和試劑盒），目前暫適用于實驗室，將進一步面向現(xiàn)場速測、并向微縮芯片實驗室發(fā)展[9]。
5 我國是農業(yè)大國，在農產品快速檢測方面發(fā)展比較迅速，國產的農產品快速檢測儀（硝酸鹽、甲醛、吊白塊、二氧化硫、過氧化值等）做的也比較成熟，其產品性能、技術指標都能滿足國內檢測的要求，這方面吉林大學的小天鵝企業(yè)有優(yōu)勢。國內企業(yè)在快速檢測領域已經顯示了相當?shù)膭萘?，很多技術和產品都走在了快速檢測的前列，進一步開發(fā)、完善快速檢測技術成為國內企業(yè)又一重點努力的方向。
4 我國國產科學儀器的發(fā)展存在的問題
4.1我國國產儀器的總體水平還比較落后，基礎比較薄弱
我國國產科學儀器工業(yè)經過多年發(fā)展，已具有一定的研究、開發(fā)和生產的能力，但是我國國產科學儀器的總體水平還較落后，基礎比較薄弱，集成度不高，穩(wěn)定性和可靠性欠佳?？茖W儀器產品總體技術水平與國際先進水平相差約5-10年，目前，我國科研用分析測試儀器70%左右仍依賴進口，一些急需的專用儀器還屬空白，嚴重制約了我國科學技術和國民經濟的發(fā)展。
4.2對科學儀器研究和發(fā)展的投入低于發(fā)達國家。
總體來講，我國自主研發(fā)投入少，核心技術匱乏。近年來，我國對科技的投入大幅度增加，但“重引進，輕自主研發(fā)”的現(xiàn)象仍比較嚴重。據統(tǒng)計，“十五”期間，863計劃、973計劃和國家科技攻關計劃等科技計劃經費的20％左右用于購置科學儀器，985工程、211工程以及知識創(chuàng)新工程更將大量的經費用于科學儀器購置，但在科學儀器研發(fā)方面，政府支持仍顯不足。863計劃、973計劃和國家科技攻關計劃等國家3大主體科技計劃“十五”期間共計330億元，用于“科學儀器設備研制與開發(fā)”項目的僅0.85億元，而美國，僅以國家自然基金(NSF)為例，2003和2004年投入到大學的相關項目中，有關科學儀器研制或功能改進等占支持科學儀器發(fā)展的資金占總金額的25.3%。投入不足使我國具有自主知識產權的科學儀器十分有限。
4.3國內市場巨大，但科學研究主要依賴進口，不利于我國科學儀器創(chuàng)新
我國每年上萬億元的固定資產投資中，有60%是用于進口設備，其中精密科學儀器等高技術含量和高附加值的產品主要依賴進口。以分析測試儀器為例，據保守統(tǒng)計，分析儀器進口總額從2001年的9億美元猛增到2004年20億美元以上。在生命科學儀器方面，我國對發(fā)達國家的依賴則更為嚴重。尤其是國家投入大量資金建立的研究實驗基地，雖然裝備精良，但重要科學儀器及其輔助設備基本都依賴進口?？茖W研究依賴進口科學儀器不僅科技發(fā)展受制于人而且也使得我國科學儀器創(chuàng)新面臨十分不利的局面。
4.4提高國產科學儀器的穩(wěn)定性和可靠性，注重售后服務
由于我國科學儀器的加工業(yè)和制造業(yè)等還比較落后，使得國產科學儀器在穩(wěn)定性、可靠性方面與國際發(fā)達國家產品有一定的差距。據調查，80%以上的國內用戶由于產品的穩(wěn)定性和可靠性不高，而不選擇國產儀器，這樣極大地限制了國產科學儀器的使用范圍，降低了使用的可信度。國外廠商的優(yōu)勢在于能夠提供先進的設備，還能提供完善的售后服務。目前Agilent、Thermo-Fisher Sciences、Waters、Dionex、AB、GE Heailhcare、Dupont、Shimadzu等國外供應商在中國的市場份額都非常可觀，一般政府檢測機構在采購時都會在這些供應商之間選擇產品。因為他們的產品無論在穩(wěn)定性方面還是智能化、自動化方面都做得較為出色，更重要的一點是這些國外供應商都能提供非常全面的售后服務。
所以，對于國內檢測設備制造企業(yè)而言，要不斷在產品的穩(wěn)定性、可靠性、操作自動化、智能化方面進行研發(fā)，還應該逐步健全售后服務體系，因為這兩點正是目前國內企業(yè)的缺陷所在。
5 展望
科學儀器的水平是國家發(fā)達程度的重要標志，發(fā)展自主的科學儀器及其工業(yè)是立國之本，富國之需，強國之源。針對我國國產科學儀器的現(xiàn)狀和市場需求，我國政府已在“九五”、“十五”“十一五”科技發(fā)展計劃中，不斷加大對國產科學儀器開發(fā)、研究與應用的支持和扶植力度：“九五”期間，選擇農業(yè)科學、生命科學、材料科學、環(huán)境分析所用的色譜、光譜、電化學、生化分離分析及電子光學儀器作為重點；“十五”重點加強科研基礎設施和平臺的建設，加大研發(fā)力度，提升國產科學儀器整體技術水平和產業(yè)規(guī)模；“十一五”重點建設一批國家大型科學儀器中心，加強國家重點實驗室等基地儀器設備建設，提升儀器設備整體水平，整合資源，大幅提高儀器設備使用效率，加強科學儀器設備自主研發(fā)。我國科學儀器產業(yè)還處于不斷發(fā)展階段，我們應該冷靜、清醒地看到并承認差距和困難，也要意識到今后10-15年是我國儀器工業(yè)追趕世界先進水平的關鍵時期。只要堅持以科學發(fā)展觀統(tǒng)領全局，轉變發(fā)展觀念、創(chuàng)新發(fā)展模式、逐步將創(chuàng)新主體向企業(yè)轉移，提高發(fā)展質量，我們的目標一定可以實現(xiàn)。
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