易 寧，熊勇華

(1.南昌大學 分析測試中心，江西 南昌330047；2.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌330047)

目前，我國食品中真菌毒素、農(nóng)藥獸藥殘留超標、濫用食品添加劑和非法添加違禁物質以及食品中反式脂肪酸等問題十分突出，食品安全事故也頻繁發(fā)生，如曾經(jīng)出現(xiàn)的河南“瘦肉精”事件、上?！叭旧z頭”事件、湖北“毒生姜”事件等，給消費者健康造成巨大威脅[1-3]。出現(xiàn)這些事件的原因是多方面的，其中缺乏有效的食品安全預警技術體系也是一個重要因素。西方發(fā)達國家普遍為食品市場監(jiān)控建立了安全預警系統(tǒng)、可追溯系統(tǒng)[4-6]等，采用了先進的手段和方法實現(xiàn)了從食品生產(chǎn)、加工和流通即“從農(nóng)田到餐桌”的全過程控制，從而有效地保證了食品品質的安全。近年來，我國的食品安全預警系統(tǒng)的建設也初見成效，國家及各省市也紛紛建立起相應的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以保障食品安全預警系統(tǒng)的正常運轉，但是仍然存在許多問題[7-8]。

(1)食品安全的檢測標準不完善，現(xiàn)有的定性檢測及抽檢手段相對落后，缺少食品安全方面比較規(guī)范全面的法規(guī)及標準，檢驗結果缺乏準確性、可靠性、可比性、溯源性、權威性，特別是檢測結果國際認可度低，不能為保障貿(mào)易安全提供有效支撐。

(2)現(xiàn)有的監(jiān)測預警水平低，構建的預警體系所采用的網(wǎng)絡信息技術相對滯后，覆蓋面較狹窄，信息交流不充分。

(3)預警防范機制缺乏系統(tǒng)性，從農(nóng)田到餐桌，農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、質檢、工商、藥監(jiān)等多個部門實行分頭監(jiān)管，缺少統(tǒng)一機構進行協(xié)調(diào)，監(jiān)測、信息收集發(fā)布決策、執(zhí)行、評估工作缺少統(tǒng)一的流程及平臺載體，而系統(tǒng)性的缺失也容易導致信息失真和效率降低。

(4)信息交流體系的建立不完善，缺少對食品安全信息的獲取、鑒別手段，難以保證及時搜取到客觀的信息，而且信息網(wǎng)絡平臺局限于一定范圍內(nèi)，對其他地區(qū)突發(fā)事件產(chǎn)生原因的獲取存在滯后性[9]。因此研究開發(fā)以新的信息技術如物聯(lián)網(wǎng)技術等高新技術為基礎的食品安全預警技術體系，實現(xiàn)食品從“農(nóng)田到餐桌”的有效管理與監(jiān)控，是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的必然需求。

1 便攜式膠體金免疫層析定量檢測系統(tǒng)原理

膠體金免疫層析定量檢測系統(tǒng)由便攜式讀取儀以及膠體金免疫層析試紙條組成。試紙條顯色完成后，送入讀取儀中，在步進馬達的傳輸下，試紙條T(Test line)、C(Control line)線沉積的膠體金反射信號值的大小與溶液中待測物濃度的對數(shù)成一定的比例關系[10-11]。通過T/C比值方式可有效地消除試紙條加工過程中以及檢測環(huán)境造成的T線顯色差異，實現(xiàn)了讀取儀內(nèi)置標準曲線定量分析的原理，系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 便攜式讀取儀的光學設計原理

膠體金讀取儀由試紙條傳送系統(tǒng)、光源系統(tǒng)、光學組件系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)等組成。通常膠體金對綠色光源具有較強的吸收(免疫層析試紙條膠體金顆粒最大吸收光譜通常介于520nm～530nm)，因此光源系統(tǒng)由特制的小功率高亮度的綠色LED組成，通過一組透鏡作用將綠色光聚焦至試紙條上，試紙條上膠體金所產(chǎn)生的反射光通過另一組透鏡組聚光后被光電轉換接收器所采集，通過測量試紙條檢測帶與質控帶對綠色波長的吸收光密度判斷被檢物的濃度。儀器的計算機系統(tǒng)通過對LED的控制、精密機械運動的控制、極弱光信號檢測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等，并通過軟件分析實現(xiàn)了背景光補償、檢測時間的控制，大大提高了弱信號試紙條測量的重復性，減少了人工干預，提升了儀器的智能化程度。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的免疫層析讀取儀分析數(shù)據(jù)實時傳輸體系構建

膠體金免疫層析試紙條讀取儀由LED發(fā)光電路模塊、信號轉換模塊、掃描檢測模塊及顯示模塊組成，工作原理如圖2所示。

圖2 膠體金免疫層析試紙條讀取儀工作原理的技術流程圖

讀取儀的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸體系包括硬件和軟件兩部分，硬件部分包括微控制器及GPRS/GSM模塊。其中，微控制器選用的是意法半導體公司生產(chǎn)的基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位單片機STM32F101RBT6。GPRS/GSM模塊采用的是中興通訊公司生產(chǎn)的MG2639模塊，其可同時連接6路IP或UDP鏈路，并且單次接收最高4.5k的用戶數(shù)據(jù)并發(fā)送，以及接收最高1.3k的服務器數(shù)據(jù)。同時物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元與手持設備的通信方式是通過232串口與本地手持檢測設備進行通信；后臺數(shù)據(jù)中心通過GPRS網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元進行連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與手持檢測設備的通信，硬件設計部分框圖如圖3所示。

圖3 便攜式讀取儀的數(shù)據(jù)實時傳輸原理圖

軟件部分由系統(tǒng)初始化、通信連接、數(shù)據(jù)上傳等模塊組成，程序流程如圖4所示。數(shù)據(jù)中心將菜單數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸給手持檢測設備，手持檢測設備通過液晶屏將菜單數(shù)據(jù)顯示出來。檢測設備獲取檢測數(shù)據(jù)后將其發(fā)回物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸單元即刻將檢測數(shù)據(jù)發(fā)往數(shù)據(jù)中心。

圖4 便攜式讀取儀的數(shù)據(jù)實時傳輸技術路線圖

3 樣品分析及數(shù)據(jù)傳輸

本文以試紙條測定豬肉樣品中鹽酸克倫特羅為例，驗證所構建的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可行性。稱取一定量的豬肉樣品，采用所制備的磺酸化聚苯乙烯納米磁珠對樣品進行前處理，結合免疫層析試紙條，用讀取儀進行檢測，并將所測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。結果顯示，該檢測方法對豬肉樣本檢測結果與HPLC/MS/MS法檢測結果接近(見表1)，同時，所檢測的數(shù)據(jù)系統(tǒng)能自動傳輸至數(shù)據(jù)中心。

表1 豬肉檢測卡與HPLC-MS/MS對比實驗結果

4 結論

本文以便攜式免疫層析讀取儀為載體，結合物聯(lián)網(wǎng)技術，研究構建了分析數(shù)據(jù)實時傳輸體系，并以試紙條測試豬肉中鹽酸克倫特羅為例，驗證了系統(tǒng)的可行性。結果表明，所構建的數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)，能同步將測量數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心；便攜式免疫層析讀取儀具有較好的機械傳送性能，具體表現(xiàn)為單個樣品檢測時間小于10s；具有良好的光學穩(wěn)定性，其單個樣品連續(xù)檢測100次，變異系數(shù)小于4%；擁有較強的弱光學信號穩(wěn)定采集能力，可實現(xiàn)膠體金試紙條高靈敏定量檢測；實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的在線實時傳輸，可及時有效地對食品品質進行監(jiān)控和監(jiān)管。