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1、,1,第10章 食品化学成分的现场检测,生科学院,第10章 食品化学成分的现场检测,2,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.1农药残留物、兽药残留物和添加剂的快速检测方法1.1.1化学快速检测法化学快速检测技术原理是有机磷农药（磷酸酯、二硫代酸酯、磷酰胺）在金属催化剂作用下水解为磷酸与醇，水解产物与检测液反应可使检测液的紫红色褪去，根据检测溶液色阶的变化可以检测出蔬菜中农药残留量。此技术研制出的农药残留速测灵，其检测灵敏度为0.1810mg/kg,检测时间为5 10min,检测成本为0.2 0.3元人民币。,3,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.1农药残留物、兽药残留物和添加剂的快速检测
2、方法1.1.2酶活性抑制分光光度法酶抑制技术是研究比较成熟、应用最广泛快速的农药残留的微量和痕量快速检测技术。其原理是有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶（AChE）的特异性生化反应。乙酰胆碱酯酶水解后，水解产物可与显色剂反应产生颜色，有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶的特异性抑制作用，使它不能水解，从而无显色反应。,4,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.1农药残留物、兽药残留物和添加剂的快速检测方法1.1.2酶活性抑制分光光度法依据此原理，国内外己研制出多种方法，如速测卡法、速测片法、农药残留分光光度法、电化学生物传感器法。目前市场上应用最多的是农药速测卡法，此方法操作简便、不需要
3、配制试剂、不需要仪器、产品携带方便，特别适合用于对农贸市场上的蔬菜进行初筛，该方法的检出限大多在mg/kg水平，有的可达g/kg水平。应用酶活性抑制分光光度法对蔬菜中有机磷及氨基甲酸酯类农药残留进行了快速测定，并与气相色谱法进行了对比，发现在检出的32份抑制率大于50%的阳性结果中，与气相色谱法的符合率为81.2%，符合国家标准。,5,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.1农药残留物、兽药残留物和添加剂的快速检测方法1.1.3酶联免疫吸附测定法（Enzyme-linked immunosobrent assay，ELISA）ELISA测定法是利用标记物的酶催化底物的显色反应来反映抗原抗体的结
4、合过程，将酶催化底物的灵敏性与抗原抗体的特异性相结合。其基本原理是:抗原或抗体结合到某种固相载体表面，并保持其免疫活性；抗原或抗体与某种酶连接成酶标抗原或抗体，这种酶抗原或抗体既保留其免疫活性，又保留酶的催化活性；引入了固相载体，使游离的酶标抗原或酶标抗体与酶标抗原抗体复合物分离。该法的优点是：可以通过颜色来快速做定性结果分析，特异性强、灵敏度高，酶标板上一次可做多份样品检测。,6,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.1农药残留物、兽药残留物和添加剂的快速检测方法1.1.3酶联免疫吸附测定法（ELISA）两种用于测定农产品中硫丹含量的ELSIA方法，检出限分别为0.8士0.1g/kg和1.6
5、士0.2 g/kg，检测结果与GC法符合得很好，结论是ELISA法适用于快速定性定量检测农产品中硫丹含量。应用ELISA法测定了12份水样品中的11种杀虫剂残留，并与GC-MS法进行了对比，结果发现ELISA法的检出限比GC/MS法大约高一个数量级。应用ELISA和免疫色谱测定牛奶和动物血液中庆大霉素含量，检出限为牛奶中0.5ng/mL，血液中1.0ng/moL，含量在25100ng/mL的范围内回收率为85112%。应用ELISA法检测冻禽产品中的盐酸克伦特罗（瘦肉精），取得了比较好的结果。,7,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.2食品中金属污染物的快速检测方法1.2.1光谱法测定食品中
6、重金属和有害元素含量的常用方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法和原子荧光光谱法。但是，传统的样品前处理方法不能满足快速检测的要求，而微波消解技术的出现和快速发展，才有了一种很好的快速的样品预处理技术，成就了食品安全快速检验技术的新天地。,8,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.2食品中金属污染物的快速检测方法1.2.1光谱法应用CIP-MS法快速测定食品中多种微量元素的过程中采用了开放式微波消化法消解样品，加入硝酸和双氧水混合液以使消解完全。开放式微波消化法无高压危险，可处理的样品量大、安全性高，同时硝酸和双氧水体系不会给CIP-MS带来额外的多原子干扰。实验证明，该方法在30min内最多可
7、以消化5g奶粉样品，消化效率令人满意。对12种元素（Al、Cr、Ni、Ge、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、pb、Hg）的测定结果表明，大多数元素的回收率在85110%之间，线性相关系数均大于0.999，精密度值小于10%。,9,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.2食品中金属污染物的快速检测方法1.2.2紫外可见分光光度法紫外可见分光光度法具有操作简单、灵敏度高、价格低等优点，是食品行业中对食品添加剂和一些重金属检测的常用方法。双硫腙比色法是食品中铅含量测定的国标方法，该方法原理是铅与双硫腙能够生成最大吸收波长为510nm的红色络合物,并且吸光度与铅含量成正比。,10,1、食品化学性污
8、染的快速检测方法,1.2食品中金属污染物的快速检测方法1.2.2紫外可见分光光度法应用双硫腙比色法测定了食品级石蜡中的痕量铅，结果令人满意，线性范围为010.0mg/kg，检出限为0.1mg/kg。改进上法，增加取样量并改进所用仪器和试剂，测量效率和准确度都得到了提高，在低浓度时的测量精密度也优于原法。研究了Meso-四(4-三甲铵苯基）卟啉（TAPP）与铅和镉显色反应的最佳条件，提出了CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）阵列检测分光光度法同时测定铅、镉含量的方法。该方法比常规分光光度法更为灵敏、准确、快速，并具有多组份同时测定的优点，可用于食品中铅、镉含量的检测
9、。,11,1、食品化学性污染的快速检测方法,1.2食品中金属污染物的快速检测方法1.2.3电化学方法电化学方法被应用在食品中重金属和有害元素的检测。用微电位溶出分析法可测定食品及水样中镉、铅、锌、铜含量，并与国标法（双硫腙法）进行对比，结果无显著差异。该法的原理是:样品中各种金属离子溶出电位不同，溶出次序也不同，通过记录溶出峰高，以标准曲线法或标准加入法可定量测定样品中金属离子的种类和含量。研究了砷的催化示波极谱测定，结果证明该法灵敏度较好，检出限达0.001g/mL,，抗干扰能力比银盐法强，可以用于食品、水质、土壤、空气中砷总量的测定。,12,2、食品生物性污染的快速检测方法,2.1纸片法纸
10、片荧光法是利用细菌产生某些代谢酶或产物的特点而建立的一种酶-底物反应法。其优点是测试纸片生产工艺简单，准确度也较高。商品化的测试纸，是通过检测有关酶的活性来检测食品中大肠菌群和大肠杆菌，检测时将荧光产物在365nm紫外光下观察即可。,13,2、食品生物性污染的快速检测方法,2.2电阻抗法电阻抗法原理是细菌在培养基内生长繁殖的过程中，会使培养基中的大分子电惰性物质如碳水化合物等代谢为具有电活性的小分子物质，如乳酸盐，这样使培养基的阻抗发生变化，通过检测培养基的阻抗变化情况即可检测出相应的细菌数量和种类。应用电阻抗法对食品中细菌总数进行了检测并与国家标准检验方法进行了对比，结果无显著性差异。,14
11、,3、介电特性测定,食品的介电特性是食品电物性之一。它在食品的加工、贮藏、保鲜、无损检测等诸多领域都有应用。研究发现农产品的生理变化伴随着电介质特征参数变化，而这一变化可通过宏观介电特性参数的检测感知，而介电特性参数的检测结果基本可以正确反映农产品的品质情况，可迅速简便地确定农产品的含水率和吸湿性，检测其品质，确定其成熟度等。,15,3.1介电特性,介电特性是指生物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性。大多数食品物料为电介质，当具有电介质特性的食品物料处于电场中时，将发生极化现象，极化可分为以下几种（1）永久极化:在具有离子结合的物质内，当没有外加电场时，分子就已经发生了极化，叫做永久性极化；
12、（2）定向极化:未加外界电场时，双极子杂乱无章的排列在物体中，在外加电场后，永久性双极子的方向将偏转于电场的方向。其结果作为总体平均而产生极化现象，称此为定向极化；（3）离子极化:在离子结合形成的物质中，由于外加电场的作用，正、负离子的相对位移发生变化，从而产生极化。也即正离子向局部电场方向偏移，负离子则向相反方向偏移，从而导致极化，称此种极化为离子极化；(4)电子极化:分子中的电子在外加电场作用下发生偏移而导致的极化称为电子极化。无论哪种极化方式，在电场中介质的变化都伴随着内部电子、原子或分子跟随电场方向的移动或转动，这些极化现象决定了不同食品物料具有不同的介电特性，可以用介电参数来衡量。,
13、16,3.2介电参数,介电特性的主要参数有相对介电常数r 、相对介质损耗因数r”、介质损耗角tan和介质等效阻抗|Z|。介电常数是电介质固有的一种物理属性，可表示电介质存储电场能量的能力，反映该电介质提高电容器电容量的能力。损耗因数r“反映电介质在交流电场中损耗的能量。介质损耗角正切tan也是反映能量的损耗。介质损耗角是交流电的总电流I（或总电压V）与电容电流Ic（或电容电压Vc）的夹角。,17,3.2介电参数,电介质分子中的电子受到很大的束缚力，致使电子不能自由移动，故电介质在一般情况下不导电。若将电介质置于外加电场中，电介质将被极化，产生相反电场，因而会减少电场中两电荷间的作用力，减小电容
14、器带电极板间的电位差，使电容量增大。电介质一般具有固定的介电常数（电容率），表示该物质可能贮存的电场能量。它反映了该物质提高电容器电容量的能力。在电场的作用下，电介质分子间发生碰撞和摩擦，电介质将吸收一部分电能转变为热能，使其发热。介质在电场作用下发热而消耗能量，称为介质损耗。交变电场的频率越高，介质释放的热能越多。介电常数是表征电介质电性能的宏观参数，它是电介质足够大区域内的平均值，概括了物质的所有接点和光学特性。,18,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.1介电特性在油脂品质检测中的应用基于极化分子含量与油脂的介电特性有关，用油脂的介电特性来确定油脂品质的好坏在理论上是可行的。
15、以食用植物油为试验对象，研究了流体类农产品介电特性测试方法，自制了平行平板三电极结构的谐振替代测试装置，并利用该装置在一定的频率和温度范围内，探讨了食用植物油介电特性与频率和温度的关系。结果表明，频率和温度与食用植物油介电特性参数有相关性。利用介电特性研究马铃薯的油炸过程，介电常数与食用油的三项品质指标之间都存在着一定的线性相关性，油炸过程中电容与水分蒸发率都呈下降趋势，两者之间呈直线相关关系，其回归方程的回归决定系数大于0.950，用LCR测定仪测定介电特性参数的方法来确定食用油的品质和油炸过程产品的水分含量是可行的。,19,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.1介电特性在油脂品
16、质检测中的应用用植物氢化油、动植物油、大豆油对土豆油炸脆化加工过程中油的介电常数变化和油极性化合物总量、过氧化值、碘价等指标之间的关系，提出可以通过测量介电常数来实时在线检测油的劣化程度。用介电常数作为评价油脂等级的新指标，用化学感应法对油品质进行检测，用化学修饰电极法检测油脂品质。,20,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.2介电特性在部分农产品检测中的应用水果的细胞是由电阻比较大的薄细胞及具有离子导电性的小电阻的细胞液构成的。在正常情况下，新鲜水果的细胞膜为液晶相，流动性大。随着水果新鲜度的降低，正常膜的双层结构转向不稳定的双层或非双层结构，使膜变得刚硬，流动性降低，粘滞性增加
17、，其通透能力下降，细胞功能受影响，因而细胞膜的电阻增大，电容减小。表现在切片组织的电特性上，使由细胞组成的果肉组织的等效阻抗增大，相对介电常数及损耗因数减小。同时，当水果果实从树上采摘下来后，光合作用减弱甚至停止，由呼吸作用生成的二氧化碳量增加。此时，果实组织细胞间的弱酸性环境使细胞膜的电阻增大。,21,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.2介电特性在部分农产品检测中的应用在1013MHz的频率范围内，对损坏的水果和正常的水果的介电特性进行了对比测试，结果显示，损坏水果的串、并联电阻及阻抗低于正常水果，而串联等效电容及损耗因数则比正常的水果大。采用平板电极破坏性方法研究了金帅苹果切
18、片组织的介电特性与新鲜度的关系，在100HzlooKHz的测试频段内，苹果的储藏时间越长，其果肉组织的阻抗值越大，相对介电常数和介质损耗因数越小，表明苹果的电特性与新鲜度具有相关性。其中在10100kHz的频率范围内，苹果的介电特性与新鲜度具有明显的相关性。检测了特定苹果的相对介电常数，发现苹果的相对介电常数随新鲜度的下降而减小，反映了苹果的含水量随新鲜度下降而变化的趋势。,22,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.2介电特性在部分农产品检测中的应用生物组织的存活或损伤情况可反映在电特性变化上。研究表明，正常组织与死亡组织的阻抗有明显差别。正常组织具有阻抗，而死亡组织的阻抗为零。正
19、常组织在低频下有高阻抗，高频下有低阻抗，即正常组织是随频率而变的，而死亡组织的阻抗不随频率而变。正常组织在高频（约1MHz）下阻抗接近于零，这与死亡组织的电容为零相似。因此，低频阻抗与高频阻抗之比便代表了生物组织的损伤程度，它可用等效并联电阻与电容测得。在低频交变电场作用下将两极板间的介质（包括水果和空气）等效成并联模式，在温度和湿度变化不大气候较干燥的环境里，利用该试验装置在低频段12100kHz对不同的红富士苹果进行了检测。苹果的等效阻抗随频率增大而减小，新鲜度越高，等效阻抗越大；相对介电常数会在苹果腐烂或有损伤时明显增大；而损耗因数随频率的变化却比较复杂。在合适的频段范围内，苹果的电特性
20、参数随频率按一定的规律变化，所检测得到的参数基本上可以正确反映其实际品质状况。,23,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.2介电特性在部分农产品检测中的应用在0.220GHz的频率范围内对多种水果进行了研究，结果表明，介电常数随水果种类的不同而不同，且所测试水果的介电常数随频率增加均稳定减少。串联等效电阻与水果的新鲜度或成熟度呈相关性。苹果、梨和称猴桃介电参数的电压特性进行了测定。结果表明，信号频率一定时，果品介电参数值随信号电压而变，且存在电压临界值。当信号电压小于该临界值时，电容和损耗角正切值保持不变，当信号电压大于临界值时，电容值随电压的增加呈反比减小，损耗角正切值随电压的增
21、加呈正比增大。根据电压临界值的不同，提出了基于介电特性的果品种类识别方法。自行设计了一种测试系统，研究了测试条件、电激励信号、果品种类和破损等对称猴桃介电特性参数的影响。初步探究了猕猴桃在生长后期以及采后储藏阶段的介电特性。基于试验结果，最后应用神经网络知识建立了猕猴桃种类的识别器，对猕猴桃的识别率为90%。,24,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.2介电特性在部分农产品检测中的应用对胡萝卜组织贮藏过程中介电特性的特征值之一电容与新鲜度的关系进行了研究，结果表明：随着胡萝卜的贮藏时间的延长，果肉组织表现为硬度增加、光泽消退、表皮皱缩、新鲜度下降；在0.1100kHz测试频率段内，
22、胡萝卜的电容与新鲜度的判定指标色泽、硬度、水分含量之间具有明显的线性相关性。通过选定的测定频率分别对生菜和芹菜的理化指标与介电特征值的相关性进行比较分析，结果表明生菜和芹菜在贮藏过程中电容值与失重率的相关性最好，在频率F=100kHz条件下决定系数分别R2=0.9469和R2=0.9488；在F=400kHz条件下决定系数分别为R2=0.9444和R2=0.902。,25,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.2介电特性在部分农产品检测中的应用基于新理论方法和自兼容循环程序来计算与频率相关的介电常数极限值，就有可能在11071.8109Hz的频率范围内对代表果蔬组织的复杂系统测得的相
23、关介电常数函数的值进行识别与拟合。这种识别拟合函数是一组与果蔬（苹果、梨、香蕉、香瓜、胡萝卜、黄瓜、葡萄、柑桔和西红柿）的普遍函数，包含7个拟合参数，这些参数对不同的果蔬是可变的，且随温度的不同而不同，但表现出共同的特征。拟合函数包含幂指函数和确定存在松弛过程描述一些生物学系统的动力学平衡方程，通过对这个系统的测试构建与质量因素有关的标准曲线，如：温度和成熟度。这种对复杂材料如植物器官的介电行为的“普遍性”发现，提供了使用介电光谱法作为无损检测方法去分析其它复杂材料介电行为的控制的可能性。,26,3.3基于介电特性的农产品品质检测技术,3.3.1基于介电特性的食用油品质检测仪的技术原理电介质的
24、电阻率一般都很高，经常是绝缘体，如果不加电介质的话，空气会有一定的导电能力，因而存储电荷的能力会弱一些，而加入电介质后，电容正负极板的绝缘性能就要比没有电介质时好，也就是存储电荷的能力高了，所以电容也就升高了。食用植物油属于电介质，电介质中电子受原子核强烈束缚，不能自由移动，电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递、存贮或记录电的作用和影响，其中起主要作用的是束缚电荷。食用植物油是一大类结构不同的脂肪酸甘油酯组成的混合物，在高温加热贮藏过程中，其各个理化指标发生不同程度的变化，导致植物油内各类化学物质所带电荷数目及电荷空间分布的变化，其电场的分布和强度亦随之改变。,27,3.3基于
25、介电特性的农产品品质检测技术,3.3.1基于介电特性的食用油品质检测仪的技术原理食用植物油是一种非线性的各向异性的不均匀电介质，不同于其他电介质，它不仅化学成分复杂，还受加热温度、煎炸时间、贮藏天数等诸多因素的影响，置于电场后不同部位导电和介电特性也各不相同，为了客观地表示植物油的介电特性，采用一较大的可变空气电容来测定电容值的变化。该电容是两个多层金属板，一个固定的，一个可转动，但是每层都有气隙并且没有互相接触，当它们挨近时电容量就大，反之就减小，这里食用油就充当介质。该仪器就是利用空气可变电容器来实现对食用油品质的快速检测的。,28,植物油介电特性测量装置,29,4.近红外光谱法快速测定食
26、醋主要成分,总酸 、还原糖是食醋生产过程中必须严格控制的理化指标，也是成品食醋分级的重要依据。提高食醋中总酸、还原糖的测定精度，缩短测量时间，对提高食醋生产过程的质量控制有着积极的现实意义。 食醋中总酸和还原糖的测定一般采用化学滴定法，需配制多种试剂，且要进行标定，样品要进行预处理，整个检测过程操作复杂，需要熟练的检测人员，操作误差较大。 采用近红外光谱透射法测定食醋的总酸和还原糖具有快速 、 样品无需预处理 、无需化学试 剂、无检测成本等优点，便于在线实检测，为动态控制食醋的产品质量提供了一种新型的检测方法。,30,4.近红外光谱法快速测定食醋主要成分,近红外光谱是波长 0.752.5m（波
27、数 133344000cm-1）（波数=104/， 为波长cm-1）的电磁辐射，近红外光谱与物体作用时表现的最大的特点是物质在该光谱区的吸收不是基频吸收，而是物质的倍频和合频吸收，因而可以使在中红外区域靠近或重叠的基频吸收谱带轻易地加以分离 。近红外光谱分析技术主要研究含氢基团（OH、SH、CH、NH等）的光谱吸收，食醋中的酸、糖等成分都含有这些基团，因而使得用近红外光谱快速检测食醋的主要成分成为可能。,31,4.近红外光谱法快速测定食醋主要成分,采用镇江恒顺酱醋厂99年5月生产的各种食醋共 18个样 品，总酸含量在 4.63% 8.11%之间，还原糖含量在2.255.26%之间。采用快速傅立
28、叶变换近红外光谱分析仪，在100003500cm-1光谱范围内以4cm-1分辨率扫描 64次，以蒸馏水为本底，检测池采用 2mm的石英比色皿，每个样品扫描两次后取平均值。,6%醋酸、6%葡萄糖及混合溶液近红外光谱,金山牌香醋近红外光谱,总酸和还原糖 在近红外光谱 8000 4100 cm-1 区域中与透射光谱以及与透射光谱的一阶导数光谱具有良好的线性关系。,32,5.食品安全快速检测仪器,5.1实验室类快速检测仪1956年成立于丹麦的福斯（FOSS）公司是目前世界上最大的食品及农业领域分析方案提供商之一，据称全球约85%的牛奶生产，80%的谷物交易和75%的啤酒生产都在使用福斯提供的分析方案。
29、该公司生产的食品安全仪器主要有：BacotsacnFC型牛奶中细菌总数测定仪，采用流式细胞技术原理，平均1min多即可得到检测结果，无需培养和样品制备，直接对细菌DNA进行染色计数，可检测加防腐剂的牛奶；Fososmatic5000型牛奶中体细胞分析仪，采用流式细胞计数法，染色剂事先配制，检测速度快，对操作人员无危害，可检测加入防腐剂的样品。,33,5、食品安全快速检测仪器,5.1实验室类快速检测仪意大利Meilstone公司的DMA-80型直接测汞仪，采用一步法检测样品中汞残留，可直接自动进行固体、液体样品汞含量测定，样品直接采用热分解，省去了样品消解过程，5min内即可获取测量结果。,34
30、,5、食品安全快速检测仪器,5.1实验室类快速检测仪北京博奥公司开发的“晶芯”食品安全检测系统，采用生物芯片技术，能同时检测多份样品中的多种兽药残留（磺胺类、链霉素类、恩诺沙星和氯霉素）。2005年6月，北京检验检疫局和深圳市匹基生物工程股份有限公司研制的荧光PCR多通道实时定量检测仪通过了国家质检总局鉴定。该仪器可以应用在食品安全、兽医诊断、临床医学、生命科学研究等领域，具有检测速度快、灵敏度高、性能稳定可靠等特点，主要技术指标已达到国际先进水平，而价格仅是国外同类仪器的1/31/2。,35,5、食品安全快速检测仪器,5.2现场类便携式快速检测仪2003年，华中科技大学研制成功一种便携式食品
31、果蔬分析仪，该仪器可实现对亚硝酸盐、甲醛等食品中有毒物质的快速测定，具有智能化和傻瓜机的特点，适用于缺乏化学分析专业技术人员的场合。2003年，英科新创（厦门）科技有限公司研制出禁用药物盐酸克仑特罗（瘦肉精）酶联免疫检测试剂盒。采用竞争抑制法定量检测猪尿液中的瘦肉精含量。该试剂盒具有价格低、灵敏度和准确度高、操作简便、速度快等优点，平均检测下限为0.1ng/mL。,36,5、食品安全快速检测仪器,5.2现场类便携式快速检测仪2004年，南京军区联勤部与上海某公司共同研制开发了新型“食品安全快速检测箱”。该型仪器具有经济实用、易于操作、检测快速的特点，能够对蔬菜、肉、水产品等副食品中甲醛、亚硝酸盐、残留农药以及食用油、醋、味精调味品中常见的有害成分进行快速检测，每次检测只需20min即可完成。深圳市安鑫宝科技发展有限公司开发了SPR-88型高速超大容量农残检测仪和PR-3A型智能农药残留速测仪，检测原理为乙酰胆碱酯酶抑制率法。该产品适用于蔬菜、水果、茶叶、粮食、水及土壤中的有机磷和氨基甲酸酯类农药残留含量的检测。,37,
