食品安全檢測技術與標準研究

孫登峰，王顧希，錢杉杉，喬倩，鄒燕，侯曉妮

（中國測試技術研究院，四川成都610021）

食品安全檢測技術與標準研究

孫登峰，王顧希，錢杉杉，喬倩，鄒燕，侯曉妮

（中國測試技術研究院，四川成都610021）

該文針對保障國家食品安全的重要基礎技術即食品安全檢測技術與標準化問題，從食品主要危害因素及其檢測方法標準化現狀、常用檢測技術、新檢測技術3個方面進行探討。研究表明：我國食品中限量的有害物質種類和數量基本能夠覆蓋國際食品法典委員會的限量要求，但支撐食品安全限量標準的標準檢測方法尚不完善。建議利用電子信息技術研究建立客觀準確的食品感官評價方法，通過差異化研究和高通量檢測技術攻關建立可能違法添加的非食用物質檢測技術，以生物技術和比色法為主建立適應“農場”和“餐桌”的快速食品安全檢測技術。以期為開展食品安全檢測技術研究，增強食品安全檢測能力，應對食品安全挑戰提供技術參考。

食品安全；檢測技術；標準；高通量；非食用物質；快速

近年來，食品安全的新威脅不斷涌現。食品生產、銷售和消費方面的變化，環境變化，新出現的病原體，耐藥性微生物——所有這些都給國家食品安全系統帶來挑戰。雖然我國在食品安全監測方面取得明顯進步，但檢測技術落后[4]、標準不完善[5-6]等問題仍然較為突出，不能很好地滿足保障食品安全的需要。為了應對食品安全事故或事件給人類健康帶來的嚴峻挑戰，有效支撐國家食品安全監管體系建設，適應食品安全檢驗檢測的技術需求，有必要針對食品安全檢測技術與標準化問題，探討食品安全主要危害因素及其檢測方法標準化現狀、常用檢測技術及原理、新檢測技術及進展、標準檢測技術研究趨勢等，以了解食品安全檢測技術研究的重點需求，為開展食品安全檢測技術研究，增強食品安全檢測能力，應對食品安全挑戰提供技術參考。

1 食品主要危害因素及其檢測方法標準化現狀

目前，食品中不安全因素主要包括微生物風險、化學品風險、濫用制假風險等。微生物風險主要由食品中細菌、病毒、寄生蟲等引起。沙門氏菌、彎曲桿菌和腸出血性大腸桿菌屬于最常見的食源性病原體，每年影響數百萬人。李斯特菌被列入最嚴重的食源性感染。細菌感染有時會導致嚴重或致命后果。由于抗生素過量使用，食品中抗生素殘留也被列入微生物風險范圍內。化學品風險主要由自然產生的毒素、持久性有機污染物、重金屬等引起。自然產生的毒素包括真菌毒素，海洋生物毒素，蘑菇毒素，黃曲霉毒素和赭曲霉毒素。毒素可導致中毒或危及生命，而長期接觸霉素可能影響免疫系統和正常發育，或導致癌癥。持久性有機污染物是能在環境和人體中積累的化合物，包括持久性有機氯農（獸）藥、二噁英及其類似物、多溴聯苯醚、多環芳烴、鄰苯二甲酸酯類、全氟有機化合物等[7-9]，具有高毒、持久、生物積累性、遠距離遷移性。食品中的重金屬污染主要來自空氣、水和土壤污染，鉛、鎘和汞等重金屬可導致神經系統及腎臟損害。濫用制假風險主要由濫用食品添加劑、非法添加非食用物質、假冒偽劣、以次充好等不法行為帶來的食品安全問題，近年來發生的“紅心鴨蛋”、“三聚氰胺奶粉”、“地溝油”、“福喜事件”等均屬于此。此外，轉基因食品備受關注，但其是否具有健康危害尚不明確。

截至2014年12月31日，我國現行有效的食品安全國家標準492項[10]。針對微生物、化學品、濫用制假等分別制定了食品添加劑使用標準[11]、真菌毒素限量[12]、污染物限量[13]和農藥最大殘留限量[14]食品安全國家標準。就檢測方法而言，主要針對食品中微生物、理化指標、乳及乳制品開展了食品安全國家標準的清理制定工作。

在食品中微生物檢驗方法方面，我國制定了微生物學檢驗國家標準40項，已轉化成食品安全國家標準GB 4789系列的23項，檢驗檢測參數包括菌落總數、大腸菌群、沙門氏菌、志賀氏菌、副溶血性弧菌、空腸彎曲菌、金黃色葡萄球菌、β型溶血性鏈球菌、產氣莢膜梭菌、蠟樣芽胞桿菌、霉菌、酵母、單核細胞增生李斯特氏菌、致瀉大腸埃希氏菌、雙歧桿菌、乳酸菌、大腸埃希氏菌、糞大腸菌、阪崎腸桿菌等。

我國制定的食品理化指標檢驗系列國家標準205項，已轉化成食品安全國家標準GB 5009系列的14項，檢驗檢測參數包括水分、灰分、蛋白質、黃曲霉毒素M1和B1、咖啡因、游離綿酚、多氯聯苯、丙烯酰胺、二噁英及其類似物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、鉛、硒、稀土元素。我國制定的嬰幼兒食品及乳品檢驗檢測標準39項，已轉化成食品安全國家標準GB 5413系列的32項，檢驗檢測參數包括脂肪、乳糖、蔗糖、不溶性膳食纖維、維生素A、B1、B2、B6、B12、C、D、E、K1、煙酸、煙酰胺、葉酸、泛酸、游離生物素、膽堿、鈣、鐵、鋅、鈉、鉀、鎂、銅、錳、磷、碘、氯、肌醇、牛磺酸、脂肪酸、溶解性、雜質度、脲酶、相對密度、酸度、β-胡蘿卜素、反式脂肪酸、黃曲霉毒素M1、冰點、非脂乳固體。GB 29681～GB 29709共29項食品安全國家標準還規定了水產品、牛奶及動物性食品中藥物殘留測定方法。

針對濫用制假風險，國家衛生計生委辦公廳于2014年9月18日發布了《食品中可能違法添加的非食用物質名單》征求意見稿[15]。該征求意見稿建議禁止食品非法添加染料類、富含氮化合物、鄰苯二甲酸酯類物質、工業用或其他非食品級物質、殺蟲劑、抗菌藥物類等23類71種非食用物質，包括蘇丹紅、孔雀石綠、三聚氰胺、鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯、環丙沙星、四環素、吊白塊、廢棄動植物油脂、皮革水解蛋白等近年來引起食品安全事件的非食用物質。針對上述食品中可能違法添加的非食用物質，國家已經有相應標準檢測方法的物質有33種，其余物質尚無標準檢測方法。玫瑰紅B、美術綠、三聚氰胺、鄰苯二甲酸酯類化合物、鎂鹽、甲醛、抗菌藥物類、吊白塊、硼酸與硼砂、硫氰酸鹽、β-內酰胺酶、過氧化苯甲酰等物質存在天然本底，需結合本底值判斷是否人為添加。此外，在加工環節中易非法添加的10類物質（見表1）目前被認為通過檢驗難以判定，需通過對食品生產經營過程的監管確認是否違法添加。

表1 食品中通過檢驗難以判定的10類非食用物質

通過近年來的努力，我國針對食品中不安全因素的限量已經基本涵蓋國際食品法典委員會（CAC）的限量。但是，在標準檢測方法方面，還需要加大研究力度：1）當前微生物檢驗方法培養時間長、自動化程度低、效率極低，急需開發高效率微生物檢驗方法；2）尚有大量食品理化指標檢測方法需要轉化為食品安全國家標準，現有標準檢測方法多為單參數檢測方法，檢測成本高、效率低，急需開發低成本高效率檢測方法；3）由于非法添加的非食用物質與食用物質極為相似，或不易辨識是否為環境本底，尚有大量違法添加的非食用物質難以被有效鑒別和測定，是食品安全檢測中的重大挑戰。

2 食品安全常用檢測技術

食品是一個復雜的物質體系，除假冒食品外，食品中微生物、有害化學物質、非食用物質等有害物質往往以μg/kg、mg/kg和g/kg的微痕量濃度水平存在，且同一食品中可能含有多種有害物質。如何從復雜體系中分離出微痕量有害物質并使其足以被現有檢測技術識別是食品安全分析的關鍵所在。針對食品中微痕量有害物質，就檢測技術[16]而言，通常有包括化學方法如滴定法、分光光度法、色質聯用法、光譜法、質譜法，和生物方法如微生物測定和計數法、酶法、免疫法、PCR法、生物芯片法等。以下簡要介紹幾種常用食品安全檢測技術。

2.1 待測物富集技術

由于食品中有害物質通常為微痕量物質，通常需要通過富集待測物質才能被有效檢測。主要有以下實現途徑：1）以待測物為引物，在反應體系中反復復制待測物質，使其生長到足以被準確測定的量，之后通過測量技術進行測定。這種方式多用于生物分析技術，例如微生物檢驗技術[17]、PCR技術[18]、酶催化檢測技術等。2）消解技術[19-20]，將食品中有機物質轉化為二氧化碳和水除去，而其中的無機元素或離子溶解在消解液中進而得以純化和富集。主要有電熱板消解、高壓罐密閉消解和微波消解幾種。最主要用于食品中重金屬、稀土等金屬元素分析。3）吹掃-捕集技術[21]，利用載氣盡量吹出樣品中待測物，通過冷凍捕集或吸附捕集的方法富集被測物。主要用于食品中揮發性和半揮發性有機物的氣相色譜分析。4）溶劑萃取法[22]，利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數的不同，使化合物從一種溶劑內轉移到另外一種溶劑中。經過反復多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來。主要用于食品中半揮發或不揮發有害有機物的氣相或液相色譜分析。5）固相萃取[23]，是利用選擇性吸附與選擇性洗脫的液相色譜法分離原理使液體樣品通過吸附劑,保留其中某一組分，再選用適當溶劑沖去雜質,然后用少量溶劑迅速洗脫，從而達到快速分離凈化與濃縮的目的。主要用于食品中痕量殘留有害有機物的氣相或液相色譜分析。

2.2 專一性測定方法

試樣從樣品中提取后，試樣中待測物質發生專屬性反應，而其他物質不發生反應，從而檢測反應產物的特征信號以達到測定待測物質的目的。常見的滴定法[24]、分光光度法[25-26]、酶法、酶聯免疫法[27]等基本采用此技術路線（見圖1）。如滴定法利用特征反應，并以指示劑指示滴定終點，以滴定用試劑的量計算待測物質量。分光光度法直接或通過特征反應形成在紫外、熒光等特定波長具有光譜吸收的反應產物，根據反應產物吸光度的強弱測定待測物，包括原子吸收分光光度法、原子熒光光度法、紫外分光光度法等。酶法利用酶的專一反應特性，通過酶的催化作用或待測物對酶的抑制作用，檢測酶催化產物或酶活性，從而測定待測物。酶聯免疫法采用抗原與抗體的特異反應將待測物與酶連接，然后通過酶與底物產生顏色反應，用于定量測定。測定的對象可以是抗體也可以是抗原。

圖1 食品安全檢測技術路線示意圖

專一性分析方法通常具有速度快、成本低、簡單易用等優點，但絕大多數專一性分析方法定量檢出限較高，只能檢測食品中微量有害物質，且受特異性反應限制，通常一次只能測定一個參數。

2.3 高通量測定方法

食品試樣往往含有多種待分析組分，可通過特定的分離程序將各待測物質分離并分別測定（見圖1），常用的有生物芯片法[28]、電感耦合等離子體吸收光譜或質譜聯用法、離子色譜法[29]、氣相色譜法[30]、液相色譜法[31]等。生物芯片技術是將大量生物信息密碼（寡核苷酸、cDNA、基因組DNA、蛋白質等）有序地固化于支持物的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標記的待測樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數量。在電感耦合等離子體質譜聯用技術[32]中，樣品由載氣引入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體中心區，在高溫和惰性氣氛中被去溶劑化、汽化解離和電離，轉化成帶正電荷的正離子，經離子采集系統進入質譜儀，質譜儀根據質荷比進行分離，根據元素質譜峰強度測定樣品中相應元素的含量。色譜技術的原理為當流動相中樣品混合物經過固定相時，與固定相發生作用，由于各組分在性質和結構上的差異，與固定相相互作用的類型、強弱也有差異；因此，在同一推動力的作用下，不同組分在固定相滯留時間長短不同，從而按先后順序從固定相中流出，從而實現對樣品中多種待測組分的分離，進而通過氫火焰離子化檢測器、紫外檢測器、熒光檢測器、質譜檢測器等檢測。

高通量測定方法往往自動化程度高，一次進樣可以同時分析多種待測組分。其分離效果越好，檢測器“廣譜”性越好，可同時測定的組分數越多。但高通量檢測方法通常需要使用現代分析儀器，對操作人員專業性要求較強，檢測成本較高、更適合專業實驗室使用。

3 食品安全檢測新技術

隨著食品安全檢測需求不斷變化，以及分析檢測技術本身的不斷發展，食品安全檢測領域的待測物富集技術、專一性測定方法、高通量測定方法自身也在不斷發展并取得顯著的技術進步，不斷發展出食品安全檢測新技術。如加速溶劑萃取[22]、超臨界萃取法[33]、固相微萃取[34]等待測物富集新技術，膠體金試紙條法[35]、二維氣相色譜法[36]、串聯質譜法[37]等食品安全檢測技術，以及它們的聯用新技術[38]。這些技術的發展使得食品安全檢測更加高效和可靠。但是，食品風險因素復雜程度和分析檢測需求的顯著增加還需要更多成本低、效率高、適用性強的食品安全檢測方法。

3.1 機器視覺、電子鼻和電子舌

色、香、味是食品品質的重要感官指標，需通過專門訓練并具有豐富經驗的人員對其加以評判，具有一定的主觀性。因其更具客觀性、科學性和可重復性，機器視覺技術、電子鼻技術和電子舌技術在食品領域得以應用和發展。它們的測量原理與生物體感官判斷過程類似，首先通過物理器件（攝像頭、傳感器）采集食品相關信號，然后使用數據分析軟件對采集到的數據進行分析，并通過識別程序對分析結果進行判斷（見表2）。

表2 傳統感官分析與現代技術感官分析類比

數字圖像被作為信息分析的來源始于20世紀60年代，1964年Ledley[39]第一次公開發表了利用數字圖像解析醫學影像的文章。1986年Geladi[40]第一次發表了從數字圖像中獲取化學計量信息的文章。利用數字圖像進行化學分析一直是一個較活躍的研究領域。在發表的大量文章中，獲取數字圖像的設備包括了手機、網絡攝像頭、平板掃描儀、全自動相機等，化學計量學模型包括多變量回歸分析和標準曲線方法。如Botelho等[41]建立了用數字掃描圖像測定軟飲料中日落黃的方法。同時，研究者也在嘗試使用數字圖像分析的方法來評判食品的顏色。如Antonelli等[42]建立了利用小波變換分類算法與多變量圖像分析相結合的方法評價食物顏色的方法。Mendoza等[43]建立了利用圖像分析方法校準農產品顏色測量的方法。陳瀟瀟等[44]建立了基于光纖光譜儀測量茶葉表面顏色的方法。

電子鼻是特定電化學傳感器陣列和與之相適應的模式識別系統組成的測量系統，可以識別簡單或復合的氣味[45]。目前，關于電子鼻的研究和報道主要停留在對食品中揮發性成分化學特性檢測層面，通過它的化學傳感器獲得揮發性物質組成和含量信息，和食品的香味品質本身關系不大。如通過檢測某些致病微生物代謝產生的特征揮發性氣體的組成和含量變化，從而鑒別食品中的細菌[46]或食品的新鮮程度。目前真正意義上的商用電子鼻幾乎沒有[47]。但它給客觀評價食品的香氣成分提供了有益嘗試和重要的方法參考。

與電子鼻類似，目前電子舌主要分析食品的化學特性而非感官特性[48]，利用電化學傳感器陣列對食品進行檢測，并通過計算機軟件分析，預測不揮發物質的組成或含量。如利用電子鼻預測肉中硝酸鹽及亞硝酸鹽含量[49]，牛奶的新鮮程度[50]等。

3.2 色譜-飛行時間質譜聯用技術

飛行時間質譜的主要原理是憑借在恒定磁場中，質荷比不同但動能相同的離子在經過相同距離時所用的時間不同，從而對物質進行分析的一種質譜分析方法。當其與色譜聯用后，色譜的分離能力與飛行時間質譜的高分辨率得以結合，輔以數據庫技術或者其他分析技術便有可能實現對未知化合物的結構鑒定。該技術常被用來排查食品中的未知有害化學物質。

本課題組[51]曾利用高效液相色譜-飛行時間質譜聯用技術對某品牌黑糯米壯陽保健酒進行全掃描質譜分析，通過可疑分子離子提供的準確分子量檢索自建的有毒有害化學物質數據庫，進而通過提高碎裂電壓的方式獲得可疑物質的碎裂方式，從而實現未知有害物的結構鑒定，發現該品牌保健酒中添加有伐地那非化學藥物。此外，王自[52]，陳曉虎[53]等分別應用液相色譜四極桿串聯飛行時間質譜法測定了中成藥、保健食品中十余種非法添加的催眠類藥物。Cheng等[54]利用液相色譜四極桿串聯飛行時間質譜法鑒別了5種明膠。

3.3 現代光譜檢測技術

現代近紅外光譜技術[55]是近紅外光譜測量技術、計算機技術、化學計量學技術與基礎測試技術的有機結合。它采用已知化學特性的樣品集的近紅外光譜通過化學計量學方法建立預測模型（紅外光譜與樣品化學特性之間的關系），并通過驗證模型不斷改進。采集待測試樣的近紅外光譜，經過預測模型反演，得到待測樣品的化學特性。具有無損、快速、多組分同時測定等技術優勢。現已廣泛應用于食品中化合物含量[56]、摻假鑒偽[57]、產地溯源[58]等檢測。

太赫茲（THz）光譜技術具有高信噪比和動態范圍寬等諸多特點，能夠同時獲得樣品在THz波段（遠紅外與微波之間）的時域信息與頻域信息，以及對應的物質物理結構和化學成分等重要信息，在食品安全檢測領域具有獨特的優勢[59]。目前太赫茲（THz）光譜技術在食品領域尚處于研究階段，主要集中在添加物質本身的光譜分析[60-61]以及食品中摻雜物質測定研究[62]。隨著太赫茲光譜技術研究不斷深入和完善，其在食品安全檢測領域應用將更加廣泛。

色譜、質譜等技術通常需要從食品中分離出目標分析物，不易發現食品中目標分析物以外的有害物質。而現代光譜技術多為無損和樣品整體分析技術，食品中化合物及其含量的變化容易引起譜圖的變化，有利于食品質量的控制。但正因為此，現代光譜技術的檢出限較高，很多微痕量有毒有害物質難以被檢出。

4 結束語

當前我國食品中限量的有害物質種類和數量基本能夠覆蓋國際食品法典委員會的限量要求，較為全面。但是，支撐食品安全限量標準的標準檢測方法尚不完善：檢測方法以產品檢驗為主，不能支撐“從農場到餐桌”的全鏈條；產品檢驗中，感官評審尚處于主觀經驗評審階段，部分可能添加的非食用物質的標準檢測方法尚屬空白；食品安全檢驗檢測成本高、效率低的問題較為突出。鑒于此，提出以下建議：

1）攻關機器視覺技術以增強其魯棒性，加強食品感官與化學特性相關性研究建立電子鼻氣味評價方法和電子舌味道評價方法，輔以現代光譜技術研究，建立客觀科學的食品感官評價方法并開展標準化研究，克服食品感官評審的主觀隨意性。

2）加強對可能違法添加的非食用物質檢測技術的攻關。通過加強非食用物質與相應食用物質的對比研究，破譯非食用物質的本質特征，攻關建立非食用油脂、違禁工業用品等的標準檢測技術。同時，加強食品中有毒有害物質的高通量檢測技術研究，增強對未知有毒有害物質的檢測鑒定能力。

3）為了適應“農場”和“餐桌”對快速檢測技術的需求，必須加快建立針對性強、方便適用、成本低、速度快的檢測方法。以生物技術或比色技術為主的食品安全快速檢測技術已經為此提供了較好的研究基礎，應當在加快快速檢測技術創新性研究的同時，注重檢測技術的標準化及檢測產品的研發應用。

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Review on testing technologies and standards for food safety

SUN Dengfeng，WANG Guxi，QIAN Shanshan，QIAO Qian，ZOU Yan，HOU Xiaoni
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

This article reviewed the testing technology and standards for food safety，for instance，current harmful factors and their standard testing methods，primary testing technology and new testing technology.Although the limited substances in China are commensurate with those limited by Codex Alimentarius Commission，the standard testing technology is still incomplete.Hence，it is suggested that impersonal organoleptic quality testing methods be established through digital image analysis，electronic noses and electronic tongues，and non-food substances testing technology be set up by means of differentiation research and high throughput detection technology，creating relevant technology based on biotechnology and colorimetry to fit with the inspection demands of“farms”and“dinner tables”.The purpose of this article is to provide a technical reference for studying and enhancing food safety testing technology，and coping with the challenges in food safety.

food safety；testing technology；standard；high throughput；non-food substance；fast

A文章編號：1674-5124（2015）08-0001-07

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.08.001

0 引言

世界衛生組織（WHO）報道[1]：每年約200萬人的死亡與不安全食品有關，含有有害細菌、病毒、寄生蟲或化學物質的食品可導致從腹瀉到癌癥等200多種疾病。食源性疾病給健康造成了重大危害，食品安全受到廣泛關注。食品安全檢測作為保障食品安全的重要手段，受到國家高度重視。《國家食品安全監管體系“十二五”規劃》[2]明確要求食品污染物和有害因素監測要覆蓋全部縣級行政區域，監測網點擴大到2870個。2015年中央一號文件《關于加大改革創新力度加快農業現代化建設的若干意見》[3]也從加強縣鄉農產品質量和食品安全監管能力建設等7個方面要求提升農產品質量和食品安全水平。

2015-01-16；

2015-03-25

四川省科技廳科技支撐計劃項目（2013NZ0040）四川省科技廳重點研發項目（2015G20084）

孫登峰（1979-），男，重慶市人，副研究員，主要從事化學分析測試技術與標準研究。