中國基于檢驗檢測的食品過程質量控制研究進展

廖盛美，張清海，李林竹，林長松，陶光燦,4,*

（1.貴州醫科大學公共衛生與健康學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550014；3.貴州理工學院食品藥品制造工程學院，貴州 貴陽 550003；4.貴陽學院生物與環境工程學院，貴州 貴陽 550005）

我國食品安全問題（如三鹿奶粉、瘦肉精、塑化劑等）頻繁發生，已經成為社會關注的熱點。食品檢驗檢測技術是食品監管的重要技術支撐[1]，采取相應的檢測技術對食品包含的成分進行檢測[2]，對加強食品安全監管能夠起到關鍵性作用[3]。但是，我國的食品檢驗機構門檻高，容易出現行業壁壘，使食品安全的市場監督管理覆蓋面變窄。另外，我國食品檢驗檢測主要集中在食品加工、包裝銷售環節，缺乏對食品生產過程的監管[2]。習近平總書記指出“食品安全，也是‘管’出來的。面對生產經營主體量大面廣、各類風險交織形勢，靠人盯人監管，成本高，效果也不理想，必須完善監管制度，強化監管手段，形成覆蓋從田間到餐桌全過程的監管制度”[4]。完善檢驗檢測的技術手段，實現食品過程質量控制，是食品安全重要的管理手段。

本文旨在應用危害分析與關鍵控制點（hazard analysis and critical control point，HACCP）原理，利用大數據對食品抽檢數據進行分析[5]；根據食品安全風險分級模型確定各個關鍵控制點的風險水平；借助大數據技術，對檢驗檢測過程中產生的數據綜合分析，探明基于檢驗檢測的食品過程質量控制的方法，以期提高食品安全風險控制的水平。

1 食品過程質量控制的內涵

食品質量是指食品固有特性滿足要求的程度，包括了食品的外觀、品質、規格、數量、質量、包裝以及安全衛生等[6]。食品質量控制是指首先落實食品生產衛生規范（good manufacturing practice，GMP），即在食品生產安全過程中，保證食品具有高度安全性的良好生產管理體系。食品供應鏈包括生產、加工、儲存、運輸和銷售等環節[7]；食品過程質量控制是以食品供應鏈為基礎，關注每一個環節以及影響各環節的因素，對影響因素進行控制[8]，保證食品的質量。

總之，對食品過程質量控制進行研究，可以減少或消除食品安全隱患，防患于未然，避免食品安全問題或將食品安全問題降到最低，讓消費者放心。

1.1 食品過程質量控制的發展歷程

食品質量控制是質量管理的一部分，質量管理起源于20世紀初，大致經歷了3 個階段（圖1）。第一階段是20世紀20年代，美國著名管理學家泰勒在《科學管理》提出了質量檢驗管理，這種事后把關的方法不適用于食品；1924年，休哈特將數理統計方法應用到質量管理中，首先提出6σ方法控制加工過程中的質量波動，但是它過分強調質量控制中的數理統計方法；隨著科學技術和工業生產發展，對質量的要求越來越高，戴明提出的管理循環理論（plan-do-check-act，PDCA）就是食品質量控制的管理過程；費根堡姆首先提出全面質量管理（total quality management，TQM）的概念和質量管理體系的問題，質量管理的主要任務就是建立質量管理體系[9]，利用大數據建立管理體系，至此形成全面質量管理。在大數據的基礎上建立業務流程管理（business process management，BPM），經營質量就可以得到保證。在這個過程中，質量管理從定性到定量最后到數字化的發展。歐洲食品信息資源（European Food Information Resources，EuroFIR）建立國家食品成分數據庫的質量框架，采用國際公認和推薦的識別、評估和控制重大危害的系統方法，即以HACCP作為起點，描述了整個食品數據匯編過程，并識別了危害和關鍵控制點，記錄了如何確保關鍵控制點的危險[10]，Pable等[11]提出了一種先進的食品質量規劃方法，利用綜合定性/定量技術將客戶需求轉化為生產，為制造商提供了良好的產品和過程定量評估，以滿足客戶的需求。智能食品質量保證系統（intelligent food quality assurance system，IFQAS）通過自動化食品存儲質量控制中基于人類的決策過程來幫助質量控制，可以對收貨操作和倉庫中食品的儲存條件進行質量控制的整體監控，從而提高了客戶滿意度并最大限度地降低了不良率，有助于降低食品質量控制的困難[12]；在美國和歐洲國家使用統計過程控制（statistical process control，SPC）等系統技術來提高食品質量[13]，CE 178/2002和法規CE 852/2004是國際公認的食品安全控制方法，在這基礎上開發一種新的程序來評估營養、危害分析和關鍵控制點（nutrient, hazard analysis and critical control point，NACCP）過程，用于全面質量管理，并優化營養水平[14]；Rahayu等[15]在工作站中進行生產質量控制過程，通過使用控制圖表來控制和維護面包中小企業的生產過程，從而保證質量和工作效率。

圖1 質量管理發展歷程Fig.1 History of quality management development

1.2 中國食品過程質量控制的發展階段

從新民主主義革命時期一直持續到1985年，我國人民基本解決溫飽問題，但由于數量安全水平較低，對食品質量安全的要求也較低，相關質量控制的方法還不完善。從1985年至2014年的30 年間，人們開始關注質量安全問題。由衛生部、國家質量監督檢驗檢疫總局、國家食品藥品監督管理局和國家市場監督管理總局承擔食品安全監督抽檢工作[16]。許虹[17]對啤酒企業生產過程中的質量管控問題進行了探討，從增強質量控制意識、實施精益化生產模式、做好質量工作的基礎管理和關鍵管理、建設優秀企業文化和改進生產技術等方面簡述了加強啤酒企業生產過程中質量控制的方法。劉文嬌[18]從企業的角度出發，對肉制品生產企業的從業人員、原輔料管理、生產管理、成品包裝貯存、質量管理、標識和可追溯性等各個環節進行產品生產質量安全控制研究，利用5M1E法（特性要因圖分析）、HACCP法等方法，對企業生產過程存在的質量安全風險進行控制。申強等[19]從乳制品的供應鏈上構建質量控制優化模型，通過質量控制技術服務的主體，達到乳制品供應鏈產品質量控制目的。馬冰聰[20]總結了阜蒙縣樹莓的生產過程質量控制規范，將樹莓的質量控制分為果實采收過程、果實運輸過程、果實速凍過程和倉儲的管理控制，以期推進樹莓產業發展，促進農民增收。吳婉珊[21]針對目前食品企業在生產過程中存在的一些問題提出相應的質量控制措施，采用全面質量管理體系在研發、采購、生產、檢測、貯存、銷售等各個環節進行嚴格控制。唐黎標[22]從原料、生產過程、成品存儲以及添加劑4 個方面對小麥粉的質量控制進行分析，原料的控制從小麥入廠前開始，根據小麥粉質、拉伸、降落數值、糊化度等內在指標及烘焙指標對小麥粉原料進行評估；其中生產過程的質量控制包括清理過程、制粉過程、小麥粉后處理的質量控制，對于添加劑的質量控制主要通過烘焙實驗來完成，以烘焙實驗的結果來判定添加劑的質量；以每個環節高水平質量控制的疊加來換取優質的面包用小麥粉產品。周爾民等[23]對交叉污染發生機理進行分析。基于交叉污染視角，分析食品各質量控制環節，設計冷鏈食品的質量控制流程，保證冷鏈食品的質量。邢振嶺[24]論述了白酒生產過程中的質量控制，從白酒生產原料、生產過程代謝污染物、包裝材料的外源污染3 個方面入手，建立了白酒生產過程質量安全控制機制。

2 基于檢驗檢測的食品過程質量控制

2.1 中國食品工業質量控制模式的演替

我國食品工業完成了從物資緊缺到豐富再到滿足個性化需求，從賣方市場到買賣交織再到買方市場3 個階段的演變（圖2）。相應地，質量控制模式從簡單的產品研發、原料采購、加工、零售的食品鏈關鍵環節控制，到買賣交織、各個食品鏈上都進行品質控制，再到伴隨著食品極大豐富和電子商務的深入發展，開始逐漸注重用戶需求和用戶反饋，在產品設計、品牌設計、市場營銷及零售環節均滲透了品質控制，形成了特色鮮明的質量控制模式。

圖2 中國食品工業質量控制模式的演變Fig.2 Evolution of quality control modes in the food industry in China

2.2 食品安全檢驗檢測的發展演變

2.2.1 基礎研究領域分析

2022年9月18日，以“食品”＋“檢測”或“檢驗”或“檢驗檢測”為關鍵詞，搜索知網發表的論文。“食品”＋“檢測”493 篇，最早的相關論文是陶順興等[25]于1995年發表的《食品中苯并（α）芘簡易快速測定方法的研究》；“食品”＋“檢驗”76 篇，最早發表的是《出口冷凍食品中檢驗空腸彎曲菌的試驗》（1988年）[26]；“食品”＋“檢驗檢測”65 篇，最早是喬東[27]于2005年發表的《關于完善我國食品檢驗檢測體系建設的思考》。將這些文獻基本信息導出、合并，將時間區間設置為1990年3月到2022年3月，時間切片設置為2 年，借助Citespace 6.1.R2(64-bit) Basic對624 篇文獻關鍵詞進行分析（圖3），共獲得網絡節點數量389 個，若節點越大、色彩越突出，表明該關鍵詞頻次越高、研究熱度越高；節點連線數是853 條，越粗說明聯系越密切，研究越重要；網絡密度為0.011 3，表示實際關系數/理論上的最大關系數，暫時沒有標準指標。關鍵詞多、聯系強，表明中國食品檢驗檢測的研究領域十分廣泛。關鍵詞出現5 次以上，按照出現頻次從高到低分別為“食品”“檢測”“檢驗”“檢驗檢測”“微生物”“應用”“質量控制”“重金屬”“安全”“分析”“污染”“農藥殘留”“進展”“技術”“亞硫酸鹽”“質量”“大腸菌群”“方法”“添加劑”“管理”“危害”“前處理”“沙門氏菌”“殘留”“藥品”“氣相色譜”“甲醛”“問題”“質量安全”“菌落總數”“衛生”“甜蜜素”“標準”“真菌毒素”“綜述”“丙烯酰胺”和“提取”37 個關鍵詞。

圖3 1990—2022年全國食品檢驗檢測論文關鍵詞共現網絡圖譜Fig.3 Keyword co-occurrence network for China’s research papers on food inspection and testing in 1990 to 2022

2.2.2 階段性前沿研究分析

通過Citespace軟件進行聚類分析，形成聚類知識圖譜如圖4所示，共包括“檢驗”“微生物”“問題”“分析”“應用”“進展”“污染”“氣相色譜”“飼料”“綜述”“苯甲酸”“甲氧酪胺”“致病菌”13 個聚類標簽。這些標簽凸顯了不同階段學者對食品檢驗檢測領域的研究重點。突現關鍵詞是某一時期出現的高頻關鍵詞，集中反映該時期的研究熱點領域，同樣也是預測研究趨勢的重要依據[28]。運用CiteSpace軟件進行數據處理后，整理得到關鍵突現圖（圖5）。這些關鍵詞均是從1988年開始出現，說明從1988年開始所有研究領域都有涉及，但是每個時間點的研究熱點都不同，突顯時間先后依次為：“過敏原”“淀粉”“智能控制”“脫敏”“甲霜靈”“體外消化”“仿生傳感”“質量評價”“韭菜”“發酵食品”“堅果”“種類”“風險評價”“大豆”“食品衛生”“殘留”“基因芯片”“三聚氰胺”“重金屬”“食品安全”“應用”“微生物”“質量控制”“生物技術”和“食品”。

圖4 關鍵詞聚類分析知識圖譜Fig.4 Keyword clustering analysis knowledge map

圖5 相關文獻關鍵詞突現分析Fig.5 Top 25 keywords with the strongest citation bursts

階段性研究大概可以分為以下3 個階段：

第一階段（1988—2004年）：在此階段著重研究食品種類、體外消化、質量評價及風險評估。1991年起，國家進出口商品檢驗局在食品加工業中應用HACCP體系[29]。1994年，原國家進出口商品檢驗局公布《在出口食品的加工中建立“危害分析與關鍵控制點質量管理體系”的導則》[29]。在我國食品行業中，HACCP體系主要應用在冷鏈物流、食品加工和餐飲中[30]。HACCP廣泛應用于食品安全風險評估中。

第二階段（2005—2013年）：此階段對食品中重金屬、三聚氰胺、農獸藥殘留等食品衛生問題及食品基因芯片研究較多。因頻繁發生的食品安全問題，對相關污染物的研究較多。

第三階段（2013—2022年）：此階段側重于對食品安全風險物質的研究，微生物、重金屬為重點研究風險物，應用生物技術對食品質量控制進行深度研究。近期檢驗檢測及質量控制成為新的研究熱點，高效液相色譜-電位法[31]、熒光傳感[32]、生物傳感器[33]等新檢驗技術的研究與應用，降低了檢出限并提高了分離效率，使結果更加準確，可以用于食品質量控制。

快速檢測作為一種新興的檢測技術，不但可以極大地縮短食品檢測的時間，而且能快速、全面地發現食品安全問題[34]。對于不同的產品使用不同的方法進行快速檢測，在現場就能夠操作并且得到結果[35]。目前常用的食品安全快速檢測技術主要有應用在微生物[36]、乳品檢測[37]中的化學試紙比色技術，農藥殘留快速檢驗的免疫學技術和分子生物學檢測技術等[38]。高光譜技術[39]、核磁共振[40]、化學響應染料的成像技術[41]都可用于食品安全和質量檢測，不僅檢測速度快而且檢測結果準確。

2.3 基于檢驗檢測食品過程質量控制的發展演變

基于如上中國食品安全發展演變、食品工業質量控制模式演變和食品檢驗檢測研究熱點演變的分析，可以將中國基于檢驗檢測食品過程質量控制總結為3 個延續演進，又具有鮮明特色的階段。

2.3.1 1.0時代：原材料收購與成品出庫的檢驗檢測與質量控制

鄭家利[42]談出口食品原料的安全，主要包括5 個方面：一是化肥、農藥殘留；二是抗生素與有害物質殘留；三是疫病性生物污染；四是動植物中毒素和過敏污染；五是轉基因食品原料的負面反應，建議盡快建立食品原料監控體系，形成并完善關于食品的生產環境、質量認證、監督管理、市場流通等方面的全過程食品原料控制體系。蘇偉等[43]對食品原料安全控制的現狀進行了分析，在食品原料生產環節，容易受到農藥、獸藥、激素等毒害性化學污染物質的污染，對于原料的檢測應提高檢測標準、增加檢驗和檢疫項目，但是在原料的控制方面仍然存在不少問題。蔬菜原材料源頭的風險主要是在田間生產的危害風險，包括化學風險如農藥（殺蟲劑和除草劑等）、化肥、生長素、重金屬等的污染殘留和微生物污染，在蔬菜供應鏈實施食品安全管理體系、良好農業操作規范和關鍵控制點分析等，識別和管理整個供應鏈各點的風險，可以有效地控制蔬菜質量安全[44-45]。化學發光免疫分析技術應用在調味食品原料藥物殘留、病原微生物、違禁添加物和生物毒素等方面[46]。在對原材料和成品進行檢驗檢測方面，質量過程控制環節相對較少。

2.3.2 2.0時代：基于檢驗檢測、在線監測和快速檢測技術綜合應用的關鍵控制點質量控制

運用HACCP體系的原理，依托實驗室檢測、在線監測、快速檢測技術對食品鏈條中的關鍵環節進行控制。食品安全快速檢測技術在現場檢測、快速篩查和政府監管等方面都非常重要，檢測對象覆蓋了農藥殘留、獸藥殘留、生物毒素、違禁添加物、激素、病原微生物等多方面[47-48]。近年來，更多的快速檢驗技術應用在食品檢測中，重組酶介導擴增技術快速檢測食品中單核細胞增生李斯特菌[49]，多重免疫層析檢測技術[50]和磁性側流層析技術[51]也用于食品的快速檢驗。檢驗檢測在食品生產經營過程質量控制中發揮重要作用，但是也帶來了繁重的檢驗檢測工作和大量檢驗檢測資源的浪費。

2.3.3 3.0時代：基于檢驗檢測大數據綜合分析應用的質量控制

基于檢驗檢測數據的綜合應用，可以開展風險分級與評估、風險預測預警、產品質量追溯、借助質量數據進行品牌塑造等工作。杜琳等[52]根據現有的數據信息構建評估模型，實現食品風險預警，提高整個過程的風險識別和風險預警能力；王芳等[53]利用檢驗檢測的數據對食品靜態和動態因素進行分級，優化監管資源，提高監管效率；韓世鶴等[54]基于食品抽檢數據構建風險預警智能分析模型，同時在食品供應鏈中建立食品追溯平臺，保證食品的來源可追溯[55]。此階段檢驗檢測數據得以綜合應用，同時，借助大數據技術對食品生產經營全鏈條質量進行控制，一方面實現靶向的檢驗檢測，減少或避免了檢驗檢測資源的浪費；另一方面拓展了質量控制的外延，為產品真實性、可追溯性、品牌化提供了數字化的基礎。

3 存在的問題及對策

3.1 存在的問題

3.1.1 食品過程質量控制檢測成本高

2020年，國外檢測機構在我國檢驗年收入226.81億 元，根據國家市場監管總局《2020年度全國檢驗檢測服務業統計簡報》[56]，食品及食品接觸材料檢驗檢測機構營收為169.07億 元，農產品、林業、漁業、牧業的營收為62.49億 元，直接與食品安全相關的檢測費用超過231億 元，間接相關的環境、水質、衛生疾控等領域超過550億 元。借助檢驗檢測對食品質量安全進行過程控制付出了高昂的代價。

3.1.2 食品過程質量控制靶向性不準

芬蘭糧食管理局將檢驗作為食品控制的一個重要工具，根據風險水平確定檢驗檢測的頻率[57]。我國也將檢驗檢測作為質量控制的依據，但是對食品類別沒有進行分類管理，并且在對食品檢測時一般進行全部檢驗，沒有考慮每類食品的優先檢測指標和時間及地理空間的差異性，導致控制過程對食品類別、時空、風險指標的靶向性不準。

3.1.3 食品過程質量控制檢測周期長

目前，我國食品檢測的整體能力還不高，快速檢測能力較差，覆蓋面窄，檢測周期長，安全風險評估不完善。例如，食品檢測部門對農產品的質量進行定期或不定期抽查，從抽樣到檢驗報告，時間周期從3 d到半個月不等，這大大降低了其時效性。同時檢驗檢測設備更新速度較慢，一些新技術新產品推廣速度慢，進而影響檢驗檢測的周期。我國食品檢驗機構設置分散，分散化的機構設置無法集中力量，監管技術支撐部門的檢驗檢測水平不高[58]。這些原因都導致食品從抽樣到檢測結果需要漫長的時間，不能及時掌握食品的安全風險動態，監督和管理滯后。

3.1.4 食品過程質量控制檢驗檢測數據的采集與綜合分析應用少

食品檢驗檢測過程中產生了海量的數據，一般用于生產流通許可、合規性監測、行政處罰依據等，但是檢測過程產生的大量數據沒有被充分利用，需要進一步加強數據的分析挖掘，發現食品安全風險發生規律，根據規律對一些高風險指標進行靶向性檢測，提高檢測效率和風險控制能力，指導食品安全風險監測和管理，促進產業的高質量發展。

3.2 對策

3.2.1 提高檢驗檢測智能化、自動化水平，降低人力成本和時間成本

多重聚合酶鏈反應和流式熒光技術能快速檢測食品中微生物的污染情況，節約時間、勞動力和不必要的成本[59]。快速檢驗技術和智能化檢測體系的應用能降低食品的檢測成本和縮短檢測時間；根據檢測結果對風險進行分級，再根據風險等級對食品指標進行定向檢測，能大大降低檢測成本。應加強快速檢測、高通量檢測、在線監測、智能化自動化檢測體系建設的研究，進一步提高檢驗檢測智能化、自動化的水平，提高質量控制效率。

3.2.2 與柔性工廠個性化定制食品相適應的檢驗檢測體系建設

根據食品企業的特點，制定和食品企業業務和監測重點相適應的檢驗檢測體系，系統性提高企業食品安全風險控制的靶向性，提高食品安全風險控制的針對性、及時性與準確性，為食品產業的高質量發展提供支撐。特別是食品工業進入3.0時代，隨著大數據技術的進一步發展，一些個性化定制食品的柔性工廠出現，更加需要研究與之相適應的檢驗檢測體系，個性化地加強食品過程質量控制。

3.2.3 檢驗檢測數據綜合開發利用

根據風險分級的關鍵控制點對食品進行監測，建立食品檢測信息共享平臺，提供相關的檢測建議。另外可以通過構建大數據、云平臺等形式，形成互聯互通的食品安全質量可追溯體系，不僅可以追溯鏈條中食品的各個供應環節，甚至可延伸至消費環節，實現從田間到餐桌來源可查、去向可追、責任可究的智慧平臺[60]。檢驗檢測數據綜合開發利用，可針對基于風險分級的關鍵控制點動態調整、基于風險預測預警的靶向質量監測、基于全鏈條質量追溯的食品安全問題回溯與解決3 個方向加強研究，實現更加科學、精準、高效的質量過程控制。

4 結 語

基于檢驗檢測的食品過程質量控制對食品安全具有重要意義。運用HACCP的原理確定關鍵控制點，借助食品安全風險分級的技術，確定各個關鍵點的風險大小，對風險控制點動態調整；借助大數據技術綜合分析檢驗過程中的數據，降低風險控制的成本，提高風險控制水平；通過縮減低風險環節、食品品類和風險指標的檢驗檢測和過程控制，從而提高食品安全風險控制的靶向性。在我國食品進入高質量發展的新時代，食品工業3.0的特征越發明顯，檢驗檢測同步進入3.0時代，宏觀上形成食品產業鏈全覆蓋的過程質量控制，微觀上借助大數據技術，實現特定食品種類、時空、風險指標的動態調整，構建新型精準高效的食品過程質量控制體系，將是食品產業高質量發展的重要支撐。