化學工程分析技術在食品安全中的應用

食品安全是關乎國家經濟與人民生活的根本問題，增強對食品安全的監管、引進前沿監測技術以及建立健全的監測體系，是保證食品安全以及維護公眾健康的重要途徑。本文圍繞化學工程分析技術在食品安全領域的應用進行論述，并探討其未來發展趨勢，以期為相關研究提供參考。

食品安全作為現代社會發展的基礎性工程，其質量保障能力直接決定了公共衛生安全閾值與產業經濟運行質量。國際食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission，CAC）2022年度報告指出，全球化貿易背景下，食品原料的平均流通環節已增至11.7個，供應鏈拓撲結構的持續復雜化導致污染風險呈現多節點滲透特征。化學工程分析技術憑借學科交叉優勢，為此提供了創新突破口。該技術通過將微流控芯片、表面增強拉曼光譜等工程技術嫁接到常規檢測流程中，成功將乳制品中三聚氰胺的檢出限從2ppm降至0.5ppm（參照2018年嬰幼兒配方奶粉新國標）。

農業農村部2023年風險監測數據顯示，在傳統農藥殘留（如有機磷類）尚未完全受控的背景下，新型風險因子已形成疊加效應：阿斯巴甜等人工甜味劑的代謝產物與銅離子絡合后，其生物毒性呈現數量級增長；而納米級包裝材料中重金屬的形態遷移問題，更暴露出現有檢測標準在物相分析方面的技術盲區。

本研究發現，現代食品供應鏈中可能引入的化學風險源已呈現新的特征：傳統農藥殘留與新型食品添加劑（如甜味劑阿斯巴甜）的復合污染、重金屬遷移形態轉化等問題，對現有監測體系提出了雙重挑戰。文中梳理了化學工程領域可遷移至食安監測的技術譜系，為突破現有監測瓶頸提供方法論支持。

1.食品安全中化學工程分析技術應用的作用

1.1 提高食品成分檢測的準確性

現代食品工業的質控體系中，化學工程分析技術通過構建多維監測模型，正在重塑質量評估的精度邊界。區別于傳統檢測方法的局限性，基于色譜分離原理的工程分析技術，其核心價值在于建立物質特征的數字化表征體系。當前主流的分離監測技術體系中，液相色譜技術（HPLC）憑借其梯度洗脫特性，在極性成分的定量分析領域展現出獨特優勢。特別是在果汁類產品的質量控制中，維生素C這類易氧化物質的穩定性監測難題，通過配備光電二極管陣列監測器的HPLC系統得到有效解決——該系統的在線脫氧模塊可最大限度保持待測物原始形態。

1.2 保障食品生產全過程控制

食品供應鏈質量控制的系統性要求，推動化學工程分析技術逐步形成多維度監測體系?，F有研究表明，該技術群通過光譜解析、物質分離及痕量監測等方法，構建了貫穿原料篩選至終端包裝的動態監測網絡。以近紅外光譜技術為例，其基于分子振動光譜特性，可對粉體物料（如小麥粉）及膠體體系（如果醬、酸奶）中的水分子羥基伸縮振動進行特征識別，這種非破壞性監測方式有效解決了傳統烘干法存在的時效滯后問題。

1.3 快速識別食源性危害因子

當前食品產業鏈面臨的生物性危害主要涵蓋致病性微生物污染（如沙門氏菌、產志賀毒素大腸桿菌等）、化學性污染物殘留（農藥代謝物、獸藥降解產物）以及儲運過程產生的次生毒素三大類。傳統微生物監測依賴平板培養法，其耗時周期長（通常需要48-72小時）且靈敏度受制于培養基選擇性，這嚴重制約了食品流通環節的時效性要求。核磁共振波譜技術（NMR）通過特征代謝物指紋圖譜，已成功應用于水產品中組胺類物質的快速篩查。更為重要的是，基于抗原－抗體特異性識別的熒光免疫分析平臺（FIA）與電化學傳感技術的聯用，將常見食源性致病菌的監測周期壓縮至4-6小時。

2.食品安全中化學工程分析技術的應用分析

2.1 色譜分析技術在食品安全中的應用

2008年奶制品污染事件的處置經驗表明，色譜分析在蛋白質摻假監測領域展現出特殊價值?，F行國家標準GB 22388-2008明確規定，采用液相色譜-質譜聯用技術時，通過特征離子碎片的比對分析，能夠有效識別乳制品中三聚氰胺等含氮添加物——這種監測邏輯的建立，本質上源于不同含氮物質在分子結構層面存在的可辨識差異。

在食用色素監管方面，傳統薄層色譜法的靈敏度瓶頸長期存在。通過改進高效液相色譜的分離條件（如優化C18色譜柱梯度洗脫參數），可使蘇丹紅等脂溶性色素的分離效率提升。北京市食品藥品檢驗研究院2021年度質量監測報告證實，改進后的監測方案對辣椒制品中蘇丹紅I-IV的檢出限穩定在0.01μg/kg水平，完全滿足《食品中可能違法添加的非食用物質名單》的技術要求。這種技術改進對打擊新型食品違法添加行為具有重要監管價值。

2.2 光譜分析技術在食品安全中的應用

在食品污染物監測領域，光譜分析技術展現出獨特的工程應用價值。以分子振動光譜為例，其監測下限可穩定達到0.01-0.05ppm，特別是在農殘監測中，傅里葉變換紅外光譜通過特征官能團識別，已成功實現有機磷類農藥的痕量監測。

從工程應用角度看，近紅外光譜的在線優勢值得重點關注。在乳制品生產線中，基于光纖傳感的NIRS系統可實現每分鐘20個樣品的實時監測，這種非破壞性特點大幅降低了傳統抽檢的物料損耗。但需要指出的是，其精度受物料顆粒度影響顯著，當粒徑大于200μm時，漫反射信號衰減率可達40%，這要求工程設計中必須集成預處理模塊。

拉曼光譜的技術突破為現場監測提供了新思路。食用油品質評估中發現，表面增強拉曼散射（SERS）技術可將黃曲霉毒素B1的監測限降低至0.008ppb，較傳統HPLC方法提升兩個數量級。在技術選型方面，不同光譜方法的工程適用性存在顯著差異。紫外-可見光譜雖成本低廉，但受基質干擾嚴重；原子吸收光譜（AAS）雖特異性強，卻難以滿足高通量監測需求。因此，現代食品工程更傾向于采用聯用技術，如GC-IR系統在揮發性物質中的成功應用，既保持了色譜的分離優勢，又融合了紅外光譜的定性能力。

2.3 電化學傳感技術在食品安全中的應用

在重金屬污染監控領域，電極修飾技術的研究重心逐漸向碳基納米材料方向轉移。最新研究表明，多壁碳納米管與氧化石墨烯的復合修飾體系可顯著提升陽極溶出伏安法的監測性能，相較于傳統的溶出伏安法，其對鉛、鎘等重金屬離子的監測下限普遍穩定在0.1-0.5μg/L區間。針對糧油制品中的黃曲霉毒素B1污染問題，免疫電化學傳感器正在突破傳統監測方法的局限。基于微流控芯片平臺的抗原—抗體特異性識別系統已實現單次進樣8組樣本的并行監測，該突破性進展主要得益于生物識別元件與電化學轉換單元的空間分離設計——這種結構創新不僅使監測靈敏度維持在1.2-2.8pg/mL水平，更將監測芯片的使用壽命延長至傳統免疫試紙條的5.6±0.3倍。

值得關注的是，當前技術路線在保持高靈敏度的同時，通過模塊化設計解決了生物傳感器重復使用性差的關鍵問題。這種將生物識別單元與信號轉換單元物理隔離的創新思路，既避免了抗體固定化過程對電化學活性界面的影響，又為多參數同步監測提供了可行的技術路徑。不過需要指出的是，該監測平臺的商業化應用仍需在芯片封裝工藝和微流控通道穩定性方面取得進一步突破。

2.4 質譜聯用技術在食品安全中的應用

食品包裝材料中殘留的小分子揮發性有機物存在向食品基質遷移的風險，這種遷移行為可能引發食品安全隱患。以塑料包裝中鄰苯二甲酸酯類增塑劑為例，研究團隊采用頂空固相微萃取與氣相色譜—質譜聯用技術，成功實現了遷移量的精準監測。

在針對水產品環境污染物暴露的研究中，非靶向代謝組學結合高分辨質譜技術，能夠有效捕捉持久性有機污染物引發的代謝通路異常，這種技術組合為食品鏈污染物追蹤提供了創新的技術路徑。近期研究表明，當水產品接觸特定環境污染物時，其代謝標志物群會出現特征性波動，這種生物響應模式可通過先進質譜平臺進行系統性解析。

2.5 化學工程智能系統與在線監測

現代信息技術的迅猛發展推動著化學工程領域的智能化轉型，特別是在食品安全監測維度呈現出顯著的技術迭代特征。基于智能傳感網絡的動態監測系統已突破傳統實驗室檢測的時空限制，其中機器學習算法的創新應用尤為值得關注。以烘焙行業為例，某品牌面包生產線引入的NIR在線監測裝置，通過自適應機器學習算法實時追蹤預測水分活度等關鍵參數，其異常預警準確率較傳統方法得到提升。

在乳制品滅菌工藝方面，在線FIA系統的工程化應用展現出獨特的技術優勢。實際運行數據顯示，其開發的pH動態調節模塊可將殺菌效率提升至99.98%，完全滿足GB 4789.1-2022的微生物限量要求。這種連續化監測模式不僅實現了過程參數的數字化管控，更重要的是構建了從原料預處理到成品包裝的全鏈路質量追溯體系。當前監測技術的智能化演進，標志著食品安全控制正從離散式抽檢向連續化過程控制的重要轉變，這為建立基于風險預防的智慧監管范式提供了關鍵技術支撐。

3.食品安全中化學工程分析技術應用的保障

3.1 規范化標準體系的建立與完善

化學分析技術在食品監測中的可靠性保障，本質上依托于標準體系的動態進化機制。從實際工作角度看，實驗室常面臨這樣的困境：某新型食品添加劑的監測報告在不同機構間存在15%-20%的數值偏差，這種差異往往源于標準文件中對前處理步驟的界定模糊。當前標準體系存在三個顯著矛盾點：一是傳統色譜監測方法與新型生物傳感技術間的參數對接斷層；二是跨境食品監測中ASTM與GB標準在殘留物判定閾值的沖突；三是快速監測技術應用缺乏統一的質量控制規程。

以嬰幼兒配方乳粉監測為例（具體案例見《特殊醫學用途配方食品通則》第4.3條），在實際操作中發現：現行國標對乳清蛋白比例的監測仍采用凱氏定氮法，而該方法的局限性在2019年歐盟奶粉污染事件中已暴露無遺。這提示標準制定需建立配套定期強制復審程序，如設置每兩年一次的強制性立法復審機制。

在實驗室操作層面，建議著重完善以下三個標準化節點：

（1）樣品制備環節的溫控標準（特別是熱敏性成分檢測）；

（2）儀器校準的溯源鏈條管理（建議引入NIST標準物質對照體系）；

（3）數據報告的異常值判定規則（可借鑒JECFA的風險評估模型）。

需要特別說明的是，在制定茶葉農殘監測新規時（參照CAC/MRL 2023），意外發現傳統索氏提取法與微波輔助萃取法的監測結果存在系統性偏差。

3.2 分析儀器與設備的升級與維護

對于經濟發達地區，建立設備更新專項基金確有必要，但更重要的是構建全壽命周期管理系統。例如，上海市質檢院開發的智慧儀器管家平臺，通過物聯網傳感器實時監測離子源的發射電流波動，這種預防性維護使設備故障率降低了62%。對于預算有限的基層單位，探索區域共享監測中心模式或許更具實操性——浙江省推行的監測設備銀行機制，通過設備租賃、監測服務外包等方式，使區縣監測能力提升3個能級。

當前國產替代方面的突破口應優先聚焦關鍵耗材自主化而非整機研發。以質譜儀的核心部件電子倍增器為例，國產產品壽命雖已從500小時提升至2000小時，但信噪比穩定性仍與進口產品存在量級差異。這表明需要調整研發策略，優先攻克那些“卡脖子”的細分部件，而非盲目追求整機參數的趕超。

3.3 專業人才隊伍建設

當前食品監測領域面臨人才結構性短缺的突出問題，建議采用分層次培養策略。在高等教育層面，建議在本科階段增設現代食品安全監測技術必修課程，研究生教育可開設色譜-質譜聯用技術等前沿選修課。例如，中國農業大學建立的監測技術創新實驗室，通過校企聯合課題形式，使學生在液相色譜儀操作、農殘監測標準制定等具體項目中獲得實戰經驗。

針對在職人員知識更新需求，建議建立行業繼續教育學分制度。具體可參照上海市質檢院推行的“3+X”培訓模式，即每季度組織專題技術培訓，配套開展監測能力驗證實驗。在職業資格認證方面，建議構建分級認證體系。初級崗位可設置基礎操作認證，重點考核儀器標準化使用能力；高級崗位則應增加方法開發與異常結果診斷等考核模塊。值得借鑒的是廣東省推行的雙軌認證制度，要求高級工程師申請人必須提供3個以上實際監測問題解決方案，有效提升了認證的實踐導向性。

結語

食品安全監測技術的迭代始終與化學工程分析手段的創新協同發展。當前色譜-光譜聯用技術雖已實現農殘多組分同步，但在現場快檢場景中仍面臨樣品預處理流程繁瑣、設備運維成本高昂等應用瓶頸。值得關注的是，基于微流控芯片的便攜式監測裝置開發，通過固相萃取與熒光監測模塊的高度集成，在基層市場監管實踐中展現出操作簡捷、成本可控等獨特優勢。

作者簡介

邱俐鑫（1994.04-），女，蒙古族，內蒙古人，碩士；研究方向：食品安全。