食品中有害物質檢測技術的多重分析方法研究

Study on Multiple Analytical Methods for Detection of Harmful Substances in Food

GUO Xingwang12，LI Yafei1.2 （1.Tianjin Shifa Zhongke Baiao Industrial Biotechnology Co.，Ltd.，Tianjin 3oo462， China; 2.Tianjin Industrial Microbiology Research Institute Co.，Ltd.， Tianjin ， China）

Abstract： With the increasing attention of people to food safety，it is very important to detect harmful substances in food accuratelyand efficiently.In this paper，the principle and application of thesingle detection technologyofcommon harmfulsubstances infood，suchastotalarsenic，benzopyrene，nitrite，etc.，suchasanalytical chromatographic detection technology，spectral detection technology and immunoanalysis technology are described in detail. On this basis，theconstruction basis of multipleanalysis methods was discussed，including the feasibility of technology combination and the principle and method of data fusion.Combined with examples，the application of chromatography-mass spectrometry，spectroscopy-chromatographyand the combination strategy of immunoassay and other technologies in the detection offood harmful substances was introduced.Theresearch shows thatthe multianalysis method can significantly improve the accuracy，sensitivity and eficiency of the detection，and provide more powerful technical support for food safety detection.

Keywords： harmful substances in food; testing technology; multiple analysis methods

近年來，食品中有害物質引發的安全事件時有發生，嚴重威脅著人們的生命健康。食品中的有害物質種類繁多，來源廣泛，包括重金屬污染、農藥殘留、獸藥殘留、生物毒素以及食品添加劑濫用等。其中，總砷等重金屬具有較強的生物毒性，可在人體內蓄積，對神經系統、免疫系統、生殖系統等造成損害；苯并芘是一種強致癌物質，主要來源于食品加工過程中的高溫烹飪、煙熏等；亞硝酸鹽作為一種常用的食品添加劑，若使用不當或添加量超標，可能會轉化為亞硝胺類致癌物。因此，開發準確、靈敏、高效的食品有害物質檢測技術十分必要

1常見食品有害物質概述

1.1總砷

總碑是食品中常見的有害物質之一。砷廣泛存在于自然環境中，食品中的總砷主要源于土壤、水源污染以及農業生產中含砷農藥的使用。其以無機砷和有機砷形式存在，無機砷毒性較強，長期攝入可能引發多種健康問題，如皮膚病變、癌癥風險增加等。例如，在一些海產品、谷類、蔬菜中可能檢出不同含量的總碑。食品加工過程中，若衛生控制不當，也可能引入總砷污染。嚴格監測食品中總砷含量，對于保障食品安全、守護公眾健康意義重大[1]。

1.2 苯并芘

苯并芘[Benzo（a）pyrene，BaP]是多環芳烴類化合物中具有代表性的強致癌物質，主要由有機物的不完全燃燒產生，如煤炭、石油、木材等。在食品加工過程中，高溫油炸、燒烤、煙熏等烹飪方式易使食品產生苯并芘。例如，烤肉在炭火烤制過程中，油脂滴落在炭火上燃燒，產生的煙霧中含有大量苯并芘，其會附著在烤肉表面。長期食用含有高濃度苯并芘的食品，會增加罹患胃癌、肺癌等疾病的風險。

1.3 亞硝酸鹽

亞硝酸鹽是一類無機化合物的總稱，常見的有亞硝酸鈉（ NaNO₂ ）和亞硝酸鉀（ KNO₂ ）。在食品工業中，亞硝酸鹽常被用作防腐劑、發色劑和抗氧化劑，用于肉類加工、腌制食品等。適量的亞硝酸鹽能夠有效抑制肉毒桿菌等有害微生物的生長，同時使肉制品呈現鮮艷的色澤。然而，亞硝酸鹽具有一定的毒性，當人體攝入過量的亞硝酸鹽時，會與血液中的血紅蛋白結合，形成高鐵血紅蛋白，導致組織缺氧，引起中毒癥狀[2]。

2單一檢測技術分析

2.1色譜檢測技術

2.1.1 氣相色譜

氣相色譜（GasChromatography，GC）是利用不同物質在氣相和固定相間的分配系數差異進行分離和檢測的技術。其原理是將樣品氣化后，結合載氣帶入填充有固定相的色譜柱中，不同組分在固定相和載氣間反復分配，由于各組分的分配系數不同，從而實現分離。氣相色譜具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優點，適用于揮發性和半揮發性化合物的檢測。在食品有害物質檢測中，氣相色譜可用于檢測食品中的農藥殘留、獸藥殘留、苯并芘等[3]。

2.1.2 液相色譜

液相色譜（LiquidChromatography，LC）是以液體作為流動相的色譜技術，該技術利用樣品中各組分在固定相和流動相間的分配系數、吸附能力等差異進行分離。與氣相色譜相比，液相色譜無須對樣品進行氣化，適用于分析高沸點、熱不穩定、大分子化合物等。高效液相色譜（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）是目前應用最為廣泛的液相色譜技術，具有分離效率高、分析速度快、檢測靈敏度高等特點。在食品有害物質檢測中，HPLC可用于檢測食品中的亞硝酸鹽、重金屬離子絡合物等。

2.2 光譜檢測技術

2.2.1 原子吸收光譜

原子吸收光譜（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是基于氣態原子對特定波長光的吸收特性進行定量分析的技術，其原理是將樣品溶液霧化后，在火焰或石墨爐中原子化，產生的基態原子吸收特定波長的光，根據吸光度與待測元素濃度的線性關系進行定量。在食品中總砷等重金屬檢測方面，原子吸收光譜是常用的方法之一。使用火焰原子吸收光譜法可以快速測定食品中鉛的含量，檢測限可達mgkg-'級別。而石墨爐原子吸收光譜法的靈敏度更高，檢測限可達 μg?kg^-1 級別[4]

2.2.2 紫外－可見分光光度法

紫外-可見分光光度法（Ultraviolet-VisibleSpectroscopy，UV-Vis）是利用物質分子對紫外-可見光區（ 200～800nm ）光的吸收特性進行分析的技術。其原理是當一束單色光通過樣品溶液時，溶液中的物質分子會吸收特定波長的光，吸收程度與物質濃度成正比。該方法具有操作簡單、成本低、分析速度快等優點，廣泛應用于食品中多種有害物質的檢測。

2.2.3 熒光光譜法

熒光光譜法是一種基于光子吸收與發射的分析技術。當物質分子吸收光子后，從基態躍遷到激發態，然后通過無輻射躍遷回到第一激發態的最低振動能級，再以發射光子的形式回到基態，從而產生熒光。熒光光譜法具有靈敏度高、選擇性好、檢測限低等優點，在食品有害物質檢測中，可用于檢測具有熒光特性的物質，如苯并芘等。利用熒光光譜法檢測食品中的苯并芘，檢測限可達 級別。

2.3 免疫分析技術

免疫分析技術是利用抗原與抗體間特異性結合的原理進行分析的技術。其基本原理是將待測物質（抗原）與標記有某種信號物質（如酶、熒光素、放射性同位素等）的抗體進行特異性結合反應，檢測標記物的信號強度，從而確定待測物質的含量。免疫分析技術具有靈敏度高、特異性強、操作簡便、分析速度快等優點，適用于復雜樣品中微量有害物質的檢測。在食品有害物質檢測中，常用的免疫分析方法有酶聯免疫吸附測定法（Enzyme-LinkedImmunosorbentAssay，ELISA）、免疫層析法等。例如，ELISA可用于檢測食品中的農藥殘留、獸藥殘留、生物毒素等。以檢測食品中的黃曲霉毒素為例，將黃曲霉毒素包被在酶標板上，加入待測樣品和酶標記的抗黃曲霉毒素抗體，經過一系列反應后，通過檢測酶催化底物顯色的程度，確定樣品中黃曲霉毒素的含量[5]。

3多重分析方法的構建基礎

3.1技術聯用的可行性分析

不同的檢測技術具有各自的優缺點，技術聯用可實現優勢互補，提高檢測的性能。例如，色譜技術具有強大的分離能力，但對化合物的結構鑒定能力有限；質譜技術具有較高的靈敏度和高分辨率，能夠準確鑒定化合物的結構，但對復雜樣品的分離效果不佳。將色譜技術與質譜技術聯用，可先利用色譜進行分離，再結合質譜進行結構鑒定和定量分析，從而實現對復雜樣品中多種有害物質的同時檢測。此外，光譜技術和色譜技術的聯用也具有可行性。光譜技術可以提供物質的結構和某些物理化學性質信息，色譜技術則能夠實現對混合物的分離，兩者聯用在分離的基礎上進一步對物質進行定性和定量分析。免疫分析技術與其他技術的聯用也是一種可行的方法。免疫分析技術的特異性強，但在檢測復雜樣品時可能會受到基質干擾。通過與色譜、光譜等技術聯用，樣品可以先進行預處理和分離，減少基質干擾，再利用免疫分析技術進行高靈敏度的檢測。

3.2數據融合原理與方法

數據融合是多重分析方法構建過程中的關鍵環節之一。數據融合是指將來自不同檢測技術的數據進行綜合處理，以獲得更準確、更全面的信息。數據融合的原理是基于不同檢測技術對同一物質或不同物質的不同特征進行檢測，這些特征信息在一定程度上具有互補性。對這些互補信息的融合，可提高檢測的準確性和可靠性。常見的數據融合方法主要包括決策層融合和特征層融合兩種。 ① 決策層融合是將不同檢測技術的檢測結果進行綜合決策。例如，對于某一食品樣品，分別采用色譜技術和免疫分析技術進行檢測，根據兩種技術的檢測結果，結合一定的決策規則（如投票法、加權平均法等）來判斷樣品中是否含有目標有害物質以及其含量的高低。決策層融合的優點是簡單易行，對各檢測技術的依賴性較小，但信息損失較大，可能會影響檢測的準確性。 ② 特征層融合是將不同檢測技術提取的特征信息進行融合。這種融合方法旨在通過結合多種數據源的優勢，提升系統的整體性能，如提高檢測精度、增強魯棒性或拓展感知范圍。

4常見的多重分析方法實例

4.1色譜-質譜聯用技術在食品有害物質檢測中的應用

在食品中總砷等重金屬檢測領域，色譜-質譜聯用技術展現出卓越的性能。以氣相色譜－質譜技術（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）為例，由于總砷等重金屬通常不以氣態形式存在，需要對樣品進行前處理，以將其轉化為揮發性化合物。例如，采用氫化物發生法，將食品樣品中的總砷轉化為揮發性氫化物，然后結合氣相色譜進行分離。氣相色譜的高分離能力能夠將不同揮發性物質分開，隨后進人質譜儀進行檢測。質譜儀依據離子的質荷比進行定性和定量分析，可以實現食品中總砷的痕量檢測，檢測限低至 μg?kg^-1 級別。液相色譜-串聯質譜（Liquid Chromatography-TandemMassSpectrometry，LC-MS/MS）在總砷檢測中也發揮著重要作用。對于一些難以氣化的總砷化合物，或者在復雜食品基質中的總砷檢測，液相色譜的優勢也較為明顯。在檢測富含蛋白質、脂肪等復雜成分食品中的總砷時，運用合適的消解方法將樣品中的總砷轉化為離子態，然后利用液相色譜進行分離。液相色譜可根據離子的電荷、大小等特性對總砷離子進行有效分離，再與串聯質譜儀聯用。串聯質譜通過多級離子化過程，能夠更準確地對總砷離子進行結構鑒定和定量分析，有效排除復雜基質的干擾，提高檢測的靈敏度和選擇性，對總砷的檢測限可達 ng?kg^-1 級別，為食品安全風險評估提供有力的數據支持。

4.2光譜-色譜聯用技術在復雜樣品檢測中的應用苯并芘作為一種強致癌物質，廣泛存在于煙熏、

燒烤等食品中，且其檢測常面臨復雜樣品基質的干擾。光譜-色譜聯用技術為此提供了有效的解決方案。以高效液相色譜-熒光光譜聯用（HighPerformanceLiquid Chromatography-Fluorescence Spectroscopy，HPLC-FS）為例，在檢測食品中的苯并芘時，高效液相色譜根據苯并芘與其他雜質在固定相和流動相間分配系數的差異，將苯并芘從復雜的食品基質中分離出來。分離后的苯并芘進入熒光光譜儀進行檢測。苯并芘具有熒光特性，在特定波長的激發光照射下會發射出熒光，檢測熒光強度可對苯并芘進行定量分析。這種聯用技術結合高效液相色譜的分離能力和熒光光譜的高靈敏度與特異性，能夠有效避免復雜樣品中其他物質的干擾，對苯并芘的檢測限可達ng?L^-1 級別，提高檢測的準確性，為保障食品中苯并芘檢測的可靠性提供關鍵技術支撐。

4.3液相-熒光和電感耦合等離子體-熒光檢測技術在檢測總砷（三價砷和五價砷）含量中的應用

在檢測總砷中三價砷和五價砷含量時，液相-熒光和電感耦合等離子體-熒光檢測技術發揮著關鍵作用。液相色譜能基于物質在固定相和流動相中的分配系數差異，將三價砷和五價碑有效分離。分離后的組分進入熒光檢測器，特定波長的光激發砷化合物，使其發射熒光，通過檢測熒光強度來定量分析;電感耦合等離子體-熒光檢測技術則是利用電感耦合等離子體將樣品中的砷原子化并激發，使其發射特征熒光。其對砷元素具有高靈敏度和選擇性，能精確測定三價砷和五價砷的含量。在食品檢測領域，運用這兩種技術，可準確得知食品中不同價態砷的含量，判斷是否存在毒性較高的三價碑超標問題，為食品安全風險評估提供關鍵數據，從而保障消費者的健康安全。

4.4免疫分析與其他技術的聯用策略

在食品中亞硝酸鹽檢測方面，免疫分析與其他技術的聯用具有獨特優勢。以ELISA-離子色譜聯用為例，ELISA可基于抗原抗體特異性結合的原理，將亞硝酸鹽作為抗原，與酶標記的抗體進行反應。檢測酶催化底物顯色的程度，能快速判斷樣品中亞硝酸鹽的含量范圍，具有靈敏度高、操作簡便的特點。

對于初步檢測為陽性的樣品，再采用離子色譜進行進一步的精確分析。離子色譜可根據亞硝酸鹽離子在固定相和流動相間的分配差異，對亞硝酸鹽進行分離和定量測定，能夠準確測定亞硝酸鹽的含量，有效排除免疫分析中可能存在的假陽性干擾。這種聯用策略既能發揮免疫分析的快速篩選優勢，又可以利用離子色譜的精確測定能力，提高亞硝酸鹽檢測的效率和準確性。

5結語

食品中有害物質的檢測對于保障公眾健康和食品安全至關重要，單一的檢測技術雖然在各自的領域發揮著重要作用，但都存在一定的局限性。多重分析方法將不同的檢測技術聯用，實現了優勢互補，顯著提高了檢測的準確性、靈敏度和效率。在構建多重分析方法時，需要充分考慮技術聯用的可行性，并合理運用數據融合原理和方法。常見的多重分析方法如色譜－質譜聯用技術、光譜－色譜聯用技術以及免疫分析與其他技術的聯用策略，在食品中總砷、苯并芘、亞硝酸鹽等有害物質的檢測中均取得了良好的應用效果。隨著科技的不斷進步，新的檢測技術和聯用方法將不斷涌現，為食品安全檢測提供更強大的技術支持，助力保障人們的飲食安全。未來，還需進一步加強對多重分析方法的研究和優化，提高其在實際檢測中的應用水平，同時注重檢測技術的標準化和規范化，以更好地應對日益復雜的食品安全挑戰。

參考文獻

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