食品安全與健康
——過去的問題與未來的解決方案

Christopher J. Smith

“讓食物成為你的藥物，藥物成為你的食物”，希波克拉底的這句格言可能比以往更加準(zhǔn)確，也更加危險(xiǎn)。只有在確保食品安全的前提下，這一原則才能在現(xiàn)實(shí)中發(fā)揮作用。如今在食品生產(chǎn)中，食品加工方式多種多樣，原料的供應(yīng)國與加工方式也各式各樣。在加工過程中，人們可能會(huì)添加一些改善健康的補(bǔ)劑，或者摻入一些可能有害健康的摻雜物。此外，在生產(chǎn)和加工過程中，食品也可能會(huì)受到農(nóng)藥和其他物質(zhì)的污染。因此，我們需要挑出“不安全”的食品?；蛘邞?yīng)該問：哪些食品是安全的？

食品安全基于六項(xiàng)基本原則：食品生產(chǎn)安全、食品供應(yīng)鏈安全、食品加工系統(tǒng)安全、批發(fā)食品供應(yīng)安全、食品零售系統(tǒng)安全，以及食品處理安全。這些原則貫穿了整個(gè)食品供應(yīng)鏈（圖1）。如果在食品生產(chǎn)和食品供應(yīng)鏈的每個(gè)階段都采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，那么食品應(yīng)該是安全的。圖1為食品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的簡易關(guān)系圖。

圖1. 傳統(tǒng)食品供應(yīng)鏈。

但是，除了考慮供應(yīng)鏈中的各個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)，也要考慮食物網(wǎng)之間的相互聯(lián)系。實(shí)際上，單獨(dú)地看待食品鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)可能對防止污染毫無用處。圖2即為一個(gè)簡單的例子，食品生產(chǎn)商、加工商、批發(fā)商、制造商和消費(fèi)者這些無法控制的因素會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品最終受到嚴(yán)重污染?？諝馕廴竞娃r(nóng)藥在周圍地區(qū)擴(kuò)散等因素意味著，他人的活動(dòng)會(huì)使食品“無意間”受到污染?？諝馕廴疚锖蜌⑾x劑很容易留在草地上，然后再被當(dāng)?shù)氐哪膛３赃M(jìn)去。污染物也可能進(jìn)入水道，污染魚類、可食用水生植物和水體。以意大利肉醬面為例，最終產(chǎn)品的污染途徑如下：牛吃草，通常還會(huì)吃魚食，同時(shí)呼吸時(shí)直接接觸空氣中的污染物。在這個(gè)例子中，牛奶被做成奶酪，而牛肉則是肉醬面的基礎(chǔ)。來自受污染奶牛的奶酪、牛肉和牛奶均用在了意大利肉醬面的加工生產(chǎn)中。這道菜還可能會(huì)進(jìn)一步被河水、溪水和湖水污染，因?yàn)檫@些水會(huì)被用來做意大利面和奶酪醬，以及烹飪牛肉。在清洗設(shè)備和清潔工作區(qū)域這些本應(yīng)保障食品安全的活動(dòng)中，也可能用到這些水。從如此復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)中可以明顯看出，雖然在食品生產(chǎn)過程中防止每個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)受到污染十分重要，但是對生產(chǎn)過程進(jìn)行更全面的認(rèn)識(shí)也同樣重要。這個(gè)簡單的例子展示的是環(huán)境污染物對食品造成污染的一種途徑。盡管食品業(yè)付出了巨大的努力，但是食品仍可能通過該途徑受到污染。

這只是一個(gè)假設(shè)的例子，但是由于食物中毒事件和相應(yīng)的食品召回措施在媒體報(bào)道上屢見不鮮，消費(fèi)者和生產(chǎn)商均對食品安全隱患感到擔(dān)憂。食品來自世界各地，因此生產(chǎn)過程是一種不確定因素。消費(fèi)者和生產(chǎn)者希望在超市、商店和市場中購買安全、優(yōu)質(zhì)的食品，以維持成功的交易和消費(fèi)態(tài)勢。市場上出現(xiàn)受污染的食品對任何人都沒有好處，這只會(huì)使消費(fèi)者對產(chǎn)品購買保持謹(jǐn)慎的態(tài)度。此外，食用該類食品可能會(huì)帶來危害健康的風(fēng)險(xiǎn)，從而引發(fā)許多后果，例如，生產(chǎn)力下降，使用醫(yī)療服務(wù)并支付相關(guān)費(fèi)用，以及其他社會(huì)后果。因此，各國政府都對防止食品污染尤為關(guān)注。

消費(fèi)者和生產(chǎn)者希望建立：

（1）法律法規(guī)和食品安全管理；

（2）質(zhì)量體系；

（3）安全的食品供應(yīng)鏈。

同樣令人擔(dān)憂的是摻假問題。污染屬于意外事件，但摻假是犯罪分子在食品業(yè)內(nèi)故意的行為。摻假是一個(gè)重大的問題，同樣需要通過食品監(jiān)管進(jìn)行控制，但是對分析和監(jiān)管系統(tǒng)的要求不同，對此將在后文進(jìn)行討論。

食品安全的管理有幾種不同的途徑：①立法和監(jiān)管；②教育和培訓(xùn)。立法、教育和培訓(xùn)都是持續(xù)漸進(jìn)的過程，會(huì)隨著食品制備方法和使用設(shè)施的改變而發(fā)生必要改變。法律法規(guī)有一萬多年復(fù)雜的成文史，早在公元前8000年，用楔形文字撰寫的蘇美爾法律便已涉及食品質(zhì)量的內(nèi)容，而最近的是中國于2015年頒布的關(guān)于食品質(zhì)量的現(xiàn)代法律法規(guī)。各國相關(guān)法律條款中，最著名的是《德國啤酒純凈法》（即1516年頒布的Reinheitsgebot），其至今仍然有效。雖然法律眾多，但是意外污染和故意摻假的違法行為仍然存在。因此，僅靠立法不足以確保食品的安全與質(zhì)量，數(shù)千年的教育手段也未能根除食品污染或摻假行徑。

很明顯，立法和教育不足以控制影響食品安全的人為因素，也就是那些因?yàn)槿祟惖睦淠蜇澙范鴮?dǎo)致的食物摻假或污染。因此，我們需要建立一個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)來保證人們遵紀(jì)守法。這意味著我們還需要一個(gè)流程監(jiān)管系統(tǒng)來判斷人們遵紀(jì)守法的情況。因?yàn)槲覀儽仨氁心芰ψC明違法行為的存在，所以食品科學(xué)家最重要的一個(gè)工作就是研發(fā)分析方法，能在食品基質(zhì)復(fù)雜的情況下進(jìn)行正常檢測。

食品分析的方法多種多樣，但它們都努力顧及食品業(yè)和消費(fèi)者所施加的限制。檢測的基本要求包括快速、特異性高、成本低廉、操作簡單，而這些要求背后的原因也很易于理解。食品的貨架期通常較短，因此檢測或結(jié)果發(fā)布的任何延遲都會(huì)縮短產(chǎn)品可銷售的時(shí)間。因此，快速檢測是首要的。同樣重要的是檢測成本。食品業(yè)是公認(rèn)的低利潤率產(chǎn)業(yè)，沒有能力承擔(dān)起昂貴的科學(xué)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)室設(shè)施費(fèi)用。然而，相反的觀點(diǎn)認(rèn)為，食品質(zhì)量與安全的監(jiān)管不力會(huì)導(dǎo)致代價(jià)高昂的食品召回與調(diào)查，甚至可能讓公司毀于一旦。因此，我們必須在兩者間取得平衡。除此之外，檢測還需要具備高特異性，這也不難理解。有很多分析方法都可以滿足部分標(biāo)準(zhǔn)。如果分析物已知且具有獨(dú)特的分子離子特征，那么質(zhì)譜能夠做到高度特異，但是從復(fù)雜的基質(zhì)中提取樣本需要大量的準(zhǔn)備工作，因此通常只有公共分析人員和類似的監(jiān)管機(jī)構(gòu)使用這一方法。同樣地，基于DNA的檢測方法因其靈敏度和特異性最高，經(jīng)常受到推薦。但遺憾的是，并非所有食品樣本都含有DNA，該方法也無法檢測沒有核酸成分的污染物，如農(nóng)藥、除草劑和殺蟲劑。因此，盡管這些檢測方法具有高靈敏度和高特異性，但不能廣泛使用。

有一種檢測方法可以滿足所有的要求，也就是免疫測定法[1,2]。雖然免疫測定法的形式多樣，但它們都具備類似的特征，使其具有快速、特異性高、靈敏度高和成本低廉的特點(diǎn)。從本質(zhì)上講，免疫測定技術(shù)以分子形式嵌構(gòu)而成。如果采取恰當(dāng)?shù)臏y定形式，無論涉及的基質(zhì)有多復(fù)雜，抗體、抗原和指示劑的正確組合幾乎能夠分析所有潛在的分析物。現(xiàn)在，適配體這類可結(jié)合配體也納入了抗體庫[3]。除了擴(kuò)大可檢測基團(tuán)的范圍，適配體使得分析人員不用依賴在動(dòng)物體內(nèi)制備多克隆抗體或在體外制備單克隆抗體這些昂貴且不完全可靠的方法，就能設(shè)計(jì)并合成配體。

當(dāng)然，這些說法必須要有根據(jù)。簡而言之，有人認(rèn)為使用抗體或適配體進(jìn)行形式多樣的免疫測定，可為各種形式的分析提供食品工業(yè)所需的特異性、靈敏度和簡便性，因此無需借助其他昂貴、復(fù)雜且耗時(shí)的測定手段。

如果單獨(dú)考慮檢測方法所要求的每種特性，我們便可以理解為何說免疫測定優(yōu)于其他所有的檢測方法。免疫測定的基礎(chǔ)是抗體與其對應(yīng)的特異性抗原之間的相互作用。檢測抗原/抗體相互作用的方法有很多。免疫診斷學(xué)的歷史表明，隨著技術(shù)的改善和測定技術(shù)的發(fā)展，檢測方法也得以發(fā)展[4]。酶標(biāo)記物的發(fā)展已經(jīng)催生了快速的視覺檢測系統(tǒng)。用酶標(biāo)記抗體，利用了抗體的結(jié)構(gòu)，使抗體分子獲得許多酶聯(lián)免疫吸附測定所需要的優(yōu)勢。圖3是免疫球蛋白G（IgG）的一般結(jié)構(gòu)。

IgG分子的重要特征是它由兩個(gè)部分組成，即抗原結(jié)合片段（Fab）和可結(jié)晶片段（Fc）。重點(diǎn)在于，它有兩個(gè)相同的抗原結(jié)合位點(diǎn)，能讓抗體分子同時(shí)與兩個(gè)抗原相互作用。該結(jié)構(gòu)也意味著當(dāng)標(biāo)記物和其他分子在Fc片段通過化學(xué)作用與抗體連接時(shí)，不會(huì)對結(jié)合位點(diǎn)產(chǎn)生干擾。這些特征與其他特征一起促進(jìn)了多種測定形式的發(fā)展。測定的形式基本上只有三種，即非競爭法、競爭法和夾心法，但是這三種基本形式有許多的衍生形式，人們可以選擇直接或間接檢測抗體抗原。因此，免疫吸附測定的基本概念就是抗體通過Fc片段固定在一個(gè)固體表面，讓Fab片段自由結(jié)合抗原。這一結(jié)合反應(yīng)的檢測方式可以是帶有第二個(gè)標(biāo)記抗體的夾心法，也可以是帶有標(biāo)記抗原的競爭法或非競爭法。競爭法指無標(biāo)記抗原會(huì)與標(biāo)記抗原競爭，非競爭法指所檢測的抗原在測定前已被標(biāo)記（圖4）。

圖3. IgG的一般結(jié)構(gòu)。Fab：抗原結(jié)合片段；Fc：可結(jié)晶片段；VH：重鏈可變區(qū)；VL：輕鏈可變區(qū)。

合適標(biāo)記物的開發(fā)一直是免疫測定開發(fā)的重要因素。起初，Ekins [5]及Yalow和Berson [6]介紹的是使用放射性標(biāo)記物的免疫測定。然而，引入酶標(biāo)記物后免疫測定的應(yīng)用才開始迅速發(fā)展，因?yàn)樗鉀Q了放射性物質(zhì)的處理問題。辣根過氧化物酶是最常用的酶，它能將過氧化氫轉(zhuǎn)化為氧氣和水，然后游離的氧氣會(huì)和一種恰當(dāng)?shù)脑谘趸瘯r(shí)變色的試劑反應(yīng)。分析人員還能從多種底物中進(jìn)行選擇。但是，在快速測定中使用的另一種可視化方法，即橫向流動(dòng)法，其通過附著膠體金或有色乳膠納米顆粒等固體顆粒，不僅可以有效減少測定的步驟，而且也能為檢測物質(zhì)的有無提供可視化指標(biāo)。圖 5展示了兩種可視化測定方式。

與質(zhì)譜、表面等離子共振和實(shí)時(shí)TaqMan聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）等非常復(fù)雜的測定方式相比，該類測定似乎相對簡單。但是，簡單正是其顯著優(yōu)勢，因?yàn)樵谒械臋z測技術(shù)中，免疫測定的性能是最優(yōu)秀的。例如，在表面等離子體共振等檢測方法中，速度是一個(gè)重要因素。許多檢測方法需要先提取特定分析物，然后才能進(jìn)行分析。但是對于免疫分析而言，只要分析物可溶于水性緩沖液，所需的準(zhǔn)備工作只是溶解樣品，接著抗體會(huì)達(dá)到特異性和靈敏度的要求。朝這些方向推進(jìn)免疫測定發(fā)展的一個(gè)例子是對大豆的檢測。最初，根據(jù)提取大豆蛋白所需時(shí)長，Hitchcock等[7]研發(fā)了一種耗時(shí)5天的免疫測定法。但是，Rittenburg等[8]將時(shí)間縮短到了30 min。他們使用6 mol·L–1的尿素提取蛋白質(zhì)并使蛋白質(zhì)變性，然后檢測稀釋尿素后得到的復(fù)性大豆。

表1總結(jié)了不同檢測方法的速度。

圖4. 檢測結(jié)合反應(yīng)的基本測定形式。（a）直接非競爭測定法；（b）直接競爭測定法；（c）夾心測定法。

分析食品摻假時(shí)，另一個(gè)本應(yīng)很重要的要求是靈敏度，但是摻假食品中添加的物質(zhì)含量并不少。摻假的目的是賺錢，食品中的摻假物越多，利潤就越大。因此，盡管靈敏度很重要，但對于摻假檢測而言，靈敏度并非必不可少。比較不同檢測方法所報(bào)道的靈敏度后可以發(fā)現(xiàn)，免疫測定法比最靈敏的替代法還要靈敏（表2）。

由表2可得，就靈敏度而言，1989年報(bào)道的增強(qiáng)酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）[9]是最靈敏的DNA測定的100倍。實(shí)際上，檢測特意降低了市面上肉類成分分析法的靈敏度。

食品分析的另一個(gè)方面是污染情況，它對檢測方式的靈敏度是有要求的。因?yàn)榕c摻假不同，污染其實(shí)是偶然情況，而且少量的污染物就能造成相當(dāng)大的危害（表 3是摻假和污染之間的對比）。

圖5. 快速測定形式。（a）橫向流動(dòng)式，利用乳膠標(biāo)簽將結(jié)果可視化；（b）試紙條式，利用酶將結(jié)果可視化。

免疫測定法具有很高的靈敏度，這是檢測有毒農(nóng)藥的一個(gè)重要條件，因?yàn)榧词罐r(nóng)藥的濃度非常低，也會(huì)帶來嚴(yán)重的健康問題。人們對微生物污染物的檢測也有同樣的考量。但是，對這些類型的物質(zhì)進(jìn)行基于DNA的測定是行不通的，因?yàn)檗r(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑和細(xì)菌毒素不含有DNA、RNA或核苷酸。

當(dāng)前，食品科學(xué)家在努力確保食品質(zhì)量時(shí)必須考慮更多的因素。在食物鏈中，從生產(chǎn)者到消費(fèi)者的環(huán)節(jié)更多了，食品生產(chǎn)的規(guī)模更大了，故意摻假和意外污染的機(jī)會(huì)也越來越多了。為了應(yīng)對這種日益復(fù)雜的情況，我們必須不斷保持警惕。為了有效監(jiān)管，我們需要了解各種不同類型的摻假物。只有經(jīng)常保持警惕，不斷檢測食品樣本以發(fā)現(xiàn)新的摻假物，我們的目標(biāo)才有可能實(shí)現(xiàn)。盡管法律法規(guī)已存在多個(gè)世紀(jì)，但摻假仍然是一個(gè)不斷發(fā)生且日益復(fù)雜的問題。有些形式的摻假對消費(fèi)者有害，有些則無害，而后者通常涉及欺詐。在不降低價(jià)格的情況下用更便宜的成分替代食品可以增加供應(yīng)商的利潤。據(jù)報(bào)道，此類欺詐行為最簡單的例子是在制作羊奶酪時(shí)用牛奶代替羊奶。除損害他人經(jīng)濟(jì)利益外，這沒有其他害處，但有些欺詐行為會(huì)帶來更大的危害。例如，在牛肉里摻豬肉或馬肉以增加牛肉售賣量，這觸犯了多種宗教和社會(huì)禁忌。除了造成他人經(jīng)濟(jì)損失外，還可能對其心理造成傷害。最嚴(yán)重的是，在食品中添加蘇丹紅和三聚氰胺等有毒物質(zhì)來增添色彩或增加表面蛋白質(zhì)含量，會(huì)導(dǎo)致消費(fèi)者死亡。因此，我們必須要考慮食品的嚴(yán)格定期監(jiān)管是否意味著人們需要研發(fā)高通量或多分析物的檢測方法。免疫測定再次脫穎而出，因?yàn)樗袧摿Πl(fā)展成可由機(jī)器控制的高通量測定方法。在非常簡單的條件下，我們可以利用如圖6所示的多線橫向流動(dòng)測定法，為食品業(yè)提供廉價(jià)快速的現(xiàn)場初步篩選檢測方法。

表1 根據(jù)單次測定用時(shí)對不同檢測方法進(jìn)行比較

表2 用于摻假測試的肉類檢測方法的靈敏度

表3 摻假和污染的對比

我們也許可以對各式各樣的化學(xué)污染物進(jìn)行這種簡單的判斷有無的檢測，而且特異性相當(dāng)高。中國的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室（江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）已開發(fā)了100多種不同的免疫測定，例如，在動(dòng)物屠宰前可快速無創(chuàng)地檢測豬尿中的可樂定[10]，還有免疫測定用于伏馬菌素B1的檢測[11]。

各種形式的免疫測定似乎能夠滿足食品工業(yè)的所有理想要求。但是，我們在有些領(lǐng)域仍需進(jìn)一步的努力?？贵w的生產(chǎn)可能會(huì)引發(fā)倫理學(xué)問題，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在必須使用動(dòng)物或動(dòng)物細(xì)胞來產(chǎn)生抗體。但是，我們還有另一種選擇。適配體具有與抗體一樣的結(jié)合特異性和靈敏度，其本質(zhì)上是短核苷酸序列，同時(shí)還有可以從頭合成的優(yōu)點(diǎn)。從所需的特定適配體組成的天然抗體庫中進(jìn)行選擇，可確定所需適配體的結(jié)構(gòu)。一旦知道了它們的序列，就可以根據(jù)需要對其進(jìn)行合成，從而避免與使用動(dòng)物有關(guān)的倫理問題[12]。

新型食品的研發(fā)，如用昆蟲研發(fā)的食品，為免疫測定研究提供了另一個(gè)機(jī)會(huì)，因?yàn)樾滦褪称窌?huì)帶來更多不同的在特殊基質(zhì)中摻假和污染的問題。由替代谷物或昆蟲蛋白制成的面粉很可能會(huì)通過混合谷物和混合蛋白產(chǎn)品進(jìn)入人們的飲食。

圖6. 能夠提供廉價(jià)快速的現(xiàn)場初步篩選檢測的多線橫向流動(dòng)法。

總而言之，為了確保食品安全并保護(hù)人們免受欺詐行為的傷害，我們需要時(shí)刻保持警惕，對食物鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管和檢測。在過去一萬多年的時(shí)間里，我們已經(jīng)出臺(tái)了大量的法律法規(guī)，但是法律的存在并不能阻止摻假和污染。引入?yún)^(qū)塊鏈方法或許可以確保食品在固定檢查點(diǎn)之間的安全，但是我們?nèi)匀恍枰獧z測區(qū)塊鏈空缺的地方?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多檢測方法可以使用，但還不夠全面，這為研究人員開發(fā)新型檢測方法提供了機(jī)會(huì)。能夠?yàn)槭称饭I(yè)提供常規(guī)、快速、簡單、廉價(jià)的現(xiàn)場檢測的方法也已存在。使用復(fù)雜精密的方法來開發(fā)驗(yàn)證性的檢測體系或許也很重要，但這些方法無法為業(yè)界提供常規(guī)檢測。最后，我們迫切需要制定可用于控制測試本身質(zhì)量的食品標(biāo)準(zhǔn)。在許多情況下，檢測是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，人們很少會(huì)去考慮分析物可能存在的基質(zhì)，也不會(huì)考慮分析物經(jīng)過的處理、加熱、干燥、酸洗等過程。因此，我們有必要制備以特定方式摻假或污染的標(biāo)準(zhǔn)樣品，在分析前經(jīng)過常規(guī)處理以證明測定方法的實(shí)用性、準(zhǔn)確性和精確性。因?yàn)槲覀冞€需要將烤箱/微波爐即食的全餐納入考量，這類餐食因?yàn)槭巢谋姸啵瑩郊倩蛭廴镜姆绞揭埠芏?，所以需要我們進(jìn)一步努力。為此，我們必須了解基質(zhì)如何影響檢測方法的靈敏度和特異性。

因此，我們需要進(jìn)行更多的測試，也就是已經(jīng)在真正的、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的食品中得到認(rèn)可的測試。在商定國際認(rèn)可的食品質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，我們應(yīng)該考慮以上所有因素。