食品中常見有害物質(zhì)檢測技術(shù)及其應(yīng)用

趙燦 王冰潔 王小寧 劉云飛 高方澤

摘 要：隨著食品安全問題的增加，食品中有害物質(zhì)的檢測顯得尤為重要。本文闡述食品中有害物質(zhì)類型，總結(jié)食品中常見有害物質(zhì)檢測技術(shù)及其應(yīng)用，旨在通過技術(shù)進(jìn)步提高食品安全水平，保護(hù)公眾健康。

關(guān)鍵詞：食品安全；有害物質(zhì)；檢測技術(shù)

Detection Technology and Application of Common Harmful Substances in Food

ZHAO Can1， WANG Bingjie1， WANG Xiaoning1， LIU Yunfei1， GAO Fangze2

（1.Inner Mongolia Autonomous Region Market Supervision and Management Evaluation and Inspection Center， Hohhot 010000， China;

2.Institute of Metrology and Testing， Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot 010060， China）

Abstract： With the increase of food safety problems， the detection of harmful substances in food is particularly important. This paper describes the types of harmful substances in food， summarizes the detection technology of common harmful substances in food and its application， aiming to improve the level of food safety and protect public health through technological progress.

Keywords： food safety; harmful substances; detection technique

食品安全問題一直是人們的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。食品中的有害物質(zhì)如重金屬、農(nóng)藥殘留、食品添加劑、天然毒素與微生物污染構(gòu)成了食品安全的主要威脅。準(zhǔn)確快速地檢測這些有害物質(zhì)對(duì)確保食品安全至關(guān)重要。

1 食品中有害物質(zhì)類型

食品中的有害物質(zhì)主要包括以下幾類。①重金屬，如鉛、汞、鎘和砷，它們可能因環(huán)境污染或生產(chǎn)過程中的污染而進(jìn)入食物鏈，對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。②農(nóng)藥殘留，如殺蟲劑、除草劑等，這些化學(xué)物質(zhì)會(huì)在農(nóng)作物生長過程中使用，殘留在食品中可能影響消費(fèi)者健康。③食品添加劑，雖然添加劑可提高食品色澤、口感和保質(zhì)期，但過量或不當(dāng)使用可能導(dǎo)致消化不良、過敏等不良反應(yīng)。④天然毒素，如黃曲霉素、赭曲霉素等，會(huì)在不當(dāng)儲(chǔ)存條件下產(chǎn)生，可引起肝臟等器官損傷。

2 食品中常見有害物質(zhì)檢測技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)檢測技術(shù)

2.1.1 化學(xué)分析法

傳統(tǒng)的化學(xué)分析法是食品中常見的有害物質(zhì)檢測的技術(shù)之一，主要包括滴定法和重量分析法。滴定法涵蓋了氧化還原滴定、酸堿滴定和絡(luò)合滴定等技術(shù)，用于分析食品中的各類化學(xué)成分。氧化還原滴定主要用于測定食品中的氧化劑和還原劑含量，酸堿滴定用于確定食品的酸堿性，絡(luò)合滴定則適用于檢測食品中的金屬離子；重量分析法是通過測定分析物的凈重來進(jìn)行定量分析。傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法精確且可靠，盡管操作過程可能較為煩瑣，但仍在食品安全領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

2.1.2 微生物檢測法

微生物檢測法是食品安全檢測中的另一項(xiàng)重要技術(shù)，用于評(píng)估食品中的微生物污染程度。平板計(jì)數(shù)法是通過將稀釋后的樣品接種到營養(yǎng)培養(yǎng)基上，經(jīng)過一定時(shí)間的培養(yǎng)，通過計(jì)數(shù)培養(yǎng)基上生成的菌落，估算出食品樣品中的細(xì)菌總數(shù)。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，是目前國際上公認(rèn)的食品微生物檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。最可能數(shù)法是一種用于估計(jì)樣品中特定微生物（如大腸桿菌群）濃度的統(tǒng)計(jì)方法。它通常將多個(gè)稀釋級(jí)別的樣品接種到特定培養(yǎng)基中，然后根據(jù)正反應(yīng)的管數(shù)來估算微生物的數(shù)量。最可能數(shù)法不依賴于單個(gè)菌落的形成，因此適用于無法形成獨(dú)立菌落的微生物的檢測。

2.2 先進(jìn)檢測技術(shù)

2.2.1 儀器分析技術(shù)

高效液相色譜與質(zhì)譜被認(rèn)為是目前食品分析領(lǐng)域中的尖端儀器技術(shù)。高效液相色譜是根據(jù)不同化合物在液相色譜柱上保留時(shí)間的差異來實(shí)現(xiàn)分離，可對(duì)食品中各種化學(xué)物質(zhì)如添加劑、防腐劑和色素進(jìn)行定量檢測。相比常規(guī)氣相色譜，高效液相色譜在分析非揮發(fā)性和極性化合物方面具有更多優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)譜分析技術(shù)主要是通過測量樣本分子的質(zhì)荷比（m/z）來實(shí)現(xiàn)其識(shí)別和量化，是一種非常敏感且精確的分析手段。此外，高效液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品的高通量和高分辨率分析，目前被廣泛應(yīng)用于食品中有害物質(zhì)的檢測，如農(nóng)藥殘留、藥物殘留和生物毒素等。

2.2.2 生物傳感技術(shù)

生物傳感技術(shù)可為食品安全檢測提供一種快速敏感的解決方法。免疫傳感器是利用抗體和抗原的特異性，對(duì)食品中的蛋白質(zhì)、毒素和微生物進(jìn)行檢測。免疫傳感器技術(shù)具有選擇性強(qiáng)、靈敏度高、能在短期內(nèi)得出檢測結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)。DNA生物芯片是一種基于核酸探針與目標(biāo)DNA特異性結(jié)合的技術(shù)，能夠同時(shí)檢測食品中的多種病原體或基因改造成分。生物芯片技術(shù)所具有的高通量篩選能力，使其在食品安全檢測方面具有極大的潛能。這類生物傳感器的研制大大促進(jìn)了食品檢測向著現(xiàn)場快速檢測的方向邁進(jìn)，對(duì)食品的質(zhì)量控制與安全監(jiān)管具有十分重要的意義。

2.3 快速檢測技術(shù)

2.3.1 便攜式檢測設(shè)備

在食品安全和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，便攜式檢測設(shè)備如便攜式光譜儀越來越受到歡迎。便攜式光譜儀包括拉曼光譜儀、近紅外光譜儀和紫外-可見光譜儀等。這些設(shè)備可以快速識(shí)別化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和組成，適用于對(duì)食品中營養(yǎng)成分、摻假、變質(zhì)等進(jìn)行快速現(xiàn)場檢測。隨著科技的進(jìn)步，便攜式光譜儀的分辨率和準(zhǔn)確性得到了顯著提高，同時(shí)集成的數(shù)據(jù)處理軟件也使得非專業(yè)人員能夠快速得到可靠的檢測結(jié)果。

2.3.2 在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

電子鼻作為一種模仿人類嗅覺的檢測裝置，能夠通過傳感器陣列來識(shí)別和分析氣味樣本中的揮發(fā)性化合物，這對(duì)于評(píng)估食品的新鮮度、變質(zhì)程度和風(fēng)味是非常適用的。電子舌模仿了人類的味覺體驗(yàn)，它利用各種傳感器來分析溶液中的味道成分，從而評(píng)估食物的酸度、甜度、苦度和咸度等基礎(chǔ)味覺屬性。通過傳感器信號(hào)模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析，這些系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜味道與氣味快速的精確判斷。在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)具有可提供持續(xù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和生產(chǎn)過程異常預(yù)警等優(yōu)點(diǎn)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，這類系統(tǒng)能夠接入網(wǎng)絡(luò)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測管理，對(duì)確保食品生產(chǎn)過程持續(xù)穩(wěn)定具有重要意義。

2.3.3 智能化檢測系統(tǒng)

智能化檢測系統(tǒng)，特別是基于人工智能的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，在食品安全領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。這些系統(tǒng)通過結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、模式識(shí)別等先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠處理和分析海量的檢測數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品質(zhì)量和安全的高精度評(píng)估。人工智能平臺(tái)可以從多個(gè)檢測設(shè)備，如便攜式光譜儀、電子鼻、電子舌等收集數(shù)據(jù)，通過強(qiáng)大的算法模型分析這些數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式和關(guān)系，從而進(jìn)行食品成分的鑒別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和質(zhì)量控制。智能化檢測系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢在于其自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，可以隨著數(shù)據(jù)量的增加而不斷優(yōu)化檢測準(zhǔn)確性和效率。

3 食品中常見有害物質(zhì)檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 食品中重金屬檢測方面

在食品中重金屬檢測領(lǐng)域，原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法是目前廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。原子吸收光譜法適用于多種重金屬的定量分析，具有操作簡便、成本相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)。原子熒光光譜法在某些特定重金屬如汞、砷的檢測中顯示出較高的靈敏度和特異性。而電感耦合等離子體質(zhì)譜法以其靈敏度高、動(dòng)態(tài)檢測范圍寬和能夠同時(shí)檢測多種元素的能力，在痕量及超痕量重金屬檢測方面占據(jù)重要地位。這些技術(shù)通過精確測定食品樣品中的重金屬含量，對(duì)食品安全監(jiān)控提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。隨著技術(shù)的進(jìn)步，便攜式X射線熒光光譜儀也開始被用于現(xiàn)場快速檢測重金屬，盡管它的準(zhǔn)確度和靈敏度可能不如實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)的方法，但在快速篩查和現(xiàn)場檢測方面顯示出明顯優(yōu)勢。鄭巖[1]開發(fā)了一種基于石墨烯紙的電化學(xué)傳感器，用于食品中有害物質(zhì)的快速檢測。該項(xiàng)技術(shù)突破了傳統(tǒng)檢測方法的限制，提供了一種快速、靈敏且成本效益高的檢測手段，特別適合于重金屬的現(xiàn)場檢測和快速篩查。

3.2 糧食儲(chǔ)藏中天然毒素檢測方面

糧食在生長、收獲或儲(chǔ)藏過程中會(huì)產(chǎn)生天然毒素，如黃曲霉素、赭曲霉素等真菌毒素。這些毒素對(duì)于人體健康具有潛在的影響。因此，監(jiān)測糧食中的天然毒素是預(yù)防食品中毒和保障公共健康的必要措施。目前，黃曲霉素的檢測方法包括免疫學(xué)方法、薄層色譜和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等。其中，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)由于其高靈敏度和準(zhǔn)確性，被廣泛應(yīng)用于糧食中天然毒素的檢測。近年來，新型檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)了糧食中天然毒素檢測的準(zhǔn)確性和效率。邱月[2]探索了塑料食品接觸材料中有害物質(zhì)的超高效液相色譜檢測方法及其遷移規(guī)律。雖然這項(xiàng)研究主要集中在食品包裝材料的檢測，但其采用的高效液相色譜技術(shù)同樣適用于糧食中天然毒素的檢測，進(jìn)一步提高了檢測的效率和準(zhǔn)確性。

3.3 食品加工中微生物污染檢測方面

微生物污染包括細(xì)菌、病毒、酵母和霉菌等，在食品加工過程中的控制至關(guān)重要。傳統(tǒng)的微生物檢測方法，如平板計(jì)數(shù)法和最可能數(shù)法，雖然被廣泛應(yīng)用，但存在諸多不足，包括耗時(shí)長和勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了克服這些限制，近年來，分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如聚合酶鏈反應(yīng)、實(shí)時(shí)定量PCR和基因測序等技術(shù)，已被廣泛引入微生物污染檢測中。這些技術(shù)能夠提供快速、準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，極大地提高了食品安全監(jiān)測的效率。在食品安全檢測領(lǐng)域，雖然微生物污染的檢測受到了重視，但對(duì)有害化學(xué)物質(zhì)殘留的檢測也同樣關(guān)鍵?？贾緩?qiáng)等[3]對(duì)食品安全檢測中重要有機(jī)有害化學(xué)物質(zhì)的殘留檢測技術(shù)進(jìn)行了探析。雖然該研究集中于化學(xué)物質(zhì)的檢測，但其所涉及的技術(shù)和方法對(duì)提升食品中微生物檢測的效率和準(zhǔn)確性同樣具有借鑒意義。此外，李攻科[4]的研究聚焦于食品中有害物質(zhì)的表面增強(qiáng)拉曼光譜快速檢測技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)研究與裝置開發(fā)。雖然此研究主要針對(duì)化學(xué)物質(zhì)的檢測，但表面增強(qiáng)拉曼光譜作為一種高靈敏度的檢測手段，其原理和技術(shù)裝置的開發(fā)對(duì)于微生物檢測技術(shù)的創(chuàng)新同樣具有啟示作用。特別是在追求快速、現(xiàn)場可操作的微生物污染檢測方法的當(dāng)下，表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其裝置的開發(fā)為微生物污染的快速監(jiān)測提供了新的

思路。

3.4 果蔬中農(nóng)藥殘留檢測方面

在果蔬中農(nóng)藥殘留的檢測領(lǐng)域，氣相色譜、液相色譜及其質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是分析果蔬中多種農(nóng)藥殘留類型和含量的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)因其高精度和高靈敏度而被廣泛采用，能夠提供詳盡的農(nóng)藥殘留譜。例如，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)因優(yōu)異的分離和鑒定能力，被認(rèn)為是農(nóng)藥殘留分析中的黃金標(biāo)準(zhǔn)。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)則在分析極性和熱不穩(wěn)定農(nóng)藥方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢。快速檢測方法，如酶聯(lián)免疫吸附測定和免疫層析技術(shù)，提供了現(xiàn)場快速篩查農(nóng)藥殘留的解決方案。這些方法由于操作簡便、快速且成本較低，特別適用于現(xiàn)場快速檢測和初步篩查。高通量篩查技術(shù)，尤其是基于質(zhì)譜的多殘留檢測方法，能夠同時(shí)檢測數(shù)百種農(nóng)藥殘留，為監(jiān)管部門和食品安全檢測實(shí)驗(yàn)室提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。這種技術(shù)能夠處理大量樣品，同時(shí)保持高精度和高效率，極大地提高了檢測的效率和覆蓋范圍。宋天銘[5]在其研究中提出了一種食品中3種常見有害物質(zhì)的電化學(xué)檢測方法。該研究不僅拓寬了農(nóng)藥殘留檢測的技術(shù)范疇，還為檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了新的視角。其強(qiáng)調(diào)了電化學(xué)檢測方法在簡便、快速檢測食品安全領(lǐng)域的潛力，尤其是在低成本和高效率要求的背景下。

4 結(jié)語

隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品中的有害物質(zhì)檢測技術(shù)也不斷進(jìn)步。這些技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了食品中有害物質(zhì)的檢測效率和準(zhǔn)確性，對(duì)保障公眾健康具有關(guān)鍵作用。未來，隨著科技的不斷革新，食品檢測技術(shù)將進(jìn)一步向著更高的靈敏度、更快的檢測速度和更廣的監(jiān)測范圍發(fā)展，以更好地服務(wù)于食品安全保障體系。

參考文獻(xiàn)

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[2]邱月.塑料食品接觸材料中有害物質(zhì)的超高效合相色譜檢測方法及遷移規(guī)律研究[EB/OL].（2020-11-16）[2024-01-15].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=9CXCstbk-tutgq8ytEMD_badzirs26BZno_crVjsi0YqZmQ7kZIPmgHyZvvYm6Q2aFWovjnfFyUKvyPTPjNv_wZ2AN_jURqR8LT9MtvMJV0KmqXiOq-fGbmZ-jXRzNuO5wR1_zOB1Kpve5-0wnwlqQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS.

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[5]宋天銘.食品中三種常見有害物質(zhì)的電化學(xué)檢測方法研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2015.