食品中有害物質(zhì)檢測技術(shù)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(zhì)引發(fā)的安全事件時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人們的生命健康。食品中的有害物質(zhì)種類繁多，來源廣泛，包括重金屬污染、農(nóng)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(qiáng)的生物毒性，可在人體內(nèi)蓄積，對神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等造成損害；苯并芘是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，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(dāng)或添加量超標(biāo)，可能會轉(zhuǎn)化為亞硝胺類致癌物。因此，開發(fā)準(zhǔn)確、靈敏、高效的食品有害物質(zhì)檢測技術(shù)十分必要

1常見食品有害物質(zhì)概述

1.1總砷

總碑是食品中常見的有害物質(zhì)之一。砷廣泛存在于自然環(huán)境中，食品中的總砷主要源于土壤、水源污染以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含砷農(nóng)藥的使用。其以無機(jī)砷和有機(jī)砷形式存在，無機(jī)砷毒性較強(qiáng)，長期攝入可能引發(fā)多種健康問題，如皮膚病變、癌癥風(fēng)險增加等。例如，在一些海產(chǎn)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(wèi)生控制不當(dāng)，也可能引入總砷污染。嚴(yán)格監(jiān)測食品中總砷含量，對于保障食品安全、守護(hù)公眾健康意義重大[1]。

1.2 苯并芘

苯并芘[Benzo（a）pyrene，BaP]是多環(huán)芳烴類化合物中具有代表性的強(qiáng)致癌物質(zhì)，主要由有機(jī)物的不完全燃燒產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(fēng)險。

1.3 亞硝酸鹽

亞硝酸鹽是一類無機(jī)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(yè)中，亞硝酸鹽常被用作防腐劑、發(fā)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(xiàn)鮮艷的色澤。然而，亞硝酸鹽具有一定的毒性，當(dāng)人體攝入過量的亞硝酸鹽時，會與血液中的血紅蛋白結(jié)合，形成高鐵血紅蛋白，導(dǎo)致組織缺氧，引起中毒癥狀[2]。

2單一檢測技術(shù)分析

2.1色譜檢測技術(shù)

2.1.1 氣相色譜

氣相色譜（GasChromatography，GC）是利用不同物質(zhì)在氣相和固定相間的分配系數(shù)差異進(jìn)行分離和檢測的技術(shù)。其原理是將樣品氣化后，結(jié)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(fù)分配，由于各組分的分配系數(shù)不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。氣相色譜具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物的檢測。在食品有害物質(zhì)檢測中，氣相色譜可用于檢測食品中的農(nóng)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(shù)，該技術(shù)利用樣品中各組分在固定相和流動相間的分配系數(shù)、吸附能力等差異進(jìn)行分離。與氣相色譜相比，液相色譜無須對樣品進(jìn)行氣化，適用于分析高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、大分子化合物等。高效液相色譜（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）是目前應(yīng)用最為廣泛的液相色譜技術(shù)，具有分離效率高、分析速度快、檢測靈敏度高等特點(diǎn)。在食品有害物質(zhì)檢測中，HPLC可用于檢測食品中的亞硝酸鹽、重金屬離子絡(luò)合物等。

2.2 光譜檢測技術(shù)

2.2.1 原子吸收光譜

原子吸收光譜（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是基于氣態(tài)原子對特定波長光的吸收特性進(jìn)行定量分析的技術(shù)，其原理是將樣品溶液霧化后，在火焰或石墨爐中原子化，產(chǎn)生的基態(tài)原子吸收特定波長的光，根據(jù)吸光度與待測元素濃度的線性關(guān)系進(jìn)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(dá)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(dá) 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(zhì)分子對紫外-可見光區(qū)（ 200～800nm ）光的吸收特性進(jìn)行分析的技術(shù)。其原理是當(dāng)一束單色光通過樣品溶液時，溶液中的物質(zhì)分子會吸收特定波長的光，吸收程度與物質(zhì)濃度成正比。該方法具有操作簡單、成本低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品中多種有害物質(zhì)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(fā)射的分析技術(shù)。當(dāng)物質(zhì)分子吸收光子后，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后通過無輻射躍遷回到第一激發(fā)態(tài)的最低振動能級，再以發(fā)射光子的形式回到基態(tài)，從而產(chǎn)生熒光。熒光光譜法具有靈敏度高、選擇性好、檢測限低等優(yōu)點(diǎn)，在食品有害物質(zhì)檢測中，可用于檢測具有熒光特性的物質(zhì)，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(dá) 級別。

2.3 免疫分析技術(shù)

免疫分析技術(shù)是利用抗原與抗體間特異性結(jié)合的原理進(jìn)行分析的技術(shù)。其基本原理是將待測物質(zhì)（抗原）與標(biāo)記有某種信號物質(zhì)（如酶、熒光素、放射性同位素等）的抗體進(jìn)行特異性結(jié)合反應(yīng)，檢測標(biāo)記物的信號強(qiáng)度，從而確定待測物質(zhì)的含量。免疫分析技術(shù)具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、操作簡便、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于復(fù)雜樣品中微量有害物質(zhì)的檢測。在食品有害物質(zhì)檢測中，常用的免疫分析方法有酶聯(lián)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(nóng)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(biāo)板上，加入待測樣品和酶標(biāo)記的抗黃曲霉毒素抗體，經(jīng)過一系列反應(yīng)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(gòu)建基礎(chǔ)

3.1技術(shù)聯(lián)用的可行性分析

不同的檢測技術(shù)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)聯(lián)用可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，提高檢測的性能。例如，色譜技術(shù)具有強(qiáng)大的分離能力，但對化合物的結(jié)構(gòu)鑒定能力有限；質(zhì)譜技術(shù)具有較高的靈敏度和高分辨率，能夠準(zhǔn)確鑒定化合物的結(jié)構(gòu)，但對復(fù)雜樣品的分離效果不佳。將色譜技術(shù)與質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用，可先利用色譜進(jìn)行分離，再結(jié)合質(zhì)譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析，從而實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜樣品中多種有害物質(zhì)的同時檢測。此外，光譜技術(shù)和色譜技術(shù)的聯(lián)用也具有可行性。光譜技術(shù)可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和某些物理化學(xué)性質(zhì)信息，色譜技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)對混合物的分離，兩者聯(lián)用在分離的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。免疫分析技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)用也是一種可行的方法。免疫分析技術(shù)的特異性強(qiáng)，但在檢測復(fù)雜樣品時可能會受到基質(zhì)干擾。通過與色譜、光譜等技術(shù)聯(lián)用，樣品可以先進(jìn)行預(yù)處理和分離，減少基質(zhì)干擾，再利用免疫分析技術(shù)進(jìn)行高靈敏度的檢測。

3.2數(shù)據(jù)融合原理與方法

數(shù)據(jù)融合是多重分析方法構(gòu)建過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。數(shù)據(jù)融合是指將來自不同檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，以獲得更準(zhǔn)確、更全面的信息。數(shù)據(jù)融合的原理是基于不同檢測技術(shù)對同一物質(zhì)或不同物質(zhì)的不同特征進(jìn)行檢測，這些特征信息在一定程度上具有互補(bǔ)性。對這些互補(bǔ)信息的融合，可提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。常見的數(shù)據(jù)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(shù)的檢測結(jié)果進(jìn)行綜合決策。例如，對于某一食品樣品，分別采用色譜技術(shù)和免疫分析技術(shù)進(jìn)行檢測，根據(jù)兩種技術(shù)的檢測結(jié)果，結(jié)合一定的決策規(guī)則（如投票法、加權(quán)平均法等）來判斷樣品中是否含有目標(biāo)有害物質(zhì)以及其含量的高低。決策層融合的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，對各檢測技術(shù)的依賴性較小，但信息損失較大，可能會影響檢測的準(zhǔn)確性。 ② 特征層融合是將不同檢測技術(shù)提取的特征信息進(jìn)行融合。這種融合方法旨在通過結(jié)合多種數(shù)據(jù)源的優(yōu)勢，提升系統(tǒng)的整體性能，如提高檢測精度、增強(qiáng)魯棒性或拓展感知范圍。

4常見的多重分析方法實(shí)例

4.1色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品有害物質(zhì)檢測中的應(yīng)用

在食品中總砷等重金屬檢測領(lǐng)域，色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)展現(xiàn)出卓越的性能。以氣相色譜－質(zhì)譜技術(shù)（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）為例，由于總砷等重金屬通常不以氣態(tài)形式存在，需要對樣品進(jìn)行前處理，以將其轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物。例如，采用氫化物發(fā)生法，將食品樣品中的總砷轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性氫化物，然后結(jié)合氣相色譜進(jìn)行分離。氣相色譜的高分離能力能夠?qū)⒉煌瑩]發(fā)性物質(zhì)分開，隨后進(jìn)人質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測。質(zhì)譜儀依據(jù)離子的質(zhì)荷比進(jìn)行定性和定量分析，可以實(shí)現(xiàn)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(lián)質(zhì)譜（Liquid Chromatography-TandemMassSpectrometry，LC-MS/MS）在總砷檢測中也發(fā)揮著重要作用。對于一些難以氣化的總砷化合物，或者在復(fù)雜食品基質(zhì)中的總砷檢測，液相色譜的優(yōu)勢也較為明顯。在檢測富含蛋白質(zhì)、脂肪等復(fù)雜成分食品中的總砷時，運(yùn)用合適的消解方法將樣品中的總砷轉(zhuǎn)化為離子態(tài)，然后利用液相色譜進(jìn)行分離。液相色譜可根據(jù)離子的電荷、大小等特性對總砷離子進(jìn)行有效分離，再與串聯(lián)質(zhì)譜儀聯(lián)用。串聯(lián)質(zhì)譜通過多級離子化過程，能夠更準(zhǔn)確地對總砷離子進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析，有效排除復(fù)雜基質(zhì)的干擾，提高檢測的靈敏度和選擇性，對總砷的檢測限可達(dá) ng?kg^-1 級別，為食品安全風(fēng)險評估提供有力的數(shù)據(jù)支持。

4.2光譜-色譜聯(lián)用技術(shù)在復(fù)雜樣品檢測中的應(yīng)用苯并芘作為一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，廣泛存在于煙熏、

燒烤等食品中，且其檢測常面臨復(fù)雜樣品基質(zhì)的干擾。光譜-色譜聯(lián)用技術(shù)為此提供了有效的解決方案。以高效液相色譜-熒光光譜聯(lián)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(jù)苯并芘與其他雜質(zhì)在固定相和流動相間分配系數(shù)的差異，將苯并芘從復(fù)雜的食品基質(zhì)中分離出來。分離后的苯并芘進(jìn)入熒光光譜儀進(jìn)行檢測。苯并芘具有熒光特性，在特定波長的激發(fā)光照射下會發(fā)射出熒光，檢測熒光強(qiáng)度可對苯并芘進(jìn)行定量分析。這種聯(lián)用技術(shù)結(jié)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(fù)雜樣品中其他物質(zhì)的干擾，對苯并芘的檢測限可達(dá)ng?L^-1 級別，提高檢測的準(zhǔn)確性，為保障食品中苯并芘檢測的可靠性提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

4.3液相-熒光和電感耦合等離子體-熒光檢測技術(shù)在檢測總砷（三價砷和五價砷）含量中的應(yīng)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(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。液相色譜能基于物質(zhì)在固定相和流動相中的分配系數(shù)差異，將三價砷和五價碑有效分離。分離后的組分進(jìn)入熒光檢測器，特定波長的光激發(fā)砷化合物，使其發(fā)射熒光，通過檢測熒光強(qiáng)度來定量分析;電感耦合等離子體-熒光檢測技術(shù)則是利用電感耦合等離子體將樣品中的砷原子化并激發(fā)，使其發(fā)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(lǐng)域，運(yùn)用這兩種技術(shù)，可準(zhǔn)確得知食品中不同價態(tài)砷的含量，判斷是否存在毒性較高的三價碑超標(biāo)問題，為食品安全風(fēng)險評估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而保障消費(fèi)者的健康安全。

4.4免疫分析與其他技術(shù)的聯(lián)用策略

在食品中亞硝酸鹽檢測方面，免疫分析與其他技術(shù)的聯(lián)用具有獨(dú)特優(yōu)勢。以ELISA-離子色譜聯(lián)用為例，ELISA可基于抗原抗體特異性結(jié)合的原理，將亞硝酸鹽作為抗原，與酶標(biāo)記的抗體進(jìn)行反應(yīng)。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(diǎn)。

對于初步檢測為陽性的樣品，再采用離子色譜進(jìn)行進(jìn)一步的精確分析。離子色譜可根據(jù)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(jìn)行分離和定量測定，能夠準(zhǔn)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(lián)用策略既能發(fā)揮免疫分析的快速篩選優(yōu)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(zhǔn)確性。

5結(jié)語

食品中有害物質(zhì)的檢測對于保障公眾健康和食品安全至關(guān)重要，單一的檢測技術(shù)雖然在各自的領(lǐng)域發(fā)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(shù)聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，顯著提高了檢測的準(zhǔn)確性、靈敏度和效率。在構(gòu)建多重分析方法時，需要充分考慮技術(shù)聯(lián)用的可行性，并合理運(yùn)用數(shù)據(jù)融合原理和方法。常見的多重分析方法如色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、光譜－色譜聯(lián)用技術(shù)以及免疫分析與其他技術(shù)的聯(lián)用策略，在食品中總砷、苯并芘、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)的檢測中均取得了良好的應(yīng)用效果。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的檢測技術(shù)和聯(lián)用方法將不斷涌現(xiàn)，為食品安全檢測提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持，助力保障人們的飲食安全。未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對多重分析方法的研究和優(yōu)化，提高其在實(shí)際檢測中的應(yīng)用水平，同時注重檢測技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，以更好地應(yīng)對日益復(fù)雜的食品安全挑戰(zhàn)。

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