我国食品元素分析方法标准体系现状分析与探讨

张志杨, 张志薇,2, 王 仲, 王 博,4, 毛雪飞*, 刘霁欣*, 王 敏

1.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所, 农业部农产品质量安全重点实验室, 北京 100081;2.河北工程大学生命科学与食品工程学院, 河北 邯郸 056038;3.北京市优质农产品产销服务站, 北京 100101;4.吉林大学化学学院, 长春 130012



我国食品元素分析方法标准体系现状分析与探讨

张志杨1, 张志薇1,2, 王 仲3, 王 博1,4, 毛雪飞1*, 刘霁欣1*, 王 敏1

1.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所, 农业部农产品质量安全重点实验室, 北京 100081;2.河北工程大学生命科学与食品工程学院, 河北 邯郸 056038;3.北京市优质农产品产销服务站, 北京 100101;4.吉林大学化学学院, 长春 130012

对我国有关食品元素分析方法的国家和行业标准进行了梳理，对标准体系的发布类型、技术归口、时效性、技术性指标等情况进行了分析，剖析了标准体系中存在的多头管理、构架不合理、交叉重复等问题，以及时效性、技术性、实用性等方面的不足，并为我国食品元素分析方法标准体系的进一步清理整顿提出了对策建议，以期为我国食品元素分析方法标准体系的统一提供参考。

食品；元素；检测方法；标准体系

为了维持自身正常的生命活动，人体需要从食物中不断补充所需要的元素，其中钾(K)、钠(Na)、硫(S)、磷(P)、铁(Fe)、锌(Zn)、钼(Mo)等是人体的必需元素。必需元素摄入过量或不足，以及各元素水平不平衡，都会不同程度地引起人体生理的异常或疾病的发生。除必需元素外，砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)等有害元素也会通过食物的摄入而危害人体健康。因此，食品中元素的监测工作对于保障食品安全至关重要，而元素分析方法标准是各级检测机构和实验室开展工作的基础。特别是食品安全国家标准规定的强制性方法标准，更是执行《食品安全法》和《农产品质量安全法》的技术依据。但是，长期以来我国食品安全监管的状态是“九龙治水、多头管理”，各行业部门在制定国家和行业标准时往往按照行业需求和习惯，既有交叉重复，也有指标冲突，甚至涉及部分食品安全国家标准的技术方法。2012年，卫生部发布《食品标准清理工作方案》(卫办监督函〔2012〕913号)，经过几年的清理整顿，食品安全国家标准在整个标准体系中的核心地位得以确立和巩固。但是，目前与食品相关的元素分析方法标准依然多达94项，部分标准尚未及时废止或修订，标准之间交叉、重复甚至矛盾的问题依然存在。当前是食品安全“十三五”规划实施的关键时期[1]，为配合《食品安全法》(2015年修订)和即将颁布实施的《食品安全法实施条例》(修订)，急需对各类食品标准进行彻底清理，才能做到有标可依、依而不乱。因此，在食品安全监管重要内容的元素分析领域，对现有的国家和行业标准体系进行全面的整理和分析提出清理整顿的意见和建议势在必行。

1 我国食品元素分析方法标准体系现状

1.1 总体情况

目前，我国涉及食品(含食品添加剂)元素分析方法的国家和行业标准共有94项(表1)，覆盖的元素种类超过53个，主要包括：P、S、I等非金属元素，K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Se等营养元素，Pb、Hg、Cd、Cr等重金属元素，以及La、Ce、Pr等稀土元素。若按照采标的前处理和仪器方法计(表2和表3)，上述标准共涉及155项次前处理方法和133项次仪器方法。其中，有10项标准涉及元素形态分析，包括砷、汞、锡、铬、锗等元素。

1.2 标准类型及技术归口情况

在各类标准中(表1)，国家标准有51项，包括强制性国家标准(GB)14项，推荐性国家标准(GB/T)37项，其中有4项粮油检测，9项肉品、淀粉制品，6项茶叶、蜂产品，2项果蔬产品，1项放射元素的方法标准分别由粮食、商业、供销、质检、环保等部门制定；行业标准43项，涉及农业(NY/T和SC/T)18项、出入境(SN/T)19项、轻工业(QB/T)4项、商业(SB/T)1项以及卫生(WS)1项。可见，国家标准是食品元素分析方法标准的主要标准类型，但实际上制定部门包括卫生、质检、粮食、商业、供销、环保等，再加上行业标准的农业、出入境和轻工部门，现行有效的食品元素分析方法共涉及9个行业部门。当然，各部门的需求具有一定的差异性，但总体来看，元素分析方法特别是重金属和微量元素分析的前处理技术和仪器方法，具有较强的通用性，清理、合并的空间较大。

表1 标准归口单位统计表Table 1 The source of standards.

1.3 标准的时效性情况

从图1可以看出，现行有效的94项标准中大部分是2006年以后制定的(共68项)，占总数的72.3%，其中2006-2010年的标准数最多，有35项。但是，如果按照《标准化法》5年一修订的要求，仍有68%的标准超过5年。此外，标龄超过10年的接近总数的28%，其中最长的标准是1988年制定的。

图1 标准制定时间分布情况Fig.1 The establishment time of standards.

1.4 标准的技术性概况

1.4.1 样品前处理方法 标准中样品前处理方法共有12种(表2)，其中湿法消解、微波消解法、干灰化法、高压密闭消解法和提取分离等采用率最高。这基本体现了当前元素分析所需样品前处理的主流技术，其中湿法消解法、微波消解法、干灰化法是元素总量分析最常用的技术，这些消解方法多采用酸消解处理，如硝酸、盐酸、高氯酸等。

提取、萃取等方法既可用于总量分析，如GB 5009.12-2010《食品安全国家标准 食品中铅的测定》测定总Pb方法之一“萃取分离”，也可用于元素形态分析，如GB 5009.215-2016《食品安全国家标准 食品中有机锡的测定》测定有机锡采用了“萃取法”。对于元素形态分析来说，提/萃取是整个分析过程的关键也是难点，元素形态的准确测定取决于提/萃取溶剂种类、处理温度、时间、振荡方式、辅助手段(如微波)等。

其他方法如回流法、离子交换吸附、灰化蒸馏、水搅拌溶解、直接稀释法等，大都是针对特殊元素分析或特殊样品基质，如QB/T 1035.1-1991《食品添加剂 三聚磷酸钠 重金属(以铅计)含量的测定》采用水搅拌溶解是针对以Pb计的重金属总量，而QB/T 1035.2-1991《食品添加剂 三聚磷酸钠 砷含量的测定》采用回流法则是针对磷酸盐这样的特殊基质。

表2 样品前处理方法统计Table 2 The sample preparation methods of standards.

注：按标准中出现的方法种类计，因此总数大于标准项数。

1.4.2 仪器方法 标准中所采用的仪器方法共有23种(表3)，按照仪器分析原理主要包括原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)、分光光度法等光谱仪器，气相色谱法(GC)等色谱仪器，以及滴定法等理化分析设备等；如果涉及元素形态分析，可能还会在光谱仪器前段加装分离系统，如GB 5009.11-2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》采用液相色谱(LC)与ICP-MS或AFS串联，GB 5009.17-2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》采用LC与AFS串联。从表3的统计结果可以看出，各种仪器方法中AAS、AFS、ICP-MS、ICP-AES以及分光光度计是标准中最为常用的。其中，石墨炉原子吸收法(GFAAS)、氢化物发生AFS法(HG-AFS)、ICP-MS特别适合痕量或超痕量元素的分析，如GB 5009.12-2010《食品安全国家标准 食品中铅的测定》、SN/T 0856-2011《进出口罐头食品中锡的检测方法》。从分析灵敏度看，ICP-MS最高，且动态线性范围宽、可多元素分析，但价格贵、操作复杂、运行和维护成本高；GFAAS是目前我国元素分析的主力仪器，适用的元素种类多，但对于Hg、As、Se等的元素分析能力不足；HG-AFS与GFAAS的分析灵敏度相当，而价格更低，是我国唯一具有自主知识产权的大型分析仪器，特别适合Hg、As、Se等日盲区元素，但可分析的元素仅限这十几种。在常量和微量元素分析方面，分光光度法、火焰原子吸收(FAAS)、ICP-AES等较为常用，如GB/T 5009.13-2003《食品中铜的测定》、NY/T 1653-2008《蔬菜、水果及制品中矿质元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法》。FAAS成本低、使用简单，是基层实验室必备的元素分析仪器；ICP-AES具有动态线性范围宽、多元素分析优势，在有条件的实验室可以取代FAAS。对于部分常量元素分析，滴定法、比色法等简易方法也完全能够胜任，如GB/T 14610-2008《粮油检验 谷物及制品中钙的测定》、GB/T 5009.14-2003《粮油检验 食品中锌的测定》。值得注意的是，国家标准很少采用ICP-MS或ICP-AES等多元素分析方法。

表3 仪器方法统计Table 3 The instrumental methods of standards.

注：按标准中出现的方法种类计，因此总数大于标准项数。

2 我国食品元素分析方法标准体系存在的问题与对策建议

2.1 加强标准体系的顶层设计，推进跨部门联合制标

长期以来，我国实行“分段管理为主、产品管理为辅”的食品安全管理体制[2]，涉及农业、粮食、林业、供销、轻工、商业、质检、卫生、食药、工商等多个部门。以大米为例，产前归农业部门管，收储归粮食部门管理，销售归工商管理，加工归质检管理，餐饮归食药部门管理，管理部门过多。随着《食品安全法》的深入实施，为了解决这一问题，2013年《关于国务院机构改革和职能转变的方案》发布，新的国家食药监总局成立，食品安全由“多段管理”转变为“两段式管理”，即产前农业部门、产后食药部门。而且，部分地方政府已经将食品安全和农产品质量安全的管理统一到食药部门。然而，由于食品元素分析方法标准多是2013年之前制定，因此标准体系依然体现为“多头管理”的特点，涉及卫生、农业、质检、出入境、粮食、商业、供销、轻工、环保等多个部门。因此，当前急需加强标准体系的顶层设计、打破部门分割，优先突出《食品安全法》和《农产品质量安全法》需求，将事关食品安全的标准制修订职能集中到一个标准化技术委员会或管理部门之下，以国家标准的形式统一发布。同时，根据《国务院关于印发深化标准化工作改革方案的通知》 [国发(2015)13号]的要求，突出团体标准在非食品安全标准体系中的核心地位，发挥官方授权的行业协会在食品元素分析方法标准制定中的主导作用和灵活创新的优势[3]。对于食品元素分析方法这样通用性强的技术标准，应成立跨行业的团体标准联合技术专家组，拥有标准制修订的决定权；在标准制修订过程中，由各行业提出制修订需求，统一发布标准制修订规划和工作指南，提倡跨部门、多单位联合制标。

2.2 继续推动标准的清理整顿，做到及时废止、整合和修订

对于食品元素分析方法标准来说，从顶层设计入手是解决标准体系交叉、重复等问题的治本之策。但就当前阶段来说，迫切需要针对性地推动标准体系的清理整顿，建议标准化管理部门采取如下措施：一是针对与强制性食品安全国家标准交叉的推荐性国家或行业标准，应立即发布公告予以废止或终止其中相应技术内容。据不完全统计，目前共有31项推荐性国家和行业标准与10项食品安全国家标准有交叉，详细的目录见表4。二是推荐性国家和行业标准之间相互交叉、重复的，应成立食品元素分析技术标准专家组

表4 与食品安全国家标准交叉重复的标准目录Table 4 The standards conflicting with the national standards of food safety.

续表

注：①GB 5009.123-2014《食品安全国家标准 食品中铬的测定》；②GB 5009.12-2010《食品安全国家标准 食品中铅的测定》；③GB 5009.15-2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》；④GB 5009.11-2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》；⑤GB 5009.17-2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》；⑥GB 5009.93-2010《食品安全国家标准 食品中硒的测定》；⑦GB 5009.94-2012《食品安全国家标准 植物性食品中稀土元素的测定》；⑧GB 5009.74-2014《食品安全国家标准 食品添加剂中重金属限量试验》；⑨GB 5009.76-2014《食品安全国家标准 食品添加剂中砷的测定》；⑩GB 5009.16-2014《食品安全国家标准 食品中锡的测定》。

予以论证，提出废止、合并和修订意见，建议部分问题突出、行业需求性强的标准统一制定或修订为推荐性国家标准。例如，出入境标准(SN)与国家标准多有重复和交叉，虽然出入境检验检疫所需方法有部分特殊要求，但就现有的元素分析方法标准而言，几乎都是通用性的，因此相关的SN系列标准有必要重新审视。农业、商业、供销、粮食等其他行业也有类似情况。三是对于标龄超过15年的标准，应及时发布公告予以废止；对2000年之后制定的标准，由食品元素分析技术标准专家组逐一审核，确实落后或实用性不强的标准，应予以废止或修订。

此外，在标准清理过程中应借鉴发达国家的成功经验，对于元素分析这类通用性强的标准可尝试模块化标准体系构架，将标准体系分为样品前处理和仪器方法两大部分，即针对元素种类和食品样品基质类型确定前处理方法模块，尽可能将相同或相近技术措施的前处理方法合并同类项；而仪器方法则主要按照分析原理分类，制定通用性技术条件，规定最基本的参数条件和检测要求(如检出限、精密度、精确度等)，主要问题在于克服食品基质所带来的基体干扰。

2.3 加快推动新的成熟技术的应用，特别是多元素及元素形态分析技术

当前的食品元素分析方法标准基本采纳了常用的样品前处理技术和仪器设备，其中样品前处理在技术层面可改进的不多，但应在标准中对自动化和高通量方面留有一定的接口。分析仪器方面，ICP-MS、ICP-AES等多元素分析技术也有相当的采标率。但是，值得注意的是在国家标准中ICP-MS、ICP-AES的采标率并不高，这可能与GB 5009系列标准按照元素种类单独制标的思路有关，ICP-MS和ICP-AES是多元素分析技术，并不适合针对单独元素一一制标，而采用本文2.2所提的模块化标准体系构架则可以从技术上解决这一矛盾。

对于元素形态分析方法来说，当前共有10项标准对砷、汞、锡、铬、锗等5种元素形态予以规定。采用萃/提取方法，通过LC-ICP-MS、LC-AFS、GC等仪器进行了检测。除了上述方法，离子色谱(IC)[4]和毛细管电泳(CE)[5]也是良好的元素形态分离技术，特别是CE具有分离能力强、结构简单、成本低的优点，甚至可以实现多元素的形态同时分离[6]；固相萃取法(SPE)也可以通过简单的处理实现目标元素的形态分离，再使用总量元素分析仪器进行测定，如无机砷[7]；此外，一些诸如纳米材料吸附分离[8]、离子印迹[9]等新技术也有望在经过进一步改进后应用于实践中。

2.4 加强基础和应用研究，积极推动可靠、实用的快检技术标准化

《食品安全法》(2015年修订)第一百一十二条第一款规定：“县级以上人民政府食品药品监督管理部门在食品安全监督管理工作中可以采用国家规定的快速检测方法对食品进行抽查检测”，这是我国首次在法律中规定可以在食品抽检中使用快速检测技术，这对实现现场执法、威慑不法分子具有重要意义。但是，当前我国的食品安全快检仪器市场良莠不齐，缺乏统一、权威的评价和考核，这就需要对包括食品元素分析在内的快速检测仪器与技术制定评价规范，建立认可、准入和退出机制。当前，食品元素分析方法标准体系中几乎没有快速检测方法，大大限制了食用农产品在产地准出、市场准入以及收购入库等环节的监管力度，例如在湖南大米镉污染事件中，由于缺乏有效的重金属现场快速检测技术与标准支持，一直制约着粮库系统的大米入库管理。因此，有必要对成熟、可靠的重金属快速检测技术开展标准化与应用示范，特别是Cd、As、Hg、Pb等食品安全重点关注的重金属元素。目前，X射线荧光光谱技术(XRF)[10]、电热蒸发(ETV)原子光谱技术[11，12]、原子阱捕获技术[13，14]、稀酸提取快速检测技术[15]、悬浮液进样技术[11]等均是极具潜力的重金属快速分析方法，部分技术已经制定了协会标准，如中国分析测试协会标准TCAIASH004-2015《稻米 镉的测定 固体进样电热蒸发原子荧光光谱法》和TCAIASH003-2015《稻米 镉的测定 X射线荧光光谱法》等，具备一定的转化为国家或行业标准的条件。

3 展望

现阶段，我国食品元素分析标准体系已经具备了相当的覆盖面，但是依然存在时效性、适用性、实用性和先进性方面的不足；同时，伴随着《食品安全法》的修订和深入实施，标准体系顶层设计不足、交叉矛盾的问题显得尤为突出。2017年是我国“十三五”规划贯彻实施的关键阶段，为保障食品的质量安全，亟待有关标准管理部门对食品元素分析标准体系彻底清理整顿，同时组织制定统一、科学、合理的标准体系构架，为食品元素分析工作提供“有标可依、依而不乱”的技术标准支撑。

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Current Status and Discussion of Standard System for Elemental Analysis in Food of China

ZHANG Zhi-yang1, ZHANG Zhi-wei1,2, WANG Zhong3, WANG Bo1,4, MAO Xue-fei1*, LIU Ji-xin1*, WANG Min1

1.KeyLaboratoryofAgro-foodSafetyandQuality,MinistryofAgriculture,InstituteofQualityStandardandTestingTechnologyforAgro-products,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China;2.School of Life Science and Food Engineering, Hebei University of Engineering, Hebei Handan 056021, China;3.Beijing High-quality Agro-products Service Station, Beijing 100101, China;4.College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, China

China’snationalandindustrialstandardsystemforelementalanalysisinfoodwerecollected,andtheirstandardtypes,source,timeandtechnicalcharacteristicswerealsoanalyzedinthispaper.Somecriticalproblemsaboutstandardmanagement,establishmentandtechniqueswerediscussed,furthermorethesuggestionsweregiventosolvetheseproblemsmentionedabove,inordertosupportthefurtherreformoffoodstandardsystemforelementalanalysis.

food;element;analyticalmethod;standardsystem

2016-09-24; 接受日期：2016-10-24

国家自然科学基金(31301491)；公益性行业(农业)科研专项(201303088-01)；2016年度国家农产品质量安全风险评估项目(GJFP201601201)资助。

张志杨，研究实习员，主要从事食品安全标准与检测技术研究。E-mail：1335012209@qq.com。*通信作者：毛雪飞，助理研究员，主要从事农产品质量安全研究。E-mail：maoxuefei@caas.cn;刘霁欣，教授级高级工程师，主要从事元素分析技术研究。E-mail：ljx2117@126.com

10.3969/j.issn.2095-2341.2016.06.04