食品中常见有害物质检测技术及其应用

赵灿 王冰洁 王小宁 刘云飞 高方泽

摘 要：随着食品安全问题的增加，食品中有害物质的检测显得尤为重要。本文阐述食品中有害物质类型，总结食品中常见有害物质检测技术及其应用，旨在通过技术进步提高食品安全水平，保护公众健康。

关键词：食品安全；有害物质；检测技术

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

食品安全問题一直是人们的重点关注领域。食品中的有害物质如重金属、农药残留、食品添加剂、天然毒素与微生物污染构成了食品安全的主要威胁。准确快速地检测这些有害物质对确保食品安全至关重要。

1 食品中有害物质类型

食品中的有害物质主要包括以下几类。①重金属，如铅、汞、镉和砷，它们可能因环境污染或生产过程中的污染而进入食物链，对人体健康构成严重威胁。②农药残留，如杀虫剂、除草剂等，这些化学物质会在农作物生长过程中使用，残留在食品中可能影响消费者健康。③食品添加剂，虽然添加剂可提高食品色泽、口感和保质期，但过量或不当使用可能导致消化不良、过敏等不良反应。④天然毒素，如黄曲霉素、赭曲霉素等，会在不当储存条件下产生，可引起肝脏等器官损伤。

2 食品中常见有害物质检测技术

2.1 传统检测技术

2.1.1 化学分析法

传统的化学分析法是食品中常见的有害物质检测的技术之一，主要包括滴定法和重量分析法。滴定法涵盖了氧化还原滴定、酸碱滴定和络合滴定等技术，用于分析食品中的各类化学成分。氧化还原滴定主要用于测定食品中的氧化剂和还原剂含量，酸碱滴定用于确定食品的酸碱性，络合滴定则适用于检测食品中的金属离子；重量分析法是通过测定分析物的净重来进行定量分析。传统的化学分析方法精确且可靠，尽管操作过程可能较为烦琐，但仍在食品安全领域中发挥着重要作用。

2.1.2 微生物检测法

微生物检测法是食品安全检测中的另一项重要技术，用于评估食品中的微生物污染程度。平板计数法是通过将稀释后的样品接种到营养培养基上，经过一定时间的培养，通过计数培养基上生成的菌落，估算出食品样品中的细菌总数。这种方法简单、经济，是目前国际上公认的食品微生物检测的标准方法之一。最可能数法是一种用于估计样品中特定微生物（如大肠杆菌群）浓度的统计方法。它通常将多个稀释级别的样品接种到特定培养基中，然后根据正反应的管数来估算微生物的数量。最可能数法不依赖于单个菌落的形成，因此适用于无法形成独立菌落的微生物的检测。

2.2 先进检测技术

2.2.1 仪器分析技术

高效液相色谱与质谱被认为是目前食品分析领域中的尖端仪器技术。高效液相色谱是根据不同化合物在液相色谱柱上保留时间的差异来实现分离，可对食品中各种化学物质如添加剂、防腐剂和色素进行定量检测。相比常规气相色谱，高效液相色谱在分析非挥发性和极性化合物方面具有更多优点。质谱分析技术主要是通过测量样本分子的质荷比（m/z）来实现其识别和量化，是一种非常敏感且精确的分析手段。此外，高效液相色谱与质谱联用，可以实现复杂样品的高通量和高分辨率分析，目前被广泛应用于食品中有害物质的检测，如农药残留、药物残留和生物毒素等。

2.2.2 生物传感技术

生物传感技术可为食品安全检测提供一种快速敏感的解决方法。免疫传感器是利用抗体和抗原的特异性，对食品中的蛋白质、毒素和微生物进行检测。免疫传感器技术具有选择性强、灵敏度高、能在短期内得出检测结果的优点。DNA生物芯片是一种基于核酸探针与目标DNA特异性结合的技术，能够同时检测食品中的多种病原体或基因改造成分。生物芯片技术所具有的高通量筛选能力，使其在食品安全检测方面具有极大的潜能。这类生物传感器的研制大大促进了食品检测向着现场快速检测的方向迈进，对食品的质量控制与安全监管具有十分重要的意义。

2.3 快速检测技术

2.3.1 便携式检测设备

在食品安全和环境监测领域，便携式检测设备如便携式光谱仪越来越受到欢迎。便携式光谱仪包括拉曼光谱仪、近红外光谱仪和紫外-可见光谱仪等。这些设备可以快速识别化学物质的分子结构和组成，适用于对食品中营养成分、掺假、变质等进行快速现场检测。随着科技的进步，便携式光谱仪的分辨率和准确性得到了显著提高，同时集成的数据处理软件也使得非专业人员能够快速得到可靠的检测结果。

2.3.2 在线实时监测系统

电子鼻作为一种模仿人类嗅觉的检测装置，能够通过传感器阵列来识别和分析气味样本中的挥发性化合物，这对于评估食品的新鲜度、变质程度和风味是非常适用的。电子舌模仿了人类的味觉体验，它利用各种传感器来分析溶液中的味道成分，从而评估食物的酸度、甜度、苦度和咸度等基础味觉属性。通过传感器信号模式识别与机器学习算法分析，这些系统可以实现复杂味道与气味快速的精确判断。在线实时监测系统具有可提供持续监控数据和生产过程异常预警等优点。在物联网技术不断发展的背景下，这类系统能够接入网络并对数据进行远程监测管理，对确保食品生产过程持续稳定具有重要意义。

2.3.3 智能化检测系统

智能化检测系统，特别是基于人工智能的数据分析平台，在食品安全领域占据了一席之地。这些系统通过结合机器学习、深度学习、模式识别等先进的数据分析技术，能够处理和分析海量的检测数据，以实现对食品质量和安全的高精度评估。人工智能平台可以从多个检测设备，如便携式光谱仪、电子鼻、电子舌等收集数据，通过强大的算法模型分析这些数据中的复杂模式和关系，从而进行食品成分的鉴别、风险评估和质量控制。智能化检测系统的显著优势在于其自学习和自适应能力，可以随着数据量的增加而不断优化检测准确性和效率。

3 食品中常见有害物质检测技术的应用

3.1 食品中重金属检测方面

在食品中重金属检测领域，原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法是目前广泛应用的关键技术。原子吸收光谱法适用于多种重金属的定量分析，具有操作简便、成本相对较低的优点。原子荧光光谱法在某些特定重金属如汞、砷的检测中显示出较高的灵敏度和特异性。而电感耦合等离子体质谱法以其灵敏度高、动态检测范围宽和能够同时检测多种元素的能力，在痕量及超痕量重金属检测方面占据重要地位。这些技术通过精确测定食品样品中的重金属含量，对食品安全监控提供了强有力的技术支持。随着技术的进步，便携式X射线荧光光谱仪也开始被用于现场快速检测重金属，尽管它的准确度和灵敏度可能不如实验室基础的方法，但在快速筛查和现场检测方面显示出明显优势。郑岩[1]开发了一种基于石墨烯纸的电化学传感器，用于食品中有害物质的快速检测。该项技术突破了传统检测方法的限制，提供了一种快速、灵敏且成本效益高的检测手段，特别适合于重金属的现场检测和快速筛查。

3.2 粮食储藏中天然毒素检测方面

粮食在生长、收获或储藏过程中会产生天然毒素，如黄曲霉素、赭曲霉素等真菌毒素。这些毒素对于人体健康具有潜在的影响。因此，监测粮食中的天然毒素是预防食品中毒和保障公共健康的必要措施。目前，黄曲霉素的检测方法包括免疫学方法、薄层色谱和液相色谱-质谱联用技术等。其中，液相色谱-质谱联用技术由于其高灵敏度和准确性，被广泛应用于粮食中天然毒素的检测。近年来，新型检测技术的研究和应用进一步增强了粮食中天然毒素检测的准确性和效率。邱月[2]探索了塑料食品接触材料中有害物质的超高效液相色谱检测方法及其迁移规律。虽然这项研究主要集中在食品包装材料的检测，但其采用的高效液相色谱技术同样适用于粮食中天然毒素的检测，进一步提高了检测的效率和准确性。

3.3 食品加工中微生物污染检测方面

微生物污染包括细菌、病毒、酵母和霉菌等，在食品加工过程中的控制至关重要。传统的微生物检测方法，如平板计数法和最可能数法，虽然被广泛应用，但存在诸多不足，包括耗时长和劳动强度大。为了克服这些限制，近年来，分子生物学技术的发展，如聚合酶链反应、实时定量PCR和基因测序等技术，已被广泛引入微生物污染检测中。这些技术能够提供快速、准确的检测结果，极大地提高了食品安全监测的效率。在食品安全检测领域，虽然微生物污染的检测受到了重视，但对有害化学物质残留的检测也同样关键。考志强等[3]对食品安全检测中重要有机有害化学物质的残留检测技术进行了探析。虽然该研究集中于化学物质的检测，但其所涉及的技术和方法对提升食品中微生物检测的效率和准确性同样具有借鉴意义。此外，李攻科[4]的研究聚焦于食品中有害物质的表面增强拉曼光谱快速检测技术的关键技术研究与装置开发。虽然此研究主要针对化学物质的检测，但表面增强拉曼光谱作为一种高灵敏度的检测手段，其原理和技术装置的开发对于微生物检测技术的创新同样具有启示作用。特别是在追求快速、现场可操作的微生物污染检测方法的当下，表面增强拉曼光谱技术及其装置的开发为微生物污染的快速监测提供了新的

思路。

3.4 果蔬中农药残留检测方面

在果蔬中农药残留的检测领域，气相色谱、液相色谱及其质谱联用技术是分析果蔬中多种农药残留类型和含量的关键技术。这些技术因其高精度和高灵敏度而被广泛采用，能够提供详尽的农药残留谱。例如，气相色谱-质谱联用技术因优异的分离和鉴定能力，被认为是农药残留分析中的黄金标准。液相色谱-质谱联用技术则在分析极性和热不稳定农药方面显示出独特的优势。快速检测方法，如酶联免疫吸附测定和免疫层析技术，提供了现场快速筛查农药残留的解决方案。这些方法由于操作简便、快速且成本较低，特别适用于现场快速检测和初步筛查。高通量筛查技术，尤其是基于质谱的多残留检测方法，能够同时检测数百种农药残留，为监管部门和食品安全检测实验室提供了一个强大的工具。这种技术能够处理大量样品，同时保持高精度和高效率，极大地提高了检测的效率和覆盖范围。宋天铭[5]在其研究中提出了一种食品中3种常见有害物质的电化学检测方法。该研究不仅拓宽了农药残留检测的技术范畴，还为检测技术的发展和应用提供了新的视角。其强调了电化学检测方法在简便、快速检测食品安全领域的潜力，尤其是在低成本和高效率要求的背景下。

4 结语

随着食品工业的快速发展，食品中的有害物质检测技术也不断进步。这些技术的应用显著提高了食品中有害物质的检测效率和准确性，对保障公众健康具有关键作用。未来，随着科技的不断革新，食品检测技术将进一步向着更高的灵敏度、更快的检测速度和更广的监测范围发展，以更好地服务于食品安全保障体系。

参考文献

[1]郑岩.基于石墨烯纸的电化学传感器用于食品中有害物质的快速检测[D].杭州：杭州电子科技大学，2021.

[2]邱月.塑料食品接触材料中有害物质的超高效合相色谱检测方法及迁移规律研究[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.

[3]考志強，刘石鑫.食品安全检测中重要有机有害化学物质的残留检测技术探析[J].食品安全导刊，2020（6）：119.

[4]李攻科.食品中有害物质表面增强拉曼光谱快速检测关键技术研究与装置开发[EB/OL].（2019-10-12）[2024-01-15].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=9CXCstbk-tvOsUukdi4O22KUuo9penMBeuINGtr5jRQjgWMi46_7NJUjYVuLpPgQFgh1jAFJvcmYC4GdmKRTNCN4u_eG2w2ycK98yASbR6uyqW4dz-MHISUnjMiCw_cw54NqZ_jcrRFYkymdvi0Q9Q==&uniplatform=NZKPT&language=CHS.

[5]宋天铭.食品中三种常见有害物质的电化学检测方法研究[D].长沙：长沙理工大学，2015.