食品中有害物质检测技术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

近年来，食品中有害物质引发的安全事件时有发生，严重威胁着人们的生命健康。食品中的有害物质种类繁多，来源广泛，包括重金属污染、农药残留、兽药残留、生物毒素以及食品添加剂滥用等。其中，总砷等重金属具有较强的生物毒性，可在人体内蓄积，对神经系统、免疫系统、生殖系统等造成损害；苯并芘是一种强致癌物质，主要来源于食品加工过程中的高温烹饪、烟熏等；亚硝酸盐作为一种常用的食品添加剂，若使用不当或添加量超标，可能会转化为亚硝胺类致癌物。因此，开发准确、灵敏、高效的食品有害物质检测技术十分必要

1常见食品有害物质概述

1.1总砷

总碑是食品中常见的有害物质之一。砷广泛存在于自然环境中，食品中的总砷主要源于土壤、水源污染以及农业生产中含砷农药的使用。其以无机砷和有机砷形式存在，无机砷毒性较强，长期摄入可能引发多种健康问题，如皮肤病变、癌症风险增加等。例如，在一些海产品、谷类、蔬菜中可能检出不同含量的总碑。食品加工过程中，若卫生控制不当，也可能引入总砷污染。严格监测食品中总砷含量，对于保障食品安全、守护公众健康意义重大[1]。

1.2 苯并芘

苯并芘[Benzo（a）pyrene，BaP]是多环芳烃类化合物中具有代表性的强致癌物质，主要由有机物的不完全燃烧产生，如煤炭、石油、木材等。在食品加工过程中，高温油炸、烧烤、烟熏等烹饪方式易使食品产生苯并芘。例如，烤肉在炭火烤制过程中，油脂滴落在炭火上燃烧，产生的烟雾中含有大量苯并芘，其会附着在烤肉表面。长期食用含有高浓度苯并芘的食品，会增加罹患胃癌、肺癌等疾病的风险。

1.3 亚硝酸盐

亚硝酸盐是一类无机化合物的总称，常见的有亚硝酸钠（ NaNO₂ ）和亚硝酸钾（ KNO₂ ）。在食品工业中，亚硝酸盐常被用作防腐剂、发色剂和抗氧化剂，用于肉类加工、腌制食品等。适量的亚硝酸盐能够有效抑制肉毒杆菌等有害微生物的生长，同时使肉制品呈现鲜艳的色泽。然而，亚硝酸盐具有一定的毒性，当人体摄入过量的亚硝酸盐时，会与血液中的血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，导致组织缺氧，引起中毒症状[2]。

2单一检测技术分析

2.1色谱检测技术

2.1.1 气相色谱

气相色谱（GasChromatography，GC）是利用不同物质在气相和固定相间的分配系数差异进行分离和检测的技术。其原理是将样品气化后，结合载气带入填充有固定相的色谱柱中，不同组分在固定相和载气间反复分配，由于各组分的分配系数不同，从而实现分离。气相色谱具有分离效率高、分析速度快、灵敏度高等优点，适用于挥发性和半挥发性化合物的检测。在食品有害物质检测中，气相色谱可用于检测食品中的农药残留、兽药残留、苯并芘等[3]。

2.1.2 液相色谱

液相色谱（LiquidChromatography，LC）是以液体作为流动相的色谱技术，该技术利用样品中各组分在固定相和流动相间的分配系数、吸附能力等差异进行分离。与气相色谱相比，液相色谱无须对样品进行气化，适用于分析高沸点、热不稳定、大分子化合物等。高效液相色谱（HighPerformanceLiquidChromatography，HPLC）是目前应用最为广泛的液相色谱技术，具有分离效率高、分析速度快、检测灵敏度高等特点。在食品有害物质检测中，HPLC可用于检测食品中的亚硝酸盐、重金属离子络合物等。

2.2 光谱检测技术

2.2.1 原子吸收光谱

原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）是基于气态原子对特定波长光的吸收特性进行定量分析的技术，其原理是将样品溶液雾化后，在火焰或石墨炉中原子化，产生的基态原子吸收特定波长的光，根据吸光度与待测元素浓度的线性关系进行定量。在食品中总砷等重金属检测方面，原子吸收光谱是常用的方法之一。使用火焰原子吸收光谱法可以快速测定食品中铅的含量，检测限可达mgkg-'级别。而石墨炉原子吸收光谱法的灵敏度更高，检测限可达 μg⋅kg^-1 级别[4]

2.2.2 紫外－可见分光光度法

紫外-可见分光光度法（Ultraviolet-VisibleSpectroscopy，UV-Vis）是利用物质分子对紫外-可见光区（ 200～800nm ）光的吸收特性进行分析的技术。其原理是当一束单色光通过样品溶液时，溶液中的物质分子会吸收特定波长的光，吸收程度与物质浓度成正比。该方法具有操作简单、成本低、分析速度快等优点，广泛应用于食品中多种有害物质的检测。

2.2.3 荧光光谱法

荧光光谱法是一种基于光子吸收与发射的分析技术。当物质分子吸收光子后，从基态跃迁到激发态，然后通过无辐射跃迁回到第一激发态的最低振动能级，再以发射光子的形式回到基态，从而产生荧光。荧光光谱法具有灵敏度高、选择性好、检测限低等优点，在食品有害物质检测中，可用于检测具有荧光特性的物质，如苯并芘等。利用荧光光谱法检测食品中的苯并芘，检测限可达 级别。

2.3 免疫分析技术

免疫分析技术是利用抗原与抗体间特异性结合的原理进行分析的技术。其基本原理是将待测物质（抗原）与标记有某种信号物质（如酶、荧光素、放射性同位素等）的抗体进行特异性结合反应，检测标记物的信号强度，从而确定待测物质的含量。免疫分析技术具有灵敏度高、特异性强、操作简便、分析速度快等优点，适用于复杂样品中微量有害物质的检测。在食品有害物质检测中，常用的免疫分析方法有酶联免疫吸附测定法（Enzyme-LinkedImmunosorbentAssay，ELISA）、免疫层析法等。例如，ELISA可用于检测食品中的农药残留、兽药残留、生物毒素等。以检测食品中的黄曲霉毒素为例，将黄曲霉毒素包被在酶标板上，加入待测样品和酶标记的抗黄曲霉毒素抗体，经过一系列反应后，通过检测酶催化底物显色的程度，确定样品中黄曲霉毒素的含量[5]。

3多重分析方法的构建基础

3.1技术联用的可行性分析

不同的检测技术具有各自的优缺点，技术联用可实现优势互补，提高检测的性能。例如，色谱技术具有强大的分离能力，但对化合物的结构鉴定能力有限；质谱技术具有较高的灵敏度和高分辨率，能够准确鉴定化合物的结构，但对复杂样品的分离效果不佳。将色谱技术与质谱技术联用，可先利用色谱进行分离，再结合质谱进行结构鉴定和定量分析，从而实现对复杂样品中多种有害物质的同时检测。此外，光谱技术和色谱技术的联用也具有可行性。光谱技术可以提供物质的结构和某些物理化学性质信息，色谱技术则能够实现对混合物的分离，两者联用在分离的基础上进一步对物质进行定性和定量分析。免疫分析技术与其他技术的联用也是一种可行的方法。免疫分析技术的特异性强，但在检测复杂样品时可能会受到基质干扰。通过与色谱、光谱等技术联用，样品可以先进行预处理和分离，减少基质干扰，再利用免疫分析技术进行高灵敏度的检测。

3.2数据融合原理与方法

数据融合是多重分析方法构建过程中的关键环节之一。数据融合是指将来自不同检测技术的数据进行综合处理，以获得更准确、更全面的信息。数据融合的原理是基于不同检测技术对同一物质或不同物质的不同特征进行检测，这些特征信息在一定程度上具有互补性。对这些互补信息的融合，可提高检测的准确性和可靠性。常见的数据融合方法主要包括决策层融合和特征层融合两种。 ① 决策层融合是将不同检测技术的检测结果进行综合决策。例如，对于某一食品样品，分别采用色谱技术和免疫分析技术进行检测，根据两种技术的检测结果，结合一定的决策规则（如投票法、加权平均法等）来判断样品中是否含有目标有害物质以及其含量的高低。决策层融合的优点是简单易行，对各检测技术的依赖性较小，但信息损失较大，可能会影响检测的准确性。 ② 特征层融合是将不同检测技术提取的特征信息进行融合。这种融合方法旨在通过结合多种数据源的优势，提升系统的整体性能，如提高检测精度、增强鲁棒性或拓展感知范围。

4常见的多重分析方法实例

4.1色谱-质谱联用技术在食品有害物质检测中的应用

在食品中总砷等重金属检测领域，色谱-质谱联用技术展现出卓越的性能。以气相色谱－质谱技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）为例，由于总砷等重金属通常不以气态形式存在，需要对样品进行前处理，以将其转化为挥发性化合物。例如，采用氢化物发生法，将食品样品中的总砷转化为挥发性氢化物，然后结合气相色谱进行分离。气相色谱的高分离能力能够将不同挥发性物质分开，随后进人质谱仪进行检测。质谱仪依据离子的质荷比进行定性和定量分析，可以实现食品中总砷的痕量检测，检测限低至 μg⋅kg^-1 级别。液相色谱-串联质谱（Liquid Chromatography-TandemMassSpectrometry，LC-MS/MS）在总砷检测中也发挥着重要作用。对于一些难以气化的总砷化合物，或者在复杂食品基质中的总砷检测，液相色谱的优势也较为明显。在检测富含蛋白质、脂肪等复杂成分食品中的总砷时，运用合适的消解方法将样品中的总砷转化为离子态，然后利用液相色谱进行分离。液相色谱可根据离子的电荷、大小等特性对总砷离子进行有效分离，再与串联质谱仪联用。串联质谱通过多级离子化过程，能够更准确地对总砷离子进行结构鉴定和定量分析，有效排除复杂基质的干扰，提高检测的灵敏度和选择性，对总砷的检测限可达 ng⋅kg^-1 级别，为食品安全风险评估提供有力的数据支持。