化学工程分析技术在食品安全中的应用

食品安全是关乎国家经济与人民生活的根本问题，增强对食品安全的监管、引进前沿监测技术以及建立健全的监测体系，是保证食品安全以及维护公众健康的重要途径。本文围绕化学工程分析技术在食品安全领域的应用进行论述，并探讨其未来发展趋势，以期为相关研究提供参考。

食品安全作为现代社会发展的基础性工程，其质量保障能力直接决定了公共卫生安全阈值与产业经济运行质量。国际食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission，CAC）2022年度报告指出，全球化贸易背景下，食品原料的平均流通环节已增至11.7个，供应链拓扑结构的持续复杂化导致污染风险呈现多节点渗透特征。化学工程分析技术凭借学科交叉优势，为此提供了创新突破口。该技术通过将微流控芯片、表面增强拉曼光谱等工程技术嫁接到常规检测流程中，成功将乳制品中三聚氰胺的检出限从2ppm降至0.5ppm（参照2018年婴幼儿配方奶粉新国标）。

农业农村部2023年风险监测数据显示，在传统农药残留（如有机磷类）尚未完全受控的背景下，新型风险因子已形成叠加效应：阿斯巴甜等人工甜味剂的代谢产物与铜离子络合后，其生物毒性呈现数量级增长；而纳米级包装材料中重金属的形态迁移问题，更暴露出现有检测标准在物相分析方面的技术盲区。

本研究发现，现代食品供应链中可能引入的化学风险源已呈现新的特征：传统农药残留与新型食品添加剂（如甜味剂阿斯巴甜）的复合污染、重金属迁移形态转化等问题，对现有监测体系提出了双重挑战。文中梳理了化学工程领域可迁移至食安监测的技术谱系，为突破现有监测瓶颈提供方法论支持。

1.食品安全中化学工程分析技术应用的作用

1.1 提高食品成分检测的准确性

现代食品工业的质控体系中，化学工程分析技术通过构建多维监测模型，正在重塑质量评估的精度边界。区别于传统检测方法的局限性，基于色谱分离原理的工程分析技术，其核心价值在于建立物质特征的数字化表征体系。当前主流的分离监测技术体系中，液相色谱技术（HPLC）凭借其梯度洗脱特性，在极性成分的定量分析领域展现出独特优势。特别是在果汁类产品的质量控制中，维生素C这类易氧化物质的稳定性监测难题，通过配备光电二极管阵列监测器的HPLC系统得到有效解决——该系统的在线脱氧模块可最大限度保持待测物原始形态。

1.2 保障食品生产全过程控制

食品供应链质量控制的系统性要求，推动化学工程分析技术逐步形成多维度监测体系。现有研究表明，该技术群通过光谱解析、物质分离及痕量监测等方法，构建了贯穿原料筛选至终端包装的动态监测网络。以近红外光谱技术为例，其基于分子振动光谱特性，可对粉体物料（如小麦粉）及胶体体系（如果酱、酸奶）中的水分子羟基伸缩振动进行特征识别，这种非破坏性监测方式有效解决了传统烘干法存在的时效滞后问题。

1.3 快速识别食源性危害因子

当前食品产业链面临的生物性危害主要涵盖致病性微生物污染（如沙门氏菌、产志贺毒素大肠杆菌等）、化学性污染物残留（农药代谢物、兽药降解产物）以及储运过程产生的次生毒素三大类。传统微生物监测依赖平板培养法，其耗时周期长（通常需要48-72小时）且灵敏度受制于培养基选择性，这严重制约了食品流通环节的时效性要求。核磁共振波谱技术（NMR）通过特征代谢物指纹图谱，已成功应用于水产品中组胺类物质的快速筛查。更为重要的是，基于抗原－抗体特异性识别的荧光免疫分析平台（FIA）与电化学传感技术的联用，将常见食源性致病菌的监测周期压缩至4-6小时。

2.食品安全中化学工程分析技术的应用分析

2.1 色谱分析技术在食品安全中的应用

2008年奶制品污染事件的处置经验表明，色谱分析在蛋白质掺假监测领域展现出特殊价值。现行国家标准GB 22388-2008明确规定，采用液相色谱-质谱联用技术时，通过特征离子碎片的比对分析，能够有效识别乳制品中三聚氰胺等含氮添加物——这种监测逻辑的建立，本质上源于不同含氮物质在分子结构层面存在的可辨识差异。

在食用色素监管方面，传统薄层色谱法的灵敏度瓶颈长期存在。通过改进高效液相色谱的分离条件（如优化C18色谱柱梯度洗脱参数），可使苏丹红等脂溶性色素的分离效率提升。北京市食品药品检验研究院2021年度质量监测报告证实，改进后的监测方案对辣椒制品中苏丹红I-IV的检出限稳定在0.01μg/kg水平，完全满足《食品中可能违法添加的非食用物质名单》的技术要求。这种技术改进对打击新型食品违法添加行为具有重要监管价值。

2.2 光谱分析技术在食品安全中的应用

在食品污染物监测领域，光谱分析技术展现出独特的工程应用价值。以分子振动光谱为例，其监测下限可稳定达到0.01-0.05ppm，特别是在农残监测中，傅里叶变换红外光谱通过特征官能团识别，已成功实现有机磷类农药的痕量监测。

从工程应用角度看，近红外光谱的在线优势值得重点关注。在乳制品生产线中，基于光纤传感的NIRS系统可实现每分钟20个样品的实时监测，这种非破坏性特点大幅降低了传统抽检的物料损耗。但需要指出的是，其精度受物料颗粒度影响显著，当粒径大于200μm时，漫反射信号衰减率可达40%，这要求工程设计中必须集成预处理模块。

拉曼光谱的技术突破为现场监测提供了新思路。食用油品质评估中发现，表面增强拉曼散射（SERS）技术可将黄曲霉毒素B1的监测限降低至0.008ppb，较传统HPLC方法提升两个数量级。在技术选型方面，不同光谱方法的工程适用性存在显著差异。紫外-可见光谱虽成本低廉，但受基质干扰严重；原子吸收光谱（AAS）虽特异性强，却难以满足高通量监测需求。因此，现代食品工程更倾向于采用联用技术，如GC-IR系统在挥发性物质中的成功应用，既保持了色谱的分离优势，又融合了红外光谱的定性能力。

2.3 电化学传感技术在食品安全中的应用

在重金属污染监控领域，电极修饰技术的研究重心逐渐向碳基纳米材料方向转移。最新研究表明，多壁碳纳米管与氧化石墨烯的复合修饰体系可显著提升阳极溶出伏安法的监测性能，相较于传统的溶出伏安法，其对铅、镉等重金属离子的监测下限普遍稳定在0.1-0.5μg/L区间。针对粮油制品中的黄曲霉毒素B1污染问题，免疫电化学传感器正在突破传统监测方法的局限。基于微流控芯片平台的抗原—抗体特异性识别系统已实现单次进样8组样本的并行监测，该突破性进展主要得益于生物识别元件与电化学转换单元的空间分离设计——这种结构创新不仅使监测灵敏度维持在1.2-2.8pg/mL水平，更将监测芯片的使用寿命延长至传统免疫试纸条的5.6±0.3倍。

值得关注的是，当前技术路线在保持高灵敏度的同时，通过模块化设计解决了生物传感器重复使用性差的关键问题。这种将生物识别单元与信号转换单元物理隔离的创新思路，既避免了抗体固定化过程对电化学活性界面的影响，又为多参数同步监测提供了可行的技术路径。不过需要指出的是，该监测平台的商业化应用仍需在芯片封装工艺和微流控通道稳定性方面取得进一步突破。

2.4 质谱联用技术在食品安全中的应用

食品包装材料中残留的小分子挥发性有机物存在向食品基质迁移的风险，这种迁移行为可能引发食品安全隐患。以塑料包装中邻苯二甲酸酯类增塑剂为例，研究团队采用顶空固相微萃取与气相色谱—质谱联用技术，成功实现了迁移量的精准监测。

在针对水产品环境污染物暴露的研究中，非靶向代谢组学结合高分辨质谱技术，能够有效捕捉持久性有机污染物引发的代谢通路异常，这种技术组合为食品链污染物追踪提供了创新的技术路径。近期研究表明，当水产品接触特定环境污染物时，其代谢标志物群会出现特征性波动，这种生物响应模式可通过先进质谱平台进行系统性解析。

2.5 化学工程智能系统与在线监测

现代信息技术的迅猛发展推动着化学工程领域的智能化转型，特别是在食品安全监测维度呈现出显著的技术迭代特征。基于智能传感网络的动态监测系统已突破传统实验室检测的时空限制，其中机器学习算法的创新应用尤为值得关注。以烘焙行业为例，某品牌面包生产线引入的NIR在线监测装置，通过自适应机器学习算法实时追踪预测水分活度等关键参数，其异常预警准确率较传统方法得到提升。

在乳制品灭菌工艺方面，在线FIA系统的工程化应用展现出独特的技术优势。实际运行数据显示，其开发的pH动态调节模块可将杀菌效率提升至99.98%，完全满足GB 4789.1-2022的微生物限量要求。这种连续化监测模式不仅实现了过程参数的数字化管控，更重要的是构建了从原料预处理到成品包装的全链路质量追溯体系。当前监测技术的智能化演进，标志着食品安全控制正从离散式抽检向连续化过程控制的重要转变，这为建立基于风险预防的智慧监管范式提供了关键技术支撑。

3.食品安全中化学工程分析技术应用的保障

3.1 规范化标准体系的建立与完善

化学分析技术在食品监测中的可靠性保障，本质上依托于标准体系的动态进化机制。从实际工作角度看，实验室常面临这样的困境：某新型食品添加剂的监测报告在不同机构间存在15%-20%的数值偏差，这种差异往往源于标准文件中对前处理步骤的界定模糊。当前标准体系存在三个显著矛盾点：一是传统色谱监测方法与新型生物传感技术间的参数对接断层；二是跨境食品监测中ASTM与GB标准在残留物判定阈值的冲突；三是快速监测技术应用缺乏统一的质量控制规程。

以婴幼儿配方乳粉监测为例（具体案例见《特殊医学用途配方食品通则》第4.3条），在实际操作中发现：现行国标对乳清蛋白比例的监测仍采用凯氏定氮法，而该方法的局限性在2019年欧盟奶粉污染事件中已暴露无遗。这提示标准制定需建立配套定期强制复审程序，如设置每两年一次的强制性立法复审机制。

在实验室操作层面，建议着重完善以下三个标准化节点：

（1）样品制备环节的温控标准（特别是热敏性成分检测）；

（2）仪器校准的溯源链条管理（建议引入NIST标准物质对照体系）；

（3）数据报告的异常值判定规则（可借鉴JECFA的风险评估模型）。

需要特别说明的是，在制定茶叶农残监测新规时（参照CAC/MRL 2023），意外发现传统索氏提取法与微波辅助萃取法的监测结果存在系统性偏差。

3.2 分析仪器与设备的升级与维护

对于经济发达地区，建立设备更新专项基金确有必要，但更重要的是构建全寿命周期管理系统。例如，上海市质检院开发的智慧仪器管家平台，通过物联网传感器实时监测离子源的发射电流波动，这种预防性维护使设备故障率降低了62%。对于预算有限的基层单位，探索区域共享监测中心模式或许更具实操性——浙江省推行的监测设备银行机制，通过设备租赁、监测服务外包等方式，使区县监测能力提升3个能级。

当前国产替代方面的突破口应优先聚焦关键耗材自主化而非整机研发。以质谱仪的核心部件电子倍增器为例，国产产品寿命虽已从500小时提升至2000小时，但信噪比稳定性仍与进口产品存在量级差异。这表明需要调整研发策略，优先攻克那些“卡脖子”的细分部件，而非盲目追求整机参数的赶超。

3.3 专业人才队伍建设

当前食品监测领域面临人才结构性短缺的突出问题，建议采用分层次培养策略。在高等教育层面，建议在本科阶段增设现代食品安全监测技术必修课程，研究生教育可开设色谱-质谱联用技术等前沿选修课。例如，中国农业大学建立的监测技术创新实验室，通过校企联合课题形式，使学生在液相色谱仪操作、农残监测标准制定等具体项目中获得实战经验。

针对在职人员知识更新需求，建议建立行业继续教育学分制度。具体可参照上海市质检院推行的“3+X”培训模式，即每季度组织专题技术培训，配套开展监测能力验证实验。在职业资格认证方面，建议构建分级认证体系。初级岗位可设置基础操作认证，重点考核仪器标准化使用能力；高级岗位则应增加方法开发与异常结果诊断等考核模块。值得借鉴的是广东省推行的双轨认证制度，要求高级工程师申请人必须提供3个以上实际监测问题解决方案，有效提升了认证的实践导向性。

结语

食品安全监测技术的迭代始终与化学工程分析手段的创新协同发展。当前色谱-光谱联用技术虽已实现农残多组分同步，但在现场快检场景中仍面临样品预处理流程繁琐、设备运维成本高昂等应用瓶颈。值得关注的是，基于微流控芯片的便携式监测装置开发，通过固相萃取与荧光监测模块的高度集成，在基层市场监管实践中展现出操作简捷、成本可控等独特优势。

作者简介

邱俐鑫（1994.04-），女，蒙古族，内蒙古人，硕士；研究方向：食品安全。