食品检验化学分析方法的环境安全兼容性评价指标体系构建

李贤良刘欢彭涛岳振峰王国民梁均

（1.重庆出入境检验检疫局 重庆 400020；2.重庆师范大学地理与旅游学院；3.中国检验检疫科学研究院；4.深圳出入境检验检疫局；5.国家认监委）

食品检验化学分析方法的环境安全兼容性评价指标体系构建

李贤良1刘欢2彭涛3岳振峰4王国民1梁均5

（1.重庆出入境检验检疫局 重庆 400020；2.重庆师范大学地理与旅游学院；3.中国检验检疫科学研究院；4.深圳出入境检验检疫局；5.国家认监委）

在参考现有系统评价方法研究的基础上，遵循科学性、适用性、综合性等原则，初步构建了食品检验化学分析方法的环境兼容性评价指标体系。该体系包括3个评价基准层指数和10个具体评价指标。评价基准层指数分别是化学试剂风险指数、试验污染排放指数和试验耗费指数。其中化学试剂风险指数包括毒性、腐蚀性、易燃性和放射性4项指标；试验污染排放指数包括液体污染物排放、大气污染物排放和固体废弃物排放3项指标；试验耗费指数包括仪器能耗、污染处理和试验耗时3项指标。在构建评价指标体系的基础上，采用李克特五级量表法和专家打分法确定评分等级标准，采用层次分析法确定评价指标权重，从而建立综合评价模型。该评价指标体系能对食品检验化学分析方法的环境安全兼容性进行定量评价，可为食品检验相关标准和方法的改进与完善提供参考。

食品检验；化学分析方法；环境安全兼容性；评价指标体系

1 前言

近年来，食品质量与安全已经成为国内外备受关注的公共安全问题。化学分析方法是食品质量与安全检测工作中常用的技术手段，食品理化检验方法标准正在不断增加与完善［1］。目前，涉及食品检测技术的标准中有一半以上是基于化学分析方法［2］，但在使用这些化学分析方法的过程中，不可避免地带来一些安全、环境和能耗问题。因此，对食品检验化学分析方法进行环境兼容性评价，有助于科学制定和引导使用食品检验化学分析方法标准，从而降低食品化学分析试验对人体的危害和环境的污染，减少碳排放，推动食品检验技术的健康发展。

目前国内外关于食品检验化学分析方法环境兼容性评价体系的研究尚未见报道。本研究采用模糊层次分析法［3］、等标污染负荷法［4］等研究方法，以构建食品检验化学分析方法环境兼容性评价体系为目标，从化学试剂风险指数、试验污染排放指数、试验耗费指数3个方面确定评价指标因子，提出食品检验化学分析方法环境兼容性评价指标体系的基本框架，建立食品检验化学分析方法环境兼容性评价体系的原则、指标、评价模型和评价方法等构成要素，以期为食品检验化学分析方法的环境兼容性评价提供理论支撑。

2 评价指标体系建立

2.1建立依据与原则

化学分析方法是测定食品中营养成分或有毒有害物质含量必不可缺的技术支撑手段，我国目前使用的食品理化检验标准主要包括GB、GB/T、SN/T、NY/T、QB/T等检测标准。为实现某一指标的检测，往往有数条试验路线，使用不同的化学试剂和分析仪器，形成不同的化学分析方法标准。对食品检验化学分析方法环境兼容性进行评价，不仅涉及检测过程中使用的化学试剂种类、使用量，还包括试验过程中产生的污染物排放以及试验所产生的耗费，需找出能反映试验过程和化学试剂对人体健康、实验室安全和环境影响具有共性的评价因子指标，通过构建模型，对指标进行量化，建立评价体系。

食品检验化学分析方法的环境兼容性评价指标体系构建应该遵循客观性、科学性、适用性、综合性、概括性、定量性的原则。在对食品卫生检验方法标准的内容、原则、方法充分认识研究的基础上，考虑评价指标的可行性、通用性，从不同角度反映食品检验化学分析方法的环境兼容性，以便更准确、全面、科学地反映食品检验化学分析方法对人体健康、实验室安全和环境的影响。

2.2指标体系构建

依据以上原则，确定食品检验化学分析方法环境兼容性评价指标体系包括3个层次：总目标层（A）、评价基准层（Bi）和评价指标层（Ci）。总目标层为食品检验化学分析方法环境兼容性评价；评价基准层为化学试剂风险指数B1、试验污染排放指数B2、试验耗费指数B3等3个单因子指标；评价指标层包含10个评价指标。评价体系结构框架见图1所示。

图1　食品检验化学分析方法的环境兼容性评价指标体系结构框架图

3 评价指标内涵及其评分标准

本研究采用李克特五级量表（Likert scale）对食品检验化学分析方法环境安全兼容性评价指标进行测量，评价分值（V）为1、2、3、4、5，分值越高表示在这一指标下化学检验方法的环境兼容性越差；参照相关国家标准及制度，将部分可量化因子的评分标准进行优化和调整，使评分更具有科学性和适用性。对于不可量化因子则采用模糊评价的方法，本研究通过向食品化学检验领域专家、学者和该领域实验室一线工作人员发放问卷的形式进行调查，并采用专家打分法［5-6］对各指标进行等级评价。综合李克特五级量表法和专家打分法结果，得到体系指标层各具体评价指标的评分标准（见表1）。

表1　食品安全检验化学方法的环境兼容性评价指标的评分标准

3.1化学试剂风险指数

参照《危险废物鉴别标准通则》（GB 5085.7-2007）［7］和《化学品分类和危险性公示通则》（GB 13690-2009）［8］，并结合食品检验化学分析方法的特点，选取化学试剂的毒性、腐蚀性、易燃性和放射性作为化学试剂风险指数评价指标层的评价因子。

3.1.1毒性

对于化学试剂的毒性评价，本研究主要对化学试剂的毒理学性质进行评价。为了对试剂毒性进行量化，借鉴“全球化学品统一分类和标签制度”（Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals，GHS）中关于化学品急性毒性分级标准作为本评价体系中化学试剂的毒理学性质（表2）。参考有关GHS急性毒性分类研究［9-10］，对食品检验中使用的化学试剂进行毒性评价。本研究采用最大值法，将化学试验中毒性最强的化学品的急性毒理学性质作为该化学方法的毒性分级依据。

表2　《全球化学品统一分类和标签制度》关于化学品急性毒性分级标准

3.1.2腐蚀性

关于化学试剂的腐蚀性，在《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》（GB 5085.1-2007）［11］中没有对腐蚀性制定明确的量化指标，但提供了具有腐蚀性的危险品废物名录。因此，若采用玻璃电极法测量试剂的pH值，则只在量化过程中考虑了化学试剂的酸碱度，忽略了试剂的氧化性、还原性等因素所带来的影响。所以本研究采用模糊评价的方法对化学试剂的腐蚀性进行打分，即把食品检验化学分析方法中使用的化学试剂按照腐蚀性分类，分为无腐蚀性、弱腐蚀性、中等腐蚀性、较强腐蚀性和强腐蚀性5类，同时采用最大值法，将化学试验中腐蚀性最强的化学品作为食品检验化学试验腐蚀性评价量化的依据。最后，按照分类结果对试剂的腐蚀性进行量化。

3.1.3易燃性

对于化学试剂易燃性的分类，本研究在参考《危险废物鉴别标准易燃性鉴别》（GB 5085.4-2007）［12］中对易燃易爆物品分类的基础上，同时结合实验室存储和使用化学试剂的管理办法，将食品检验所涉及的化学试剂分为5个等级：不燃试剂、易燃固体试剂和自燃及遇湿易燃试剂、易燃液体试剂、压缩气体和液化气体试剂、易制爆试剂，并根据试剂的易燃性，对试剂的易燃性进行量化。依据最大值法，将化学试验中易燃性最强的化学品作为量化食品检验化学试验易燃性评价的依据。

3.1.4放射性

在实际检验中，有时可能会用到含有放射性核素物质的化学试剂。为了量化此类试剂在使用中对环境和人身体健康造成的影响，借鉴电离辐射防护和辐射源安全工作中常用的放射性核素的毒性分组理论［13，14］作为本研究的量化方法。分组依据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871-2002）［15］进行。为了方便统一量纲，本研究添加“无毒组”用来评价没有放射性的化学试剂。同样该指标也采用最大值法，将试验中放射性核素毒性最大的试剂作为评价食品检验化学试验放射性评价的量化依据。

3.2试验污染排放指数

根据食品检验中产生的污染排放类型，可以将试验污染物排放划分为液体污染物排放、大气污染物排放和固体废弃物排放。

3.2.1液体污染物

本研究引入污染源评价中常用的等标污染负荷法，对实验室液体污染物排放进行等标处理。液体污染物的评价标准值参考《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）［16］，通过等标处理，对不同试验的污染能力进行比较，进而达到对试验产生液体污染物排放危害进行量化的目的。其原理如下：

（1）某污染物的等标污染负荷：

式中：Ci为液体污染物实测浓度值；|C0i|为污染物的评价标准值；Qi为污染物的废液排放量；10-6为换算系数。

（2）某食品检验化学分析试验的等标污染负荷：

式中：n为该食品检验化学分析试验污染物的种类。

由于在试验过程中，液态的试剂往往会伴随着挥发。参考李玉瑛、李冰［17］的研究成果，在掌握试验液态试剂使用总量的情况下，通过模拟试剂蒸发过程，估算出各液态试剂产生液态污染物的量，从而计算出此试验的等标污染负荷。并运用自然断点法将液体污染物等标污染负荷结果分为5个等级：Pn≤10%、10%＜Pn≤30%、30%＜Pn≤60%、60%＜Pn≤100%、Pn＞100%，进而对液体污染物排放进行评价分析，得到该试验的液体污染物排放评价结果。

3.2.2气体污染物

食品检验中的气体污染物排放量主要为挥发性大气污染物。根据李玉瑛、李冰［17］的研究成果，通过模拟挥发性试剂的挥发过程，估算出挥发性大气污染物的排放量；而对于反应类气体排放量的量化结果则通过反应方程式计算获得。运用统计学方法结合模糊评价的方法，将化学试剂分为5个等级：0-5 mL为无排放、5-20 mL为极少排放、20-50 mL为少量排放、50-100 mL为较大排放、大于100 mL为大量排放，进而达到对试验过程所产生的大气污染物进行量化的目的。

3.2.3固体废弃物

对于固体废弃物排放评价，则参照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599-2001）［18］中关于一般工业固体废弃物种类的界定。结合食品检验化学分析过程中产生固体废弃物多为混合着化学试剂样品残渣的特点，采用模糊评价的方式将食品检验化学分析试验中所产生的固体废弃物分为5个等级：可回收利用、一般工业固体废物、第Ⅰ类一般工业固体废物、第Ⅱ类一般工业固体废物、含放射性物质的废渣，对产生的固体废弃物进行量化。

3.3试验耗费指数

结合食品检验化学分析试验的操作规程、检验检疫项目调查和试验工作质量检查走访调研，确定试验耗费指数的评价指标层为仪器能耗、污染处理和试验耗时。

仪器能耗因子的评价采用实地调查的方法，通过搜集食品检验化学分析试验中所采用的各类仪器的物理能耗数据，为了避免与试验耗时指数发生重复计算，采用最大功率统计的方法进行评价等级划分，即将试验过程中采用的仪器总功率排序，采用自然断点法结合模糊评价的方法将试验中仪器能耗分为5个等级：0-0.5 kW·h为很低、0.5-2 kW·h为低、2-5 kW·h为较高、5-10 kW·h为高、大于10 kW·h为很高。对于非电力驱动的仪器，如酒精喷灯等，则根据燃料消耗量，通过热力学公式将非电能消耗功率转化为电能消耗功率后再参与评价分级。

对于污染处理因子的评价则根据污染处理工艺的复杂程度进行分级评分［19］，同样采用模糊评价的方法分将食品检验化学分析试验中污染处理分为5个等级：较容易、容易、较难、难、很难。

试验耗时是衡量试验效率最直观的指标。对于试验耗时的评价采用走访调查和统计的方法，计算得到不同种食品检验化学分析试验的平均耗时，将各试验的平均耗时从小到大排序，运用自然断点法将试验耗时划分为5个等级。试验耗时3 h之内为极短、3-8 h为短、8-24 h为较短、24-36 h为较长、大于36 h为很长。

4 评价指标权重确立

4.1评价指标权重确立方法

对于各个因子权重的确定，采用层次分析法，将各因子按支配关系组成有序的层次阶梯结构，成对比较各因子的重要性，确定层次中各因子相对重要性的顺序，得出各行因子与各列因子的相对重要值，构造一个判断矩阵。求得该判断矩阵的最大特征值和特征向量，利用最大特征值检验判断矩阵的一致性是否满足要求，如果满足要求，则特征向量所对应的分量就是本行因子的权重。通过计算，得到的各层次因子权重均满足一致性检验要求。

4.2评价指标权重结果

根据食品检验化学分析方法环境兼容性评价指标体系构建的框架准则及食品检验化学分析方法环境兼容性评价权重确定的方法，建立了食品检验化学分析方法的环境兼容性评价指标体系，并对总目标层A、评价基准层Bi和评价指标层Ci赋予相应的指标权重值，得到食品检验化学方法的环境兼容性评价指标体系及指标权重（表3）。

表3　食品安全检验化学方法的环境兼容性评价指标权重

4.3指标权重分析

从权重排序可得，评价基准层3项影响指标中，化学试剂风险指数B1的权重最大（WB1=0.603），说明化学试剂的理化性质是影响自然环境及人体健康的首要因素。试验污染排放指数B2的权重次之（WB2=0.305），由于试验污染物的类型及污染物理化性质复杂多样，造成这些污染物在试验过程中释放到环境中，对环境和人体的危害可能是潜在和未知的。因此，对试验污染物进行评价可以揭示污染物的理化性质及其危害，也有利于污染物的处理。试验耗费指数B3在食品安全检验化学方法环境兼容性评价中权重值最小（WB3=0.092），但如果忽视食品检验化学分析试验的污染处理和能源消耗问题，最终也会加重环境污染和资源浪费。

在化学试剂风险指数B1的权重层中，毒性C1权重最大（WC1=0.436），易燃性C3的权重其次（WC2= 0.231），这表明化学试剂自身的理化性质对环境和人体潜在的危害更大，且试剂的安全性也得到试验人员的重视。在试验污染排放指数B2层中，液体污染物排放C5最大（WC5=0.505），大气污染物排放C6最小（WC6=0.204），这与污染物处理的难易程度呈正相关。在试验耗费指数B3层中，仪器能耗C8最大（WC8=0.445），试验耗费C10其次（WC10=0.316），表明仪器消耗和试验耗时是试验耗费的主要因素，实验室人员希望用更加节能高效的方法完成食品检验任务。这两个因素决定着食品检验化学分析试验资源消耗程度的大小。

5 综合评价模型

食品检验化学分析方法环境兼容性评价体系中的单项指标均从某一侧反映食品检验化学分析方法对环境的影响，若综合考虑食品检验化学分析方法环境兼容性的情况，需构建食品检验化学分析方法环境兼容性综合评价模型。基于多目标线性加权函数法［20］，食品检验化学分析方法环境兼容性综合评价模型函数表达式如下：

式中：A为食品安全检验化学方法环境兼容性评价综合分值；WBK为评价基准层中第k评价因子的权重；WCj为评价指标层中第j个评价因子指标的权重；Vj为j项评价因子指标的评价分值。本综合评价模型满分为100分，并划分为5个评价等级：I级＜20，20≤II级＜40，40≤III级＜60，60≤IV级＜80，V级≥80。等级越高说明该食品检验化学分析方法的环境兼容性越差。

6 结论与讨论

本研究针对食品检验化学分析方法的特点，初步构建了食品检验化学分析方法环境兼容性评价指标体系，从总目标层、评价基准层和评价指标层3个层次选取富有代表性的10项指标，较全面客观地反映了食品检验化学分析方法环境兼容性的情况，采用李克特五级量表对评价指标进行标准化，以及用层次分析法为各指标赋予相应的权重。通过权重分析可知，评价基准层中，权重分配以化学试剂风险指数为重；评价指标层中，毒性在化学试剂风险指数中所占的权重最大，液体污染物排放在试验污染排放指数中所占的权重最大，仪器能耗在试验耗费指数中所占的权重最大。最后，本研究构建了食品检验化学分析方法环境兼容性综合评价模型，并设定了综合评价等级标准，为食品检验化学分析方法环境兼容性评价与分级提供了科学的根据。

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Index System Construction of Environmental Safety Compatibility about Chemical Analysis Method for Food Inspection

Li Xianliang1，Liu Huan2，Peng Tao3，Yue Zhenfeng4，Wang Guomin1，Liang Jun5
（1.Chongqing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Chongqing，400020；2.School of Geography and Tourism，Chongqing Normal University；3.Chinese Academy of Inspection and Quarantine；4.Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau；5.Certification and Accreditation Administration of the People's Republic of China）

Based on the study of reference to the existing system evaluation method，according to the principle of scientific，applicability and comprehensive and so on，this paper constructs the environmental safety compatibility evaluation index system of chemical analysis method of food inspection.The system consists of 3 evaluation criteria and 10 specific evaluation indexes.The 3 evaluation criteria are the risk index of chemical reagent，the experimental pollution discharge index and the test consumption index respectively.The chemical reagent risk index includes 4 indexes，they are toxicity，corrosive，flammable and radioactive respectively.The experimental pollution discharge index includes three indexes，including liquid pollutant discharge，air pollutant discharge and solid waste discharge.The test consumption index includes 3 indexes，including energy consumption，pollution treatment and testing time.On the basis of constructing the evaluation index system，the paper uses the method of Likert scale and the method of Delphi to determine the grading standard，and uses the analytic hierarchy process to determine the weight of the evaluation index，then establishes the comprehensive evaluation model.The evaluation index system can quantitatively evaluate the environmental safety compatibility of chemical analysis method of food inspection，which can provide reference for the improvement and perfection of the relevant standards andmethods for food inspection.

Food Inspection；Chemical Analysis Method；Environmental Safety Compatibility；Evaluation Index System

TS207.3

E-mail：cqciqlxl@163.com

国家质检总局科技计划项目（2014IK131）

2015-08-26