化学技术在食品安全检测中的应用分析

摘要：新形势下，与新时代人民群众对美好生活的需要相比，食品安全工作仍面临不少问题和困难。强化食品安全监管，化学技术被广泛应用于食品安全检测中。在技术原理上，化学技术在食品安全检测中常用到色谱法、光谱法、波谱法和比色分析法。在现实应用中，化学技术在农药残留、兽药残留和食品添加剂中等安全检测中优势明显。

关键词：化学技术食品安全检测色谱法光谱法波谱法比色分析法

AnalysisoftheApplicationofChemicalTechnologyinFoodSafetyTesting

YANGCairong

LinfenVocationalandTechnicalCollege，Linfen，ShanxiProvince，041000China

Abstract：Underthenewsituation，comparedwithpeople'sneedsforabetterlifeinthenewera，foodsafetyworkstillfacesmanyproblemsanddifficulties.Inordertostrengthenfoodsafetysupervision，chemicaltechnologyiswidelyusedinfoodsafetytesting.Intermsoftechnicalprinciples，chemicaltechnologycommonlyuseschromatography，spectrometry，wave spectroscopyandcolorimetricanalysisinfoodsafetytesting.Inpracticalapplication，chemicaltechnologyhasobviousadvantagesinsafetytestingsuchaspesticideresidues，veterinarydrugresiduesandfoodadditives.

KeyWords：Chemicaltechnology;Foodsafetytesting;Chromatography;spectrometry;Wavespectroscopy;Colorimetricanalysismethod

民以食为天，食以安为先。实施食品安全战略，切实把保障食品安全落实到行动上，让民众吃的放心、安心，做好食品安全检测工作是第一道防线。在食品安全检测中，由于食品类型非常广泛，检测目录亦有1563项（截至2023年9月）[1]之多。检测食品中的农药残留、兽药残留、食品添加剂等，化学技术功不可没。化学技术基于物质特定化学反应特性和不同化学反应之间的关系，用定量和定性方法分析目标成分，具有操作过程简单，检测效率高，检测结果准确等优势。随着工业产业的发展，化学技术在食品安全检测中的应用亦越来越广泛。因此，研究化学技术在食品安全检测中的应用具有重要的理论和现实意义。

1化学技术在食品安全检测中的原理阐述

1.1色谱法原理

色谱法是一种分离方法，根据混合物各组分流动相和固定相的差异，随着吸附力、流动速度不同形成不同的色谱带，再按照特定的色谱系统进行样品分析。虽然越来越多的无色无味组分在先进的手段和仪器下，可以实现分离，早已超出了色谱法创始人茨维特（1906年）关于植物色素分离的范畴，但色谱法这个名字却一直沿用至今。色谱法按照不同标准可以为很多类，按照两相物理状态分类，有气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱等；按照固定相的形式分类，有薄层（平面）色谱、高分子膜（平面）色谱、毛细管（柱）色谱等；按照分离机制分类，有吸附色谱、分配色谱、分子排阻色谱、毛细管电泳等。

在食品安全检测中，以气相色谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳等较为常用。其中，气相色谱法是在液液分配色谱基础上，测定气化或能转化成气体的物质，其优势为分析速度快、灵敏度高、应用范围广；高效液相色谱法，利用传统液相柱色谱原理，引入高压输液泵、计算机控制系统等装置，因此分离效能和灵敏度高，流动相选择范围亦宽，但仪器设备上要求操作严格，费用亦不低。随着技术的不断发展，气相色谱、液相色谱等色谱法与质谱法（物理分析法）组合，研究出了气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）等先进仪器，应用范围广，各自又有不同的性能特点。

1.2光谱法原理

光谱法基于物质与辐射相互作用产生的辐射信号来进行定性和定量分析，在该作用过程中，物质内部发生能级之间的跃迁。光谱法根据不同的形式可以分成多种，按照波长区域不同，分为红外、可见光和紫光光谱；按照产生本质，分为原子和分子光谱；按照产生方式不同，分为发射、吸收、散射光谱。在实际应用时，又有更为细致的划分，如发射光谱根据光谱区和激发方法不同，有g射线、X射线、原子、分子等光谱法。光谱法具有分析速度快，操作简便，灵敏度高，可同时测定多种元素等优势，但在定量分析时，要有一套结构与组分与被分析样品基本一致的标准样品作为基准。

在食品安全检测中，以近红外光谱法、紫外光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法这四大光谱法最为常用。

1. 近红外光谱法利用近红外光照射，产生使物质的原子分子能够振动迁跃的能量，并产生相互耦合作用，产生的振动类似于连接两个小球的弹簧，具有分析速度快、分析效率高、成本低且不损伤样品的优势，但前期因为需要选取大量代表性样品进行建模分析，花费时间成本比较高。
2. 紫光光谱法基于物质吸收紫外线程度不同，使价电子和分子轨道上的电子发生跃迁，其灵敏度高且操作简单。
3. 原子吸收光谱法遵循透光强度与原子蒸汽厚度的朗伯定律关系，气态原子在吸收一定波长的光辐射后，外层的电子从基态跃迁至激发态，在该过程中，入射光辐射的频率等于原子中电子跃迁所需要的能量频率时，外层电子将有选择性地共振吸收一定波长的入射辐射光，使入射辐射光减弱，其具有灵敏度高且精密度好的优势，但通常不能够同时分析多个元素。
4. 荧光光谱法是一种光致发光的现象，即物质受到光照射时，除了吸收某种波长的光外，还会发射出比原来所吸收光的波长更长的光。光致发光现象不止荧光，还有磷光。荧光物质分子吸收入射光后，电子发生跃迁至最低振动能级，再返回基态时发出荧光。荧光光谱法灵敏度高，相当于单一的吸收光谱来说，可根据激发光谱和发射光谱来分析鉴定，因此，具有较强的选择性，其不足之处在于有些物质本身不发荧光，具有共轭双键体系化学结构的物质，才能利用其荧光特性来进行分析鉴定。

1.3波谱法原理

波谱法作为检测技术四大名谱之一，与色谱、光谱、质谱（物理分析）在检测特色和适用范围上各有千秋。具体来说，波谱法基于物质在电磁波的照射下，引起原子核能级跃迁，吸收或散射某种波长的光，从而被记录下来。

在食品安全检测中，以核磁共振波谱法（NMR）最为常用，顾名思义，基于原子核的磁共振现象，把原子核置于外加磁场中，并满足一定外在条件才能产生。但并不是所有原子核都具有磁性，具有自旋运动产生电流进而产生感应磁场，才带有磁性，这种磁性在置于外加磁场时，才表现出来。因此，核磁共振波谱在应用时，被测样品不能含有铁磁性和导电物质。

1.4比色分析法

该方法经常作为食品安全的快速检测方法之一[2]，而被广泛应用，其原理为根据待测物质的化学特性，使之与特定试剂发生显色反应，通过比较颜色或吸光度值来进行鉴定分析。在该过程中，要选择适当的显色试剂，使之能够与待测物质反应后形成有色物质，然后再比较或测量有色物质的颜色深度。因此，此种方法对化学反应自身条件依赖性较强，要求反应生成的有色物质与显色剂之间的颜色有差别，且显色剂尽量只与待测物质的组分发生反应，尽量不与其他干扰组分反应。

因此，在食品安全检测中，化学比色分析法具有操作简单，结果显示比较直观的优势，特别是快速检测中已经应用比较成熟，但此类方法由于需要发生显色反应，所以会破坏样品，不能进行无损检测，只能用于抽样检测。例如：小米的染色检测，选取样品后，加入无水乙醇，研磨后取悬浊液，然后加入氢氧化钠，观察颜色变化，如果呈现橘红色，则说明小米用了姜黄素进行染色。

2.化学技术在食品安全检测中的现实应用

2.1农药残留

《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》（GB2763-2021）农药残留限量标准突破一万项，来呵护“舌尖上的安全”。农药在农作物进行除草、控高、脱叶、坐果等措施中均有可能用到。CCTV12在《平安365》（20130517）农药危机中，曾报道过一组数据，“我国每年农药用量337万吨，分摊到14亿人身上，就是每个人2.4公斤！”长期食用农药残留超标的农副产品，可能会导致人类大脑功能紊乱，引发早老性痴呆、心脑血管病等疾病，可能会导致肝脏机能下降，引起肝脏病变。

检测农药残留可以用气相色谱法[3]、气-质联用法[4]、荧光光谱法[5]等化学技术，其中，气相色谱法可以分离鉴定敌敌畏、乙酰甲胺磷等有机磷农药残留，以及百菌清、三唑酮等有机氯农药残留以及氯氰菊酯、溴氰菊酯等拟除虫菊酯类农药残留，作为食品农药残留检测最具有代表性的一种，操作简单，检测步骤易懂，优势比较突出。荧光光谱法对农药残留的快速检测具有突出的高灵敏性和有利的时间标度，且操作简单，对专业性要求低，随着技术的发展，在传统的激发光谱和发射光谱二维荧光光谱图基础上，发展三维荧光光谱分析，基于遗传算法和神经网络，为食品安全快速检测提供了更多可能性。

2.2兽药残留

《食品安全国家标准食品中兽药最大残留限量》（GB31650-2019）对兽药最大残留限量进行了规定。兽药在畜牧业中被广泛用于治疗畜禽疾病，若药残超标，则随家禽家畜粪尿排泄物排出，影响周围土壤微生物、水生微生物的耐药性。不仅如此，一些青霉素、四环素等抗菌性药物能使人群发生过敏反应和变态反应，甚至由于长期食用药残畜禽产品，造成慢性中毒。作为食品安全检测的重点项目之一，兽药残留常见的有治疗动物皮肤感染、呼吸道感染的恩诺沙星超标，涉及牛羊肉、蛋类和贝类、鱼类等水产品；有治疗畜禽细菌性疾病的氧氟沙星超标，涉及乌鸡、黄花鱼、鲈鱼等细类产品等。

检测兽药残留，可以使用高效液相色谱法、高效液相色谱-质谱法、气相色谱-质谱法等化学技术，以及与免疫分析技术、生物传感器等联用技术[6]。其中，可以用高效液相色谱法检测畜禽肉中的土霉素、四环素、金霉素等抗生素残留；用高效液相色谱-质谱法检测氯霉素、合成类固醇类激素、糖皮质类激素等化学药品类残留等等，检测技术灵敏度高，准确可靠。

2.3食品添加剂

《食品安全国家标准—食品添加剂使用标准》（GB2760-2014）对食品添加剂进行了规定。食品添加剂是为了改善食品品质、色香味以及防腐，需要加入食品中的化学物质或天然物质，具有酸度调节、抗氧化、漂白、膨胀、着色、乳化、防腐、凝固、增稠等多种功能，若违禁、滥用以及超标食用，可能会使人体慢性中毒，甚至产生致癌、致畸的危害。

检测食品添加剂，可以使用高效液相色谱法[7]、比色法[8]等化学技术进行检测。其中：高效液相色谱法可以将醋酸铵和甲酸作为流动相，对糖精钠、环己基氨基酸钠等甜味剂进行检测，还可以对防腐剂、食用色素进行检测；比色法因为灵敏度高、响应时间短等特点，在食品安全快速检测中备受青睐，最新研究的钴锰混合金属氧化物纳米模拟酶，在无须过氧化氢的条件下比色检测食品中的亚硫酸盐。

3结语

化学技术在农药残留、兽药残留和食品添加剂这些常见的食品安全检测中发挥着重要的作用。随着科技的发展，检测技术亦不断完善，检测范围更加宽泛，检测效率更加快速，检测结果更加准确，如生物用化学发光、纳米技术等更多新型、复合型检测技术将会出现，而化学技术的基本原理将变得更加丰富。

参考文献

[1]食品安全标准与监测评估司.食品安全国家标准目录[EB/OL].（2023-09-28）[2024-01-12].http：//www.nhc.gov.cn/sps/s3594/202309/c359451fa15f4b3cab00c038333e81d2.shtml.

[2]姚玉静，翟培.食品安全快速检测[M].北京：中国轻工业出版社，2019：10.

[3]张英明.气相色谱法的原理及其在食品农药残留检测中的应用[J].食品安全导刊，2021（35）：187-189.

[4]王雪，王盾，张姝娟，等.气质联用法在测定40种农药残留中的应用[J].湖北农业科学，2019，58（23）：171-175.

[5]张亚莉，颜康婷，王林琳，等.基于荧光光谱分析的农药残留检测研究进展[J].光谱学与光谱分析，2021，41（8）：2364-2371.

[6]洪璐，刘书余，郭亚文，等.禽蛋和禽肉中兽药残留检测技术研究进展[J].中国兽药杂志，2023，57（9）：77-86.

[7]孙熠，高翠.高效液相色谱法原理及在食品防腐剂检测中的应用[J].中国食品工业，2021（8）：42-43.

[8]张小硕.钴锰混合金属氧化物比色检测食品中的亚硫酸盐[D].陕西：西北农林科技大学，2022.