化学工程分析技术在食品安全中的应用

引言

从农田到餐桌，食品供应链的各个环节都可能受到污染，威胁消费者的健康。化学工程分析技术作为保障食品安全的重要手段，能够准确、快速地检测食品中的营养成分、添加剂、污染物等，为食品安全监管、生产过程控制以及风险评估提供关键数据。深入研究和应用化学工程分析技术，对于提升食品安全水平、维护公众健康具有重要意义。

1 化学工程分析技术在食品安全检测中的重要性

食品安全问题种类繁多，包括微生物污染、化学物质残留、食品添加剂滥用等。化学工程分析技术能够针对不同类型的问题，提供精准的检测方法。例如，在农药残留检测方面，传统的感官检测无法满足需求，而化学分析技术可以检测出极低浓度的农药残留，确保食品符合安全标准。在食品生产过程中，通过实时的化学分析，能有效控制生产工艺，保证产品质量的稳定性。对于监管部门而言，准确的化学检测数据是执法的重要依据，有助于打击食品安全违法行为，维护市场秩序。

2 食品安全中化学工程分析技术的应用分析

2.1 食品营养成分检测

在食品营养成分检测方面，化学工程分析技术可准确测定食品中的蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质等成分。例如，利用凯氏定氮法结合分光光度法可测定食品中的蛋白质含量；高效液相色谱法能够精确分析食品中不同种类维生素的含量；原子吸收光谱法可检测食品中钙、铁、锌等微量元素。这些检测结果为食品营养标签标注、营养成分分析及膳食搭配提供了科学依据，有助于消费者了解食品营养信息，合理选择食品。

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 0.008pph ，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 循环经济与资源回收

循环经济理念在化学工程工艺中的应用，正在推动整个化工行业向更加可持续的方向发展。这一模式强调“减量化、再利用、资源化”的原则，旨在最大限度地提高资源利用效率，减少废弃物排放。在化学工业中，循环经济的实践主要体现在废弃物资源化利用和化学品的循环使用等方面。例如，某大型化工园区通过建立完善的物质流网络，实现了不同企业间副产品和废弃物的高效利用。一家企业的废热蒸汽被邻近工厂用作生产原料，而另一家企业的废酸则被回收用于生产高纯度硫酸，形成了一个相互依存、资源高效利用的产业生态系统。在化学品循环使用方面，溶剂回收技术的应用尤为突出。通过先进的分离和纯化工艺，许多高价值溶剂可以被反复使用，不仅大幅降低了原料成本，也减少了废液排放。

2.4 农药残留与兽药残留检测

农药和兽药在农业和畜牧业生产中的广泛使用，导致食品中可能存在残留问题。化学工程分析技术是检测农药残留与兽药残留的主要手段。气相色谱-质谱联用技术可检测蔬菜、水果中多种有机磷、有机氯农药残留；液相色谱-质谱联用技术可用于检测肉类产品中的兽药残留，如抗生素、激素等。这些技术能够实现对痕量残留物质的高灵敏度检测，及时发现食品中残留超标问题，防止有害残留物质进入人体。

2.5 食品中有害物质检测

化学工程分析技术还可用于检测食品中的有害物质，如重金属（铅、汞、镉、砷等）、黄曲霉毒素、多环芳烃等。原子吸收光谱法、原子荧光光谱法可准确测定食品中重金属含量；高效液相色谱-质谱联用技术可检测食品中黄曲霉毒素等强致癌物质；气相色谱-质谱联用技术可用于分析食品加工过程中产生的多环芳烃。通过对这些有害物质的检测，可有效防范食品安全风险，保障消费者健康。

3 改进化学工程分析技术在食品安全应用的措施

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。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。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/MRL2023），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 智能化与自动化

智能化和自动化也是化学工程分析技术在食品安全应用中的重要发展趋势。通过引入人工智能、大数据等技术，实现检测过程的自动化控制、数据的自动采集与分析，提高检测的准确性和稳定性，减少人为误差。同时，利用智能化技术对食品安全数据进行深度挖掘和分析，能够及时发现食品安全隐患，为食品安全风险预警提供支持。

3.3 完善技术标准体系

相关部门应加快制定和完善食品安全检测技术标准，组织专家对现有标准进行梳理和修订，确保标准的科学性、准确性和实用性。加强标准的宣传与推广，组织检测机构技术人员学习标准内容，确保检测过程严格按照标准执行。建立标准动态更新机制，根据技术发展和实际需求及时更新标准，保证检测结果的可靠性和可比性。

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。

参考文献

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