满足食品安全要求的解决方案

获得安全营养的食物是维持生命和健康的关键。据世界卫生组织估计，每年约有 6 亿人因食用受污染的食物而患病，其中 42 万人死亡。5 岁以下儿童约占死亡人数的三分之一，其中最常见的是因食用受污染食物而导致的腹泻。食品供应链通常跨越国界，政府、生产商和消费者之间的良好合作以及对食源性病原体、有毒化合物和营养成分污染的充分检测有助于确保食品的安全和质量。

食物链通常从农业部门的农场开始，在那里食用的大部分食物都会进入下游的食品和饮料生产商进行后续加工或转化，然后进入零售商或消费者服务部门，直至到达最终消费者手中。从农场到餐桌的这一过程通常要经过各种批发商，并涉及运输和仓储等其他服务提供商。

食品安全战略不仅包括人类消费食品的安全，还包括动物饲料、动物健康和福利以及植物健康。这一过程必须确保食品从农场到消费者的全程可追溯，尤其是在国际运输过程中。

耶拿分析公司及其母公司 Endress+Hauser提供的产品能够满足食品行业的需求，并符合维护高标准的法规。从初级农业生产到食品加工和消费，满足食品质量和安全标准至关重要，而Endress+Hauser公司和耶拿分析公司的产品可以满足这些要求。

农业 初级农业生产--土壤质量和肥料

土壤和肥料的质量对我们今天消费的各种农产品的质量起着至关重要的作用。土壤和肥料行业需要对土壤和肥料进行快速、全面的化学分析，包括检测和定量镉、铅、砷、汞和铬等有毒金属，而这些有毒金属有可能转嫁给最终消费者，耶拿分析仪器正是为满足这一行业的高要求而设计的。

耶拿分析公司的 PlasmaQuant 系列ICP-OES和ICP-MS元素分析仪能够测量超痕量的有毒金属，远远低于欧洲和其他重要法规规定的水平。这些产品广泛的线性范围还可测定多种必需元素和营养元素，包括钙、镁、钾、铁、硒、锌、铜、硫和磷等。

对于样品数量、元素要求或预算较少的实验室来说，原子吸收光谱仪 (AAS) 是一种成本效益较高的选择，与 ICP 技术相比，其资本成本较低。双焰和双炉系统也能测量主要、次要和痕量元素，但需要在样品分析时间上做出权衡。

测量用于种植农作物和动物饲料的土壤的健康状况对于最大限度地提高产量和将有毒金属浓度控制在监管水平以下至关重要。肥料也是如此，正确的氮、磷、钾比例（氮、磷、钾）和其他基本元素对于特定作物的最佳组合至关重要，同时也是有毒金属的另一个潜在来源。

表 1.使用PlasmaQuant PQ 9000 ICP-OES测量土壤中的各种元素

土壤和肥料中的有机碳含量也很重要，因为有机化合物会被微生物生物降解。有机酸的产生会通过络合作用极大地促进重金属的移动，并导致重金属转移到较低的土壤层和地下水中。元素分析仪（如耶拿分析公司的多功能 EA 4000）是一种全自动系统，能够测量肥料和土壤中的总无机碳 (TIC)、总碳 (TC) 和总有机碳 (TOC)。

表 2：化肥和土壤样品中总无机碳 (TIC)、总碳 (TC) 和总有机碳 (TOC) 的测定结果

要确定农业耕作区的特征，一个重要参数就是测定土壤中的微生物生物量和溶解有机物 (DOM)。它们是微生物食物的基础。为此，用盐水溶液（如 0.5 M_K2SO4）萃取熏蒸过和未熏蒸过的土壤样品，并用 TOC/TN 分析仪（如Analytik Jena multi N/C 2100S 或 multi N/C® 3100）测定可萃取有机碳 (EOC) 和可萃取氮 (EN)。

表 3：土壤样本中不可萃取有机碳 (NPOC) 和总氮 (TN) 的测定结果

动物饲料

动物饲料通常指喂给动物的食物或饲草，包括干草、稻草、青贮饲料、压缩和颗粒饲料、油料和混合饲料，以及发芽谷物和豆类。饲料谷物是全球最重要的动物饲料来源。两种最重要的饲料谷物是提供能量的玉米和提供蛋白质的豆粕玉米。其他饲料谷物包括小麦、燕麦、大麦和大米等。

动物饲料在牲畜日常摄取营养和纤维以保持健康方面发挥着重要作用。除了主要来自空气和水的有机结合元素氢、碳、氮和氧之外，还有 30 多种生物体正常运作所必需的膳食元素。

磷、钾和硫被视为所有生物系统中的主要营养元素。钙和镁的需求量相对较大，而生物体对其余矿物质的需求量微乎其微。在植物正常生长所需的微量元素（也称为微量营养元素）中，硼、铜、铁、锰、锌和钼被认为是最重要和最容易理解的。其余的微量营养元素在动物和人类的新陈代谢中起着决定性的作用，而氯和钠则具有植物生长功能。

例如，钙是骨骼和牙齿强度的主要成分，还有助于血液凝固和神经系统的正常功能。缺钙会导致人类和动物骨质疏松、代谢紊乱和其他问题。镁对反刍动物预防草地四肢抽搐症非常重要，硒是众所周知的影响奶牛生育能力的主要因素，而锰的缺乏会导致动物骨骼变形，并抑制伤口愈合过程中胶原蛋白的生成。

相反，有毒元素会对生物产生不利影响。这些有害元素包括铍、锑、铋、钡、铀、铝、钛、汞、镉和铅。有毒元素容易积聚在肝脏、肾脏、胰腺和肺等器官中。例如，镉会导致肾损伤和心血管疾病，而铅几乎会影响人体的每一个器官和系统，尤其是大脑和神经系统，儿童最容易受到影响。世界卫生组织（WHO）认为汞是十大有毒化学物质之一，尤其是甲基化形式的汞，对神经、消化和免疫系统以及肺、肾、皮肤和眼睛都有毒害作用。接触甲基汞主要是通过食用被甲基汞污染的鱼类和贝类。

纵观食品供应链的上游，特别是农业，可以清楚地看到，在动物饲料中提供正确平衡的宏量矿物质和微量金属有助于牲畜的茁壮成长和远离疾病。精确测量食品和农产品中的元素组成对于确保产品安全和保持足够的营养成分水平至关重要。 ICP-OES 和 ICP-MS 是对溶液中的元素浓度进行快速、可靠和常规分析的重要工具。

表 4：用ICP-MS对实验室内的 Hay 标准物质进行 400 倍稀释后的分析结果

表 5.经 2000 倍稀释后用ICP-OES 分析动物饲料参考材料的结果

汞 乳制品和鱼类产品中的汞

近几百年来，随着工业和农业的加速发展，人们接触汞等有毒元素的机会大大增加。在牧场上自由饲养的牲畜是重金属环境污染的良好指标，也是潜在的污染源。汞也是一种已知的生物蓄积物，在鱼类，尤其是食物链高端的鱼类（包括金枪鱼、鲨鱼、鲭鱼和剑鱼）中含量很高。汞还以毒性更强的甲基汞形式存在，浓度高得危险。除鱼类和其他海产品外，人体中汞的主要来源是吸收来自牙科汞合金的物质。

人们普遍认为，汞会影响大脑，尤其是婴儿的神经系统发育。母乳喂养的婴儿特别容易中毒，尤其是在海产品摄入量较高的社区，因为甲基汞会随母乳排出体外。因此，长期哺乳的婴儿患甲基汞中毒的风险可能会增加。相反，1991 年 Hapke 的一项研究发现，牛能够在瘤胃中使汞脱甲基，从而减少汞的吸收。因此，牛奶中的汞含量明显较低。

奶粉和金枪鱼中汞的测定

使用耶拿分析公司的 contrAA 连续源原子吸收光谱仪（AAS）测定了奶粉、金枪鱼和鱼蛋白中的低浓度汞。

带有 HydrEA 附件的 contrAA 800 AAS可以对汞进行超痕量检测，检测限在万亿分之一的范围内，远远低于牛奶产品中的浓度。使用独有的固体 AA 附件与contrAA 800 G 石墨炉系统相结合，还可以直接分析鱼类蛋白质，而无需消化样品。

表 6.使用contrAA AAS测定牛奶和鱼类产品中痕量水平的汞含量

*鱼类蛋白质认证参考材料，认证含量：4640 ± 260 µg/kg

砷 砷的种类鉴定

砷（As）是一种天然元素，存在于空气、土壤、水和食物中。人类活动，包括燃烧煤炭和其他燃料，以及在药物、除草剂和木材防腐剂中使用砷化合物，都是造成砷污染的原因。

除饮用水外，大米消费也是砷的主要来源，涉及约 30 亿人口。世界大米消费量已从 1960 年的 1.56 亿吨增至 2013 年的 4.966 亿吨。此外，研究表明，与其他食品相比，大米中的砷暴露更为严重。例如，大米中的砷含量是小麦和大麦的 10 倍。砷含量升高的原因是，水稻是唯一在水淹条件下生长的主要谷物作物，导致砷的可获得性高，靠近根部的砷浓度高。除了直接摄入外，用稻草喂牛也会增加接触砷的风险。

根据世界卫生组织的指导方针，饮用水中总砷的允许含量为 10 纳克/毫升。虽然食品中没有这样的限制，但联合国粮食及农业组织/世界卫生组织（FAO/WHO）建议每周每公斤体重的砷摄入量不超过 15 微克。

无机砷与许多不良健康影响有关，尤其是在怀孕、婴儿和幼儿期接触时。美国食品和药物管理局的食品安全和应用营养中心报告称，长期接触米粒和米制品中的砷会有致癌风险（包括肺癌、肝癌和肾癌）和非致癌健康影响（包括心血管疾病、糖尿病和神经系统疾病）。

砷的毒性不仅取决于总浓度，还取决于其化学形态，因为这些形态在流动性、毒性和生物利用率方面各不相同。可溶性无机三价砷（AsIII）和五价砷（AsV）是毒性最强的形式，可迅速被人体吸收。无机砷被吸收后，会在血液中由 AsV 还原成 AsIII，并被组织细胞（主要是肝脏）吸收。其他常见的摄入形式包括有机单甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA），其毒性明显降低。无机砷也会通过细胞内氧化作用广泛甲基化为 MMA 和 DMA，其代谢物主要随尿液排出体外。

大米中通常含有较高比例的无机砷，因此在分析大米样本时必须重视砷的种类。研究还表明，用过量的水淘洗大米和煮饭可以减少食用时的砷含量。不过，用受砷污染的水煮饭会增加砷的摄入量。

高效液相色谱法（HPLC）与 ICP-MS联用是测定食品和饮料中砷种类的首选系统配置。高效液相色谱法可在 10 分钟内快速分离出主要的砷种类，而耶拿分析公司的PlasmaQuant MS ICP-MS则可进行超痕量检测，每公斤大米中的砷含量小于 0.4 微克。

表 7.用HPLC-ICP-MS测定玄米中的砷种类

动物物种识别 识别动物和起源

为了达到符合宗教和卫生法律的国际监管标准，需要对未申报的动物源性成分进行鉴定。出于公共卫生、宗教因素、真实性和食品行业不公平竞争优势等各种原因，食品掺假和替代问题令人担忧。要准确识别加工食品中的动物种类，最方便的方法之一是通过 DNA 所体现的遗传信息。例如，确定小熊软糖中明胶的来源、碎肉中的肉类种类或大米中猪肉痕迹的鉴定。

耶拿分析公司的InnuPure C16 touch自动核酸提取系统与innuPREP食品DNA试剂盒-IPC16提取试剂盒相结合，可使用预填充密封试剂塑料瓶自动制备、分离和收集DNA。在高性能实时 PCR（聚合酶链式反应）热循环仪 qTOWER³上使用 innuDETECT 物种 ID分析仪对洗脱液进行分析，以鉴定山羊、绵羊、牛肉、猪肉、马、驴、山羊或火鸡的物种。

PCR 是分子遗传学中的一种技术，可以分析任何短序列的 DNA（或 RNA），即使样品中只含有微量的 DNA（或 RNA）。PCR 用于复制和扩增选定的 DNA 片段以进行分析。表 7 中的实时 PCR 结果和图 8a、图 8b 和图 8c 中的扩增图确定了所调查的五种不同奶酪在奶源（包括牛奶、山羊和绵羊）方面的实际种类，并与原始包装上的声明进行了比较。五种奶酪中有四种追溯到其他奶源，而不是包装上标明的奶源。

表 8.五种不同奶酪的奶源申报与检测结果对比

病原体 食源性病原体检测

食源性疾病包括多种疾病，是一个日益严重的公共卫生问题，由摄入受微生物污染的食物引起，可能发生在从食品生产到消费的任何阶段。食源性疾病最常见的症状是胃肠道感染或刺激，包括呕吐、腹泻、腹痛、发烧和发冷。然而，食用受污染的食品也可能导致其他症状，如多器官衰竭甚至癌症。腹泻病是最常见的疾病，每年导致超过 5.5 亿人患病，超过 23 万人死亡。食品安全、营养和粮食安全密不可分，不安全的食品会造成疾病和营养不良的恶性循环，主要影响婴幼儿、老年人和病人。

使用SmartExtraction 技术 提取 DNA 能更快地提取李斯特菌、沙门氏菌、大肠杆菌和弯曲杆菌等食源性病原体。同时，耶拿分析公司基于 TaqMan 的 innuDETECT 病原体检测试剂盒可以对病原体进行高灵敏度的常规检测。

表 9：标准培养（1 毫升用于提取）后的病原体浓度和检测到的 Ct 值