工程6（2020）384意见和评论食物安全与健康-过去的问题和未来的解决方案Christopher J. 史密斯英国切斯特大学临床科学与营养系，切斯特CH1 4BJ希波克拉底的格言这一格言只有在所有食品都是安全的情况下才能实际应用如今，正在生产食品这种加工可能包括添加旨在改善健康的补充剂和潜在有害的掺杂此外，食品可能被生产和加工过程中遇到的杀虫剂和其他材料污染。因此，有必要确定“不安全”的食品。问题可能更好地提出来：哪些食物是安全的？食品安全依赖于六个基本原则：安全的食品生产、安全的食品供应链、安全的食品加工系统、安全的批发食品供应、安全的食品零售系统和安全的家庭食品处理。这些原则涵盖了整个食品供应链（图1）。只要在食品生产和食品供应链的每个阶段采取适当的预防措施，食品应该是安全的。图1显示了食物链内关系范围的简化版本。然而，除了考虑供应链的各个部分外，还应考虑食物网的相互关联性。各相的分离事实上，食物链的保护措施作为一种防止污染的形式是无用的。在诸如所示的简单示例中在图2中，食品生产者、加工者、批发商、制造商和消费者无法控制的因素可能导致严重污染的最终产品。空气污染和环境污染等因素Fig. 1. 传统食品供应链。在当地喷洒后的农药漂移意味着，由于其他人的活动，食物可能“无意中”受到污染。仅仅是空气污染物和杀虫剂就可以沉积在当地田地里牛吃的草上。污染物还可以进入水道，污染鱼类、食用水生植物和水。污染到最终食品产品（在这种情况下是意大利肉酱面）的途径如下：牛吃草，通常也喂鱼粉，并直接暴露于它们呼吸的空气中的污染物。在这个例子中，牛生产奶酪生产中使用的牛奶和形成最终产品基础的肉。奶酪、肉和新鲜牛奶都来自被污染的奶牛，它们被用于生产加工食品--意大利肉酱面。这道菜可能会进一步被水污染，从河流，溪流和湖泊，这是提取用于准备意大利面，奶酪酱和烹饪肉类。它也可以用于清洗设备和清洁工作区域的所谓积极活动。鉴于这种复杂的相互交织的关系网，很明显，尽管在食品生产过程的每个阶段防止污染的努力是至关重要的，但对生产过程采取更全面的观点也是至关重要的。这是一个非常简单的例子，说明尽管食品工业做出了所有努力，但食品仍可能受到环境污染物的这只是一个假设的例子，但人们担心，由于食物中毒事件和随后的召回，消费者和生产者之间的食品安全危害图二、 举例说明污染物通过食物链到达食品的各种途径。https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.03.0012095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/engC.J. 史密斯/工程 6 （2020）384385新闻界广泛报道的行动。食物来自世界各地，因此生产过程是一个不确定因素。消费者和生产者希望超市、商店和市场提供安全和高质量的食品，希望确保持续成功的贸易和消费。市场上有受污染的食物对任何人都没有好处。这使得消费者对购买产品持谨慎态度。此外，消费此类食品可能包括健康不良的风险，这会产生许多后果，如生产力损失、使用相关费用的卫生服务以及其他社会后果。因此，确保食品不受污染对各国政府有着特殊的利益消费者和生产者希望：(1) 立法和食品安全控制;(2) 质量体系;(3) 安全的食品供应链。同样令人担忧的是掺假问题。污染是一个偶然的问题，但掺假是食品工业中犯罪分子故意行为的结果。掺假是一个主要问题，也需要对食品进行监测，但对分析和监测系统有不同的要求，这将在本文后面讨论食品安全通过几种不同的途径来管理：①立法和监测;②教育和培训。立法、教育和培训是一个持续的过程，随着食品制备方法和所用设施的变化，这些过程必然会发生变化。立法有着超过10000年的复杂书面历史，从古代苏美尔（公元前8000年）的法律，用楔形文字书写，涵盖了食品质量到2015年中国最现代的腿islation其中最著名的是格尔曼纯度法（即，1516年（昭和15年），被废除。尽管有这么多的法律，仍然有违反意外污染和故意掺假。因此，单靠立法不足以确保安全、优质的食品。教育也已经使用了几千年，但它也未能消除污染或掺假的食物。很明显，立法和教育未能充分管理食品安全的人性方面，冷漠或贪婪导致掺假或受污染的因此，需要有一个执法制度，以确保法律和公认的做法得到遵守。这意味着需要有一个监测程序系统，可以证明或反驳遵守立法和可接受的做法的情况。由于能够证明不遵守法律是至关重要的，食品科学家工作的最重要方面之一是开发在食品所代表的复杂基质中正确发挥作用的分析方法食品分析的方法多种多样，但它们都试图符合食品工业和消费者所施加的限制。基本上要求是测定应该是快速的、特异的、低成本的和简单的。这些要求背后的原因很容易理解。食品的保质期通常很短，因此测试或等待结果的任何延迟都会减少产品可供销售的总时间。因此，首选快速检测。同样重要的是测试的成本，因为食品行业据说利润率很低，因此几乎没有余地为昂贵的科学设备或实验室设施提供资金。然而，相反的论点是，未能监控食品质量和安全可能导致昂贵的召回，发现，并可能完全摧毁公司。因此，必须实现平衡。除此之外，还需要测试高度具体但易于理解。有各种分析方法可以满足其中一些标准。质谱法可以是高度特异性的，只要分析物是已知的并且具有独特的分子离子特征，但是它可能需要大量的准备从复杂的基质中提取样品，因此通常仅由公共分析师和类似的监测机构使用。类似地，基于DNA的测定经常被推荐为最敏感和特异性的测试形式，但不幸的是，并非所有食品样品都含有DNA，也不可能检测出不含核酸成分的污染物，如杀虫剂、除草剂和杀虫剂。因此，尽管这些测定具有灵敏度和高特异性，但其用途有限。有一种测定形式可以满足所有要求：免疫测定[1，2]。虽然有许多不同形式的免疫测定，但它们都具有相似的特征，使它们快速，特异，灵敏和低成本。从本质上讲，免疫测定技术是建立在分子中抗体、抗原和指示剂的正确组合可用于分析几乎所有可能的分析物，而无论相关基质的复杂性如何，只要检测试剂盒采用适当的形式。现在，抗体库由另外一系列结合配体（适体）支持[3]。除了拓宽可检测部分的范围之外，适体允许分析人员设计和合成配体，而不依赖于与在动物中产生多克隆抗体或体外产生单克隆抗体相关的昂贵且当然，这些声明必须是合理的。简单地说，要求是，具有抗体或适体的各种形式的免疫测定提供了具有食品工业所需的所有特异性、灵敏度和简单性的所有形式的所有测定，使得不需要诉诸于使用其他昂贵、复杂和耗时的测定。如果单独考虑测定所需的每种特性，则可以理解免疫测定的声明如何表明其优于所有其他测定方法。免疫测定的基础是抗体与其特异性抗原配偶体之间的有许多方法来检测抗原/抗体相互作用。免疫诊断的历史表明，随着技术的改进和测定技术的发展，检测方法也在发展[4]。酶标记的发展已经允许生产快速的视觉检测系统。用酶标记抗体利用了抗体的结构，该结构给予抗体分子酶联免疫吸附测定所依赖的许多其它优点。图图3显示了免疫球蛋白G（IgG）的一般结构。IgG分子的重要特征是它由两个部分组成，抗原结合部分（Fab）和可结晶部分（Fc）。 很明显有两个相同的抗原-图三. IgG的一般结构。Fab：抗原结合片段; Fc：可结晶部分;VH：重链可变区;VL：轻链可变区。386C.J. 史密斯/工程 6 （2020）384·结合位点，其允许抗体分子同时与两种抗原相互作用。类似地，该结构意味着当标记和其他分子通过Fc区与抗体化学连接时，不存在对结合位点的干扰。这些是允许开发过多测定形式的许多特征之一。基本上只有三种测定形式，但在这三种基本形式上有许多变化：非竞争性、竞争性和夹心式，可选择直接或间接检测抗体抗原。因此，免疫吸附测定的基本概念是抗体通过其Fc区固定于固相，留下Fab游离以结合抗原。然后通过产生夹心测定的第二标记抗体或标记的抗原检测该结合反应，所述标记的抗原产生竞争性的、未标记的抗原与标记的相同抗原竞争，或非竞争性的，被测量的抗原在测定之前被标记（图1B）。 4）。开发合适的标记物是免疫分析发展中的一个重要因素。最初Ekins[5]和Yalow和Berson[6]描述了使用放射性标记的免疫测定。然而，正是酶标记的引入，从而消除了处理放射性物质的问题，使得免疫测定应用得以快速发展。辣根过氧化物酶是最常用的酶。它将过氧化氢转化为氧气和水，游离氧与适当的试剂反应，当氧化时会改变颜色。有许多底物可供分析员选择。然而，在快速格式测定（侧向流和横向流）中使用的可视化的替代方法是附着固体颗粒如胶体金或有色乳胶纳米颗粒，这有效地减少了测定中涉及的步骤的数量，并且还在“是/否”测定中提供了视觉指示图中示出了其中的两个示例。 五、与诸如质谱、表面等离子体共振和实时TaqMan聚合酶链反应（PCR）的高度复杂的测定相比，这样的测定可能看起来相对简单。然而，它是非常简单的，这是显着的 例如，测定的速度，例如表面等离子体共振，经常被引用为重要因素。许多测定需要在可以尝试分析之前预先提取特定的分析物，但是在免疫测定中，如果分析物可溶于水性缓冲液，则所需的所有制备是溶解样品，然后抗体将提供特异性和灵敏度。沿着这些路线发展免疫测定的一个例子是大豆测定Hitchcock et al.[7]开发了一种免疫测定法，由于提取大豆蛋白需要时间，因此需要5天，然而，Rittenburg等人[8]通过使用6molL-1尿素提取和变性蛋白质，然后测量尿素稀释时产生的复性大豆，将时间缩短至30 min。表1显示了测定的快速性对掺假食品的分析的另一个据说重要的要求是灵敏度，但食品掺假并不是涉及少量材料的事情。事实上，掺假的目的是为了赚钱，因此，可以引入食品中的掺假物越多，所获得的利润就越大。因此，灵敏度对于检测掺假不是必需的，尽管灵敏度是必需的。不同检测方法报告灵敏度的比较表明，免疫检测方法可能比最灵敏的替代形式更灵敏（表2）。从表2中可以看出，1989年报道的增强型酶联免疫吸附试验（ELISA）[9]的灵敏度比最灵敏的DNA测定法高100倍。事实上食品分析的另一个方面是需要灵敏度的污染，因为与掺假不同，污染基本上是偶然的，并且可能以相对较小的量发生，但仍然可以造成相当大的危害。（表3显示了掺假和污染之间的当考虑检测有毒农药时，免疫测定能够具有相当高的灵敏度，这是一个重要的方面，即使在非常低的浓度下，有毒农药也会引起重大的类似的考虑也适用于微生物污染物的检测。然而，如果认为这些类型的材料的测定是基于DNA的测定是不可能的，因为杀虫剂、除草剂、杀虫剂和细菌毒素不是由DNA、RNA或核苷酸组成的。目前，食品科学家在试图确保食品质量时必须考虑更多。粮食生产已经扩大规模，从生产者到消费者的食物链中有更多的阶段。故意掺假和意外污染的机会也更多为了应对这一日益复杂的局势，必须不断保持警惕。为了使监测取得成功，需要了解不同类型的掺假物只有不断提高警惕并检查食品样品以识别新的掺杂物，才有可能做到这一点尽管有几个世纪的立法，掺假是一个持续和日益复杂的问题。某些形式的掺假对食用者有害，而另一些则无害。后一类掺假通常涉及欺诈。在不降低价格的情况下，用更便宜的食品替代食品，会导致供应商增加利润。据报道，此类欺诈活动的简单例子包括在制作羊奶酪时用牛奶代替羊奶图四、结 合 反 应 检 测 的 基本分析形式。（a）直接非竞争性测定;（b）直接竞争性测定;（c）夹心测定。C.J. 史密斯/工程 6 （2020）384387图五、 快速测定格式。（a）用乳胶标记的侧向流以使结果可视化;(b)具有酶调节视觉检测的试纸形式。表1基于每次试验的时间比较不同试验系统类型的测定同时检测次数每次实验的时间（min）每次试验的时间（min）ELISA20 +对照品/402油尺96孔板单个样品55横向流动单个样品22侧流单个样品22表面等离子体共振单个样品22ELISA：酶联免疫吸附试验。表2肉类掺假检测的灵敏度图六、一 种能够以低成本提供快速现场初步筛选测定的多线侧流测定。食品行业然而，有几个领域值得进一步努力。抗体的生产可能会引起伦理问题，因为必须使用动物或动物来源的细胞来生产它们。然而，还有一种选择。适体是表现出与抗体相同的结合特异性和灵敏度的短核苷酸序列，但它们具有可以从头合成的优点。从所需特定适体的幼稚文库中选择允许鉴定所需适体。一旦它们的序列已知，就可以根据需要合成它们，从而消除与使用动物相关的伦理问题[12]。新型食品的开发，例如从昆虫开发的食品，为免疫测定研究提供了另一个机会，因为新型食品为不寻常基质中的掺假和污染提供了更多和不同的机会很有可能通过混合谷物和混合蛋白质产品将由替代谷物来源或昆虫蛋白质制成的面粉引入到饮食中。总之，为了确保食品安全和保护民众免受欺诈活动的侵害，需要在食品链的各个阶段以监测和检测的形式保持警惕。日期牛肉样品中检出的猪血清白蛋白（%）已经有相当数量的立法可以追溯到但法律的存在却19891989直接非竞争性1.00ELISA增强ELISA 0.005不能防止掺假和污染。 引入区块链方法可以确保食品在固定检查点之间的安全性，但仍然需要2002定量PCR1.00用于在区块链中断的每个点进行测试那里2005TaqMan实时荧光定量PCR 0.5表3掺假与污染的比较。掺假污染故意的意外大量少量通常不涉及污染包括微生物含量将伪装成色素或调味剂可能在视觉上显而易见涉及成本-的消费者。因此，考虑是否需要定期、详细地监测食品，就必须开发高通量或多分析物检测。免疫测定再次突出了它们被组织成机器人管理的高通量测定的潜力。 在一个非常简单的水平上，多线侧向流测定，如图1B所示。 6可以被生产以提供用于食品工业的低成本的快速现场初步筛选测定。有可能产生这种简单的阳性/阴性测定，对非常广泛的化学污染物具有相当大的特异性。一个中国实验室（江南大学食品科学与技术国家重点实验室）已经生产了100多种不同的免疫测定法，例如猪尿中可乐定的快速检测，这是一种可在屠宰前应用的非侵入性检测[10]和伏马菌素B1的检测[11]。各种形式的免疫测定似乎都能够满足免疫学所需的理想测定所确定的所有要求已经有相当多的可用的测定法，但是该列表决不是全面的，这给研究人员留下了开发新的测试的机会可以为食品工业提供常规、快速、简单、廉价、现场测定的形式已经存在。开发使用复杂、精密方法的验证性检测系统可能也是必要的，最后，迫切需要能够用于检测本身质量控制的食品标准。在许多情况下，测试是在实验室环境中进行的，很少考虑可能发现分析物的基质或处理、加热、干燥、酸洗等，分析物可能受到的影响。因此，必须制备以特定方式掺杂或污染的标准样品，然后在分析前进行常规处理，以证明测定的功能性、准确度和精密度。这方面的努力需要进一步加强，因为可能需要考虑烤箱/微波炉准备的全餐，由于成分的多样性，这些全餐可能以各种不同的方式被掺假或污染。为了实现这一点，必须了解基质如何影响测定的灵敏度和特异性。因此，需要进行更多的试验，并在实际中得到验证使用参考标准控制食品和质量。在商定国际认可的食品质量和安全标准时，应考虑所有这些因素。引用[1] 艾伦JC，史密斯CJ。用于日常食品分析的酶联免疫分析试剂盒。Trends Biotechnol1987;5（7）：193388C.J. 史密斯/工程 6 （2020）384[2] Bonwick GA，Smith CJ.免疫分析：其历史，发展和目前在食品科学和技术中的地位。国际食品科学技术杂志2004;39（8）：817-27.[3] KärkkäinenRM ， Drasbek MR ， McDowall I ， Smith CJ ， Young NWG ，Bonwick GA. 用于食品工业安全和质量保证的适体：病原体检测。 Int J Food SciTechnol 2011;46：445-54.[4] 史密斯CJ免疫分析的发展。免疫分析技术在食品分析中的发展与应用。London：Elsevier Applied Science Publishers.[5] EkinsRP. 电泳技术测定人血浆中甲状腺素。临床化学学报1960;5（4）：453-9。[6] Yalow RS，Berson SA.人内源性血浆胰岛素的免疫测定。JClin Invest 1960;39（7）：1157-75。[7] 希区柯克CHS，贝利FJ，犯罪机管局，院长DAG，戴维斯PJ。用酶联免疫吸附测定法测定食品中大豆蛋白。 食品农业科学杂 志 1981;32（2）：157-65.[8] Rittenburg JH，Adams A，Palmer J，Allen JC.肉制品中大豆蛋白酶联免疫吸附测定方法的改进。 JAsphalt Off Anal Chem 1987;70（3）：582-7。[9] Ayob MK，Ragab AA，Allen JC，Farag RS，Smith CJ.一种改进的快速检测肉制品中猪肉的ELISA技术。食品农业科学杂志1989;49（1）：103-16.[10] 冯M，苏约普拉博沃S，陶H，刘L，郑Q，匡H. 免疫层析试纸快速检测猪尿中可乐定及其与阿普拉可乐定的交叉反应。 食品农业免疫学2018;29（1）：821-32。[11] Hao K，Suryoprabowo S，Hong T，Song S，Liu L，Zheng Q，et al. 伏马菌素B1免疫层析试纸条的研制食品农业免疫学2018;29（1）：699-710。[12] KarkkainenRM ， Bonwick GA ， Drasbek MR ， McDowall I ， Young NWG ，Smith CJ. 用于食品安全和质量保证的适体：针对活细菌细胞的适体选择。第五届食品分析最新进展国际研讨会论文集。 2011年11 月1日至4日;布拉格，捷克; 2011年。
