食品安全檢測基體標準物質研究進展

郭玲玲， 徐 慧， 匡 華

（1. 江南大學 食品學院，江蘇 無錫 214122； 2. 江蘇省理化測試中心，江蘇 南京 210042）

標準物質（reference materials）是指具有一種或多種足夠均勻和確定的特征值， 用以校準測量裝置、評價測量方法或給材料賦值的材料或物質[1]。作為準確量值的計量標準，標準物質在分析檢測領域發揮著重要作用，用以確保檢測方法以及檢測數據的可靠性、可比性和可溯源性[2]。

食品分析標準物質大致可分為純品標準物質和基體標準物質兩大類。 由于食品基體自身的復雜性以及目標分析物在食品中的存在形態等，采用純品標準物質校準，往往不能有效避免基質效應等對檢測結果的干擾。 而將目標分析物與食品基質結合形成的基體標準物質，具有待測樣本一致的物質特性，更能滿足校準檢測的實際需求，適用于食品分析方法的確認和質量控制，對于確保食品分析的準確性和有效性具有重要意義[3-8]。

作者結合國內外食品安全檢測基體標準物質的研制現狀，將從食品基體標準物質的研制、分類、研究現狀以及發展前景等進行綜合闡述，以期為食品安全檢測基體標準物質的研制及發展提供一定的參考。

1 食品基體標準物質的研制

1.1 研制路線

食品基體標準物質的研制一般包括： 成分設計、候選基體制備、成分初測、均勻性評估、穩定性評估、定值、不確定度評定等步驟[9-12]。

1.2 關鍵技術

1.2.1陽性樣本的制備 一般采用天然陽性樣本篩選或者陰性樣本添加的方式進行制備。 天然陽性樣本篩選的工作量大，存在一定的盲目性。 為了最大程度保證目標分析物的實際存在形態，往往采用模擬藥物實際污染途徑的方式進行制備[13-14]。 如獸藥基體標準物質可通過向基體動物飼喂、 注射、藥浴等模式，經過動物體代謝適當的時間后，進行勻漿、冷凍干燥、混勻、分裝等獲得，可真實反映獸藥與動物基體的結合及代謝情況[15]。 但由于機體吸收代謝等的差異，往往不能直接得到預期制備的濃度，需要重新制備高濃度陽性樣本，或將已得到的高濃度陽性樣本與空白樣本按一定比例混合而得到[16-18]。

對于穩定性高且以原藥自身形式存在的目標分析物，可直接通過向陰性樣本添加預期濃度目標分析物的方式而獲得[19]。該制備方式步驟簡單、易操作，如食品添加劑基體標準物質通常可采用此方式進行制備。

1.2.2均勻性及穩定性評估 均勻性和穩定性是標準物質的基本屬性。在JJF 1343—2012《標準物質定值的通用原則及統計學原理》中，分別對均勻性和穩定性的定義、評估方式等進行了相關規定。

均勻性即物質個體部分之間特性量值的差異不能用實驗方法檢測出來，是確保標準物質定值準確的基本條件。 均勻性需要考察瓶間均勻性和瓶內均勻性， 隨機抽樣進行檢測的數量一般不低于10個，一般采用單因素方差分析法進行評估。

穩定性評估一般在均勻性評估之后進行，包括短期穩定性和長期穩定性。 短期穩定性一般在模擬運輸及惡劣條件下進行，以對標準物質的運輸條件進行考察；長期穩定性應在規定的貯存條件下進行考察，以明確標準物質的保存條件。 穩定性評估的時間按照先密后疏的原則進行安排，通過回歸曲線模型Y=β0+β1X判斷檢測數據是否有變化趨勢，以進行穩定性評估。

1.2.3定值 國際標準化組織（ISO）指南35-2006《標準物質認定的通用原則和統計學原理》、國家市場監督管理總局頒發的JJF 1343—2012 《標準物質定值的通用原則及統計學原理》和中國合格評定國家認可委員會頒發的CNAS—GL017 《標準物質/標準樣品定值的一般原則和統計方法》都對標準物質定值的一般原則和統計方法進行了相關規定。

標準物質定值的基本方式有以下5種：1）單一實驗室采用單一基準方法定值；2）由一個或幾個實驗室用兩種或多種獨立的參考方法定值；3）使用一種或者多種已證明準確性的方法，由多個實驗室合作定值；4）利用特定方法，采用多個實驗室合作的方式進行定值；5）利用一級標準物質進行比較定值（主要適用于二級標準物質）。 其中，對于基體標準物質，通常傾向于采用多種測定方法和多家實驗室聯合定值的方式。 定值測定方法要具有可溯源性， 測定結果可以溯源到SI 單位或規定的參考標準；選擇的實驗室數量通常為6~8 家，均應具有一定的技術權威，且不同實驗室間差異產生的原因可進行統計分析。 定值檢測數據應服從正態分布，再通過可疑值檢驗、等精度檢驗等對無效數據進行剔除。 定值結果一般用標準值±擴展不確定度進行表示。

1.2.4不確定度評定 標準物質的不確定度由3部分組成， 包括均勻性評估引入的不確定度ubb、穩定性評估引入的不確定度us和定值過程中引入的不確定度uchar。 其中，定值過程引入的不確定度分為兩類， 一類是可通過統計學方法計算出的不確定度，稱為A 類不確定度（uA），例如多個實驗室聯合定值的測定值差異；另一類是以非統計方法評定的不確定度，稱為B 類不確定度（uB），例如溶液配制校準、樣品稱質量等，需要對測定全過程的各個環節入手，通過可利用的相關信息，進行科學分析判斷得到。由下式可得到標準物質的合成不確定度uCRM。

將合成不確定度uCRM乘以包含因子k（一般取2 或3，對應置信概率為95.00%或99.97%），即可得到標準值的擴展不確定度（UCRM）。

2 分 類

2.1 按照分級分類

標準物質是通用術語，根據管理機構以及分級的不同，標準物質有以下多種形式：國家標準物質、國家標準樣品、參考品、國內外廠家生產的標準樣品。 國家標準物質和國家標準樣品都是有證標準物質。 其中國家標準物質又分為一級標準物質（GBW）和二級標準物質（GBW（E）），經由全國標準物質管理委員會審查，由國家市場監督管理總局計量行政部門批準發布；國家標準樣品（GSB）由全國標準樣品技術委員會實施、監督和管理，經過國家標準化管理委員會評審、審批和發布；參考品、國內外廠家生產的標準樣品物無相關部門、 權威機構審核、認證和發布[20]。

標準物質和標準樣品的研制程序基本相同。 在大多數的情況下，兩者可以相互替代、相互補充。 但由于管理的不同，兩者依據的法律法規有所區別。

2.2 按照原料制備工藝分類

按照原料與制備工藝的特點，基體標準物質又可分為天然基體標準物質、混合基體標準物質和加標基體標準物質3 類。 天然基體標準物質來源于天然樣本篩選，或者通過飼喂、藥浴等模擬實際藥物污染方式得到。 但由于天然基體物質中目標物濃度存在不能滿足實際檢測需求的問題，可采用將含較高濃度目標物的陽性樣本與陰性樣本混合得到合適濃度的陽性樣本，再通過粉碎、混勻等研制過程，得到混合基體標準物質。 部分檢測目標物以非結合形態存在于食品中，如添加劑、農藥等，可直接采用人為添加的方式制備得到預制備濃度的陽性基體樣本，即為加標基體標準物質[4]。

2.3 按照目標分析物種類分類

按照目標分析物種類，食品安全檢測基體標準物質又包括生物毒素、農藥殘留、獸藥殘留、重金屬、持久性環境污染物、轉基因、微生物、食品添加劑、非法添加物等相關標準物質。

2.3.1生物毒素相關標準物質 生物毒素廣泛存在于食品安全領域，嚴重危害人體健康。 近些年，關于真菌毒素基體標準物質的研究已有很多[21-22]。在我國國家標準物質資源共享平臺上，關于食品中生物毒素的標準物質共有51種， 其中有40種單組分生物毒素（見表1），11種含兩組分及多組分生物毒素（見表2），以二級標準物質為主。 具體包括黃曲霉毒素B1（17種）、玉米赤霉烯酮（12種）、嘔吐毒素（脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，9種）、黃曲霉毒素M1（8種）、交鏈孢毒素（2種）、伏馬毒素（3種）、赭曲霉毒素A（5種）和河豚毒素（3種）。 如圖1（a）和圖1（b）所示，涉及的食品基質以谷物（31種）為主，占比60.78%，為含真菌毒素成分的標準物質；其次為奶粉，占比15.69%，均為含黃曲霉毒素M1成分的標準物質；此外，還有花生油、玉米油、花生醬、葡萄酒、河豚魚肉、織紋螺肉。

圖1 不同生物毒素相關標準物質的數量及不同基體占比情況Fig. 1 Number of reference materials related to different biotoxins and proportion of different substrates

表1 我國食品中單組分生物毒素標準物質信息Table 1 Information of single component biotoxin related food matrix reference materials in China

表2 我國食品中兩組分或多組分生物毒素標準物質信息Table 2 Information of two or multicomponent biotoxin related food matrix reference materials in China

續表1

2.3.2農藥殘留相關標準物質 如表3 所示，我國食品中農藥殘留標準物質共有15種， 均為含多組分有機氯或擬除蟲菊酯類農藥的標準物質。 其中，包含3種一級標準物質和12種二級標準物質，涉及的食品基體有貽貝、茶葉、濃縮蘋果汁、牡蠣、鲅魚、雞蛋粉、牛乳粉、黃瓜粉和豇豆凍干粉。

表3 我國食品中農藥殘留標準物質信息Table 3 Information of pesticides related food matrix reference materials in China

目前，GB 2763—2021 《食品安全國家標準 食品中農藥最大殘留限量》 規定了564種農藥在376種食品中10 092 項殘留限量標準，涉及基體種類有谷物、油料和油脂、蔬菜、干制蔬菜、水果、干制水果、堅果、糖料、飲料類、食用菌、調味料、藥用植物和動物源食品[23]。因此，農藥殘留基體標準物質還有很大的研制前景。

2.3.3獸藥殘留相關標準物質 我國食品獸藥殘留標準物質共有39種，其中15種一級標準物質和24種二級標準物質，多為單組分基質標準物質（見表4）。 如圖2 所示，包括喹諾酮類（12種）、氯霉素類（7種）、瘦肉精類（7種）、磺胺類（5種）、硝基呋喃類（3種）、鎮靜類（2種）、孔雀石綠（2種）和抗病毒類（1種）；涉及的食品基質有蜂蜜、水產品、畜禽肉、牛乳粉和雞蛋等，蜂蜜和水產品基體標準物質數量最多，分別占比28.21%。

圖2 不同獸藥殘留相關標準物質的數量及不同基體占比情況Fig. 2 Number of reference materials related to different veterinary drug residues and proportion of different substrates

表4 我國食品中獸藥殘留標準物質信息Table 4 Information of veterinary drug residues related food matrix reference materials in China

GB 31650—2019 《食品安全國家標準 食品中

獸藥最大殘留限量》中共規定了動物性食品中阿苯達唑等104種獸藥的最大殘留限量， 其中僅有19種獸藥為有證標準物質。

2.3.4重金屬相關標準物質 我國重金屬相關標準物質共計有45種， 其中有8種一級標準物質和37種二級標準物質（見表5）。 重金屬鎘、鉻、鉛、汞、砷相關基體標準物質分別有25種、8種、17種、10種、4種（見圖3（a））；涉及的食品基質有糧食、水產品、嬰兒米粉、乳粉、紅酒和菌類，其中糧食基質占比例最大（77.78%），共有35種（見圖3（b））。

圖3 不同重金屬污染相關標準物質的數量及不同基體占比情況Fig. 3 Number of reference materials related to different heavy metal pollution and proportion of different substrates

表5 我國食品中重金屬相關標準物質信息Table 5 Information of heavy metal related food matrix reference materials in China

續表5

2.3.5持久性環境污染物相關標準物質 二噁英、多環芳烴、多氯聯苯、全氟化合物等持久性環境污染物通過食物鏈，危害人體健康[24-27]。 除表3 中的有機氯殺蟲劑標準物質外， 共有15種食品基體標準物質， 其中6種一級標準物質和9種二級標準物質，涉及的食品基質以水產品為主（見表6）。

表6 我國食品中持久性環境污染物相關標準物質信息Table 6 Information of persistent environmental pollutant related food matrix reference materials in China

2.3.6轉基因產品相關標準物質 轉基因作物的食用安全已引起廣泛關注，各國也出臺了對轉基因產品監管措施[28]。近些年，我國研制轉基因基體標準物質的進程加快[29-33]，現共有轉基因基體標準物質共27種，以轉基因作物為主（見表7）。

表7 我國轉基因產品相關標準物質信息Table 7 Information of transgenic ingredients related food matrix reference materials in China

2.3.7微生物相關標準物質 食品基體微生物標準物質以活菌類型為主，如表8 所示，包括金黃色葡萄球菌（6種）、菌落總數（4種）、阪崎腸桿菌（1種）、沙門氏菌（1種）、大腸桿菌（1種）；涉及的食品基質以奶粉為主（9種）、魚粉（1種）、淀粉（3種）。

表8 我國微生物相關標準物質信息Table 8 Information of microorganism related food matrix reference materials in China

2.3.8其他 除上述外，涉及的食品安全檢測基體標準物質，還有非法添加物（10種）、食品加工過程產物（6種）、食品添加劑（5種）、地溝油檢測標志物（2種）等相關標準物質，共有11種一級標準物質和12種二級標準物質（見表9）。

表9 其他食品基體相關標準物質信息Table 9 Information of other food matrix reference materials

3 國外食品基體標準物質研制現狀

國際標準物質數據庫 （International Data Bank on Certified Reference Materials，COMAR） 是目前世界上最大的有證標準物質數據庫，最早由法國國家試驗研究所、美國國家標準技術研究院（NIST）、英國政府化學所（LGC）、德國材料檢驗研究院、中國國家標準物質研究中心（NRCCRM）、日本通商產業檢查所、俄羅斯聯邦計量研究院7 個國家實驗室簽署建立。通過COMAR 數據庫查詢可知，食品相關標準物質共有384種，涉及的食品基質有乳粉、糧食及其制品、蔬菜等，主要包含農獸藥殘留、重金屬、真菌毒素、營養成分、放射性元素等[34-36]。

美國NIST 是國際上最早開展標準物質研制的機構。 美國NIST 標準物質有3 類，分別是NIST 認證的標準物質 （standard reference materials，SRM）、NIST 標準物質 （RM） 和可溯源的NIST 標準物質（traceable reference materialsTM，NTRMTM）。NIST 重視研究的系統性和代表性，運用食品中蛋白質、脂肪、碳水化合物的三角關系，選取代表性的食品基質進行研制，并通過不斷地修訂和補充定值，提高標準物質定值的準確性。 美國NIST 的有證食品基體標準物質數量雖然不多， 但其檢測指標的覆蓋性較好，具備核心測量能力。 歐盟標準物質以歐盟委員會聯合研究中心標準物質與測量研究院（IRMM）為核心，以BCR、ERM 或IRMM 有證標準物質編號開頭，其中有證食品基體標準物質有191種，在同位素、元素形態、農獸藥、真菌毒素、轉基因及微生物等方面具有優勢和特色。

韓國標準科學研究院（KRISS）研制的標準物質以KRISS 為標準物質編號開頭，其中食品基體標準物質共32 項， 涵蓋11 類食品中共計21種食品基體，特征量包括有機營養物質、污染物、農獸藥殘留、真菌毒素、無機元素及形態。 日本國家計量研究所的食品基體標準物質以無機元素及形態、農藥殘留和持久性有機污染物為主。

4 我國食品基體標準物質研制現狀及存在問題

我國食品基體標準物質數量不少，但仍存在以下幾方面的問題：

1）基體類型的覆蓋面窄 如圖4 所示，現有食品基體類型多為谷物、 乳粉、 動物肉品等為主，蔬菜、茶葉、飲料、食用油占比很少，糕點、堅果、水果等基體標準物質為空白。

圖4 不同食品基體類型所占比例Fig. 4 Proportion of different food matrix types

2）提供的特性量相對單一 含兩種及以上特性量值的食品基體標準物質僅有50種。 食品中化學污染物種類繁多，含多組分污染物的食品基體標準物質更能滿足實際檢測需求。

3）與國際先進水平相比，仍存在一定的差距我國食品基體標準物質大部分為二級標準物質，一級標準物質有48種，占23.08%；我國基體有證標準物質一般采用6~8 家單位聯合定值，而歐盟一般為10~15 家；此外，在標準物質研制的規劃設計、制備技術以及定值技術等方面也存在一定的差距。

4）由于研制規模小，無法重復制備等原因，部分食品基體標準物質出現臨期或斷檔 以生物毒素基體標準物質為例， 大部分有效期到2022 年，另GBW（E）100386、GBW（E）100382 等已出現斷檔。

5 展 望

食品基體標準物質對于確保食品分析方法準確性，以及食品分析量值溯源鏈的有效性和不間斷性具有重要意義。 隨著基體標準物質在食品安全檢測中的重要作用逐步得到重視，關于食品基體標準物質的研究正逐漸增加[37-41]，除研制數量增加外，研制單位的數量也將有所增加。 在產品方面，伴隨高端質譜儀器的發展和普及，除需要更多痕量和超痕量基體標準物質外，多組分基體標準物質的研制也必將成為新趨勢；此外，由于工業化的飛速發展，必將產生更多的污染物，需要即時制備新興污染物的基體標準物質，以滿足市場檢測需求。