食品安全检测基体标准物质研究进展

郭玲玲， 徐 慧， 匡 华

（1. 江南大学 食品学院，江苏 无锡 214122； 2. 江苏省理化测试中心，江苏 南京 210042）

标准物质（reference materials）是指具有一种或多种足够均匀和确定的特征值， 用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的材料或物质[1]。作为准确量值的计量标准，标准物质在分析检测领域发挥着重要作用，用以确保检测方法以及检测数据的可靠性、可比性和可溯源性[2]。

食品分析标准物质大致可分为纯品标准物质和基体标准物质两大类。 由于食品基体自身的复杂性以及目标分析物在食品中的存在形态等，采用纯品标准物质校准，往往不能有效避免基质效应等对检测结果的干扰。 而将目标分析物与食品基质结合形成的基体标准物质，具有待测样本一致的物质特性，更能满足校准检测的实际需求，适用于食品分析方法的确认和质量控制，对于确保食品分析的准确性和有效性具有重要意义[3-8]。

作者结合国内外食品安全检测基体标准物质的研制现状，将从食品基体标准物质的研制、分类、研究现状以及发展前景等进行综合阐述，以期为食品安全检测基体标准物质的研制及发展提供一定的参考。

1 食品基体标准物质的研制

1.1 研制路线

食品基体标准物质的研制一般包括： 成分设计、候选基体制备、成分初测、均匀性评估、稳定性评估、定值、不确定度评定等步骤[9-12]。

1.2 关键技术

1.2.1阳性样本的制备 一般采用天然阳性样本筛选或者阴性样本添加的方式进行制备。 天然阳性样本筛选的工作量大，存在一定的盲目性。 为了最大程度保证目标分析物的实际存在形态，往往采用模拟药物实际污染途径的方式进行制备[13-14]。 如兽药基体标准物质可通过向基体动物饲喂、 注射、药浴等模式，经过动物体代谢适当的时间后，进行匀浆、冷冻干燥、混匀、分装等获得，可真实反映兽药与动物基体的结合及代谢情况[15]。 但由于机体吸收代谢等的差异，往往不能直接得到预期制备的浓度，需要重新制备高浓度阳性样本，或将已得到的高浓度阳性样本与空白样本按一定比例混合而得到[16-18]。

对于稳定性高且以原药自身形式存在的目标分析物，可直接通过向阴性样本添加预期浓度目标分析物的方式而获得[19]。该制备方式步骤简单、易操作，如食品添加剂基体标准物质通常可采用此方式进行制备。

1.2.2均匀性及稳定性评估 均匀性和稳定性是标准物质的基本属性。在JJF 1343—2012《标准物质定值的通用原则及统计学原理》中，分别对均匀性和稳定性的定义、评估方式等进行了相关规定。

均匀性即物质个体部分之间特性量值的差异不能用实验方法检测出来，是确保标准物质定值准确的基本条件。 均匀性需要考察瓶间均匀性和瓶内均匀性， 随机抽样进行检测的数量一般不低于10个，一般采用单因素方差分析法进行评估。

稳定性评估一般在均匀性评估之后进行，包括短期稳定性和长期稳定性。 短期稳定性一般在模拟运输及恶劣条件下进行，以对标准物质的运输条件进行考察；长期稳定性应在规定的贮存条件下进行考察，以明确标准物质的保存条件。 稳定性评估的时间按照先密后疏的原则进行安排，通过回归曲线模型Y=β0+β1X判断检测数据是否有变化趋势，以进行稳定性评估。

1.2.3定值 国际标准化组织（ISO）指南35-2006《标准物质认定的通用原则和统计学原理》、国家市场监督管理总局颁发的JJF 1343—2012 《标准物质定值的通用原则及统计学原理》和中国合格评定国家认可委员会颁发的CNAS—GL017 《标准物质/标准样品定值的一般原则和统计方法》都对标准物质定值的一般原则和统计方法进行了相关规定。

标准物质定值的基本方式有以下5种：1）单一实验室采用单一基准方法定值；2）由一个或几个实验室用两种或多种独立的参考方法定值；3）使用一种或者多种已证明准确性的方法，由多个实验室合作定值；4）利用特定方法，采用多个实验室合作的方式进行定值；5）利用一级标准物质进行比较定值（主要适用于二级标准物质）。 其中，对于基体标准物质，通常倾向于采用多种测定方法和多家实验室联合定值的方式。 定值测定方法要具有可溯源性， 测定结果可以溯源到SI 单位或规定的参考标准；选择的实验室数量通常为6~8 家，均应具有一定的技术权威，且不同实验室间差异产生的原因可进行统计分析。 定值检测数据应服从正态分布，再通过可疑值检验、等精度检验等对无效数据进行剔除。 定值结果一般用标准值±扩展不确定度进行表示。

1.2.4不确定度评定 标准物质的不确定度由3部分组成， 包括均匀性评估引入的不确定度ubb、稳定性评估引入的不确定度us和定值过程中引入的不确定度uchar。 其中，定值过程引入的不确定度分为两类， 一类是可通过统计学方法计算出的不确定度，称为A 类不确定度（uA），例如多个实验室联合定值的测定值差异；另一类是以非统计方法评定的不确定度，称为B 类不确定度（uB），例如溶液配制校准、样品称质量等，需要对测定全过程的各个环节入手，通过可利用的相关信息，进行科学分析判断得到。由下式可得到标准物质的合成不确定度uCRM。

将合成不确定度uCRM乘以包含因子k（一般取2 或3，对应置信概率为95.00%或99.97%），即可得到标准值的扩展不确定度（UCRM）。

2 分 类

2.1 按照分级分类

标准物质是通用术语，根据管理机构以及分级的不同，标准物质有以下多种形式：国家标准物质、国家标准样品、参考品、国内外厂家生产的标准样品。 国家标准物质和国家标准样品都是有证标准物质。 其中国家标准物质又分为一级标准物质（GBW）和二级标准物质（GBW（E）），经由全国标准物质管理委员会审查，由国家市场监督管理总局计量行政部门批准发布；国家标准样品（GSB）由全国标准样品技术委员会实施、监督和管理，经过国家标准化管理委员会评审、审批和发布；参考品、国内外厂家生产的标准样品物无相关部门、 权威机构审核、认证和发布[20]。

标准物质和标准样品的研制程序基本相同。 在大多数的情况下，两者可以相互替代、相互补充。 但由于管理的不同，两者依据的法律法规有所区别。

2.2 按照原料制备工艺分类

按照原料与制备工艺的特点，基体标准物质又可分为天然基体标准物质、混合基体标准物质和加标基体标准物质3 类。 天然基体标准物质来源于天然样本筛选，或者通过饲喂、药浴等模拟实际药物污染方式得到。 但由于天然基体物质中目标物浓度存在不能满足实际检测需求的问题，可采用将含较高浓度目标物的阳性样本与阴性样本混合得到合适浓度的阳性样本，再通过粉碎、混匀等研制过程，得到混合基体标准物质。 部分检测目标物以非结合形态存在于食品中，如添加剂、农药等，可直接采用人为添加的方式制备得到预制备浓度的阳性基体样本，即为加标基体标准物质[4]。

2.3 按照目标分析物种类分类

按照目标分析物种类，食品安全检测基体标准物质又包括生物毒素、农药残留、兽药残留、重金属、持久性环境污染物、转基因、微生物、食品添加剂、非法添加物等相关标准物质。

2.3.1生物毒素相关标准物质 生物毒素广泛存在于食品安全领域，严重危害人体健康。 近些年，关于真菌毒素基体标准物质的研究已有很多[21-22]。在我国国家标准物质资源共享平台上，关于食品中生物毒素的标准物质共有51种， 其中有40种单组分生物毒素（见表1），11种含两组分及多组分生物毒素（见表2），以二级标准物质为主。 具体包括黄曲霉毒素B1（17种）、玉米赤霉烯酮（12种）、呕吐毒素（脱氧雪腐镰刀菌烯醇，9种）、黄曲霉毒素M1（8种）、交链孢毒素（2种）、伏马毒素（3种）、赭曲霉毒素A（5种）和河豚毒素（3种）。 如图1（a）和图1（b）所示，涉及的食品基质以谷物（31种）为主，占比60.78%，为含真菌毒素成分的标准物质；其次为奶粉，占比15.69%，均为含黄曲霉毒素M1成分的标准物质；此外，还有花生油、玉米油、花生酱、葡萄酒、河豚鱼肉、织纹螺肉。

图1 不同生物毒素相关标准物质的数量及不同基体占比情况Fig. 1 Number of reference materials related to different biotoxins and proportion of different substrates

表1 我国食品中单组分生物毒素标准物质信息Table 1 Information of single component biotoxin related food matrix reference materials in China

表2 我国食品中两组分或多组分生物毒素标准物质信息Table 2 Information of two or multicomponent biotoxin related food matrix reference materials in China

续表1

2.3.2农药残留相关标准物质 如表3 所示，我国食品中农药残留标准物质共有15种， 均为含多组分有机氯或拟除虫菊酯类农药的标准物质。 其中，包含3种一级标准物质和12种二级标准物质，涉及的食品基体有贻贝、茶叶、浓缩苹果汁、牡蛎、鲅鱼、鸡蛋粉、牛乳粉、黄瓜粉和豇豆冻干粉。

表3 我国食品中农药残留标准物质信息Table 3 Information of pesticides related food matrix reference materials in China

目前，GB 2763—2021 《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》 规定了564种农药在376种食品中10 092 项残留限量标准，涉及基体种类有谷物、油料和油脂、蔬菜、干制蔬菜、水果、干制水果、坚果、糖料、饮料类、食用菌、调味料、药用植物和动物源食品[23]。因此，农药残留基体标准物质还有很大的研制前景。

2.3.3兽药残留相关标准物质 我国食品兽药残留标准物质共有39种，其中15种一级标准物质和24种二级标准物质，多为单组分基质标准物质（见表4）。 如图2 所示，包括喹诺酮类（12种）、氯霉素类（7种）、瘦肉精类（7种）、磺胺类（5种）、硝基呋喃类（3种）、镇静类（2种）、孔雀石绿（2种）和抗病毒类（1种）；涉及的食品基质有蜂蜜、水产品、畜禽肉、牛乳粉和鸡蛋等，蜂蜜和水产品基体标准物质数量最多，分别占比28.21%。

图2 不同兽药残留相关标准物质的数量及不同基体占比情况Fig. 2 Number of reference materials related to different veterinary drug residues and proportion of different substrates

表4 我国食品中兽药残留标准物质信息Table 4 Information of veterinary drug residues related food matrix reference materials in China

GB 31650—2019 《食品安全国家标准 食品中

兽药最大残留限量》中共规定了动物性食品中阿苯达唑等104种兽药的最大残留限量， 其中仅有19种兽药为有证标准物质。

2.3.4重金属相关标准物质 我国重金属相关标准物质共计有45种， 其中有8种一级标准物质和37种二级标准物质（见表5）。 重金属镉、铬、铅、汞、砷相关基体标准物质分别有25种、8种、17种、10种、4种（见图3（a））；涉及的食品基质有粮食、水产品、婴儿米粉、乳粉、红酒和菌类，其中粮食基质占比例最大（77.78%），共有35种（见图3（b））。

图3 不同重金属污染相关标准物质的数量及不同基体占比情况Fig. 3 Number of reference materials related to different heavy metal pollution and proportion of different substrates

表5 我国食品中重金属相关标准物质信息Table 5 Information of heavy metal related food matrix reference materials in China

续表5

2.3.5持久性环境污染物相关标准物质 二噁英、多环芳烃、多氯联苯、全氟化合物等持久性环境污染物通过食物链，危害人体健康[24-27]。 除表3 中的有机氯杀虫剂标准物质外， 共有15种食品基体标准物质， 其中6种一级标准物质和9种二级标准物质，涉及的食品基质以水产品为主（见表6）。

表6 我国食品中持久性环境污染物相关标准物质信息Table 6 Information of persistent environmental pollutant related food matrix reference materials in China

2.3.6转基因产品相关标准物质 转基因作物的食用安全已引起广泛关注，各国也出台了对转基因产品监管措施[28]。近些年，我国研制转基因基体标准物质的进程加快[29-33]，现共有转基因基体标准物质共27种，以转基因作物为主（见表7）。

表7 我国转基因产品相关标准物质信息Table 7 Information of transgenic ingredients related food matrix reference materials in China

2.3.7微生物相关标准物质 食品基体微生物标准物质以活菌类型为主，如表8 所示，包括金黄色葡萄球菌（6种）、菌落总数（4种）、阪崎肠杆菌（1种）、沙门氏菌（1种）、大肠杆菌（1种）；涉及的食品基质以奶粉为主（9种）、鱼粉（1种）、淀粉（3种）。

表8 我国微生物相关标准物质信息Table 8 Information of microorganism related food matrix reference materials in China

2.3.8其他 除上述外，涉及的食品安全检测基体标准物质，还有非法添加物（10种）、食品加工过程产物（6种）、食品添加剂（5种）、地沟油检测标志物（2种）等相关标准物质，共有11种一级标准物质和12种二级标准物质（见表9）。

表9 其他食品基体相关标准物质信息Table 9 Information of other food matrix reference materials

3 国外食品基体标准物质研制现状

国际标准物质数据库 （International Data Bank on Certified Reference Materials，COMAR） 是目前世界上最大的有证标准物质数据库，最早由法国国家试验研究所、美国国家标准技术研究院（NIST）、英国政府化学所（LGC）、德国材料检验研究院、中国国家标准物质研究中心（NRCCRM）、日本通商产业检查所、俄罗斯联邦计量研究院7 个国家实验室签署建立。通过COMAR 数据库查询可知，食品相关标准物质共有384种，涉及的食品基质有乳粉、粮食及其制品、蔬菜等，主要包含农兽药残留、重金属、真菌毒素、营养成分、放射性元素等[34-36]。

美国NIST 是国际上最早开展标准物质研制的机构。 美国NIST 标准物质有3 类，分别是NIST 认证的标准物质 （standard reference materials，SRM）、NIST 标准物质 （RM） 和可溯源的NIST 标准物质（traceable reference materialsTM，NTRMTM）。NIST 重视研究的系统性和代表性，运用食品中蛋白质、脂肪、碳水化合物的三角关系，选取代表性的食品基质进行研制，并通过不断地修订和补充定值，提高标准物质定值的准确性。 美国NIST 的有证食品基体标准物质数量虽然不多， 但其检测指标的覆盖性较好，具备核心测量能力。 欧盟标准物质以欧盟委员会联合研究中心标准物质与测量研究院（IRMM）为核心，以BCR、ERM 或IRMM 有证标准物质编号开头，其中有证食品基体标准物质有191种，在同位素、元素形态、农兽药、真菌毒素、转基因及微生物等方面具有优势和特色。

韩国标准科学研究院（KRISS）研制的标准物质以KRISS 为标准物质编号开头，其中食品基体标准物质共32 项， 涵盖11 类食品中共计21种食品基体，特征量包括有机营养物质、污染物、农兽药残留、真菌毒素、无机元素及形态。 日本国家计量研究所的食品基体标准物质以无机元素及形态、农药残留和持久性有机污染物为主。

4 我国食品基体标准物质研制现状及存在问题

我国食品基体标准物质数量不少，但仍存在以下几方面的问题：

1）基体类型的覆盖面窄 如图4 所示，现有食品基体类型多为谷物、 乳粉、 动物肉品等为主，蔬菜、茶叶、饮料、食用油占比很少，糕点、坚果、水果等基体标准物质为空白。

图4 不同食品基体类型所占比例Fig. 4 Proportion of different food matrix types

2）提供的特性量相对单一 含两种及以上特性量值的食品基体标准物质仅有50种。 食品中化学污染物种类繁多，含多组分污染物的食品基体标准物质更能满足实际检测需求。

3）与国际先进水平相比，仍存在一定的差距我国食品基体标准物质大部分为二级标准物质，一级标准物质有48种，占23.08%；我国基体有证标准物质一般采用6~8 家单位联合定值，而欧盟一般为10~15 家；此外，在标准物质研制的规划设计、制备技术以及定值技术等方面也存在一定的差距。

4）由于研制规模小，无法重复制备等原因，部分食品基体标准物质出现临期或断档 以生物毒素基体标准物质为例， 大部分有效期到2022 年，另GBW（E）100386、GBW（E）100382 等已出现断档。

5 展 望

食品基体标准物质对于确保食品分析方法准确性，以及食品分析量值溯源链的有效性和不间断性具有重要意义。 随着基体标准物质在食品安全检测中的重要作用逐步得到重视，关于食品基体标准物质的研究正逐渐增加[37-41]，除研制数量增加外，研制单位的数量也将有所增加。 在产品方面，伴随高端质谱仪器的发展和普及，除需要更多痕量和超痕量基体标准物质外，多组分基体标准物质的研制也必将成为新趋势；此外，由于工业化的飞速发展，必将产生更多的污染物，需要即时制备新兴污染物的基体标准物质，以满足市场检测需求。