农产品质量安全科技创新及突破分析

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摘要：农产品质量安全科技创新对确保我国农产品质量安全水平的全面提升关系重大。本文介绍了我国农产品质量安全科技的宏观发展环境及趋势，深入分析了农产品质量安全科技已有基础与存在差距，对优先发展领域和重点突破点提出了合理化建议。

关键词：农产品；质量安全；基础研究；应用研究；科技创新

当前，我国农业农村经济发展正处于历史最好时期，农产品供给实现了由长期短缺到总量基本平衡、丰年有余的历史性转变，总体上看，农产品质量安全形势稳中向好；农业的主要矛盾由总量不足转变为结构性矛盾，突出表现为阶段性供过于求和供给不足并存，矛盾的主要方面在供给侧。2017年中央一号文件要求加快推进农业供给侧结构性改革，核心是通过调整，让农民生产出的产品的质量和数量符合消费者的需求，实现产地与消费地的无缝对接。中央明确提出农业发展方式要由数量增长为主转到数量质量效益并重上来，实施食品安全战略，提升重要农产品供给保障水平。“十三五”是我国全面建成小康社会和进入创新型国家行列的决胜阶段，如何全面提升农产品质量和食品安全水平，推进农业提质增效，助力农业供给侧结构性改革，实现农业的可持续发展，对农产品质量安全科技创新提出了更为迫切的需求。

一、我国农产品质量安全科技发展的宏观环境

（一）我国农产品质量安全整体水平大幅提升，总体稳定向好

2001年启动实施“无公害食品行动计划”以来，我国农产品质量安全管理工作得到了加强，标准、检验检测、认证等农产品质量安全保障体系建设取得了长足的进步，农产品质量安全水平有了明显的提高。根据近年来农业部针对蔬菜、畜禽和水产品等农产品的例行监测数据，合格率一直稳定在高位。2016年共监测全国152个城市5大类产品108个品种94项指标，抽检样品45081个，总体监测合格率为97.5％，较2015年增长0.4％。其中，蔬菜、水果、茶叶和水产品监测合格率分别为96.8％、96.2％、99.4％和95.9％，较2015年分别高0.7％、0.6％、1.8％和0.4％；而2016年畜禽产品的监测合格率为99.4％，其中瘦肉精抽检合格率为99.9％，与2015年持平[1]。我国优质品牌农产品市场占有率稳步提高。“十二五”期末，我国“三品一标”产品总数达10.7万个，约占产地40％，农产品商品量的40％，较“十一五”提高了37.7％[2]。截至2015年底，我国无公害农产品产地达3.5万个，约占耕地面积的13.7％；无公害农产品7.8万个，总量达2.3亿t，约占全国同类农产品产量的12％[3]；全国绿色食品企业总数达到9579家，产品总数达到23386个[4]；地理标志农产品达到1792个，已创建“三园两场”9674个，创建标准化示范县185个。可以看出，近年来，我国蔬菜、畜禽产品、水产品等农产品的质量安全状况持续改善，质量安全水平稳定向好。

（二）我国农产品质量安全科学研究

体系逐渐健全，理论不断丰富经过10余年的建设，全国范围内从事农产品质量安全研究的专业机构网格化体系基本形成。从国家层面看，中国农业科学院、中国水产科学研究院、中国热带农业科学院相继成立了专业的研究所从事农产品质量安全方面的研究工作；从地方层面看，29个省级农产品质量安全研究机构成立，部分地市级农科院也开始组建农产品质量安全研究所（中心），大专院校也相继开设了食品安全或农产品质量安全专业，相互配套、相互补充的农产品质量安全研究体系逐渐建立。随着农产品质量安全科学研究体系的构建，农产品质量安全学科建设也得到了发展。自2003年起，中国农业科学院已将“农业质量标准与检测”作为院九大学科群之一进行建设，重点开展农产品质量安全研究；“十二五”期间，中国农业科学院调整确立了以“学科集群－学科领域－研究方向”为框架的3级学科建设体系，将质量安全与加工作为八大学科集群之一。2010年，农业部按照学科群部署建设了一批农业领域重点实验室，农产品质量安全作为30个学科群之一，于“十二五”期间，建设了包括综合性实验室和专业性实验室在内的9个部级农产品质量安全重点实验室，以共性技术研发为主，学科群内不同实验室的职责和任务各有侧重。“布局合理、任务明确、协作紧密、运转高效”的重点实验室体系正逐步成为农业科技创新的主战场，保障主要农产品安全的主力军。“十二五”期间，在农产品质量安全领域科研项目立项、关键技术突破以及重大成果凝练方面都取得了很大进展。继“十一五”食品安全科技创新被列入国家中长期科技规划公共安全领域优先主题后，“十二五”期间，国家及部门科技计划中对农产品质量安全研究都有重点加强。公益类行业（农业）科研专项设立了农产品质量安全领域，在国际科技合作计划中也遴选了有关农产品质量安全溯源、速测与监控方面的项目，支持该领域的国际合作；国家自然科学基金和社会科学基金也加大了对农产品质量安全方面的资助力度。通过近10年的研究，在农兽药及生物毒素等检测技术与标准研究，在双低油菜全程控制技术等方面有所突破，一系列国家奖及省部级奖项的获得标志着农产品质量安全学科理论和技术的不断丰富和完善。

（三）“十三五”是我国农产品质量安全科技

重要发展机遇期随着全球新一轮科技革命步伐不断加快，国际组织及发达国家纷纷实施食品安全战略计划，加强食品安全科技投入。欧盟第七框架计划已将食品安全、生物技术以及生物资源的可持续利用与管理作为农业领域的优先合作方向，投入19亿欧元，其中营养健康和食品制造作为食品安全领域投入的重点方面。在我国，2016年中央“一号文件”首次将食品安全上升至国家战略，随后相继出台的《“十三五”国家食品安全规划》、《“十三五”农业科技发展规划》、《“十三五”全国农产品质量安全提升规划》、《“十三五”农业科技条件能力建设规划》等一系列国家和部门重大规划对农产品质量安全科技创新均给予高度重视，经历了筹划期和建设期后，“十三五”是我国农产品质量安全科技重要发展机遇期。《“十三五”国家食品安全规划》设置了“食品安全国家标准提高行动计划”、“食用农产品源头治理工程”、“风险监测预警、评估能力提升项目”等9大专项，提出要加快农兽药残留限量标准的制定和评估转化，严格源头治理，建立国家农产品质量安全风险评估实验室等。农业部《“十三五”农业科技发展规划》也将农产品质量安全纳入11个农业科技创新的重点领域之一，指明了在基础性工作、基础研究和技术开发方面的重点。《“十三五”全国农产品质量安全提升规划》指出实施农产品质量安全科技创新战略，将农产品质量安全纳入国家重大科学研究重点。此外，在现代农业产业技术体系建设中，“十三五”新增了多位农产品质量安全与营养品质评价研究岗位科学家；在农业部农产品质量安全重点实验室学科建设中，“十三五”新增了11个农业部重点实验室；在2017年启动的农业基础性长期性科技工作中，农产品质量安全也作为10个学科领域之一被纳入基础数据库建设中，建设国家农产品质量安全数据中心1个，国家农业科学试验站若干，长期开展粮食、油料、蔬菜、果品、畜禽产品、奶产品、水产品、特色产品、热作产品和农业投入品质量与安全科学数据监测，重点开展主要农产品品质鉴定、污染物残留评价及预警分析[8]。

二、农产品质量安全科技发展趋势

近年来农产品质量安全科技重点在农产品质量安全检测理论与方法、风险评估理论与方法、农产品中危害因子的作用机制和安全性评价、农产品质量安全过程控制及消减技术以及农产品质量安全溯源、预警理论与方法等领域有所突破.

（一）农产品质量安全检测技术趋向集成化、快速化

随着生物化学、材料科学以及现代质谱等高新技术的发展和应用，不同学科领域技术的交叉融合和集成，成为提升农产品质量安全检测通量、检测速度与准确性的重要手段。在样品前处理方面，快速溶剂提取（ASE）、凝胶渗透色谱（GPC）、固相萃取（SPE）、基质固相分散萃取（MSPDE）以及免疫亲和层析（IAC）等样品前处理技术已经能够实现对农产品危害因子的提取分离，而这些前处理技术的多维融合、集成与自动化，使得对农产品中微量、痕量成分提取净化更加简化和快速。此外，新型材料包括功能化石墨烯、金属有机骨架（MOFs）、碳纳米管、分子印迹聚合物(MIP)、微孔有机聚合物（MOP）、磁性纳米材料等的发展[6]，在解决现有农产品复杂体系痕量分析特定目标物样品前处理的瓶颈问题中的应用也日益广泛。在快速检测方面，高性能识别材料的制备、不同标记增敏体系的研发，并结合芯片及传感器等技术，能够提升对农产品中目标物质的精准识别能力，实现多残留同步检测。核酸适配体、受体、重组抗体等识别材料在农药、兽药、激素检测方面的应用日益增多[7～9]。而基于类特异性识别原件实现对多个目标物的同时检测以及利用芯片或传感器等技术集成不同污染物的检测反应，是实现不同污染物同步多残留快速检测的两个重要思路，也是农产品质量安全快速检测技术发展的重要方向之一。在确证检测方面，基于多维色谱－杂交质谱技术的多类别污染物的综合分析技术也成为近年来确证检测技术发展的方向[10]。多维色谱技术与质谱技术联用，如二维液相色谱、二维气相色谱及全二维气相色谱等与质谱技术的联用，已成为解决同源复杂组分检测的有效手段；而通过融合多种类型的质量分析器如四极杆、轨道阱（Orbitrap）及线性离子阱（LIT）等集成杂交质谱，为实现复杂农产品基质的检测提供了重要技术支撑。在未知物筛查方面，高分辨质谱具有质量范围宽、分辨率和质量测量精度较高的特点，已成为农产品质量安全化学性非靶标物质快速筛查的重要手段。而核磁共振技术具有无破坏性、无偏向性、高灵敏度以及测定快速等特点，结合模式识别在非法、恶意添加物的筛查识别方面具有较强的技术前瞻性[11]。集成质谱、波谱及成像技术，对未知化合物结构进行定性推断和确认，发现食品中未知风险物也是研究的重要热点。

（二）农产品质量安全风险评估技术趋向系统化、精细化

当前风险评估技术的理论研究和实践应用都正处于快速发展阶段，前沿科学技术的应用、大数据发掘技术的发展和不同数学模型软件的开发，促进了风险评估技术的系统化与精细化[5]。纳米技术、组学技术、计算分子生物学等前沿技术近年来发展迅速，在化学物质暴露评估中的应用促进了风险评估技术的快速发展，提高了风险评估的精准性[12～13]。如动物替代毒理学新方法的应用，提高了风险评估的速度；基于人源细胞的机制通路研究，提高了健康效应评估的精确性；而生物标志物监测技术的应用增强了风险评估过程中的敏感性和准确性，从而降低了评估的不确定性。大数据挖掘技术的发展和应用，为农产品质量安全风险评估的理论和方法研究提供了广阔的天地，特别是如逻辑回归模型、随机森林模型、贝叶斯方法模型、神经网络模型等机器学习，能够实现从海量的数据中发掘关联信息，并将分割的数据关联化，提供系统化的评估方案。基于不同需求和国情，开发的模型软件和应用也是风险评估技术不断扩展的方向。如美国和荷兰依据临界效应的剂量－反应关系建立的基准剂量（BMD）模型均已开发相关软件；基于生理模型的药代动力学、药效动力学（PBPK/PD）模型可以模拟药物和其不同制剂经静脉、口服、口腔、眼部、鼻腔和肺部给药后，在动物和人体内的药代动力学和药效动力学行为，目前开发的商业化软件已在风险评估中广泛应用；暴露边界（MOE）法相关技术和软件在不断推进，这些风险评估相关软件的研发能够增加评估技术的准确性，必将带动农产品质量安全相关风险评估理论和方法的发展。

（三）农产品质量安全过程控制技术趋向精准化、定向化

基于危害分析的临界控制点（HAC-CP）总体上适于农产品的安全管控，但由于农产品的生物活性属性，自然生产特征以及供给的时效性等因素，使得农产品质量安全控制技术具有复杂性和特殊性。在关键技术上，结合污染物代谢、迁移和消解等行为，防止污染物防控二次污染；通过解决关键控制点与风险预警阈值，预测模型和评价模型，有效生物的选用等关键技术，研究农产品生产、收储运过程中混合污染的综合防控技术是今后农产品质量安全过程控制技术发展方向之一[14]。围绕农产品生产过程中影响农产品质量的关键危害因子的污染途径与过程控制技术开展研究.包括农兽药等农业投入品的降解规律和机理、产地污染对农产品的影响及危害等开展精准化研究；针对特定环节典型农产品关键或典型危害因子开展定向化研究，形成定向化控制技术，也是实现精准农业，推动供给侧改革的有效途径。

（四）农产品质量安全溯源技术趋向智能化、集成化

目前农产品质量安全溯源技术主要分为信息追溯技术及真实性识别溯源技术研究两个方面。在以生产档案记录为基础的信息追踪与溯源技术方面，可追溯系统应用研究成为热点，主要依托传感网及数据处理、电子标签（RFID）及无线应用、数据库与并行计算等技术的建立，实现对每一个过程的流通做到来源可溯，去向可查。目前，该技术在高附加值农产品物流仓储的追溯环节应用前景广泛。随着物联网经济的发展，信息溯源技术日趋网络化和智能化。在以产品表征分析为基础的身份识别与溯源技术方面，基于DNA指纹分析建立的鉴别技术由于分析精度高，已成为农产品品种鉴别的一项关键技术。同位素质谱技术发展迅速，除目前常用的碳、氮稳定同位素外，氢、氧、硫、硼和锶同位素技术的应用有效性也日益凸显[16]，通过分析不同地域农产品中同位素组成特征、差异，建立溯源数据库或绘制溯源地图，可以实现对不同农产品的产地溯源。近年来，在溯源技术发展方面，一是利用锶同位素以及稀土元素对农产品产地溯源的有效性日益凸显；二是重视溯源指标在加工农产品过程中的变化；三是将稳定同位素质谱技术、核磁共振技术、DNA指纹图谱技术、代谢指纹图谱技术、红外光谱技术以及矿物元素指纹图谱等多项溯源技术集成，形成综合溯源技术系统，集成后的综合溯源系统能够提高农产品溯源的精准度[17～18]。

三、目前我国农产品质量安全已有科技基础与存在差距

（一）检测技术

截至“十二五”末，我国共研发出500多项残留确证检测技术，其中农药多残留确证检测从最初的不到30种发展到700多种，兽药多残留确证检测可覆盖20大类300余种，建立了主要以农药和兽药残留为主的多项确证检测技术及标准，农产品质量安全检测技术水平不断提高[19]。在快速检测方面，我国已经具备制备各种农药、兽药残留、违禁添加物抗体近300种，研发快速检测产品600余种，快检产品的市场占有率从“十五”末期的不到10％上升至目前的80％以上[19]。我国在农产品质量安全检测技术方面还存在一些问题。比如，仍有一定比例我国已登记和有限量的农兽药残留无检测方法，农产品中环境污染物及与农产品品质营养相关的内源物检测方法缺乏；自主开发的检测设备少，设备成本高[20]；农药抗体少，快检产品灵敏度和稳定性差等问题还一定程度存在。

（二）风险评估技术

在风险评估共性技术方面，我国已经初步确立了剂量－反应评估中基准剂量评估技术，建立了农产品中化学污染物（特别是农药）累积性膳食暴露评估方法和阶梯式暴露评估方法[12]；开展了农产品质量安全风险建模技术研究，已形成国家农产品质量安全监测信息平台数据上报系统、分析系统和综合管理系统以及农产品质量安全风险评估系统等。在农产品质量安全风险监测方面，我国已经针对农兽药残留等危害因子，开展连续动态立体式风险隐患摸底排查和专项评估，获得风险监测数据23万余条，形成23份农产品质量安全风险监测与评估技术报告。我国还缺乏开展农产品质量安全风险评估的一些基础数据，如现有的危害因素本底含量数据、毒理学数据等基础数据缺乏，不能满足我国农产品质量安全风险评估的需要；在技术上，人源细胞替代动物毒理学测试及暴露组学技术等前沿技术的应用还刚刚起步，生物监测尚未纳入风险监测与评估的内容；适合我国国情的评估模型不多[13]。

（三）过程控制技术

目前，我国农产品质量安全过程控制技术研究主要集中在研究污染物的环境过程以及对农业投入品及内源毒素的消减控制技术研究[20]；我国已经形成了农产品产地土壤重金属污染区边界划分的技术方法及水产生产区域划分方法。如2011年，我国参照欧盟法规制定形成了《2011年海水贝类生产区域划型工作要求》。针对农药和兽药等农业投入品，主要依据毒理学数据和残留消除规律制定出最大残留限量标准。截至2016年底，我国已经制定了433种农药的4140项最大残留限量。而在毒素的消减控制技术方面，目前已经形成的相关管理规范或标准有《防止黄曲霉毒素污染食品卫生管理办法》、《花生黄曲霉毒素污染控制技术规程》等。尽管我国目前在农产品过程控制技术研究方面取得了一定的进展，但产地环境污染物（农兽药、助剂、持久性污染物等）与不同农产品质量安全相关性方面的研究缺乏；农兽药面源污染阻断和评价技术缺乏；在新技术、新生产方式和新投入品所带来的危害评估、预防和控制措施研究方面还很少。

（四）产地溯源与真实性识别技术

在信息追溯方面，我国已了《农产品产地编码规则》、《农产品追溯编码导则》及《热带水果分类和编码》等规范文件，建立了农垦农产品质量追溯系统，覆盖28个省（自治区、直辖市），涵盖谷物、蔬菜、畜禽肉等主要农产品。在身份识别与溯源技术方面，我国近年来也建立了一系列方法，包括DNA标记法、近红外反射光谱法、稳定同位素法、矿物元素法等，在牛肉产地溯源、有机猪肉溯源与真实性识别及鸡肉、茶叶和蜂蜜溯源技术等方面奠定了技术基础。但现有溯源体系仅仅是建立在信息记录溯源上，与质量溯源相关检测技术、质量安全溯源的检测装备、食品加工和储运过程质量溯源支持技术等还没有集成形成技术体系。由于缺乏统一的追溯标准和规范指南，各部门建立的追溯系统仍存在信息不互联互通，很多产品追溯码的作用与普通的食品标签相类似，未发挥有效的追溯管理作用，且由于缺乏农产品种植、养殖等环节的化肥农药、兽药及生产管理等信息，信息记录成本高，也造成了源头追溯信息采集困难。而在身份识别与溯源技术方面，单一溯源方法存在溯源准确性不高，溯源库存在样品代表性差，综合集成溯源系统研究应用还较少等问题。

四、我国农产品质量安全科技优先发展领域和重点突破点

根据农产品质量安全科技的发展趋势及我国产业发展的需求，围绕服务国家食品安全战略目标，提高农产品质量安全水平的战略需求，促进我国农产品质量安全科技整体能力的提升和关键问题的突破，确定如下优先发展领域。

（一）农产品质量安全检测技术优先领域

运用现代物理、化学、生物学、计算科学理论和方法，研究农产品中营养品质、功能成分以及农兽药、生物毒素、有机污染物、环境激素等分析新理论、新技术，建立农产品质量与安全检测技术及标准体系。主要包括基于新型功能材料的高效前处理新技术、农产品品质形成及无损监测技术、智能化农产品质量分等分级新方法、生物监测及非定向筛查技术。

（二）农产品质量安全风险评估优先领域

开展对化学和生物等污染物的风险评估、控制与预警的食品安全风险评估方法和理论的研究，发展符合我国国情的食品安全风险评估技术方法体系。主要包括农产品中重要化学污染物的剂量－反应评估理论、暴露评估方法优化与模型、混合污染物联合暴露综合评估风险排序与模型、农产品累积性暴露评估方法与模型、主要农产品中危害因素风险评估模式及风险评估信息系统的整合与构建。

（三）农产品质量安全过程控制优先领域研究

污染物在农产品中的污染途径、成害机制及控制措施，构建农产品安全、清洁生产理论和典型模式，建立农产品质量安全过程控制技术体系。主要包括污染物在产地环境中的迁移转化及降解规律，农业投入品面源污染阻抗、钝化、消减技术，典型污染物生物修复理论和机制，典型污染物与品质指标的相关性研究，农产品产地污染物阈值及产地安全评价指标体系。

（四）农产品质量安全溯源优先领域

开展农产品质量安全溯源的理论和方法研究，主要包括矿物元素、同位素技术、生物组学技术的溯源新方法研究，不同生产模式农产品溯源技术，加工农产品溯源技术；综合溯源系统的构建。

（五）农产品质量安全标准研究

开展农产品质量安全标准研究和标准物质研究，健全农业标准体系。主要包括农兽药残留限量制定，小宗作物农药残留及风险排查，动物源产品中农药残留限量制定，产地环境污染物限量标准与安全评价分类，农产品安全与品质评价相关标准物质研制。

（六）农产品营养组分作用机制及分离基础研究

农产品组分的营养与功能的相关性及其作用机制、组分分离新技术，建立农产品品质营养功能解析与利用技术体系。主要包括农产品功能成分影响人体健康的分子营养学机制，农产品功能成分在人体内的代谢途径、吸收方式与作用机制，功能成分在农产品中的存在形态、结构及分布，农产品组分高效分离与重组关键技术，绿色、循环、多组分提取的理论和方法.

作者:金芬 郑床木 钱永忠 单位:中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所