第3节水果质量安全风险评价理论与方法_水果农药残留风险评价及管理-QQ阅读男生武侠网

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第3节水果质量安全风险评价理论与方法

风险评估是指在风险事件发生之前或之后（但还没有结束），对该事件给人们生活、生命和财产等各个方面造成的影响和损失的可能性进行量化评估的工作。也就是说，风险评估就是量化测评某一事件或事物带来的影响或损失的可能程度。风险评估对农产品质量安全科学管理、依法监管、正确指导生产和引导消费具有十分重要的意义。《中华人民共和国农产品质量安全法》和《中华人民共和国食品安全法》均确立了风险评估的法律制度，也是目前国际农产品质量安全管理的通行做法，已成为各国纷纷实践并大力推行的一项持续性工作[1]。

《中华人民共和国农产品质量安全法》中规定农产品是指来源于农业的初级农产品，水果就是属于该法中规定的农产品。法律中规定：农产品质量安全是指农产品质量符合保障人的健康、安全的要求。法律中规定的农产品质量安全是根据农产品质量安全标准体系进行判别，其中农产品质量安全标准是强制性的技术规范[2]。目前《GB 2763—2014食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》[3]是农产品质量安全在农药残留方面判定的国家强制标准，也是进行相关风险评价的一个重要依据。

在水果生产过程中使用农药是为了使水果免受病虫害的侵袭，实现优质高产的目标。然而，农药在使用后一般都会在目标作物上以及环境中产生相应的残留。控制这种风险，就要从农药的使用量、所造成的残留范围及它们的作用效果和致命性，以及该农药的其他来源方式和其他相关农药的暴露上做全面的风险评估，最终确定最大农药使用量，使它既能满足有效地防治病虫害，又能保证农药使用者的风险降到最低，而且还能使水果和环境中的有毒物质残留降低到人类可接受水平。

风险评估一般分为农药残留危害识别、农药残留危害描述、农药残留暴露评估和农药残留风险特征描述等4个过程，最后根据风险评估结果提出相应的对策与措施。风险评估有定量、定性和半定量评估三种形式。危害识别采用的是定性方法；危害描述、暴露评估、风险特征描述采用定性与定量结合的方法。

1 农药残留危害识别

危害识别即识别可能对人体健康和环境产生不良效果的风险源，可能存在于某种或某类食品中的生物、化学、物理风险因素，并对其特性进行定性、定量描述的过程。它的目的是识别人体暴露在一种农药残留物质下对健康所造成的潜在的负面影响，识别这种负面影响发生的可能性及与之相关联的确定性和不确定性。

农药残留物的种类和数量与农药的化学性质、结构等特点有关，农药的残留性越大，在食品中的残留量越多，对人体的危害也越大。食用带少量残留农药的农产品，人体自身会降解，但长期食用带有农药残留的农产品，必然会给人体健康带来极大的危害[4]。

根据目前农业生产上常用农药（原药）的毒性综合评价（急性口服、经皮毒性、慢性毒性等），按毒性登记可分为极性毒性、高毒性、中等毒性、轻毒性、几乎无毒性、比较无害等6类[5]，详见表1.3.1。

表1.3.1 毒性分类

高毒农药（半数致死量LD50＜50mg/kg）有甲拌磷、治螟磷（苏化203）、对硫磷、甲基对硫磷、内吸磷、杀螟威、砒霜、氧乐果、磷化锌、磷化铝、氰化物、杀虫脒、氯化乙基汞、赛力散、溃疡净、久效磷、磷胺、甲胺磷、异丙磷、三硫磷、呋喃丹、氟乙酰胺氯化苦、五氯酚、二溴氯丙烷和乙基大蒜素等。

中等毒农药（LD50为50～500mg/kg）有杀螟硫磷、燕麦敌、乐果、稻丰散、乙硫磷、亚胺硫磷、皮蝇磷、六六六、高丙体六六六、抗蚜威、倍硫磷、敌敌畏、拟除虫菊酯类、毒杀芬、氯丹、滴滴涕、西维因、福美胂、稻脚青、退菌特、代森胺、害扑威、叶蝉散、速灭威、混灭威、克瘟散、稻瘟净、敌磺钠、乙基硫代磺酸乙酯、代森环、2,4滴和毒草胺等。

低毒农药（LD50＞500mg/kg）有敌百虫、去草胺、拉索、杀草丹、2甲4氯、马拉硫磷、乙酰甲胺磷、辛硫磷、三氯杀螨醇、多菌灵、托布津、克菌丹、代森锌、福美双、氟乐灵、苯达松、茅草枯、萎锈灵、异草瘟净、乙膦铝、百菌清、除草醚、敌稗、阿特拉津、绿麦隆、敌草隆和草甘膦等。

2 农药残留危害描述

危害描述一般是将毒理学试验获得的数据外推到人，计算人体的每日允许摄入量（Acceptable Daily Intake, ADI）。判定农药残留目前有一套较为完善的评判标准。农药残留的最高残留限量标准是，对农药的毒性进行评估，得到最大无毒作用剂量，再除以100的安全系数，得出每日允许摄入量，最后再按各类水果消费量的多少分配。

我国的农药残留限量标准也是按照这一原则制定的。2014年颁布实施的《GB 2763—2014食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》是目前国内最完整的强制标准，它规定了农药残留的最高残留限量标准。最高残留限量标准的制定受我国管理水平和农民知识水平的制约，如为了控制农药急性中毒的发生，规定剧毒、高毒农药不得用于蔬菜水果。最高残留限量标准的制定也与检测技术能力有关。伴随着检测技术能力的提高，原来不能检出的农药也能被检出了，这也是现在出现超标现象的原因之一。还有一个引起超标的可能是农药分解引起的。以乙酰甲胺磷为例，它是允许在水果中使用的农药，但它在水果中残留的形式除了乙酰甲胺磷本身之外，还有其代谢物，如甲胺磷，而甲胺磷在GB 2763—2014中的限量标准是0.05mg/kg，是很低的。在标准中没有考虑针对乙酰甲胺磷这种农药，其残留标准应是以乙酰甲胺磷与甲胺磷合计来算的。

使用任何农药均有可能造成残留，但有残留并不等于一定对健康构成危害。国际法典和美国等发达国家也允许在水果中有甲胺磷等剧毒农药残留，并通过制定最高残留限量标准来预防其危害。

目前，欧盟国家采用安全性评价的概念进行水果中农药残留的风险性分析。评价的标准：农药的毒性和人体可能的摄入剂量。前一个指标是世界卫生组织颁布的各种农药的ADI值，后一个指标可通过每日人体摄取水果量计算获得，然后与ADI值对比，看它所占每日允许摄入量的份额，确定其安全性，占份额越小，说明越安全。对于农药残留采用一个比较切合实际的固定的风险水平，如果预期的风险超过了可接受的风险水平，这种物质就可能被禁止使用[4]。

3 农药残留的膳食暴露评估

暴露评估是风险评估的关键、核心步骤，是风险评估中需要解决技术难点最多的环节之一。膳食暴露评估是对食物或通过其他渠道的生物性、化学性和物理性因子的摄取量的定性和定量的评估。膳食暴露评估在联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会（J oint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA）和农药残留联席会议（Joint Meeting of Pesticide Residues, JMPR）的食品化学危害风险评估中起到关键性作用。通过比较膳食暴露评估结果与相应的食品化学物健康指导值，可以确定化学危害物的风险程度。膳食暴露评估可以分为急性暴露评估和慢性暴露评估。急性暴露评估主要针对24小时内食物中有害物质暴露情况进行的评估，而慢性暴露评估则是对整个生命周期内平均每日暴露情况进行的评估[6]。

在我国膳食中农药残留总摄入量的估计采用的方法有单一食品的选择研究法、双份膳食研究法和总膳食研究法等。国际上，对于膳食暴露评估的一般方法是：首先采用逐步测试、筛选的方法在尽可能短的时间内利用最少的资源从大量可能存在化学物质中排除掉没有安全隐患的物质，这部分物质无须进行精确的暴露评估；其次，为了有效筛选化学物质并建立风险评估优先机制，筛选过程中不应使用非持续的单点膳食模式来评估消费量。同时还应考虑到消费量的生理极限，确保能够正确评估某种特定化学物质的潜在高膳食暴露水平。另外，必须考虑特殊人群，如大量消费某些特定食品的人群，这是因为某些消费者可能是某些所关注化合物含量极高食品的忠实消费者，有些消费者也可能会偶尔食用这些食品[7]。

4 农药残留风险特征描述

风险特征描述是指在危害识别、危害特征描述和暴露评估的基础上，对评估过程伴随的不确定性、危害发生概率、对特定人群的健康产生已知或潜在不良作用的严重性进行的定性或定量估计。对有阈值的毒性作用和无阈值的毒性作用采用不同的方法来进行风险描述。对于有阈值的，采用ADI、治疗指数（Therapeutic Index, TI）、急性参考剂量（Acute Reference Dose, ARfD）这些指标来进行风险描述。ADI和ARfD用于故意添加到食品中的物质、农药残留、兽药残留的风险描述。对于不可避免的污染物如环境污染物，常用TI来描述。对具有遗传毒性物质的毒性作用，传统假设它没有阈值，并且任意暴露水平都会存在一定的风险，所以没有制定健康指导值。该类物质的风险描述一般遵循以下原则：把剂量保持在可以合理达到的最低水平，把不同暴露水平的风险量化，把能产生类似危害的不同化学物质进行风险分级。

农药残留的风险描述应当遵守以下两个重要原则：农药残留的结果不应当高于“良好农业操作规范”的结果，日摄入食品总的农药残留量（如膳食摄入量）不应当超过可以接受的摄入量。无显著风险水平，指的是即使终生暴露在此条件下，该危害物都不会对人体产生伤害。

风险特征描述包括定性评估和定量评估两部分。根据危害识别、危害描述以及暴露评估的结果给予高、中、低的定性评估。定量评估包括有阈值的和无阈值的两类。如果是有阈值的化学物，那么对人群风险可以摄入量与ADI值（或其他测量值）比较作为风险描述。如果所评价的物质的摄入量比ADI值小，则对人体健康产生不良作用的可能性为零。摄入量与ADI值的比值就是安全限值（Margin of Safety, MOS）。MOS≤1表示该危害物对食品安全影响的风险是可以接受的，MOS＞1表示该危害物对食品安全影响的风险超过了可以接受的限度，应当采取适当的风险管理措施。如果所评价的化学物质没有阈值，那么对人群的风险是摄入量和危害程度的综合结果，即食品安全风险=摄入量×危害程度。

5 风险分析内涵

风险分析是一门正在发展中的新兴学科，同时也是一种保证食品安全的新模式。风险分析包括三个部分，即风险评估、风险管理与风险交流，三者互为前提，其中风险评估是整个风险分析体系的核心和基础。风险管理的首要目标是通过选择和实施适当的措施，如包括制定最高限量标准、制定生产规范等，有效控制食品风险，保障公众健康。风险管理可以分为四个部分：风险评价、风险管理选择评估、执行管理决定、监控和审查。在风险分析的全部过程中，通过风险交流，确保风险管理政策能够将风险降低到最低限度。风险分析是国际上公认的食品安全管理理念之一。水果质量安全风险评价是对水果产品安全进行科学管理的体现，也是制定水果生产与安全监管措施的重要依据。通过风险评价与分析，找出水果产品中的主要风险因素，然后对其进行重点监管，提高效率。

6 常用风险评估方法

6.1 系统风险评估方法

目前，在系统综合风险评价方面，国际上成熟的风险评价方法有德尔菲法、层次分析法、模糊数学法、敏感性分析法、蒙特·卡洛模拟法、人工神经网络、CIM模型法和故障树分析法等。

6.1.1 德尔菲法（Delphi Method）。德尔菲法是20世纪由O．赫尔姆和N．达尔克首创的，又称专家规定程序调查法，它以古希腊城市德尔菲（Delphi）命名，是具有集众人智慧的意思。主要由调查者拟定调查表，按照既定程序，以函件的方式分别向专家组成员征询调查，专家组成员又以匿名的方式交流意见，经过几次征询和反馈，专家组成员的意见将会逐步趋于集中，最后获得具有很高准确率的集体判断结果。德尔菲法作为一种主观、定性的方法广泛应用于各种评价指标体系的建立和具体指标的确定过程。该方法的优点是准确性高，可以避免群体决策的一些可能缺点；缺点是主观性太强，专家选择没有明确的标准，预测结果缺乏严格的科学分析，最后趋于一致的意见，仍带有随大流的倾向[8]。

6.1.2 层次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）。层次分析法又称层次权重解析方法，是美国运筹学家、匹兹堡大学数学家T.L. Saaty于20世纪70年代提出的一种定量与定性相结合的多目标决策分析方法，是一种对一些较为复杂、较为模糊的问题做出决策的简易方法，它特别适用于那些难于完全定量分析的问题。该方法的核心是将决策者的经验判断定量化，从而为决策者提供以定量形式表达的决策参考依据。其基本原理是将整个系统按照因素间的相互关联影响以及隶属关系分解为若干层次，通过同层次两两因素的对比，逐层定出最低层指标层相对于最高层目标层的相对重要性权值，从而将人的主观判断思维过程用数学形式表达和处理。AHP法在多目标、结构复杂且缺乏必要数据的情况下相当实用[9]。

6.1.3 模糊数学法。模糊数学又称Fuzzy数学，是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法。它通过构造等级模糊子集把反映被评事物的模糊指标进行量化，然后利用模糊变换原理综合各指标。步骤为：建立因素集，确定评价指标；确定评价集，即代表评价等级分类的集合，每一等级可对应一个模糊子集；建立隶属函数，构造模糊关系矩阵，确定加权模糊向量；最后进行模糊复合运算。模糊数学法用隶属度的概念反映质量分级的模糊性，应用逐步增多，但其在复合运算过程中取大取小的规则，仅强调极值的作用，丢失信息较多，评价结果常受控于个别评价因子[10]。

6.1.4 敏感性分析法（Sensitivity Analysis Method）。敏感性分析法是指从众多不确定性因素中找出对评价对象有重要影响的敏感性因素，并分析、测算其对评价对象的影响程度和敏感性程度，进而判断项目承受风险能力的一种不确定性分析方法。敏感性分析法多用于经济评价，常用以分析项目经济效益指标对各不确定性因素的敏感程度，找出敏感性因素及其最大变动幅度，据此判断项目承担风险的能力。敏感性分析法的优点是能优先考虑最敏感因素，缺点是这种分析尚不能确定各种不确定性因素发生一定幅度的概率，因而其分析结论的准确性就会受到一定的影响[11]。

6.1.5 蒙特·卡洛模拟法（Monte Carlo Method）。蒙特·卡洛模拟法是二战时期美国物理学家Metropolis在执行曼哈顿计划的过程中提出来的，是一种通过设定随机过程，反复生成时间序列，计算参数估计量和统计量，进而研究其分布特征的方法。当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但系统的可靠性过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用时，可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值；随着模拟次数的增多，其预计精度也逐渐增高。由于涉及时间序列的反复生成，蒙特·卡洛模拟法是以高容量和高速度的计算机为前提条件的，因此只是在近些年才得到广泛推广。该方法的优点是处理复杂问题时定量分析，给出问题的概率解以及解的精度估计，缺点是费时且费用高，应用较少[12]。

6.1.6 人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）。人工神经网络是20世纪80年代后期发展的一门新兴学科。它可以模仿人脑的某些智能行为，如灵感、知觉和形象思维等，具有自学习、自适应和非线性动态处理等特征。神经网络的主要特点是大量平行处理、非线性输出及利用多层结构的预测能力。较为常用的神经网络模型是后传递网络模型，它由输入节点层、隐含节点层、输出节点层、中间节点层和层间节点的连接组成。反向传播（Back Propagation, BP）神经网络属于监督式的神经网络，其学习过程以一次一个训练范例进行，学习完所有的训练范例后视为一个学习周期，它可将训练范例反复学习，不断调整各层的连接权重，经过许多学习周期后，直到输出与预期学习值相当才算收敛而停止。BP神经网络可以达到较好的预测成果，可以通过对给定样本模式的学习，获取评价专家的知识和经验，但由于需要大量的历史数据，往往难度大[13]。

6.1.7 CIM模型法（Controlled Interval and Memory Models, CIM模型法）。CIM模型法又称控制区间记忆模型法、概率叠加模型法，这种方法用直方图替代了变量的概率分布，用和代替了概率函数的积分，直方图具有相同宽度的区间，而CIM模型正是要求建立在这种相等区间的直方图上。所谓“记忆”，是指当有两个以上的变量需要进行概率分布叠加时，把前两个概率分布叠加的结果记忆下来，再用控制区间方法与下一个变量的概率分布叠加，如此类推，直到叠加完最后一个变量为止。叠加的方法主要采用直方图代替概率分布，按照变量之间的关系，从风险分类的最后一层向上逐层进行叠加，直到得到总风险的概率分布。该方法的优点是将变量的概率分布采用经验分布形式，使风险因素量化过程变得简单直观；不足之处是变量叠加后的区间数将变多，必须重新进行区间划分，才能得到新的分布，随着叠加次数的增多必然会造成一定的误差。

6.1.8 故障树分析法（Fault Tree Analysis, FTA）。故障树分析又称事故树分析，是安全系统工程中最重要的分析方法。故障树分析技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，是一种演绎的逻辑分析方法，遵从结果中找原因的原则，分析风险与其产生原因之间的因果关系，即在前期预测和识别各种潜在风险因素的基础上，运用逻辑推理的方法，沿着风险产生的路径，求出风险发生的概率，并能提供各种控制风险因素的方案。该方法的优点是思路清晰，逻辑性强，具有预测性，既可做定性分析，又可做定量分析；其缺点是复杂系统的事故树往往很庞大，分析计算的工作量大，并且在进行定量分析时，必须知道事故树中各事件的准确故障数据，否则定量分析就不能进行[14]。

6.2 常用农产品质量安全风险评价方法

常用农产品质量安全风险评价方法主要有单因子污染指数法、危害物风险系数法和食品安全指数法等。

6.2.1 危害物风险系数法。在实施科技部“十五”期间重大科技攻关项目“食品安全关键技术研究”的课题之一“进出口食品安全监测与预警系统研究”时，研究人员结合危害物本身的敏感性、风险程度及其相应的施检频率，提出了危害物风险系数的概念。通过其与食品检验数据库保持的联动变化，对食品安全状态实施动态和量化评价。危害物的最大残留量（Maximum Residue Limit, MRL）和检测方法的最低检出限（Limit of Detection, LOD）是该评价中最重要的两个阈值指标。在实际研究中，限量类危害物的检测结果常常出现有检出但小于最大残留量，还达不到卫生标准的评判阈值的情况。从这部分广泛存在的检测数据中分析获得危害物未来出现的趋势和分布，从而将预警控制线前移，对风险起到真正的预警作用，便是本方法在农产品质量安全风险评价与预警中最核心，也是最令人感兴趣的内容。

危害物风险系数是衡量一个危害物风险程度大小最直观的参数，综合考虑了危害物的超标率或阳性检出率、施检频率和其本身的敏感性的影响，并能直观而全面地反映危害物在一段时间内的风险程度。危害物风险系数计算公式为：

式中：R为危害物风险系数P 为该种污染物的超标率；F为该种污染物的施检频率；S为该种污染物的敏感因子；a和b分别为响应的权重系数。

P和F 均为在指定时间段内的计算值，敏感因子S可根据当前该危害物在国内外食品安全上关注的敏感度和重要性进行适当的调整。同时，式中P、F和S 随研究的时间区段而动态变化，可根据具体情况采用长期风险系数、中期风险系数和短期风险系数。该系数常用于危害物预警风险评估。

6.2.2 食品安全指数法。按照世界卫生组织全球食品污染物监测规划（Global Environment Monitoring System-Food Contamination Monitoring and Assessment Programme, WHOGEMS/Food）的观点，用最大残留量（MRL）来评价残留物水平是一种超严估计。事实上，消费者所食用的食品不可能都受到所有化学物质的污染，而且在人的一生中也不可能永远食用受到同样污染的同一种食品。因此，需要用一种数学模型或一个数值来表示食品安全的最近似的真实状态。在对世界现行的评价食品安全方法，尤其是国际公认的国际食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission, CAC）的评价方法，WHO GEMS/Food及JECFA（FAO/WHO食品添加剂联席专家委员会）、JMPR（FAO/WHO农药残留联席会议）食品安全风险评估工作研究的基础上，近年来研究人员提出了食品安全指数（Index of Food Safety, IFS）评价法，其结合残留监控和膳食暴露评估，以计算食品中各种化学污染物对消费者的健康危害程度。采用IFS法进行农产品状态评估的基础是要取得准确的和有代表性的残留监测数据，因此在实际应用中对精心设计和实施残留监控提出更高的要求。

农药的毒害作用与其进入人体的绝对量有关，因此评价水果安全以人体对水果的实际摄入量与其安全摄入量比较更为科学合理，可以用安全指数（IFS）来评价水果中某种农药残留对消费者健康的影响。

式中：C表示某种农药；EDIC为农药C的实际摄入量估算值，EDIC=R· F·E·P（R为水果中农药C的残留水平；P为水果的加工处理因子；F为水果的估计摄入量；E为水果的可食用部分因子）; SIC为安全摄入量，采用每日允许摄入量（ADI）; f为安全摄入量的校正因子；mb为人体平均质量。该方法常用于暴露风险评估。

据金水高报道，2002年浙江省不同年龄、不同性别的人群中，水果消费量最大值为149.3 g/（人· d）。在本书中，公式（1.6.3）中的 F=149.3g/（人·d）, E=1, P=1, mb=60kg, f=1, R为该种农药在该试验中的最大检出值。

各种农药对消费者健康的整体危害程度可用平均食品安全指数（IFS）来表示。IFS的计算公式为：

6.2.3 单因子污染指数法。单因子污染指数法是把农业环境中各评价指标的实测数据与评价标准比较，用它们的比值来反映超标情况，比值越大，超标越严重；若比值小于1，说明该实测点不超标。单因子污染指数法虽能用超标倍数来粗略地反映产品质量的优劣，但评价精度不高，仅以超标倍数作为质量分级依据，没有考虑产品毒理学效应等。

6.2.4 膳食摄入风险评估法。根据居民膳食消费结构（食品消费量），结合残留化学评估推荐的残留试验中值、最高残留值或已制定的最大残留限量（MRL）估算长期或短期摄入量，与毒理学评估推荐的每日允许摄入量或急性参考剂量进行比较。膳食摄入风险评估法又分为慢性膳食摄入风险评估法和急性膳食摄入风险评估法。

慢性膳食摄入风险评估法根据产品产量、贮藏运输损耗率和集中消费天数等数据折算出中国居民日均食用量。用公式（1.6.4）计算各农药的慢性膳食摄入风险（%ADI）。%ADI越小风险越小，当%ADI≤100%时，表示风险可以接受；反之，当%ADI＞100%时，表示有不可接受的风险。

式中：STMR为规范试验残留中值，取平均残留值，单位为mg/kg; b为居民日均产品消费量，单位为kg; ADI为每千克体重每日允许摄入量[3]，单位为mg/kg; bw为体重，单位为kg。

急性膳食摄入风险评估法。用公式（1.6.5）计算各农药的估计短期摄入量（Estimated Short Term Intake, ESTI）。用公式（1.6.5）计算各农药的急性膳食摄入风险（%ARfD）。%ARfD越小，风险越小，当%ARfD≤100%时，表示风险可以接受；反之，当%ARfD＞100%时，表示有不可接受的风险。