食品界

中国检验检疫科学研究院陈谊教授等：基于改进物元可拓模型的肉制品中化学污染物风险评估方法

随着人民生活水平的日益提升，肉制品在食品消费中的占比越来越大，其安全问题也越来越受到关注。肉制品中的重金属等化学污染物超标是导致食品安全问题的主要原因之一，食品添加剂的不合理使用也会影响人类身体健康，甚至致癌。因此，对肉制品抽检、评估和处置是食品安全监管工作的重要组成部分。物元可拓模型是解决客观世界中普遍存在的不相容问题的有力工具和决策方法，被广泛应用于多指标的安全风险评估。它利用评价指标与评价等级之间的综合关联度来确定风险等级，克服了其他评估方法因定性成分较多导致的评价结果失真度高、评价效率低等问题。

中国检验检疫科学研究院斗海峰，陈谊*和北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室的武彩霞等人提出一种基于改进物元可拓模型的肉制品中化学污染物风险评估方法（RACMP）。该方法基于肉制品抽检结果数据，使用污染物的检出率、不合格率、不合格度、含量均值和变异系数构建评价指标体系，通过引入最优最劣法来确定各指标的权重、对待评物元和经典域进行规格化处理、采用非对称贴近度原则代替最大隶属度原则来改进传统的物元可拓方法，最终实现对肉制品中苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、胭脂红、亚硝酸盐5种食品添加剂和镉、铬、铅、总砷4种重金属元素的安全风险评估。

1 肉制品中化学污染物的风险评估

本研究基于2018年国内某省食品安全监管部门肉制品抽检结果数据，采用上述改进物元可拓模型和最优最劣法对肉制品中的化学污染物风险进行评估，其流程如图1所示。首先对抽检数据进行预处理，得到规范化的数据集；其次充分考虑影响污染物风险的统计指标，选择污染物的检出率、不合格率、不合格度、含量均值和变异系数作为污染物的风险评价指标；然后使用改进物元可拓模型构建物元矩阵，使用最优最劣法确定风险评价指标的权重；最后计算污染物与评价等级的贴近度，并确定污染物的风险等级。

2.1 抽检数据及数据预处理

本研究共采用31714条肉制品抽检记录，每条记录包括抽检样品名称、食品类别、采样时间、采样地点、检测污染物、污染物检测值、污染物所属类别、污染物限量标准等信息。对抽检结果数据按检测污染物类别进行统计，其中食品添加剂和重金属元素分别被检测14827次和9572次，占76.9%。食品添加剂中苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、胭脂红、亚硝酸盐分别被检测3189、2408、3163、1169、3196次；重金属元素中镉、铬、铅、总砷分别被检测2529、2270、2428、2305次；这9种污染物的检测频次之和占总检测频次的71.4%，占食品添加剂和重金属元素检测频次的92.9%。同时，对肉制品质量安全监管的相关研究也说明，上述5种食品添加剂和4种重金属元素是重点关注对象，它们对肉制品的质量安全都有不同程度的影响，故本研究选择这9种污染物为例来说明本方法的原理，对其他化学污染物也同样适用。预处理后得到22644条抽检记录，如表2所示。

2.2 选择评价指标

基于抽检结果中食品类别、检测项目（污染物）、污染物检测值、最大限量等基础数据，使用污染物的检出率、不合格率、不合格度、含量均值和变异系数5个统计值作为评价指标，构建污染物风险评估指标体系，如图2所示。其中检出率为某检测项目被检出的比例；不合格率反映的是抽检样品中此检测项目被检出不合格的频率；不合格度是针对检测项目含量相较其对应的限量标准值的偏离程度，反映肉制品中某检测项目可能导致食品产生风险的程度；含量均值可以反映出某批次食品检测项目含量的风险趋势；变异系数描述数据的离散程度，检测项目的变异系数越小，说明其检测值的波动程度越小，即风险越小。各指标计算方法如表3所示。

2.3 构建物元矩阵

基于肉制品中食品添加剂和重金属元素的检测结果，使用表3中公式（13）～（22）得到各污染物对应的评价指标值，得到各污染物对应的评价指标值，如表4所示。

根据可拓原理，将描述肉制品中污染物的风险等级分为5个等级，分别记为I、II、III、IV、V（等级越高，风险越高），考虑各评价指标所反映的实际含义确定评价等级的经典域范围，为突出高风险危害性，经典域范围随着等级变大。进行规格化处理后的经典域物元矩阵R'1～R'5如式（23）～（27）所示。规格化处理后的节域物元矩阵R'p如式（28）所示。以脱氢乙酸为例，规格化处理后的待评物元矩阵R'x如式（29）所示，此处x表示脱氢乙酸。

2.4 确定指标权重

采用最优最劣法对风险评价指标赋权。根据专家经验确定不合格率为最优指标，变异系数为最劣指标，得到最优指标向量AB={1,2,2,8,4}和最劣指标向量AW={8,4,4,1,2}。由表5可知。从权重值中可以看到不合格率的权值最大，而变异系数权值最小，这与最优指标和最劣指标的设定相一致，证明了最优最劣法计算结果的正确性。

2.5 确定风险等级

如表6所示，污染物与每个等级的贴近度值差距很小，因此对其进行归一化增大区分度。图3为归一化后的贴近度及风险评价结果。

结果分析与讨论

将本方法与常用的NI法进行对比，首先使用NI法，计算得到风险指数，然后依据表7对得到的风险指数进行风险等级划分，评估结果如表8所示。NI法虽然综合考虑了指标的平均值和最大值，但是结果易受单因子中最大值的影响，而忽略了危害高而实测值小的评价因子对结果的影响，从而导致评价结果失真。不同于NI法，RACMP法综合考虑了各评价指标对污染物安全风险的影响程度，应用指标权重来突出各评价指标对评价结果影响的差异性。例如，本研究中RACMP法对脱氢乙酸、总砷、苯甲酸、胭脂红和镉的风险等级评价结果分别为I、I、V、V和II级，有效考虑了不同评价指标的权重，结果更加符合实际。

同时本研究使用改进的物元可拓模型，克服了指标实测值超出节域范围时无法计算关联度的问题，以及由于评价对象自身界限的模糊性可能会损失过多信息导致方法的有效性过低的问题，可以更准确地判断污染物的风险等级。另外，最优最劣法被引入物元可拓法中确定评价指标的权重，在进行指标间的重要性比较时只需要（2n-3）次，而目前常用方法层次分析法需要（n（n-1）/2）次（n为评价指标的个数），大大提高了计算效率，因此本研究方法更准确客观和高效。

评估结果如图3和表8所示，本次抽检肉制品添加剂中的山梨酸、亚硝酸盐、胭脂红和苯甲酸污染风险等级为V级，脱氢乙酸为I级；重金属元素中铬为III级，镉和铅为II级，总砷为I级。本研究中的4种重金属元素也是肉制品质量控制中的主要关注因素。从实验结果可以看出，在本批抽检肉制品中重金属元素的风险相对较低，但对重金属元素的污染仍然需要引起注意，当含量过高时会对人体造成很大的伤害。

结论

本研究提出了一种基于改进物元可拓模型的肉制品中化学污染物风险评估方法，主要对肉制品中苯甲酸、脱氢乙酸、亚硝酸盐、胭脂红、山梨酸5 种食品添加剂和铅、镉、铬、总砷4种重金属进行风险评估。该方法具有如下特点：1）充分考虑了抽检数据的统计特征和分布规律，以及各污染物的毒性和含量两方面因素，采用污染物的检出率、不合格率、不合格度、含量均值和变异系数作为风险评价指标；2）引入最优最劣法为风险评价指标赋权，从而可以充分考虑到各评价指标对风险的影响，该方法结合定性与定量的方式，采用结构化的比较方法，很大程度上降低了赋权时主观因素带来的干扰，同时也提高了计算效率；3）使用非对称贴近度原则代替最大隶属度原则，解决了由于评价对象自身界限的模糊性，容易损失信息而导致评价结果失真的问题，并对贴近度进行归一化，有效突出各污染物与不同风险等级的贴近度之间的区分度，使得评价结果更加准确。与NI法的对比实验结果证实了本研究方法的优越性。本方法还可推广到其他类食品中的危害物风险评估，为食品安全监管和抽检方案的制定提供科学依据，对降低抽检成本、提高抽检效率具有一定的意义。

本文《基于改进物元可拓模型的肉制品中化学污染物风险评估方法》来源于《食品科学》2023年44卷第11期1-8页，作者：斗海峰，陈谊*，武彩霞，国伟，张峰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220512-151。