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张峰:聚焦食品安全以致用 专注原创研究出硕果

2020年4月10日 08:32:05 来源: 分析测试百科
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  分析测试百科网讯 食品安全在我国广受关注,也是同分析测试技术紧密相关的领域。2020年1月10日,2019年国家科学技术奖励大会在人民大会堂盛大召开。党和国家领导人出席大会并向获奖代表颁奖。食品安全领域喜获奖项,其中,中国检验检疫科学研究院(以下简称中国检科院)副院长张峰研究员作为第一完成人的《食品中化学性有害物检测关键技术创新及应用》荣获国家科技进步奖二等奖。近日,分析测试百科网采访了张峰,希望他的经历对年轻的分析测试行业从业者有启发;张峰对食品安全未来进展也提出了展望,希望对关注食品安全检测技术的分析测试研究和应用人员有更多启发。

中药分析技术-蛋白质组学分析技术-食品安全分析技术

  为何选择食品安全作为毕生事业?张峰首先谈到了自己早年爱上分析化学的经历。在大学读化学时,分析化学课的指导老师是唐波教授,唐教授曾是国家自然科学奖和国家科技进步奖的领衔获得者,他上课形式生动活泼,像“侦探案情”一样引人入胜。比如,他的实验课是给学生一瓶未知溶液,让学生根据手头已知的标准溶液自行设计反应,从而推断未知溶液的化学组成,并记录考试成绩。这类考试张峰每次都第一个完成,都是满分。唐教授评价张峰是“学分析化学的好苗子”。既然立志选择分析化学专业继续攻读,张峰就报考了该专业国内顶尖的中国科学院大连化学物理研究所,并师从梁鑫淼研究员攻读博士,研究课题是中药分析新技术。2005年,张峰获得博士学位并如愿申请到德国马普基金,赴德国Max-Planck-Institut für Biochemie (马普学会生物化学研究所), 在 Nigg教授指导下开展博士后研究,研究方向是人类磷酸化蛋白质组学。在中科院期间,张峰应用了三重四级杆质谱等各种色谱质谱联用技术分析中药小分子;德国博士后期间,应用MALDI-TOF和nano LC-Q/TOF等各种色谱质谱技术开展大分子(如蛋白质、多肽)的分析,接触了更多的前沿质谱技术。

  由于一直从事分析化学的应用研究,回国时,张峰决定选择和国计民生关系更紧密的工作,选择分析化学的主战场,解决更多实际问题。因此,他放弃了上海交大等高校的offer,来到原国家质检总局直属的中国检科院。他说:“质检总局强调以技术执法、用数据说话,主业是质量安全的检测分析,是分析化学一个极为重要的应用领域。当然,分析化学可以运用到生命科学、医疗诊断、药物研发等许多领域,但分析化学大多位于从属地位。但质检总局的工作,分析化学就是主业,是核心技术。所以我选择了质检总局的直属科研机构,希望将我所学的知识更直接地应用到实际中去。”

  德国研究时的启发

  德国的研究经历对张峰带来哪些启发?张峰从宏观和对个人影响的层面分别进行了阐述。

  宏观层面,中国和德国的科研体制有一些不同。

  首先,德国的科研治理机制有其优越性。德国科学家的地位很高,是治理研究机构的主体。德国马普研究所的设立,往往就是根据能否引入一个世界级的大师为前提。研究所的职能部门是为科学家服务的部门,这一点非常值得我国科研机构学习。近年来,我国在科研体制方面进行了改革,已经取得了很好的效果。

  其次,德国科研机构的考核机制同意科研人员对某个方向开展长时间、深层次的研究。在德国,科研机构不强调文章的数量,而是强调科学研究的重大科学意义和现实意义,所以德国是获得博士学位最难的国家之一,究其原因是只有一个毕业标准——导师评价。“只有导师认为你的能力达到了博士水平,你才能顺利拿到学位,即使没有发表论文也可以。但导师认为你的水平没有达到应有水平,即使发表了再多文章都无法拿到学位。”张峰说到。在德国,如果研究生或博士后取得一些进展而想要发文章,导师往往会鼓舞他继续深入研究,取得更大成果后再发表。“我所在的实验室就是这样,每年都有几篇高水平的CNS论文发表,这些论文在科学意义方面非常引人注目。但这些论文都是经过4、5年甚至更久的积淀之后才发表出来的,这与国内有些教授急功近利的作风完全不同。”张峰说到。

  第三点,德国更强调工作的原创性。“在德国,科研人员选定研究方向后,就会非常深入地研究这个领域,希望在这一领域有原创性的突破,这点与中国有很大的不同。”张峰说到。在我国,虽然有很多的文章、专利涌现,但原创性成果较少,很多都是在发达国家原创性成果的基础上做些后续工作。虽然我国的论文数量已经达到世界第二,但在原创性方面与发达国家还有较大差距。最近,国家开始重视这个问题,公布了一系列文件和措施,相信今后我国在原创性上会取得越来越多的突破。

  德国历练 打造较强科研项目组织能力

  德国的留学经历除了让张峰看到了中国与发达国家之间机制的差异,同时也为其在中国的工作带来了帮助。“首先,德国的学术作风和治理方式让我能够更加注重科研团队的治理机制建设;其次,我会更加重视科研的原创性,鼓舞团队科研人员更加深入地研究;第三,在德国的经历也为我搭建了国际合作的桥梁。”张峰说到。“十三五”期间,张峰作为中方PI,负责欧盟地平线2020项目的“水果、蔬菜(包括茶叶)和果汁中的农药多残留筛查方法研究”课题。此外, “十三五”期间,张峰团队牵头了食品安全相关的国家重点研发计划项目4个,率领来自全国52家高校或国务院食品安全委员会成员部门所属科研院所的科研团队共同承担了这些项目。

挑战未知、痕量有害物 创新食品安全检测方法

  从“三聚氰胺”开始,食品安全很多重大事件的罪魁祸首都是不在监管目录中的化学有害物。中国的食品安全监管目录中已有2000余种有害物,但相对4亿多已知的化学物质来说,简直是沧海一粟,如何发现这些监管目录外的有害物质成为分析检测领域的重大挑战;此外随着对食品安全的重视,国内外对有害物质的限量设置得越来越低,也不断挑战着检测仪器、材料和方法的极限。解决监管目录外未知新型有害物的发现难题、解决痕量物质的检测难题,正是张峰2019年获得国家科技进步奖二等奖的研究项目——《食品中化学性有害物检测关键技术创新及应用》的主要成果。

  面对棘手难题,张峰团队首先发现了一个重要规律,并进行了系统研究。在食品安全领域,使用或添加的监管目录外有害物质,大多是已知物质的结构修饰物,而不是全新骨架化合物。非法使用或添加者大多由利益驱动,由于研发具有功能的全新骨架结构化合物成本极高,因此他们大多通过对监管目录内化合物进行结构修饰,这种微小的结构修饰往往能使新化合物保持相似的功能,同时又使现有检测方法失效,从而躲避监管。沿着这个思路,张峰团队通过梳理食品中各种化学有害物的结构,对其质谱的软电离裂解规律进行探究,与硬电离不同,这些软电离的裂解规律少有研究报道。张峰团队系统提出了各类有害物的质谱软电离裂解机理和规律,在SCI期刊上发表了系列研究论文;随后应用化学计量学等技术筛选同类结构物质的质谱标志性中性丢失(或碎片),建立标志性中性丢失(或碎片)质谱扫描技术,从实际样品中成功发现了同类结构的新型未知有害物。该研究为同类结构未知有害物发掘提供了理论依据,实现了未知有害物质发掘技术从无到有的突破。

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开发了食品中未知有害物的质谱发掘技术

  针对痕量有害物检测难的问题,团队开发了高选择性富集材料和样品前处理材料,研发超支化聚合物材料,相较于市场上商品化的产品,各项性能指标遥遥领先。

  在项目研究期间,团队共制订了34项国标,16项行标,获得授权发明专利20项,出版专著8部,发表文章115篇,其中SCI为55篇。美国食药局食品安全和应用营养中心(FDA CFSAN)的Perry G. Wang教授认为,该成果“在食品安全科学理论上取得突破”;“食品组学”概念的提出者——西班牙国家研究委员会Cifuentes教授也指出,该成果“达到国际先进水平”。

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研发了高容量前处理富集材料,攻克了检测方法灵敏度低的难题

  该研究不仅获得基础理论方面的突破,让张峰更高兴的是其在实际应用中发挥了重要作用。中国检验检疫科学研究院是国家市场监管总局食品抽检监测秘书处单位,也是之前国家质检总局残留监控实验室,具有得天独厚的技术应用平台,研究成果可以在全国进行应用推广,提高国家食品安全科学监管的能力。“例如,这项技术在应对“臭脚盐”、“云南牛肝菌检出尼古丁”等食品安全突发事件中发挥了重要作用。我们收到了工信部的感谢信,质检总局等部门给予了我们高度评价,帮助他们解决了棘手问题”。张峰特别欣慰:“我们的科技成果在维护人民生命健康、保障国民经济安全和维护社会政治稳定等方面,都起了很大作用。”张峰再次坚定了对自己回国到中国检科院工作的无悔选择。

其它代表性项目

  谈到目前主持的科研项目,张峰介绍到,团队承担了欧盟地平线2020项目WP4课题,主持了4项“十三五”国家重点研发计划项目,包括“应对国际贸易食品安全法规精准检测关键技术研究”、“进出口药食同源产品质量检测技术研究”、“口岸食品安全操纵与智能监控技术研究”和“食品安全监测与操纵技术的全链条区域综合示范”。

  中国检科院牵头承担了国家重点研发计划项目——“应对国际贸易食品安全法规精准检测关键技术研究”,作为该项目负责人,张峰表示:近年来,我国进出口食品贸易种类和总量与日俱增,在促进经济进展的同时,进出口食品安全问题也愈加凸显。由于我国与主要贸易国食品安全法规标准存在一定的差异,导致“进口食品风险难以发现、出口食品易遭受贸易技术壁垒”,迫切需要 “及时捕捉法规变化,提升检测的准确度、灵敏度及速度,准确识别潜在风险”的检测技术。项目团队建立了食品法规差异性动态数据库,建立了多维、多模式全息识别方法,提高我国进出口食品安全技术体系水平,保障进出口食品安全,促进食品国际贸易。

  团队主持的2019年国家重点研发计划项目“食品安全监测与操纵技术的全链条区域综合示范”,关注于全产业、全链条的食品安全监管,预期可实现从源头开始,从农业环境到风险评估、风险预警、食品安全监管、进出口安全、乃至健康医疗,全面覆盖整个食品产业链条,将能进一步解决食品安全中的诸多问题。

  张峰小结了上述项目的特点:首先,最显著的特点是食品安全技术向智能化方向进展。其次,已经有一些技术从含量测定向成像等可视化方向进展,包括质谱成像、光学成像、高光谱成像等。第三,融合多种技术,如:快速检测筛查技术和质谱确认技术融合,将前沿组学等技术应用到食品安全检测技术中。

未来中国食品安全检测技术的进展方向

  作为多项国家重点研发计划项目的负责人、国家中长期科技进展规划的编制专家,张峰结合自己的研究方向,为我们展望了中国食品安全检测技术的进展方向。

  智能化

  首先,检测的自动化不是智能化,是智能化的前提。其次,智能化检测不能简单理解为检测后端的数据猎取、大数据分析。只有真正解放检测人员的双手才是真正实现了智能化。目前,食品检测人员的苦恼就在繁琐的前处理环节,耗时耗力又危害检测人员健康。虽然有自动化前处理装备在研发或销售,但效果往往不尽人意。主要原因就在于食品的基质复杂,比如同样是猪肉,肥的和瘦的就需要不同的前处理方法(这也是很多检测标准实施效果不好的原因之一,没有经验的检测人员不会根据样品基质的特点去优化改进标准所规定的前处理条件)。因此,为了实现检测的智能化,就必须实现食品基质的标准化。比如猪肉中兽药的检测,不仅仅需要兽药的标准化,也需要猪肉的标准化。这就需要全面标准化的饲养条件,包括品种、生产环境、饲料等,使生产出来的猪肉中脂肪、蛋白质等基质的含量都能够实现标准化。这些基质含量实现标准化,才能够开发出通用的前处理净化方法,从而实现检测方法的标准化。不同品种、不同产地的猪,经过标准化饲养,能够得到标准化的基质含量数据,这些数据输入数据库,就可以在检测前,根据样品的来源调取其基质数据和预先开发的前处理方法,结合自动化的前处理装备、标准的仪器检测方法以及数据处理方法,就可以实现无人工的智能化检测。因此,畜禽养殖的规模化、标准化和溯源体系的建立,是智能检测的前提。

  可视化

  传统的定性、定量检测技术只能猎取有害物的性质和含量,很难猎取整体分布情况。随着成像技术的进展,人们可获得可视化检测结果。张峰认为,人们不仅可以获知有害物在食品中的整体分布情况,甚至可以进行食品中有害物的动态代谢机理研究。

  在线监控

  目前我国的食品安全问题不仅包括安全检测,同时也有食品安全操纵问题,同时解决这两个问题需要在线监测技术。比如对储存的玉米进行安全性筛选,首先通过使用高光谱成像等多种可视化技术,再结合机械分离,就能实现霉变玉米和未霉变玉米的分离。但在线监测技术的进展需要结合其他手段才能真正实现。

  绿色检测

  当前食品检测实验室污染问题比较重要,由于食品基质十分复杂,检测前需要大量有机溶剂进行提取和净化,而大量有机溶剂排放会造成严峻的生态污染,这也是为什么很多检测实验室搬到郊区的原因。实现食品安全绿色检测技术对于国家在环境保护方面非常重要。目前,人们使用的绿色检测技术主要包括使用超临界流体萃取和分离分析技术,使用DART、DBDI电离质谱、拉曼等直接分析技术等。随着这类技术的定性、定量分析能力的提高,将有望解决有机溶剂污染的问题。

  组学技术

  首先,组学技术可以进行食品的真伪鉴别、掺假鉴别等,例如鉴别真假阿胶、真假红酒。张峰实验室利用REIMS离子刀-质谱技术,建立了相关数据库,可在3秒钟内鉴别三文鱼品种和产地。

  其次,组学技术可以用于过度加工食品的鉴别问题。食品当前的加工环节很多,每一个环节都有可能使食品本身的物质基础、成分发生改变;发生改变之后到底对安全性有什么影响,需要进一步评估。在应用组学技术、化学计量学技术后,可以判定食品是否被过度加工。张峰实验室已经开发了针对过度加工牛奶、过度加工烤肉等的鉴别方法。张峰举例说:“传统上,我们针对烤肉检测其中的苯并芘、杂环胺,但即使没有检出也不见得安全,因为加工中可能还产生了其它我们不知道的有害物质。我们通过一系列模拟实验,运用质谱技术和化学计量学技术,实现了不同温度加工烤肉的区分,筛选出标志物,研究了标志物含量随温度变化的曲线。从而可以判定是否存在过度加工。”

给予青年人的建议

  最后,张峰总结自己的科研所悟,对食品安全和分析测试领域的年轻科研人员提出了几点中肯建议。

  关注学科交叉:关注学科间的交叉,关注学科间紧密的联系,时时跟踪国际上相关领域甚至非相关领域的最新进展。张峰还特别指出“非相关领域”的进展,食品领域的科研人员若只关注食品领域的进展,很难做出原创性的科研成果。

  执着于创新性项目:年轻科研人员要有执着的精神,不怕挑战,不怕失败。不要只做短平快的项目,短平快项目所获得的成果无论在科学意义上还是实际意义上,都与原创性成果无法相比。

  凝聚精神:希望年轻科研人员能够凝聚精神,集中一点取得突破。如果为了多发文章,对前人成果进行小幅修改,然后发表大量文章,会造成小、散、乱问题,实际并没有根本、系统性地解决某个领域的关键问题,不可能做出非常重要的成果,也很难冲击国家级奖励。

  发挥合作精神:当前,只有学科间交叉合作,集体合作,才能完成一项具有原创性的科研工作。因为成为某领域的专家都需要多年的积存,只有懂得合作、擅长合作,才能做出好的科研工作。

  树立良好的学风:张峰表示,这是最重要的一点。从目前国内的科研大环境来看,学风与发达国家有一定差距,有待于提高。造成的原因有两点,一个是过度追求文章数量而非质量,另一个是数据不严谨,对真实性不足够重视。当前,中国有很多青年科研人员一年发表十几篇文章,这种现象并不正常。国外很多大科学家一年也发不了几篇文章,他们的所有数据都需要反复验证、反复锤炼,只有这样他们才会发表。只有严谨的治学态度,才有助于未来的成功。所以这是所有科研人员都要注意的问题。

  张峰简介

  张峰,博士,研究员,国家“万人计划”科技创新领军人才,科技部“创新人才推进计划”中青年创新领军人才。中国检验检疫科学研究院副院长,澳大利亚默多克大学(Murdoch University)博导,西安交大、福州大学兼职教授。国家科技进步奖二等奖获得者(排名第一)、茅以升科学技术奖获得者、中央国家机关青年五四奖章获得者、全国质检系统先进工作者。2005年毕业于中国科学院大连化学物理研究所,获分析化学博士学位,同年赴德国马普生化所开展博士后研究。任APEC FSCF PTIN学术委员、WHO FCTC 专家组专家、国家中长期科技进展规划编制组专家、食品安全国家标准审评委员会理化检验方法专委会副主任委员、国家市场监管总局食品安全抽检监测秘书处副秘书长、中国仪器仪表学会食品安全检测仪器与技术应用分会副理事长、中国质谱学会理事、中国分析测试协会理事、国家食品安全风险评估专家委员会委员、《中国食品卫生杂志》副主任委员、《食品科学》编委等。

  从事食品安全分析检测技术相关研究。“十三五”期间,所领导的科研团队主持欧盟地平线2020课题1项、国家重点研发计划项目4项、课题12项。在国内外杂志上发表文章200余篇,主编著作6部、授权专利12件,制定国家标准9项。主持获得国家科技进步奖二等奖、中国分析测试协会科学技术奖一等奖、国家质检总局科技兴检奖一等奖、北京市科学技术奖三等奖等科技奖励十余项。