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食品中的金属异物属于物理危害，会造成人体的机械损伤，某些重金属甚至引起食物中毒。本文从金属异物的来源、金属探测器工作原理、金属探测器的确认和验证等方面进行论述，希为食品生产金属异物的控制提供理论与实践的参考。
01 金属异物的来源
1.1原料带入
农业种植养殖过程中，各种废弃垃圾等污染，导致收获时会有螺丝、螺母、铁丝、铁钉、铜线等金属异物的混入，同时在农业收获作业中，随着机械化程度的提高，也会有螺丝、螺母铁丝、铁钉、铜线等金属混入。
1.2私人物品
在食品生产加工过程，操作人员、管理人员、外来人员等私人物品，例如佩戴的首饰、蓄意迫害等混入。
1.3维护
机械化、连续化、自动化、信息化、智能化的食品企业工厂基本可以实现无人厂房，减少了人员私人物品的混入，在机械设备维护过程中产生的金属异物会混入，例如切屑和焊渣（维修后）；铜线边角料（电气维修后）；管道维修产生的金属屑等。
1.4生产加工
食品企业使用的机械设备、工器具在运行中会有磨损，金属异物混入，例如面粉磨粉机磨损的铁屑、肉制品加工中金属手套磨损的金属屑、食品加工中使用的刀具等磨损的金属屑等。
1.5贮存运输
在产品、原料贮存运输过程中会混入金属异物，例如车厢中的铁锈、捆绑用的金属线等。
02 常见的金属异物的类型
2.1黑色金属（铁）
2.2有色金属（黄铜、铜、铝、铅）
2.3不锈钢（磁性和非磁性）
2.4有色金属（铜、铝、铅）
以上金属异物，黑色金属是最容易检测的，不锈钢广泛用于食品工业，但最难检测，尤其是常见的非磁性不锈钢，如316和304。
有色金属，如黄铜、铜、铝和铅，检测难易度介于这两种金属异物之间。
03 金属探测器
3.1构造
金属探测器是一种精密的设备，用于检测和剔除金属异物。典型的金属探测器由四个主要部分组成：金属探测器的探头、控制面板、运输系统、自动剔除系统。
探头是金属探测器的核心部件，目前市场上有两类探头，一是“平衡线圈”探头，能够检测新鲜或冷冻产品中的所有金属异物（包括黑色金属、有色金属和不锈钢）。这种类型的探头是金属探测器最常用的探头。二是永磁体探头，这种探头仅用于检测铝箔包装的新鲜或冷冻产品中的黑色金属和磁性不锈钢。
3.2工作原理
“平衡线圈”探头由三个线圈组成，这三个线圈平行的缠绕在一个非金属的框架上，中间的线圈通电产生一个高频磁场，称之为“发射器”，两侧的两个线圈充当“接收器”。
当有金属异物通过线圈装置时，高频磁场在第一个接收器线圈处受到干扰，然后又在第二个接收器线圈处再次受到干扰。
这个干扰动作改变了每个接收器中的电压，尽管只有 1x10-9 纳伏，但这种平衡变化会产生一个信号，该信号可以被处理、放大并随后用于检测是否存在金属异物。
为了防止空气中的电信号，或防止附近的金属物品和机械干扰探测器，线圈装置需要安装在一个金属外壳内。
探头上有一个开口（孔径）以便产品通过。
金属外壳会影响磁场的平衡状态，任何相对于线圈的运动都可能导致错误的检测信号。因此，设备制造厂家的主要设计议题之一是设计一个完全刚性和稳定的探头，确保探头不会受到电机、传送带、自动剔除装置、温度变化、以及金属探测器附近的任何机械振动的影响。
为获得最佳金属检测结果，检测器的孔径外围应有一个 “无金属区（MFZ）”，这个区域应该没有任何金属。“无金属区”的大小详见厂家的说明书。
3.3影响金属探测器灵敏性的因素
3.3.1金属种类
金属可分为黑色金属、有色金属或不锈钢。检测的难易程度取决于金属异物的磁导率（即磁化的难易程度）以及金属异物的电导率。
如果污染黑色金属，那么它既是磁性的又是良好的导电体，因此很容易被检测到。
有色金属是非磁性的，但它们是良好的电导体，这意味着它们在干燥的环境中相对容易检测到，但在潮湿的环境中相对不容易检测到，因为它们是非磁性的；
不锈钢有许多不同的等级，一些是磁性的，一些是奥氏体的（完全非磁性的），而且它们的导电性也是可变的，检测的难易程度不确定。
304/316不锈钢没有磁性且导电性差，不容易检出，当产品潮湿、含盐量高，可检测性会进一步受到阻碍。
3.3.2金属形状及定向效应
如果金属是非球形颗粒，例如金属丝，通过金属探测器，与另一个方向相比，当以一个特定方向通过时，它会更容易检测到，这被称为“定向效应”。
表1金属丝方向检测的难易程度
| A | B | |
| 黑色金属 | 容易 | 困难 |
| 有色金属或不锈钢 | 困难 | 容易 |
图1金属丝方向示意图
只有当金属丝的直径小于金属探测器的球面灵敏度时，定向效应才明显。
例如，将金属检测器灵敏度设置为1.5mm直径，只有直径小于1.5mm的电线才会显示定向效果。如果金属检测器灵敏度提高到1.0mm，只有直径小于1.0mm 的电线才会出现定向效果。
表2灵敏度对金属异物检测影响
| 圆球 灵敏度 |
钢制回形针
直径 0.95mm
|
镀锡铜线
直径 0.91mm
|
铜线
直径 1.37mm
|
304不锈钢丝
直径 1.6mm
|
| 1.2 mm | 1.5 mm | 3.5 mm | 不适用 | 不适用 |
| 1.5 mm | 3.0 mm | 9.0 mm | 3.0 mm | 不适用 |
| 2.0 mm | 6.0 mm | 26.0 mm | 8.0 mm | 24.0 mm |
| 2.5 mm | 11.0 mm | 55.0 mm | 18.0 mm | 64.0 mm |
在灵敏度直径为1.5毫米的情况下，镀锡铜线需要9毫米长才能保证检测到。在2.0毫米的灵敏度下，这将增加至26毫米的长度，然后才能保证检测到。可以看出，金属检测器灵敏度的微小变化将对检测的金属丝灵敏度产生很大影响。
3.3.3孔径尺寸/金属异物在孔径中的位置
金属探测器的孔径越小，检测的灵敏度越高。（但是孔径大小与产品有关，大包装产品当然需要大孔径）
表3灵敏度对金属异物检测影响
| 孔径大小 | 黑色金属 | 有色金属（黄铜、铜和铝） | 不锈钢 316 无磁性 |
| 350 mm x 50 mm | 0.50 mm | 0.40 mm | 0.60 mm |
| 350 mm x 125mm | 0.70 mm | 0.70 mm | 0.90 mm |
| 350 mm x 200 mm | 0.85 mm | 0.95 mm | 1.10 mm |
图2显示了一个典型的金属探测器。 几何中心（位置 1）是探测器最不敏感的部分，而角落是最敏感的部分（位置 3）。 所有其他点将介于两者之间（例如位置 2）。 这种现象被称为“灵敏度梯度”。
图2金属探测器几何中心位置示意图
（4）环境条件
金属探测器会在不同程度上受到不利环境条件的影响，例如电气干扰、振动和温度波动。在高灵敏度下操作时，这些影响会变得更加严重。
烤箱、冷冻隧道和热水冲洗都会产生热冲击，从而导致错误的检出信号。除非采用良好的设计技术来消除这些问题，否则唯一的解决方案是降低检测器的灵敏度。
（5）检测速度
检测速度取决于金属探测器的孔径高度，例如125毫米的孔径，最大检测速度约为4米/秒。
（6）产品的干湿度
糖果和谷物食品等干产品相对容易检测。可以使用在高频和超高频调谐频率（通常在800 Khz和900 Khz范围内）运行的检测器，它们提供高水平的整体灵敏度，尤其擅长检测不锈钢。
鲜肉、家禽、奶酪、鱼等湿产品的导电性好于干产品，因此湿产品会增加检出难度。但任何产品确切的导电性都无法从基于盐分、水分或pH值等数据中计算出来，即无法基于产品的特性计算金属探测器的灵敏度，因此金属探测器制造商应提供这项服务。
（7）自动产品补偿
产品的包装规格、干湿度等均会对灵敏度造成影响，没有自动产品补偿功能的金属探测器，当更换产品时，应针对不同的产品调整检测器的设置（即使有自动补偿功能的探测器也可能需要手动调整，只不过调整相对简单）。
04 金属探测仪的灵敏度确定
我国现有的食品标准与法规法规并没有规定金属异物大小。
美国食品药品监督管理局（FDA）合规性政策指南（CPG）第555.425节《食品-涉及坚硬或尖锐异物的掺假》中规定“禁止销售含有 7-25 mm 坚硬或尖锐异物的即食食品”。
该指南也提到：如果目标消费者是特殊人群，如婴幼儿、手术患者、老年人，小于7 mm的异物也属于安全风险，禁止销售。
通常，根据金属探测仪使用的不同技术，建议的灵敏度如下：
表4常规金属探测灵敏度
| 产品高度 | 黑色金属 |
有色金属（黄铜、铜和铝）
|
不锈钢 316无磁性
|
| ＞25 mm | 1.5 | 2.0 | 2.5 |
| 25-75 mm | 2.0 | 2.5 | 3.5 |
| 75-125 mm | 2.5 | 3.0 | 4.0 |
| 125-175 mm | 3.0 | 3.5 | 4.5 |
表5使用超高调谐频率技术的金属探测灵敏度
| 产品高度 | 黑色金属 | 有色金属（黄铜、铜和铝） | 不锈钢 316无磁性 |
| ＞25 mm | 0.5-0.6 | 0.6-0.8 | 0.8-1.0 |
| 25-75 mm | 0.6-0.8 | 0.8-1.0 | 1.0-1.2 |
| 75-125 mm | 0.8-1.0 | 1.0-1.2 | 1.2-1.5 |
|
125-175 mm
|
1.0-1.2 | 1.2-1.5 | 1.5-1.8 |
注：适用于干产品。
表6使用MSF技术的金属探测灵敏度
| 产品高度 | 黑色金属 | 有色金属（黄铜、铜和铝） | 不锈钢 316无磁性 |
|
＞25 mm
|
0.8-1.0 | 1.2-1.5 | 1.5-1.8 |
| 25-75 mm | 1.0-1.2 | 1.5-1.8 | 1.8-2.2 |
| 75-125 mm | 1.2-1.5 | 1.8-2.2 | 2.2-2.5 |
| 125-175 mm | 1.5-2.0 | 2.2-2.8 | 2.5-3.0 |
注1：使用多同步频率（Multi Simultaneous Frequency简称MSF）技术金属探测灵敏度
该技术同时使用2个或更多频率工作，其中至少一个频率在高频模式下工作，尽可能的消除产品抑制信号导致的检测误差。
注2：适用于湿产品。
05 金属探测器的安装和调试
在金属探测器进行首次安装和调试时，需要注意一下方面，首先要保持无金属区，确保探测器的无金属区远离所有金属。其次要减少振动和机械冲击影响，尽量确探测器不受到振动和机械冲击的影响。在无法避免此类情况的情况下，应尽一切努力将这些影响降至最低。然后预防电磁干扰(EMI)影响，探测器不应安装在任何可能发射电磁干扰(EMI)的设备附近，例如无线电发射器、逆变器和变速驱动器等。最后要有稳定的电源，为探测器供电的电源的任何显着变化都可能引起电子干扰。电子干扰可能会对系统性能产生不利影响，以至于系统运行不稳定，例如错误的检出。
06 金属探测器关键控制点的确认
为了控制金属异物，食品企业把金属异物危害作为显著（重大）危害进行控制，通常列为关键控制点（CCP），金属探测器必须在安装时由制造商进行确认。
制造商通过提供客观证据表明金属探测器已满足特定预期用途或应用的要求。
如果随后发生重大变更（移动金属探测器位置或更换产品），则应对金属探测器实施重新确认。
07 金属探测器关键控制点的验证
金属探测器验证，通过测试来完成，目的是确保自上次成功测试以来探测器的性能水平没有显着变化。这些变化可能会由于以下变化而发生：
机器设置（相位设置）；产品信号；金属探测器功能；金属探测器使用周期等。
7.1测试样品
使用三种污染物类型进行监测测试，即黑色金属、有色金属和不锈钢（假设它们都是潜在的异物）。
测试样品最好是公司危害识别确定的实际材料类型，例如铁、黄铜、铝和316不锈钢，而不仅仅是通用名称（例如不锈钢），这是因为它们的磁导率和电导率存在差异。
7.2测试包的制作
如果可行，最好是制作测试包，即将测试卡固定在包装成品上用于测试。注意可以使用彩色胶带对测试包予以区分（与合格的包装成品）。测试卡应放在测试包的不同位置，包括包装里、包装的上下、包装的前中后等。
7.3测试样品的定位
测试样品的首选位置是最不可能被检测到的位置，可以是包装的前部、中部或后部；测试样品应始终尽可能靠近孔径的几何中心——即在最不敏感的位置。
7.4测试次数
这将取决于多种因素，取决于食品企业准备承担的风险水平。
作为一个推荐的建议：可以考虑按照计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划（GB 2828.1-2012）确定测试次数：例如：
选择一般检验水平Ⅱ，AQL 2.5（%）（附2）；
（2）每小时检测3200个包装成品；
（3）查表K（测试次数）=125（附3）。
这仅是建议，食品企业应按照自己的风险水平确定测试次数。
7.5记忆测试
某些食品企业的客户要求实施记忆测试：包括3个测试样品和2个没有金属异物的测试样品。
附1某企业金属检测HACCP计划表
附2样本量字码
附3.正常检验一次抽样方案
附4：某国际公司供应商的金属异物评估标准
除腌制鲜禽类、预洗、预切割农产品之外的所有产品：
1.5mm 含铁检测卡（Fe）
2.5mm 316级不锈钢检测卡（SUS 316）
2.0mm 非铁*检测卡(Non-Fe)
腌制或冰鲜鲜禽类：
3.0mm 含铁检测卡（Fe）
4.5mm 316级不锈钢检测卡（SUS 316）
3.5mm 非铁*检测卡(Non-Fe)
预洗、预切割农产品：
2.5mm 含铁检测卡（Fe）
3.5mm 316级不锈钢检测卡（SUS 316）
3.0mm 非铁*检测卡(Non-Fe)
