食品质量检测中高效液相色谱的应用探讨
作者: 李娇 崔宁峡 马永良 解翔 宋彦摘 要:高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)是一种常用的检测技术。本文从HPLC的检测原理和技术特点入手,分析了它在食品质量检测中的应用优势,结合现有研究成果和文献,详细阐述了HPLC对食品中添加剂、营养成分、毒害物质的检测应用,最后指出HPLC的未来发展方向。本文为食品质量检测工作提供了新思路,有助于充分发挥出HPLC的价值和优势,进一步保障食品安全和消费者的健康。
关键词:食品质量;高效液相色谱;添加剂;营养成分;毒害成分
Abstract: High performance liquid chromatography (HPLC) is a commonly used detection technology. This article starts from the detection principle and technical characteristics HPLC, analyzes its application advantages in food quality inspection; combined with existing research results and literature, it elaborates on the detection application of HPLC for, nutritional components, and harmful substances in food; and finally points out the future development direction of HPLC. Through this article, new ideas are provided for food inspection work, and the value and advantages of HPLC are fully utilized to further ensure food safety and consumer health.
食品安全是重大的民生问题,关系到人们的身体健康、社会的和谐稳定。近年来,随着人们生活水平的提高,食品质量问题受到越来越多的关注。《中华人民共和国食品安全法》《中华人民共和国产品质量法》等有关法律法规明确提出食品质量安全工作要以预防为主、全程控制,严格落实监督管理工作[1]。食品质量检测是食品管理的重要手段,选择合适的检测技术方法,成为相关机构和从业人员的关注要点。色谱法最早由俄国植物化学家于1906年提出,1930年后相继出现多种液相色谱技术,包括纸色谱、薄层色谱、离子交换色谱等,得益于光学、机械、电子技术的进步,高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)应运而生,成为一项重要的分离分析技术。本文结合实践,探讨了HPLC在食品质量检测中的应用情况。
1 HPLC的检测原理和技术特点
HPLC的检测原理是选择液体为流动相,经高压输液系统将不同类型的溶剂泵入色谱柱,利用柱内的固定相分离各类成分,检测后得到各类成分的含量。HPLC的技术特点可总结为“四高一广”。①高压。液体流经色谱柱会遇到较大的阻力,施加高压能促使液体迅速通过色谱柱。②高速。随着载液流速提高,单个样品的分析时间在15~30 min,部分样品可在5 min内完成检测。③高效。合理地选择流动相和固定相,相比于气相色谱,工业精馏塔能大大提高分离效能。④高灵敏度。和传统检测技术相比,HPLC的检测精度可达到0.01 μg。⑤应用范围广。HPLC在医学、化学、工业生产、商法检等领域均有应用。据统计,70%以上的有机化合物可通过HPLC进行分析,尤其检测沸点高、极性强、热稳定性差的化合物优势更加明显[2]。
2 HPLC在食品质量检测中的应用优势
2.1 检测对象多样
HPLC能够检测食品中多种类型的化合物,包括食品添加剂(如甜味剂、色素、防腐剂等)、营养成分(如糖类、氨基酸、维生素等)、有害有毒物质(如农药残留、重金属离子、兽药残留等)。因检测对象多样,使得HPLC成为食品质量检测中不可或缺的工具。
2.2 检测速度快速
HPLC具有卓越的分离能力,能准确、快速地对食品中的不同成分进行分离。而且分析速度快,通常分析一个样品仅需数分钟到数十分钟,有助于及时发现食品问题,为大规模、大批次的食品检测提供了有利条件。
2.3 样品回收容易
HPLC检测食品时,用一个色谱柱可以分离多个化合物,且样品经过色谱柱后不会被破坏,样品回收容易。另外,随着仪器设备的升级更新,检测过程中需要的流动相、填充剂用量大幅减少,有助于控制成本,满足节能环保要求。
3 食品质量检测中HPLC的应用现状
3.1 检测食品中的添加剂
食品添加剂能改善食品感官、防止食品变质、保持营养价值,并且方便食品加工和供应。在《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》(GB 2760—2014)中,明确规定了食品添加剂的种类、功能和使用要求。以β-阿朴-8’-胡萝卜素醛为例,在风味发酵乳品中的最大使用量为0.015 g·kg-1,在半固体复合调味料中的最大使用量为0.005 g·kg-1。食品添加剂使用不当,会对人体健康带来危害,对此可采用HPLC进行检测。
3.1.1 HPLC检测防腐剂
防腐剂的作用机制是通过抑制食品中的微生物活动,从而延长食品的保存期。常见的防腐剂有乳酸钠、双乙酸钠、山梨酸等。防腐剂使用不当,可能引起中毒、头痛、神经衰弱等危害。HPLC因灵敏度高,能对食品中的防腐剂进行定量检测,从而评价食品的质量和安全。刘星等[3]选取糕点、辣条、饮料、酱油为研究对象,采用HPLC同时测定糖精钠、苯甲酸、山梨酸等11种添加剂,结果显示11种食品添加剂的线性关系良好,相关系数均大于0.999,回收率在84.6%~116.5%,相对标准偏差为0.7%~8.4%。
3.1.2 HPLC检测香味剂
香味剂能改善或增加食品的香气香味,主要分为香精、香料两大类,它广泛应用在果汁、糕点、面包等食品的制作中。然而,香味剂使用不当可能引起过敏反应,表现为皮炎、恶心、呕吐等。以乙基麦芽酚为例,添加在植物油中,可能会对人们的肝脏造成损害。采用HPLC法检测香味剂,可判断食品中有无添加香味剂,以及香味剂的使用含量是否满足规范要求。曾永芳等[4]采用超高效液相色谱法测定奶茶中的4种香味剂,甲基香兰素、乙基麦芽酚的线性范围是0.05~50.00 mg·L-1,香兰素、麦芽酚的线性范围是0.3~50.0 mg·L-1,其检出限为0.01~0.15 mg·L-1,加标回收率为97.0%~104.6%,相对标准偏差为0.45%~3.36%。
3.1.3 HPLC检测食用色素
食用色素常用在糖果、饮料和烘焙食品中,目前国内批准使用的人工合成食用色素有6个品种,分别是靛蓝、亮蓝、柠檬黄、日落黄、苋菜红和胭脂红。食用色素虽然较为安全,但长期、大量食用也会危害人体健康,如大量食用落日红和柠檬黄可引起腹泻、过敏症状。采用HPLC检测食用色素,能快速准确得到食品配方中各种色素的含量,为食品质量管理提供数据支持。王丽娟等[5]通过高效液相色谱-串联质谱法测定葡萄酒中的诱惑红、赤藓红等7种色素,结果显示相关系数大于0.995,检出限为0.2~3.0 μg·L-1,样品的平均回收率为89.1%~106.4%,相对标准偏差<9.7%,可满足快速筛查和定量分析要求。
3.2 检测食品中的营养成分
食品中的营养成分主要包括蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质、膳食纤维和水7大类,不同成分虽然功能作用不同,但都是人体不可或缺的。通过检测食品中的营养成分,不仅能保障食品本身的安全,而且能对消费者进行合理引导。
3.2.1 HPLC检测糖类
碳水化合物是人体能量的主要来源,主要以糖的形式存在于食物中,能维持大脑功能,参与调节脂肪代谢等生理过程。根据结构组成的不同,糖类可分为单糖、二糖和多糖,其中单糖以葡萄糖、果糖和半乳糖为代表,二糖以麦芽糖、蔗糖和乳糖为代表,多糖以淀粉、纤维素、糖原为代表。在食品质量检测中,因糖类的还原能力强,常规方法难以完成检测,而HPLC的灵敏度高,既能解决糖类的提取问题,又能提高检测结果的准确性。石蓉等[6]采用高效液相色谱串联电喷雾检测器测定浓维磷糖浆中的果糖、葡萄糖、蔗糖和麦芽糖,其线性关系大于0.999,加样回收率分别为98.4%、97.5%、99.4%和95.4%,且精密度、重复性均符合要求。
3.2.2 HPLC检测维生素
维生素能维持身体的正常生理功能,对保护视力、提高免疫力等具有重要作用。例如,维生素A能维持皮肤健康,保证正常的视觉功能;维生素C具有抗氧化作用,可增强机体免疫力;维生素D可促进骨骼发育,有效预防骨质疏松。以往检测食品中的维生素,需先定向提取、再展开测试,这一过程可能改变维生素的结构,影响检测结果的准确性。HPLC则弥补了传统检测技术的缺陷,得到的检测结果更加真实可靠。金梦等[7]采用HPLC测定婴幼儿食品中的维生素Bl,样品预处理环节包括酶解、沉淀、衍生和萃取,结果显示线性相关系数大于0.999,定量限、检出限分别为0.5 mg·kg-1、0.3 mg·kg-1,样品加标回收率为93.4%~105.0%,相对标准偏差为3.06%~5.81%,其稳定性满足实验要求。
3.2.3 HPLC检测矿物质
矿物质属于无机元素,在维持神经传导、骨骼发育和液体平衡等方面至关重要,常见的矿物质包括钙、铁、锌。其中,钙是构成骨骼和牙齿的主要成分;铁参与血红蛋白的合成,有助于维持正常的血液功能;锌有助于维持免疫系统的正常运作,促进伤口愈合。刘春霞等[8]采用HPLC测定乳粉中的β-羟基-β-甲基丁酸钙含量,当该成分的添加量为0.5~3.0 g时,定量限、检出限分别0.5 g/100 g、0.1 g/100 g,加标回收率为95.1%~97.2%,该方法可用于β-羟基-β-甲基丁酸钙含量较高产品的检测。
3.3 检测食品中的毒害物质
食品中的毒害物质来源广泛,和环境污染、加工生产、仓储运输等有关。例如,食品加工过程中采用烟熏、烘烤、发酵、腌渍等加工方式,可能产生亚硝胺类化合物,这是一种强致癌物。淀粉类食品在高温下烹调,容易产生丙烯酰胺,也是一种有毒物质。HPLC检测食品中的毒害物质,能为食品安全管理提供依据。
3.3.1 HPLC检测多环芳烃
多环芳烃多见于油炸和烧烤类食物中,属于致癌物质的一种。以苯并芘为例,它是多环芳烃的代表,在所有致癌性多环芳烃中占比约20%。传统检测方法使用氧化铝,缺点是花费时间长,而HPLC检测过程只需10 min左右。潘晓玉等[9]针对食用油中的4种多环芳烃,采用高效液相色谱-荧光检测器进行检测,其线性关系良好,检出限为0.06~0.32 g·kg-1,定量限为0.19~1.07 g·kg-1,加标回收率为77.09%~96.00%,相对标准偏差为3.65%~11.75%。
3.3.2 HPLC检测黄曲霉毒素
黄曲霉毒素多是食物保存不当引起的,多发生在玉米、花生、大米等作物中。人体摄入黄曲霉毒素可能诱发肝癌,采用HPLC进行检测,所需时间短,一般在10 min以内。熊有明等[10]采用高效液相色谱-荧光法测定三七粉中的黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2含量,结果显示检出限分别为2、1、2、1 ng·kg-1,回收率为91.0%~94.2%,相对标准偏差为1.4%~2.1%,具有准确、快速、灵敏度高的优点。
4 食品质量检测中HPLC的未来发展方向
4.1 技术创新与设备升级