食品中化学添加剂的检测技术研究

摘 要：为确保食品安全，高效检测食品中的化学添加剂至关重要。本文介绍了化学添加剂的类别及其在食品工业中的作用，探讨了现有检测技术如色谱分析的应用，并分析了痕量添加剂定量分析和化学形态分析的挑战。通过研究新型快速检测技术，提升检测的灵敏度和准确性，为食品安全监管提供技术支持。

关键词：食品添加剂；化学检测；高效液相色谱；痕量分析

Research on the Detection Technology of Chemical Additives in Food

ZHANG Xiaohui

（Zhangjiakou City Food and Drug Inspection Center， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract： Efficient detection of chemical additives in food is crucial to ensure food safety. This article introduces  the categories of chemical additives and their roles in the food industry， explores the application of existing detection techniques such as chromatographic analysis， and analyzes the challenges of quantitative analysis and chemical speciation analysis of trace additives. By researching new rapid detection technologies， the aim is to improve the sensitivity and accuracy of detection， and provide technical support for food safety supervision.

Keywords： food additives; chemical testing; high performance liquid chromatography; trace analysis

食品添加剂在现代食品工业中发挥着不可或缺的作用。为保证食品安全，《中华人民共和国食品安全法》等明确规定，食品生产经营者应当建立食品添加剂管理制度。然而，当前食品中化学添加剂检测仍面临诸多挑战，如痕量添加剂定量分析困难、添加剂赋存状态信息缺乏等[1]。因此，急需发展高灵敏、快速、准确的检测新技术，为食品安全监管提供有力的技术支撑。

1 食品中化学添加剂的主要类别及作用

食品添加剂是指为改善食品品质和感官特性或延长保质期而加入食品中的化学合成或者天然物质，其中化学合成品种繁多，食品添加剂按照功能可分为防腐剂、抗氧化剂、增味剂、着色剂、凝固剂、乳化剂等多个类别。防腐剂如苯甲酸钠，其在特定浓度范围内可有效抑制细菌、真菌生长繁殖，达到防腐目的，常用于饮料、果酱等；抗氧化剂如没食子酸丙酯，能阻断游离基链式反应，防止脂肪氧化酸败，多见于植物油、坚果制品；增味剂如谷氨酸钠，可增强食物的鲜味，改善口感，主要添加于方便面、肉制品等；着色剂如胭脂红，可使食品呈现诱人色泽，补偿加工流失的色素，普遍存在于糖果、饮料等；此外，凝固剂卡拉胶可增加食品稳定性，乳化剂卵磷脂可促进乳化，改善食品结构和质地，广泛应用于乳制品、烘焙食品等领域[2]。化学添加剂通过多种机制发挥复杂的协同作用，极大地拓展了食品工业的加工范围和制造工艺，推动了现代食品产业的快速发展。

2 食品中化学添加剂常见检测技术

食品中化学添加剂的检测是一项复杂而细致的工作，需要根据添加剂的理化性质和基质特点，综合运用多种分析技术和前处理方法。目前，色谱技术以其强大的分离能力和极高的灵敏度，在添加剂检测领域占据主导地位。例如，气相色谱-质谱联用常用于挥发性添加剂如合成抗氧化剂、香料等的分析，而液相色谱-串联质谱则更适用于极性较大、热稳定性差的水溶性添加剂，如安赛蜜、糖精钠等。此外，高效液相色谱结合紫外、荧光、蒸发光散射等多种检测器，可满足不同类型添加剂的检测需求[3]。值得一提的是，超高效液相色谱和多维气相色谱等新型分离技术不断涌现，大大提高了检测的通量和分辨率。与此同时，样品前处理技术的革新也有力地推动了添加剂检测水平的提升。基于分子印迹、固相微萃取、免疫亲和层析等原理开发的新型萃取介质和富集方法，不仅简化了操作步骤，提高了回收率，而且能够从复杂基质中选择性地分离富集目标添加剂，极大地降低了基质干扰。电化学分析、生物传感等新兴技术在食品添加剂检测中也展现出广阔的应用前景，如修饰电极可灵敏检测抗坏血酸、没食子酸等活性添加剂，酶传感器可实现谷氨酸钠等增味剂的快速筛查。尽管如此，食品添加剂检测技术仍有待进一步完善，以满足日益严格的食品安全监管要求。

3 食品中化学添加剂检测存在的问题

3.1 痕量添加剂定量分析困难

食品添加剂的痕量检测在食品安全监管中非常重要，但由于添加剂在食品加工过程中的用量极低，加之食品基质复杂多样，痕量添加剂的定量分析仍面临诸多技术难题。即便是应用最为广泛的液相色谱-串联质谱法，在检测低至μg·kg-1级别的痕量添加剂时，也常常受到基质效应的严重干扰。以琼脂糖凝胶中的痕量山梨酸钾检测为例，由于凝胶中糖类、蛋白质等共萃取物的竞争性电离抑制作用，使得目标物离子化效率大幅降低，导致检测灵敏度和重现性难以满足定量要求。类似地，在发酵酱油等调味品中测定痕量苯甲酸钠时，样品基质中氨基酸、有机酸等内源性干扰物经常引起严重的信号抑制，给定量分析带来极大挑战[3]。针对上述难题，有研究者开发了基质匹配标准品、同位素内标等校正策略，但由于食品基质的复杂多变，普适性较差[4]。此外，部分添加剂如三氯蔗糖在食品加工过程中会发生降解转化，生成结构相似的多种衍生物，进一步增加了痕量检测的难度。

3.2 添加剂化学形态分析能力不足

食品添加剂在食品加工、贮藏过程中，可能发生复杂的化学反应，导致其化学形态发生改变。目前常用的检测方法如高效液相色谱法，主要针对添加剂的总量进行测定，难以区分其中不同形态的组成比例，这使得添加剂在食品中的真实存在状态难以得到准确评估。亚硝酸盐在肉制品中的形态变化就是一个典型案例。研究表明，亚硝酸钠在肉制品加工过程中，一部分会与肌红蛋白结合形成亚硝基肌红蛋白，另一部分则转化为氮氧化合物，但常规检测方法无法区分游离态和结合态亚硝酸盐，更难以定量氮氧化合物，极大地限制了对其安全性和功能性的深入理解[5]。类似地，磷酸盐添加剂在食品中也呈现出不同形态，如游离态正磷酸盐、结合态焦磷酸盐等，但当前的总磷检测方法难以实现形态分析，给磷酸盐的食品安全监管带来困扰[5]。添加剂化学形态分析能力的不足，制约了添加剂在食品中作用机制的深入阐明和安全性的科学评估。

3.3 新型添加剂检测方法缺乏

随着食品工业的不断发展，新型食品添加剂层出不穷，但与之相适应的检测方法却相对滞后。以复配增味剂为例，其通过多种呈味物质的复杂组合，产生协同增味效应，但传统的单组分检测方法难以全面评估其成分组成和添加量，这对复配增味剂的质量控制和安全监管形成了挑战。类似地，脂肪替代剂——功能性二聚缩水甘油脂肪酸酯，作为一类新兴的食品添加剂，由于化学结构的多样性和复杂性，现有的气相色谱-质谱联用技术虽然能够实现定性分析，但在定量检测方面仍存在灵敏度不足、基质干扰严重等问题，难以满足食品安全监管的需求。值得关注的是，纳米食品添加剂如二氧化硅、二氧化钛等，由于其独特的理化性质和生物学效应，对检测方法提出了更高的要求，传统的总量检测方法难以全面反映其粒径分布、聚集状态等特性，而这些恰恰是评估其在食品体系中分散性和稳定性的关键因素。由此可见，添加剂种类的不断增多，对检测技术提出了新的挑战。

4 食品中化学添加剂检测技术优化对策

4.1 发展高灵敏度痕量分析技术

食品添加剂痕量分析的关键在于提高检测方法的灵敏度和选择性，以期在复杂基质背景下实现目标物的精确定量。①液相色谱-高分辨质谱联用技术凭借其优异的定性定量性能，为痕量添加剂分析提供了新的途径。以琼脂糖凝胶中痕量山梨酸钾检测为例，采用Q-Orbitrap高分辨质谱仪，可显著提升仪器选择性，通过全扫描-数据依赖采集模式，实现痕量目标物的准确筛查和定量，有效克服了基质效应干扰。进一步地，在前处理阶段引入基质固相分散萃取技术，利用氧化铝、石墨化炭黑等新型填料与痕量极性添加剂的选择性吸附作用，可显著提高萃取回收率和净化效果，拓宽基质适用范围，为液质联用检测奠定基础。②对于低挥发性、难衍生化的添加剂如三氯蔗糖，超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱技术可发挥多反应监测模式的优势，通过母离子-子离子对的选择性检测，实现痕量水平的灵敏捕获。同时，在电离源中引入双流动注射分析系统，利用稳定同位素内标物对基质效应进行在线校正，可有效消除信号抑制或增强效应。③对于热敏感添加剂的痕量分析，液相-化学电离源耦联质谱技术可避免气相色谱常用的高温条件，实现温和检测。

总的来说，采用高灵敏度、高选择性的液质联用技术，结合高效富集、净化的样品前处理方法，并借助稳定同位素内标校正和柔性电离模式，可显著提升食品添加剂痕量检测的准确性和重现性，为添加剂的定量风险评估提供可靠的数据支撑。

4.2 建立添加剂化学形态分析方法

食品添加剂在食品加工过程中的化学形态转化，直接影响其功能性发挥和安全性评估，因此急需建立特异性识别和定量表征方法，实现添加剂不同形态的精准分析。①针对亚硝酸盐在肉制品中游离态和结合态形态分析的难题，可采用液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术，利用色谱柱对游离态和结合态亚硝酸盐进行分离，再通过高灵敏度的等离子体质谱仪实现痕量检出，同时引入模拟消化体系，考察其胃肠道消化过程中形态的动态转化，为亚硝酸盐的体内代谢过程研究提供支撑。②对于磷酸盐添加剂在乳制品中的形态分析，可借鉴核磁共振波谱技术的最新进展，通过31P化学位移信息，实现各种磷酸盐化合物如焦磷酸盐、多聚磷酸盐等的定性定量分析，并结合流动注射分析技术，实现形态组成的在线监测，及时掌握磷酸盐形态的动态变化规律，为工艺优化提供依据。③针对食品加工过程中抗坏血酸的降解产物分析，可采用高效液相色谱-高分辨质谱联用技术，在前处理阶段引入衍生化反应，提高痕量降解产物的检测灵敏度，再通过高分辨质谱的碎片离子诊断和同位素分布匹配，实现降解产物的结构解析和成分鉴定，并构建化学计量学模型，揭示加工条件与抗坏血酸稳定性的内在关联，为添加剂用量的科学优化提供理论指导。

需要指出的是，食品添加剂形态分析方法的建立需要色谱、光谱、质谱等分离检测技术的深度融合，还需要与食品加工过程紧密结合，在模拟加工条件下进行系统研究，这对分析方法的选择性、灵敏度和适用性提出了更高的要求。

4.3 开发新型添加剂快速检测技术

新型食品添加剂的快速检测技术开发需要与时俱进，以应对日益复杂的食品体系和不断提高的检测需求。①对于复配增味剂的多组分同时分析，可以考虑将近红外光谱技术与化学计量学模型相结合，通过全波段扫描，获取复配体系的“光谱指纹”，再结合多元校正和智能算法，实现复配组分的快速定性定量分析，简化检测流程。这一技术的关键在于建立稳健的定标模型，需要在实验设计阶段科学选择代表性样本，优化光谱采集条件，提高模型的预测能力和扩大模型的适用范围。②对于脂肪替代剂的结构表征和含量测定，基于核磁共振波谱技术（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）的定量分析策略值得关注。1H NMR技术可以在分子水平上揭示脂肪酸酯键的空间构型信息，而13C NMR技术可以定量分析酯键数量，二者结合可以实现对脂肪替代剂结构与含量的快速表征，为质量控制提供依据[2]。考虑到脂肪替代剂在食品基质中的微观状态对其功能性和稳定性有重要影响，还可以引入低场NMR分析技术，研究其在复杂体系中的聚集形态和存在状态，进一步拓展检测维度。③针对纳米食品添加剂的特性表征，场流分离技术如场流分级分离联用多角度光散射检测，可以实时动态分析纳米颗粒的粒径分布、形貌特征和聚集行为，揭示其在食品加工和储运过程中的演变规律，为功能性发挥奠定基础。

总之，新型添加剂快速检测技术的开发，需要跨学科技术的交叉融合，将光谱、波谱、色谱等传统分析手段与化学计量学、纳米分析等新兴技术有机结合，构建多组分、多形态、多维度的立体检测技术体系，切实提高检测的快速性、准确性和针对性，为新型添加剂的质量安全控制提供坚实保障。

5 结语

本研究深入探讨了食品中化学添加剂的检测技术，揭示了当前技术在痕量分析和形态分析中的局限性。通过对现有方法的优化和新技术的开发，有助于提高检测的精确度和效率。未来，应进一步融合多学科技术，推动检测技术的创新，以应对新型添加剂的检测需求，并加强对食品添加剂在不同处理条件下的行为研究，为食品安全提供更全面的保障。

参考文献

[1]王秋萍，闫祥文.如何用化学方法检测食品添加剂的类型和含量[J].科学之友，2024（3）：141-142.

[2]同浩宇.化学添加剂在食品检测中的应用[J].食品界，2021（2）：89.

[3]王文欢，常甜甜.化学添加剂在食品检测中的应用[J].湖北农机化，2021（1）：71-72.

[4]刘庆.化学添加剂在食品检测中的应用分析[J].食品界，2020（8）：108-109.

[5]叶灵洁，邹洪涛.化学在食品添加剂中的作用[J].云南化工，2020，47（1）：139-140.

作者简介：张晓慧（1992—），女，河北张家口人，本科，助理工程师。研究方向：食品药品检验。