高效液相色谱-质谱联用技术在食品中的应用

作者简介：杨林（1983—），男，山东枣庄人，本科，主管技师。研究方向：卫生检验科、生活饮用水和食品检测类。

摘 要：本文综述了高效液相色谱-质谱联用技术（High Performance Liquid Chromatography，HPLC-MS）在食品分析中的重要性以及其广泛应用的领域，详细介绍了HPLC-MS技术的原理及其在分析中的优势，并通过具体实例深入探讨了HPLC-MS在食品领域的多方面应用，包括对食品营养成分的鉴别、农兽药残留的检测、对潜在威胁如过敏原和生物胺的分析，以期HPLC-MS在食品分析领域有更广泛、深入的应用。

关键词：高效液相色谱-质谱联用；高效性；食品检测；定性；定量

Application of High Performance Liquid Chromatography Mass Spectrometry in Food

YANG Lin， HE Haiyang

（Linyi Center for Disease Control and Prevention， Linyi 276000， China）

Abstract： In this paper， the importance of high performance liquid chromatography-mass spectrometry in food analysis and its wide application fields were reviewed. The principle of HPLC-MS technology and its advantages in analysis were introduced in detail. The application of HPLC-MS in food field was discussed in depth through specific examples， including the identification of food nutrients， the detection of pesticide and veterinary drug residues， and the analysis of potential threats such as allergens and biogenic amines. It is expected that HPLC-MS will have a wider and deeper application in the field of food analysis.

Keywords： high performance liquid chromatography-mass spectrometry; high efficiency; food detection; qualitative; quantitative

随着科技的不断进步和人们生活水平的提高，食物在日常饮食中的作用已逐渐超越了基本的生存需求。人们认识到食物不仅是能量和营养素的来源，更在促进健康和预防疾病方面扮演着重要的角色[1]。食品分析的目标也已从单纯确保食品安全逐渐演变为减少不良饮食对健康和经济造成的不利影响。在这一背景下，高效液相色谱-质谱联用技术由于其高灵敏性、高选择性、精确性，被广泛应用于食品检测领域。

1 高效液相色谱-质谱联用技术概述

高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）被广泛用于多种化合物的分离、定量、鉴定。将加压液体与样品混合物通过装满吸附剂的色谱柱，可以高效地分离样品成分。色谱柱中的组分在与吸附剂（固定相）的交互作用中略有差异，并在不同时间点从吸附剂中被释放，实现有效的分离。HPLC通常与电化学、荧光、质谱或紫外可见检测结合使用。高效液相色谱单独使用时存在一些缺点，如使用大量有毒溶剂、定性测定能力较低，但与质谱的联用极大地扩展了其应用范围。

1.1 工作原理

样品分析前，化合物首先通过高效液相色谱系统注入，不同化合物在固定相和流动相之间的差异性导致其发生分离。经过HPLC柱分离的化合物进入质谱前，必须经过离子化处理，通常采用电喷雾或大气压化学电离源等常见离子化方法[2]。样品离子化后进入质谱系统，利用电场将离子加速至特定能量。质谱仪器由质子漂移室、离子透镜、飞行时间管或离子阱等组件组成，用于分析和检测化合物的质荷比。根据质荷比的差异，质谱仪器生成质谱图谱，展示不同离子的相对丰度和质量。获得的质谱数据经过计算机处理，生成详细的质谱图谱，可用于确定化合物的分子式、结构、相对丰度等信息，从而实现对样品的定性、定量分析。液质联用示意图见图1。

1.2 高效液相色谱-质谱联用技术优势

高效液相色谱-质谱联用技术（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，HPLC-MS）作为一种先进的分析手段，具有显著的优势[3]。①高分辨率。HPLC-MS联用技术具有很高的分辨率，能够有效地分离和鉴定复杂混合物中的各种化合物。这对于分析具有相似结构或质谱特性的化合物尤为重要。②高灵敏度。HPLC-MS联用技术灵敏度高，可以检测和量化样品中极低浓度的成分。③结构信息。HPLC-MS联用技术不仅可提供化合物的质量信息，还能提供其结构的详细信息。通过分析质谱图谱，能够推断化合物的分子结构，对于未知化合物的鉴定尤为重要。④广泛适用性。HPLC-MS联用技术广泛适用于各种类型的化合物，包括有机化合物、生物大分子、药物及其代谢产物等。⑤快速性和自动化。HPLC-MS联用技术系统能够在相对短的时间内完成大量样品的分析，提高了分析效率。自动化的样品处理和数据采集进一步简化了实验流程，减少了人为误差，提高了实验的可靠性。

2 高效液相色谱-质谱联用技术在食品中的应用

2.1 用于检测食品成分真实性

食品掺假通常是由于不良商家通过添加廉价的类似物以降低生产成本造成的。这种行为不仅导致食品质量下降，还可能对人体健康产生潜在危害。因此，开发灵敏、准确的食品掺假检测方法势在必行。尽管绝大多数掺假物在表观形态和感官特性上与正品极为相似，但在分子水平上存在显著差异，质谱联用技术在食品掺假的有效监测方面展现了巨大的潜力。

2.1.1 蛋白质

液质联用技术作为蛋白质组学和肽组学的基础，被广泛应用于食品分析领域。蛋白质是生物体内重要的大分子化合物，在生命的各个方面发挥着至关重要的作用，具有结构支持、酶催化、抗体防御、激素调控、信号传递、运动和肌肉收缩以及储存和供能等多种功能[4]。热稳定肽是组成蛋白质一级结构的短肽，可用作肉类物种鉴别的特异性标记[5]。目前，高效液相色谱-质谱联用技术是深加工肉制品中检测、鉴定、监测热稳定特异性肽的首选方法，用于区分意外污染和故意掺假。CHEN等[6]基于蛋白质组学，以β-LG作为特征肽，检测山羊奶中是否掺假绵羊奶。

2.1.2 脂质

脂质作为基本的食物营养素，具备多种重要的营养和代谢功能，对食品的感官和营养特性有显著影响。脂质具有复杂的结构、多样的类型、不同的理化性质，对其进行准确表征和定量存在一定挑战，因此需要运用高特异性和高灵敏性的技术[7]。目前，HPLC-MS已成为表征食品中脂质物质的主要工具。HPLC通常与质谱法（Mass Spectrometry，MS）在线耦合，以提高对单一化合物结构的选择性。张九凯等[8]基于脂质组学，利用质谱联用技术，对沙棘油及其掺假油甘油酯组成进行了比较分析，有效区分沙棘油、葵花籽油、菜籽油以及大豆油，为食品中脂质成分的准确鉴别提供了可行途径。

2.1.3 碳水化合物

碳水化合物是食物中最常见的营养素之一，具有多种营养和生理作用。例如，纤维素是极好的膳食纤维来源，果糖、葡萄糖、淀粉是人类和动物的主要能量来源。碳水化合物可以与多种大分子结合，如类黄酮或蛋白质，具有多种促进健康和功能的作用。通过MS分析碳水化合物的结构通常比较困难，但通过HPLC-MS可对其进行针对性的解析。张睿等[9]基于高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨率质谱技术对纯天然蜂蜜和淀粉类糖浆中的多种麦芽糖进行定性定量分析，可有效解决目前蜂蜜中使用淀粉类糖浆造假的现象。此外，国外有学者利用液质联用技术，检测了哺乳期前3 d初乳中的中性和酸性寡糖[10]。

2.1.4 维生素

维生素是人体生命活动中不可或缺的有机化合物，是非常重要的微量成分，具有多种结构特征，具有提高免疫力、抗氧化、促进骨骼健康等多种功能。大多数维生素如维生素C、复合维生素B、维生素E和类胡萝卜素等易氧化且热不稳定，因此，HPLC-MS联用技术通常被用于对其进行定性和定量分析。目前已有许多通过HPLC-MS对食品中维生素进行定性和定量分析的研究，如测定面包中叶酸的含量[11]、测定食品营养补充剂中维生素D的含量[12]。

2.1.5 其他营养成分

多酚类化合物是一类广泛存在于植物中的酚羟基化合物[13]，其组成复杂、结构不稳定、易氧化，具有降血脂和增强免疫力等功能。肉桂酸、苯甲酸、儿茶素和黄酮醇在食物中的含量最为丰富。HPLC-MS联用技术是类黄酮分析的主要技术手段，张维冰等[14]利用液质联用技术鉴定出菊花中22种黄酮类化合物，宋晓芳等[15]采用HPLC-MS/MS方法同时测定了3个桂花品种中绿原酸、咖啡酸、毛蕊花糖苷等7个多酚成分，为其他药用植物中活性成分的提前分析提供了参考。

2.2 用于食品中残留农药和兽药检测

农药和兽药在提高粮食产量、改善动物养殖和水产养殖方面发挥着不可或缺的作用。在现代农业实践中，农药被广泛用于控制杂草、害虫危害，调节植物生长，兽药常被用于预防和治疗动物疾病，促进其生长发育。农药和兽药的应用有效满足了全球人口不断增长带来的粮食需求。然而，农药和兽药的过度使用可能导致食品和环境中残留物的积累，并通过食物链威胁人类健康。为解决这一问题，HPLC-MS联用技术成为对农药和兽药残留物进行定性和定量检测的重要工具[16]。

2.2.1 农药残留检测

农药对于减少农作物因病虫害造成的产量损失发挥了积极作用，为确保粮食安全做出了重要贡献。随着人们对农产品需求量的增加，农民对农药的依赖度不断提高，导致农药的施用量急剧增加，甚至出现了过量施用的现象。目前，我国已经成为全球农药使用量最大的国家之一[17]。因此，应加强对使用禁用药物和超量使用农药现象的监管，而液质联用技术已成为农药残留分析的主流技术。有学者利用HPLC-MS联用技术等多种检测手段，对肉制品中的农药等化合物残留量进行了测定，从而确定了阿曼苏丹国肉制品中可能含有来源于饲料和水的有害残留物[18]。TIAN等[19]通过HPLC-MS联用技术，优化C18-SPE小柱，测定了牛奶样品中29种农药残留。

2.2.2 兽药残留检测

兽药在畜牧业中被广泛应用于治疗各种动物疾病。然而，兽药残留可能会进入食物链，通过富集达到对人类健康有害的水平。例如，动物源性食品中的兽药残留可能导致耐药致病菌菌株的传播，引起人体过敏反应。为保护消费者免受这些不良影响，粮食及农业组织和欧盟等多个机构设定了兽药的最大残留限量。因此，开发灵敏的分析方法至关重要。有学者利用HPLC-MS联用技术开发了一种新的多残留测定方法，用于同时分析四环素类抗生素土霉素、四环素、金霉素和多西环素[20]。此外，一些被禁用的兽药，如苯二氮卓类镇静剂，不仅会导致肉质下降，还会对人体产生遗传毒性影响，利用HPLC-MS联用技术对动物组织（如猪肾、肝、肌肉和牛肌肉）中多类兽药残留进行筛查和确认，可以有效监管兽药的使用[21]。