高分辨质谱技术在食用农产品质量安全检测中应用的研究进展
作者: 邱亚锋 郭路遥 雷婉婷 唐思慧 欧阳庆 沈超摘 要:食用农产品作为人类社会生存和发展的基础,其质量安全的重要性不言而喻,加强食用农产品质量安全检测是推动农业发展和社会进步的重要手段。本文详细概述高分辨质谱技术的基本原理、种类及特点,综述近些年高分辨质谱技术在食用农产品质量安全检测领域中的应用情况,旨在为未来相关研究人员开展食用农产品质量安全检测提供参考。
关键词:高分辨质谱;食用农产品;质量安全检测;应用
Research Progress of Application of High Resolution Mass Spectrometry in Quality and Safety Detection of Edible Agricultural Products
QIU Yafeng1,2, GUO Luyao2, LEI Wanting2, TANG Sihui2, OUYANG Qing2, SHEN Chao2
(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083 China;
2.Hunan Key Laboratory of Food Safety Monitoring and Early Warning, Hunan Institute of Commodity Quality Inspection, Changsha 410117, China)
Abstract: As the foundation of human society’s survival and development, the importance of food quality safety is self-evident. Strengthening food quality safety inspection is an important means to promote agricultural development and social progress. In this paper, the basic principle, types and characteristics of high-resolution mass spectrometry technology are summarized in detail, and the application of high-resolution mass spectrometry technology in the field of quality and safety detection of edible agricultural products in recent years is reviewed, aiming to provide reference for future researchers to carry out quality and safety detection of edible agricultural products.
Keywords: high resolution mass spectrometry; edible agricultural products; quality safety detection; application
农产品作为现代农业发展的重要产物,对我国经济建设和社会发展起着至关重要的作用[1]。随着人们生活水平的不断提升,食用农产品在日常消费中的占比逐年增加,使得其质量安全备受关注。近些年,食用农产品质量安全问题频发,不仅破坏了和谐稳定的营商环境,还对人们的身体健康造成潜在危害,阻碍社会发展。因此,持续加强食用农产品质量安全检测工作,提升检测技术水平已成为急需解决的现实问题。质谱检测技术作为食用农产品质量安全检测领域的常见方法,已广泛应用于检测工作。但传统的质谱技术难以解决部分食用农产品复杂基质干扰检测、未知风险物筛查等实际问题,而高分辨质谱技术不仅可以减少基质干扰,实现目标待测物准确定性定量,还可以对非靶向性有害物质残留进行筛查,为食用农产品质量安全检测提供强有力的技术支持[2]。
1 高分辨质谱技术概述
1.1 高分辨质谱技术的基本原理
高分辨质谱技术利用磁场、电场、被分子离子化的热电子束这3种元件的协同作用,将样品分子离子化,然后通过电场中的加速作用使分子离子获得足够的能量,从而形成能量分布不同的离子流。通过高分辨质谱将样品分子离子化后,在更强的交变电场中产生一系列的偏转和碎裂反应。相对运动过程中,离开样品分子的电子会以极高的速度与大气中的原子和分子碰撞,激发出其他带电粒子,从而形成离子流。高分辨质谱技术通过对这些离子流进行分离、偏转、过滤和检测等,以分离和测量出不同的离子质量-电荷比,并转换为信号输出。由此,可以获得样品的分子式、分子量及结构等
信息[3]。
1.2 高分辨质谱技术的种类及特点
目前常见的高分辨质谱种类:①飞行时间质谱,因不同质荷比的离子在电场中飞行速度存在差异,导致各离子的飞行时间不同,进而实现分离和检测;②静电场轨道阱质谱,因离子在特定静电场中的运动频率不同,可实现阱内离子分离及质量分析;③傅里叶变换离子回旋共振质谱,基于离子在均匀磁场中运动时,由于速度和方向的变化作用,使得离子发生回旋共振运动[4]。总体来说,高分辨质谱主要具备高分辨率、高灵敏度以及高精确度等技术优势。
2 高分辨质谱技术在食用农产品质量安全检测中的应用
近些年,食用农产品农、兽药残留量超标、检出有毒有害物质等质量安全问题较为严重。在针对食用农产品质量安全检测时,由于食用农产品种类繁多,加之基质较为复杂,造成低浓度风险物质难以实现痕量检测;同时未知风险物筛查难度较大,都给其质量安全检测带来了极大的挑战[5]。随着高分辨质谱技术的快速发展,逐步解决了相关检测难题,在农药残留、兽药残留、真菌毒素等检测领域得到广泛应用。
2.1 农药残留检测
蔬菜和水果作为人们日常生活中重要的食用农产品,是补充维生素、膳食纤维等营养成分的主要食物。但由于现在各类农药滥用或不按照相关规定要求超量使用农药,造成果蔬等食用农产品农药残留超标现象比较严重。同时,随着生物化学合成技术的飞速发展,新型农药的出现给食品安全带来了潜在的风险,这些都对检验检测技术水平提出了更高的要求。郭巧珍等[6]以鲜桃为实验对象,结合QuEChERS技术,利用UPLC-Q-TOF/MS对农药残留情况进行分析。该研究最终在23份鲜桃样品中共检出33种农药残留,且有部分农药残留量已超出国家限量标准值,这表明高分辨质谱技术可有效筛查分析水果中农药残留状况,更加准确地反映出农药的使用情况。胡潇潇等[7]使用QuEChERS技术对选取的水果(如苹果、香蕉、橙子等)进行前处理,采用UPLC-Q-TOF/MS法对其进行定性确证和定量分析。实验结果显示,监测的11种农药(如多菌灵、甲基硫菌灵、嘧菌环胺、嘧菌酯和噻嗪酮等)在一定浓度范围内线性关系表现较好,各待测目标物的相关系数均>0.999,方法检出限在0.2~5.0 μg·kg-1。应用于实际检测时,60份水果样品均有农药残留检出,这表明该方法可实现快速筛查与确证各类水果中11种常见农药残留量,客观、真实地反映出水果中农药残留状况。朱峰等[8]成功建立了超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法检测青菜中214种农药残留的方法。该方法将传统的QuEChERS法进行优化,使得青菜样品的净化和提取效果良好,同时结合UPLC-Q-TOF/MS法对实际样品进行检测,实现了高效、高通量对青菜中214种农药残留筛查与确证的实验目的,为客观评价青菜样品中农药残留状况提供了科学有效的实验数据,可应用于实际检测监测工作。
2.2 兽药残留检测
我国当前畜禽肉及副产品、水产品等兽药滥用问题较为严重,无论是养殖、运输、销售等环节,不规范使用兽药都会造成某些动物体内兽药残留量超标,而当人长期食用这些不合格食品时,都会对人们的身体健康造成危害。因此,运用高分辨质谱技术加强对兽药残留检测,具有提升发现未知风险物的能力,进一步保障畜禽肉等食用农产品质量安全的现实意义。李云飞等[9]针对动物源性食品(如猪肉、海水鱼等)中苯并咪唑类、激素类、硝基咪唑类等33种
兽药化合物,建立了UPLC-HRMS检测方法。该方法可以经Full MS-ddMS2正离子扫描模式,对目标化合物实现快速检测,同时通过比对建立的33种
兽药化合物精确质量数质谱库,可对非目标化合物实现定性筛查。王聪等[10]建立了UPLC-Q-TOF/MS对猪肉中喹诺酮类、抗生素类、磺胺类等117种兽药残留筛查及确证的方法。该方法基于117种兽药化合物标准数据库和标准谱库,通过对实际猪肉样品进行前处理提取和净化,再使用高分辨质谱仪进行检测。经方法学验证后表明可应用于对畜禽肉类产品中多种兽药残留的检测,且便于提升筛查工作效率,节省工作成本。
2.3 真菌毒素检测
真菌毒素是由真菌产生的有毒次级代谢产物,对人类有致畸、致癌、致死等危害,其对食用农产品的污染也日益严重,成为继农兽药残留、重金属污染后造成食用农产品质量安全问题的又一主要因素。相对于传统的检测技术,在低浓度、高精确度等检测要求下,高分辨质谱技术优势更加凸显,其能够更好地掌握真菌毒素的来源、组成成分和作用机理等。王昌钊等[11]选择以市售番茄为实验对象,利用QuEChERS技术结合固相萃取技术对其进行提取并净化,经色谱柱分离后,UPLC-Q/Orbitrap HRMS仪进行分析。实验结果显示,11种真菌毒素化合物线性表现较好,可实现低检出限、低定量限检测,能够在实际工作中实现番茄中11种真菌毒素的快速、准确筛查和定量。秦富等[12]基于QuEChERS技术,改进了前处理方法并提高净化效果,建立了UPLC-Q/Orbitrap HRMS法,实现快速筛查和确证生干坚果与籽类食品(如开心果、巴旦木、花生、瓜子等)中是否含有包括细胞松弛素类、黄曲霉毒素类等在内的55种真菌毒素的准确定量检测。
3 结语
高分辨质谱技术是当前检测领域较为成熟的筛查与鉴定技术,已成为食用农产品质量安全检测重要方法之一,因具有快速、灵敏、准确、权威等优势,使得其在食用农产品日常监管和风险筛查中发挥着不可或缺的作用。未来高分辨质谱技术在与其他技术结合方面还应持续优化[13],进而提高复杂基质中多组分化合物分析检测能力,为食用农产品质量安全检测提供更准确的技术支持。
参考文献
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[6]郭巧珍,杨奕,刘丽萍,等.QuEChERS/超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱法筛查鲜桃中的农药残留[J].分析测试学报,2023,42(10):1242-1250.
[7]胡潇潇,杨妍,洪月玲.超高效液相色谱-四级杆-飞行时间质谱法快速筛查与确证水果中11种常见农药残留[J].现代疾病预防控制,2024,35(4):275-279.
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[11]王昌钊,李子豪,张亚莉,等.超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱法同时筛查和测定番茄中11种真菌毒素[J].食品科学,2023,44(12):368-375.
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[13]郭添荣,叶梅,柯欢,等.高分辨质谱在动物源食品兽药残留检测中的应用[J].食品科技,2020,45(7):371-377.