基于高效液相色谱-质谱联用技术检测食品中添加剂的研究与应用
作者: 张国发
摘 要:近年来,在食品加工过程中违法使用添加剂的案例频发,对公众健康构成了潜在威胁。高效液相色谱-质谱联用技术(High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,HPLC-MS)综合了HPLC的高选择性与MS的高灵敏、高效率的优点,是当前食品检测领域的重要工具之一。该技术在打击违法使用添加剂方面发挥着重要作用,可以更好地服务于食品监管。基于此,本文综述了近年来HPLC-MS在检测食品添加剂中的应用,以期为促进食品行业健康发展提供有益参考。
关键词:高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS);添加剂;食品安全
Research and Application of High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry for the Detection of Additives in Food
ZHANG Guofa
(Baoding Food and Drug Inspection Institute, Baoding 071000, China)
Abstract: In recent years, there have been frequent cases of illegal use of additives in food processing, posing a potential threat to public health. High performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) combines the high selectivity of HPLC with the high sensitivity and high efficiency of MS. It is one of the indispensable tools in the field of food detection. The technology plays an important role in combating illegal additives and can better serve food regulation. Based on this, this paper reviews the application of HPLC-MS in detecting additives in food industry in recent years, in order to provide useful reference for promoting the healthy development of food industry.
Keywords: high performance liquid chromatography-mass spectrometry technology (HPLC-MS); additives; food safety
现阶段,高效液相色谱-质谱联用技术(High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,HPLC-MS)已成为食品检测的重要技术手段。其独特优势在于能够直接对高沸点、高挥发性及高温易挥发性物质进行分离与鉴别,无须烦琐的衍生化处理。对比传统方法,HPLC-MS技术显著缩短了分析时间,并明显提升了灵敏度和准确性[1]。本文综述HPLC-MS在检测食品添加剂中的应用,以期为促进食品行业健康发展提供参考。
1 HPLC-MS工作原理
HPLC-MS的工作原理如图1所示。在该技术中,HPLC为分离系统,MS为检测系统。样品经HPLC分离,在进入MS前需要进行电离,常用的电离方式有电喷雾、常压电离等[2]。待样品电离后,在电场的作用下,样品进入MS装置,该装置主要包括质子漂移室、离子透镜、飞行时间管及离子阱等部件,可对物质的质荷比进行测定。利用质谱仪产生的质荷比,可以清晰地分析样品中各种离子的含量与质量。
2 食品添加剂的种类
食品添加剂的违规使用严重威胁着消费者的身体健康,如苏丹红、孔雀绿、亮蓝等常见合成色素已被证实含有致癌物质。常见的易对人体造成危害的添加剂包括以下4种。①人工甜味剂。糖精、阿斯巴甜和安赛蜜是食品生产中常用的人工合成甜味剂,因其低热量、无糖的特性,成为许多消费者控制体重和减少糖分摄入的理想选择。②防腐剂。作为食品中常见的添加剂,其作用在于延长产品保质期及抑制食品变质,包括甲醛、福尔马林、苯甲酸等。③抗氧化剂。一些抗氧化剂会对人体呼吸系统、消化系统造成损害,如二氧化硫、亚硝酸盐等。④增稠剂。食品加工中常使用增稠剂以改善口感和外观,如明胶、琼脂等。但是,经常食用添加剂超标的食品会对人体的肝脏和神经系统造成严重损害,因此有必要开发更精准的食品添加剂分析检测方法,以提升监管效能,构建更加安全的食品环境。
3 HPLC-MS在食品添加剂检测中的应用现状
近年来,HPLC-MS在食品检测领域得到了广泛应用,该技术具有高分离能力、高选择性、高灵敏度和结构解析功能,为食品安全检测提供了精准、全面的分析手段[3]。表1总结了HPLC-MS在检测食品添加剂的应用情况。
3.1 合成色素
合成色素主要通过化工合成方式以苯胺染料为主要原料制得。这些色素因其颜色鲜艳、稳定性好且成本低廉,被广泛应用于食品加工中,以改善食品的色泽,增强视觉吸引力。然而,过量使用或不当使用合成色素可能对人体健康造成潜在危害,如增加肝脏负担、诱发过敏反应甚至致癌风险。在实际应用中,HPLC-MS技术已成功应用于多种食品中合成色素的检测。例如,刘诗瑶[8]对9种不同颜色的合成色素进行液相色谱-质谱分析,以提高样品的选择性,检出限为100 μg·kg-1,实现了对9种合成色素的快速、准确分析。
3.2 防腐剂
防腐剂通过抑制微生物生长,可达到减缓食物的腐烂、延长产品保质期的目的。当前,常见的防腐剂主要有苯甲酸、山梨酸、丙酸钙等。HPLC-MS在食品防腐剂检测中具有较高的分析效率,能够有效降低假阳性率,确保检测结果的准确性。例如,潘雯等[9]使用甲醇振荡提取法结合HPLC-MS检测食品中8种防腐剂,结果发现,各目标物质在0.01~5.00 μg·mL-1保持良好的线性关系,相对标准偏差为1.9%~4.5%,定量限为0.1~2.5 μg·g-1,展现出了优越的检测性能,实现了对多种防腐剂的同时检测。
3.3 抗氧化剂
抗氧化剂能有效抑制食物的氧化劣变,从而延长食物的货架期。此外,抗氧化剂可以很好地提高食物的稳定性,有效减缓食物颜色变黑、味道变差,给食品生产、流通等环节带来便利。目前,针对食物添加剂中抗氧剂的检测方法较多,其中HPLC-MS因分辨率高、灵敏度高、准确度高以及选择性好等优点,在抗氧剂检测中具有良好的应用前景。与传统方法相比,HPLC-MS技术操作简便,特别适合测定抗氧剂苯酚。李秀勇等[10]在测定油脂中的10种抗氧化剂时,食用油脂中防腐剂的检出限为2~10 μg·L-1。
3.4 三聚氰胺
三聚氰胺是一种无色、无味的白色晶体状物质,广泛应用于塑料、胶水行业。在食品和饲料工业中,蛋白质含量是一个重要的质量指标。由于传统的蛋白质检测方法(如凯氏定氮法)是通过测定样品中的总氮量来间接推算蛋白质含量,不法商家利用三聚氰胺的高含氮特性,将其添加到饲料中,以提高饲料或家禽产品中蛋白质含量的检测值,致使其在家禽产品中残留,严重危害人体健康。自2008年三鹿奶粉事件发生后,杜绝三聚氰胺非法添加成为社会关注的焦点。为保障食品安全,原农业部基于大量动物验证试验及风险评估,颁布了《农业部公告 第1218号》,规定在饲料原材料及饲料制品中的三聚氰胺含量不得超过2.5 mg·kg-1,超标产品禁止销售。黄芳等[11]研究了一种基于高效液相色谱-质谱联用技术的高灵敏度方法,用于食品中三聚氰胺的测定。该方法利用Kromasil C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)对样品进行快速分离,并用体积分数为5%的乙腈水溶液(含0.1%甲基酸)作为流动相,利用正离子模式的电喷雾质谱进行检测,该方法在0.01~0.51 mg·L-1表现出良好的线性关系,检出限(S/N=3.2)为0.011 mg·L-1,回收率为81%~98%。
目前,在测定食品中的三聚氰胺含量时,尽管HPLC法满足相关标准要求,但其在低含量三聚氰胺检测中存在干扰大、定性困难等不足。而液相色谱-串联质谱技术(Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry,LC-MS/MS)因其高灵敏、无干扰等优点,已广泛应用于食品中三聚氰胺的测定,但由于样品在电离时容易受到基体的影响,很难有效地去除样品中的基质,从而限制了其定量的精度。为提高定量的准确性,巢强国等[12]建立了一种以同位素N-三聚氰胺为内标,利用LC-MS/MS法对饲料中三聚氰胺进行检测的方法。该方法有效克服了传统方法的不足,在定性和定量方面都取得了显著进步,为三聚氰胺的准确检测提供了可靠的技术手段。
3.5 甜味剂
甜味剂包含营养型与非营养型甜味剂,其中非营养型甜味剂由人工合成,在日常生活中更常见。常见的非营养型甜味剂有糖精钠、环己氨基磺酸钠(甜蜜素)、乙酰磺胺酸钾(安赛蜜)以及天门冬酰苯丙氨酸甲酯(甜味素)等。目前,糖精钠由于其成本较低而被普遍使用,但是在食品中过量添加会对身体产生危害。为了保证产品的安全性,必须对食品中的人工甜味剂进行精确测定。丁芳林等[13]采用HPLC-MS测定了果酱等食品中糖精钠、安赛蜜、甜蜜素的含量。结果显示,该方法具有较高的灵敏度,样品回收率的相对标准偏差为1.05%~2.04%,适用于饮料、果冻等食品的定性和定量分析。
4 结语
近年来,HPLC-MS作为一种通用的分析方法,在食品分析与检测领域展现出良好的应用前景。然而,传统检测器的灵敏度和选择性有限,难以满足日益复杂的食品安全检测需求。未来,HPLC-MS技术将不断完善,在食品安全检测领域发挥更加重要的作用,为提升食品安全监管效能提供有力的技术支持。
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