實時直接分析質譜技術在食品質量安全檢測中的研究進展

趙婧，錢兵，何燕，韓丙軍，*

（1.中國熱帶農業(yè)科學院分析測試中心農業(yè)農村部熱作產(chǎn)品質量安全風險評估實驗室（?？冢?，海南省熱帶果蔬產(chǎn)品質量安全重點實驗室，海南?？?71101；2.海南大學植物保護學院，海南?？?70228；3.海南大學林學院，海南?？?70228）

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對食品質量安全的要求也越來越高，對檢測分析的手段也提出了更高要求。食品檢驗因基質復雜，有害物質具有多樣性、多源性、微量性等特征，常規(guī)的分析檢測工具不能滿足其檢測的高需求[1]。而質譜檢測儀的樣品用量少、靈敏度高，因此質譜技術成為食品領域最有效的分析工具[2]。實時直接分析（direct analysis in real time，DART）是一種嶄新的非表面接觸分析/離子化質譜分析離子源技術，它無需或只需簡單的樣品處理便能在大氣壓下對不同型態(tài)的樣品進行無損耗定性和定量分析，滿足了對樣品高通量、現(xiàn)場、無損、快速、低碳、原位、直接分析的需求，該技術由Cody等[3]于2005年提出。

近年來，DART技術在食品、醫(yī)學、環(huán)境學等領域都得到了廣泛應用。因此，本文對其近十年來在食品質量（黃酮類、酚類及其他）與食品安全（食品霉菌毒素類物質、食品非法添加物質、食品有害物質及其他）檢測中的應用進行了簡單綜述。

1 DART簡介

1.1 DART原理

DART離子源主要以氦氣或氮氣為載氣，氣體進入腔體后，在3 kV～5 kV的放電針下形成輝光放電產(chǎn)生含有離子、電子、亞穩(wěn)態(tài)分子或原子的等離子體。隨后等離子體打在樣品表面，和樣品發(fā)生能量轉移、質子轉移、電子捕獲等作用，從而產(chǎn)生樣品離子后進入質譜，其原理如圖1所示。

圖1 DART原理圖Fig.1 The mechanism of DART

1.2 DART電離機理

Cody等[4]認為，在DART離子源中，可能會發(fā)生一系列復雜的反應，在正離子模式下，最可能發(fā)生的反應包括彭寧離子化、質子轉移和電荷轉移，其中彭寧離子化是DART離子化的重要步驟，但此過程發(fā)生的前提是待測物的離子化能低于激發(fā)態(tài)的氦原子或氮氣分子的內能（如表1）。

表1 DART陽離子模式可能的離子化機理Table 1 Ionization process of DART source in the positive ion mode

Song等[5]提出了另一種瞬時微環(huán)境機理，該機理指出在DART的離子化與被分析物樣品分子接觸前首先會形成一層溶劑薄膜，即瞬時微環(huán)境。他們認為瞬時微環(huán)境的產(chǎn)生可能源于樣品溶液中易揮發(fā)基質的解吸附。DART離子化試劑首先使易揮發(fā)的基質分子電離，電離后的基質離子再通過氣相分子/離子反應將樣品分子離子化。對于DART負離子模式，其離子化機理與常壓光電離子化的電離機理有一定的相似性。大多數(shù)化合物主要獲得去質子負離子[M-H]-，推測其形成機理主要為被分析物分子與水分子簇陰離子或氧分子陰離子的質子轉移或電荷交換反應[6]。

2 DART在食品質量檢測中的應用

2.1 黃酮類

黃酮類物質是存在于綠色植物中，具有廣泛生物活性的一種物質，對許多疾病的防治有重要作用。如大豆素等異黃酮類具有雌激素樣作用，水飛薊素具有保肝作用等。近年來，DART技術已被應用于黃酮類物質的檢測中（如表2）。

表2 DART技術在黃酮類食品檢測中的應用Table 2 Application of DART in flavonoid detection

Lojza等[7]將DART與高分辨質譜聯(lián)用，對大豆中分離得到的異黃酮進行了定量分析，結果顯示黃豆苷元、染料木素、黃豆黃素依次在0.5、1、0.05 g/kg水平下均有良好的回收率（95%～102%）以及重復性（7%～15%）。Nagy等[8]通過實時直接分析質譜（direct analysis in real-time mass spectrometry，DART-MS）與原位衍生化技術相結合的方法對藥物丸劑中2種黃酮類化合物蘆丁和水飛薊賓進行了快速定性研究，此方法還可用于完整藥物丸劑中的衍生生物活性化合物的檢測。此外，Bill等[9]通過實時直接分析飛行時間質譜對標準漿果提取物中的黃酮類植物營養(yǎng)素進行了藥代動力學分析，測定了其生物利用度和攝取動力學，提供了一種可用于植物營養(yǎng)成分的定量鑒別和測定的方法。

2.2 酚類

酚類化合物是一種存在于植物中的物質，某些具有抗氧化活性的生物活性化合物對人體的健康狀況起到有益的作用。DART技術在酚類食品檢測中的應用見表3。

表3 DART技術在酚類食品檢測中的應用Table 3 Application of DART in phenols detection

2.3 其他

近年來，食品摻假事件不斷發(fā)生，為了保證食品的質量以及引導消費者正確的消費觀念，DART技術在對食品摻雜物質的檢測篩查中發(fā)揮了重要作用（如表4）。

表4 DART技術在其他食品檢測中的應用Table 4 Application of DART in others detection

Hrbek等[19]將DART與高分辨質譜結合起來區(qū)分了不同動物種類的奶液、傳統(tǒng)牛奶和有機牛奶、添加到乳制品中的植物油等；Vaclavik等[20]將DART與飛行時間質譜以及化學計量工具聯(lián)用快速鑒定了豬油和牛油的摻雜脂肪樣品，結果顯示脂肪混合物中豬油和牛油的摻雜水平分別為5%和10%（質量分數(shù)），該方法也成功用于檢測含相似脂肪成分的由豬肉和牛肉做成的肉沫中；此外，DART技術還被應用于摻假八角[21]、真假肉桂[22]、啤酒原產(chǎn)地[23]、橄欖油品質[24]以及漿果[25]的鑒定中。

3 DART在食品安全檢測中的應用

3.1 食品霉菌毒素類物質的檢測

霉菌毒素是可以通過飼料或食品進入人或動物體內并產(chǎn)生危害的一類物質，因此，加強對食品中該類物質的檢測是非常重要的。Busman等[26]采用將DART和高分辨質譜相結合的方法對玉米中的黃曲霉毒素AFB1進行了篩查。在優(yōu)化樣品制備過程和儀器參數(shù)設置，并利用13C標記的內標物后，結果顯示在4 μg/kg～1 000 μg/kg范圍內呈線性。隨后，他們用此方法定量分析了牛奶中的黃曲霉毒素AFM1，顯示其最低校準水平為0.1 μg/kg，在利用13C標記的內標物后其線性響應范圍超過 0.1 μg/kg～2.5 μg/kg[27]。此外，Vaclavik[28]課題組和Busman[29]課題組分別用DART快速定量分析了谷物中的多種毒素，證明了此方法用于檢測谷物中多種毒素的適用性；還有人將DART用于檢測各類酒中的毒素[30-31]，結果都表明DART是一種簡單快速的檢測技術，可用來檢測并控制各類食品中的毒素。DART技術在食品霉菌毒素類物質檢測中的應用如表5所示。

表5 DART技術在食品霉菌毒素類物質檢測中的應用Table 5 Application of DART in mycotoxins detection

3.2 食品非法添加物質的檢測

現(xiàn)今，大多數(shù)食品安全問題都是因為食品非法添加物引起的。食品非法添加物是指違規(guī)添加到食品中的物質，會對人的身體產(chǎn)生一定危害。食品非法添加物不僅會給相關產(chǎn)業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失，更重要的是會嚴重影響消費者的身體健康和生命安全，因此，對食品中添加物質的檢測研究至關重要。DART技術在食品非法添加物質檢測中的應用見表6。

表6 DART技術在食品非法添加物質檢測中的應用Table 6 Application of DART in illegal additives detection

從表6可以看出，DART技術已被廣泛應用于對食品非法添加物質的檢測中。Vaclavik等[32]利用DART離子源結合飛行時間質譜的方法對奶粉和乳制品中的三聚氰胺和三聚氰酸進行了檢測分析。研究表明，在優(yōu)化儀器參數(shù)后，三聚氰胺和三聚氰酸的檢出限分別為170 μg/kg和450 μg/kg，這為后續(xù)復雜樣本的研究提供了一種簡便快速的檢測方法。張立亞等[33]同樣利用將實時直接分析（DART）電離源和四級桿串聯(lián)飛行時間質譜儀結合起來的方法對奶粉中的雙氰胺進行了定性和定量分析。該方法快速高效地檢測分析了奶粉中的雙氰胺，減少了操作時間和質量控制的復雜性。朱曉月等[34]采用實時直接分析離子源串聯(lián)三重四級桿質譜的方法對葡萄酒中9種甜味劑進行了篩查。9 種甜味劑檢出限為 2.5 μg/mL～20 μg/mL。該方法檢測效率比液質聯(lián)用法提高了近25倍，為大批量葡萄酒中甜味劑類成分的快速檢測提供了一種快速簡便的方法。Liu等[35]用DART結合四極桿串聯(lián)飛行時間質譜快速篩查了市售辣椒粉中的4種蘇丹染料，檢測出4種染料在甲醇中的檢出限為80 mg/mL～100 mg/mL不等，該方法簡便快速，適用于食品中蘇丹染料的快速篩查。張百樂等[36]建立了一種快速篩查火鍋底料、牛肉面湯、調味料中5種非法添加的罌粟殼生物堿的DART-MS/MS方法，該方法操作簡單，檢測快速，能同時篩查并監(jiān)管食品中非法添加的罌粟殼生物堿。程顯隆等[37]建立了一種可同時檢測分析保健食品中非法添加的6種PDE5抑制劑的方法。

3.3 食品有害物質的檢測

咖啡因是一種中樞神經(jīng)興奮劑，能夠暫時驅走睡意并恢復精力，因此有咖啡因成分的咖啡、茶、軟飲料及能量飲料十分暢銷，但是過度攝入咖啡因會危害身體健康，而檢測各飲品中咖啡因的含量也顯得尤為重要。Danhelova等[38]采用將DART離子源和高分辨飛行時間質譜結合的方法定量分析了多種咖啡樣品中的咖啡因；Chang等[39]采用將毛細管電泳和DART-MS結合的方法成功應用于中國白茶內源性咖啡因的檢測；同樣，Wang等[40]將DART與單四級桿聯(lián)用技術成功應用于市售飲品中咖啡因的檢測。除此之外，DART技術也被應用于果蔬[41-45]、飲品[46-47]、谷物[48]和高脂肪食品[49]的農藥殘留檢測中，提供了一種對食品表面的農藥殘留物進行快速篩查的方法，保證了食品安全。DART技術在食品有害物質檢測中的應用如表7所示。

表7 DART技術在食品有害物質檢測中的應用Table 7 Application of DART in toxic and harmful substances detection

3.4 其他

食品污染問題是近年來出現(xiàn)的食品安全問題，而DART技術被廣泛應用于對食品污染物的檢測中。DART技術在其他食品檢測中的應用見表8。

表8 DART技術在其他食品檢測中的應用Table 8 Application of DART in others detection

從表8可以看出，DART技術已被用于檢測食品和營養(yǎng)品中的鄰苯二甲酸酯[50]、植物油中的多環(huán)芳烴[51]以及餅干中的丙烯酰胺[52]等。此外，DART技術還被應用于魚肉中組織胺[53]、含甘油產(chǎn)品中的有毒甘醇[54]、米糠中次氯酸鈉氧化產(chǎn)物[55]、蜂蜜中5-羥甲基糠醛[56]、銀杏保健品中銀杏酸[57]、植物油中3-氯-1，2-丙二醇等物質[58]以及食品包裝[59]的檢測中，以保證食品安全。

4 展望

DART技術作為一種綠色、廣譜、無損的新型原位電離技術，無疑會被更廣泛地應用于各個領域的檢測分析中。為了擴大適用性，DART離子源在以下幾方面還有待提高：1）DART的離子化機理尚未明確，明確其機理可能會進一步提高其靈敏度等，所以應對DART的離子化機理做進一步研究。2）使設備小型化，降低功耗，并促進與小型化、可移動甚至手持MS系統(tǒng)的結合將擴大實驗室外食品質量與安全的檢測范圍。3）目前DART主要應用于食品安全定性分析方面，定量方面的分析還很少，而進一步提高DART離子源的商品化及裝置的自動化，將會增加其在食品質量定量方面的應用。4）DART數(shù)據(jù)庫還不夠全面，為不同的樣本組建一個綜合的DART數(shù)據(jù)庫，檢測分析將更準確、更快速。