液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

朱青欣

近年來(lái)，由于全球化和新技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域需要對(duì)從原材料到最終產(chǎn)品的全食品鏈進(jìn)行更深入的分析。此外，消費(fèi)者擔(dān)心他們攝入的食品質(zhì)量，要求提供更多安全和地域上的保證。這勢(shì)必要求食品鏈上所有步驟都能追溯源頭，或者在分子層面上尋找與食品鏈相關(guān)的客觀組成參數(shù)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)越來(lái)越多地要求利用分子表征技術(shù)來(lái)評(píng)估當(dāng)前市場(chǎng)上的食品，確定諸如食品的復(fù)雜系統(tǒng)中的分子組成需要使用合適的分析工具，來(lái)正確識(shí)別和定量所有目標(biāo)化合物[1]。

目前食品分析主要包括以下幾類：（1）營(yíng)養(yǎng)成分的分析，主要是糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素和微量元素等;（2）有害物質(zhì)的分析，主要是指生物性有害物質(zhì)和化學(xué)性有害物質(zhì)，主要是指農(nóng)獸藥殘留、重金屬（鉛、汞）和塑化劑等;（3）食品添加劑的分析，主要包括色素、保鮮劑、食用酸、防腐劑和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等。由于食品種類繁多，成分復(fù)雜，部分微量元素和污染物含量較低，分析檢測(cè)定量這些物質(zhì)較為困難，而越來(lái)越嚴(yán)格的殘留標(biāo)準(zhǔn)對(duì)食品分析檢測(cè)提出了新的要求，這就需要更為靈敏的分析檢測(cè)技術(shù)。

隨著儀器分析的迅速發(fā)展，其在食品分析中的比重不斷增大，成為現(xiàn)代食品檢測(cè)中的重要支柱。液相色譜和氣相色譜在化合物的分離方面表現(xiàn)卓越，而質(zhì)譜在對(duì)微量物質(zhì)的定量和定性分析上具有高選擇性和高靈敏度，因此，氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）和液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS）技術(shù)為食品檢測(cè)提供了新的解決思路。由于氣相色譜對(duì)分析化合物具有一定要求（分子量低、耐熱、易揮發(fā)），其應(yīng)用范圍受到了一定的限制，而面對(duì)越來(lái)越多的大分子化合物（蛋白質(zhì)、多肽）和不揮發(fā)化合物的食品分析任務(wù)，液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)被廣泛應(yīng)用在食品檢測(cè)方面。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

基本原理

測(cè)試樣品首先通過(guò)液相色譜（LC）進(jìn)行分離，然后通過(guò)與質(zhì)譜聯(lián)用的接口，將待測(cè)溶液進(jìn)行電離、在電離中產(chǎn)生的離子會(huì)形成一個(gè)母碎片離子，隨后會(huì)通過(guò)激發(fā)電壓將母碎片離子進(jìn)行二次電離，通過(guò)收集產(chǎn)生到的離子碎片，對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。目前常見(jiàn)的離子源有以下幾種：電噴霧離子源（ESI），快原子轟擊源（FAB），大氣壓化學(xué)電離源（APCI），大氣壓光電離源（APPI）等。

技術(shù)特點(diǎn)

作為一種新型的現(xiàn)代儀器分析手段，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，主要有以下特點(diǎn)：分析范圍廣，幾乎可以檢測(cè)所有的化合物，比較容易解決氣相色譜中分析熱不穩(wěn)定化合物的難題;分離性能強(qiáng)，既是被分析的混合物在色譜中沒(méi)有完全分離，也能通過(guò)特征離子質(zhì)量色譜圖來(lái)進(jìn)行定性和定量，給出每個(gè)組分的結(jié)構(gòu)信息和分子量;檢測(cè)限低、具有高靈敏度，可以在微克水平下檢測(cè)樣品;分析時(shí)間短，單個(gè)樣品測(cè)試時(shí)間一般小于15分鐘，顯著縮短分析時(shí)間。

LC-MS在食品檢測(cè)分析中的應(yīng)用

食品由種類繁多的分子組成，具有生物學(xué)特性和營(yíng)養(yǎng)值。有些分子是主要成分，例如淀粉或甘油三酸酯;一些為次要或微量成分，例如風(fēng)味劑或多酚化合物;還有一些分子是不希望在食品上存在的雜質(zhì)，例如農(nóng)藥或霉菌毒素。同一種化學(xué)物質(zhì)可能即是主要成分又是次要成分，主要取決于所討論的食物類型。例如，甘油三酸酯是油脂的主要成分，牛奶中的次要成分，但是在酒中幾乎不存在。其他化合物始終以次要或痕量成分形式存在（維生素和多酚），但是他們具有重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或者是能顯著影響口味。針對(duì)不同的化合物，研究者們通過(guò)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行了大量的研究分析工作。

脂質(zhì)

所有動(dòng)植物都含有脂質(zhì)，這是必不可少的維持生命活動(dòng)的組件。脂質(zhì)在幾乎所有種類的食物中均提供了大量的營(yíng)養(yǎng)和豐富的口感。脂質(zhì)以多種不同形式存在，一些脂質(zhì)在結(jié)構(gòu)上為簡(jiǎn)單分子（例如脂肪酸），但在其他分子上具有復(fù)雜的可變結(jié)構(gòu)。對(duì)于脂質(zhì)成分和含量，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是功能最強(qiáng)大的分析工具之一。目前已有大量報(bào)道，通過(guò)LC-MS聯(lián)用技術(shù)對(duì)三?；视?、脂肪酸、類胡蘿卜素和各種食物中獲得的磷脂進(jìn)行分析，研究各類蔬菜和肉制品中脂質(zhì)含量。

碳水化合物

碳水化合物具有多種生理作用，屬于最常見(jiàn)的營(yíng)養(yǎng)素。一類是植物中的主要結(jié)構(gòu)，例如纖維素，是飲食中纖維的重要來(lái)源。另外一類是主要的人體的能源來(lái)源，例如淀粉和葡萄糖。其他則與蛋白質(zhì)等大分子結(jié)合，具有重要的功能作用。LC-MS聯(lián)用技術(shù)可以分析分子量較大的寡糖和分子共軛物，無(wú)需費(fèi)時(shí)地分餾，純化和衍生化即可實(shí)現(xiàn)未知碳水化合物的鑒定和分析。

維生素

維生素是人體必需的微量營(yíng)養(yǎng)成分，具有多種結(jié)構(gòu)特征。許多維生素具有熱不穩(wěn)定和易氧化的特性，因此液相色譜，特別是偶聯(lián)質(zhì)譜的LC-MS是對(duì)維生素進(jìn)行分析的主要技術(shù)。對(duì)于維生素的檢測(cè)，LC-MS通常采用電噴霧，有時(shí)采用APCI電離源。目前已報(bào)道過(guò)許多通過(guò)LC-MS對(duì)維生素進(jìn)行分析和定量的文章。

類黃酮

類黃酮是植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，是具有促進(jìn)人體健康作用的多酚類化合物。它們的結(jié)構(gòu)多樣，目前有超過(guò)5000種天然黃酮類化合物。通常認(rèn)為類黃酮化合物具有抗氧化、抗炎癥和抗癌活性。但是類黃酮通常僅以微量存在于復(fù)雜的植物提取物中，通常很難分離。但是類黃酮在電噴霧中的良好靈敏度使得LC-MS成為類黃酮分析的首選方法。為了增強(qiáng)高分辨質(zhì)譜中的靈敏度和獲得更多結(jié)構(gòu)信息，研究人員通常會(huì)在類黃酮的LC-MS分析中采用串聯(lián)質(zhì)譜法。

霉菌毒素

食品是由天然化合物組成的復(fù)雜混合物。此外，食品中其他物質(zhì)通常來(lái)源于食品制備階段的工業(yè)流程、農(nóng)業(yè)化學(xué)處理或包裝材料。盡管此類化合物含量很少，但是它們通常對(duì)人類健康是較為危險(xiǎn)的。這一事實(shí)迫使立法機(jī)構(gòu)對(duì)于食品中有毒物質(zhì)的最大殘留限量進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。為了遵守這些法規(guī)，迫切需要高性能的分析技術(shù)來(lái)識(shí)別和表征目標(biāo)化合物。由于LC-MS的高選擇性和高靈敏度，使其成為對(duì)食品中有毒化合物的最常用分析技術(shù)之一。

霉菌毒素是真菌的有毒次生代謝產(chǎn)物，容易在食品儲(chǔ)存過(guò)程中進(jìn)行繁殖。大多數(shù)情況下，它們存在于谷物和油料種子中。此類毒素含量即使很小也很危險(xiǎn)，對(duì)于某些霉菌毒素的最大殘留量已低至0.1μg/kg。LC-MS技術(shù)非常適合高通量樣品，將其應(yīng)用在多霉菌毒素分析中，以直接檢測(cè)和表征復(fù)雜的生物和食品基質(zhì)中的代謝物。霉菌毒素分析可以使用多種質(zhì)譜方法，ESI（正離子和負(fù)離子模式），APCI和APPI電離離子源均可使用。當(dāng)需要定量時(shí)，可以使用同位素標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)品。

食品中的農(nóng)藥殘留

食品中的農(nóng)藥殘留對(duì)于消費(fèi)者和立法者而言都日益受到關(guān)注。農(nóng)藥的廣泛使用導(dǎo)致必須對(duì)蔬菜和各種食品進(jìn)行農(nóng)藥的痕量分析。當(dāng)前有數(shù)百種活性組分和數(shù)千種農(nóng)藥配方正在使用，就像真菌毒素一樣，對(duì)食品中農(nóng)藥分析需要篩選大量化合物，如果發(fā)現(xiàn)某種農(nóng)藥，則需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定量。因此分析食品中的農(nóng)藥必須要開(kāi)發(fā)高效的高通量方法。

當(dāng)前農(nóng)藥的痕量分析中很大一部分都是基于LC-MS。在大多數(shù)情況下會(huì)采用串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行分析，主要是因?yàn)榭梢院?jiǎn)化分析前的樣品處理，并允許在單一色譜中運(yùn)行進(jìn)行多殘留分析。如果需要定量，也可以采用同位素標(biāo)記的標(biāo)準(zhǔn)液，對(duì)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定和精確分析。

過(guò)敏原

食品過(guò)敏是食品科學(xué)中的一個(gè)新興問(wèn)題。患有某些類型食品過(guò)敏的患者人數(shù)在穩(wěn)定增加，成為臨床醫(yī)生和食品行業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。過(guò)敏原包括牛奶、雞蛋、小麥、大豆、花生、堅(jiān)果、魚和貝類。這些食品都是全球大多數(shù)人口的基本飲食，也是食品工業(yè)中許多產(chǎn)品的主材料。盡管免疫病理學(xué)和生物學(xué)上已取得了很多進(jìn)展，但是食物中許多過(guò)敏原尚未能解釋其作用機(jī)理。LC-MS聯(lián)用技術(shù)在蛋白質(zhì)分析中的高選擇性和靈敏度可以克服困難，正確識(shí)別過(guò)敏原。目前LC-MS技術(shù)已經(jīng)成功用于鑒定和定量食品中花生過(guò)敏原的含量，達(dá)到ppm（百萬(wàn)分之一）級(jí)別。通過(guò)分析各種食品基質(zhì)（牛奶、大豆、巧克力、玉米片和大米脆片）中是否存在堅(jiān)果（杏仁、山核桃、榛子、核桃）來(lái)證明所開(kāi)發(fā)的LC-MS方法的選擇性。

食品添加劑

食品添加劑是指為了改善食品品質(zhì)，以及為了防腐、保鮮和加工工藝需要而加入食品中的人工合成或天然物質(zhì)。食品添加劑作為食品基質(zhì)的重要組成成分，一方面不可或缺，另一方面超量使用又會(huì)對(duì)人體健康帶來(lái)危害，因此在食品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)食品添加劑有嚴(yán)格的限量規(guī)定。有研究采用LC-MS分析方法對(duì)白酒中添加的甜蜜素進(jìn)行了定性定量分析，方法不需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理，簡(jiǎn)化了操作步驟，同時(shí)靈敏度高，分析速度快，適宜權(quán)威部門對(duì)白酒中甜蜜素的仲裁檢驗(yàn)，也可以用來(lái)分析食品中的痕量甜蜜素。

總結(jié)

綜上所述，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)廣泛應(yīng)用在食品檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)中，對(duì)樣品的分析具有通用的殘留分析能力。作為一種高效、高靈敏度、高準(zhǔn)確度和操作簡(jiǎn)便的分析辦法，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能滿足測(cè)試要求日益增長(zhǎng)的食品檢測(cè)行業(yè)，可以預(yù)見(jiàn)液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)將在食品分析中受到更多關(guān)注和更廣泛的應(yīng)用。但目前大多數(shù)研究均是對(duì)某一種或幾種成分進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)于具有普適性的食品分析方法開(kāi)發(fā)報(bào)道較少，預(yù)計(jì)此方向今后會(huì)受到研究人員更多的關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

1、Di Stefano， Vita， et al. "Applications of liquid chromatography–mass spectrometry for food analysis." Journal of Chromatography A 1259 （2012）： 74-85.