采用离子色谱-质谱联用仪分析食品中的有机酸含量

杜利君，郭小喜，刘红艳

（1.山西出入境检验检疫局，山西太原030024； 2.太原市华测质量检测服务有限公司，山西太原030024）

采用离子色谱-质谱联用仪分析食品中的有机酸含量

杜利君1，郭小喜1，刘红艳2

（1.山西出入境检验检疫局，山西太原030024； 2.太原市华测质量检测服务有限公司，山西太原030024）

建立了离子色谱-串联质谱检测食品中酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的分析方法。选用AS11阴离子色谱柱进行分离，以在线产生的10 mmol/L氢氧化钾为淋洗液梯度淋洗，Thermo Scientific MSQ Plus质谱仪作检测器，采用电喷雾电离源负离子模式、选择离子监测模式(selected ion monitor，SIM)进行分析，外标法定量。结果表明，在0.5～10 mg/L范围内线性关系良好，酒石酸的相关系数(r)为0.997，定量限为0.5 mg/kg；苹果酸的相关系数(r)为0.999，定量限为0.5 mg/kg；柠檬酸的相关系数(r)为0.997，定量限为1.0 mg/kg；丁二酸的相关系数(r)为0.997，定量限为0.5 mg/kg；运用该方法测定3种食品中的有机酸，葡萄酒中4种有机酸的加标回收率为81.6%～109.7%，蜂蜜中为80.2%～109.4%，饼干中为80.4%～109.2%；该方法具有操作简单、专属性强、灵敏度高等优点，可满足食品中有机酸的检测要求。

分析检测； 有机酸； 酒石酸； 苹果酸； 柠檬酸； 丁二酸； 离子色谱-串联质谱

有机酸是一类含有羧基的酸性化合物，通常部分呈游离状态，部分呈酸式盐状态存在于食品中。不同产品中有机酸的种类和含量有明显差异。有机酸种类和含量的高低与食品品质优劣有重要关系，是影响水果、果汁、酒等食品口感和风味的重要物质，也是果实成熟度、耐储藏性、加工性的重要依据，可以表征产品的质量，判断果汁的真假及存储食品是否变质。不同食品有不同的特征酸，相同种类、不同产地，其特征酸不同，新鲜程度不同其特征酸的浓度也不同。

目前，用于有机酸的分析方法很多[1-2]，主要有比色法[3]、荧光法、酶法、色谱法[4-5]等。近年来，离子色谱法[6-7]和高效液相色谱法[8-9]成为发展较快且是主流的分析方法。但是，离子色谱法和液相色谱法一般都要进行繁琐的前处理，而且不能达到同时分离多种有机酸的效果。因此，这些方法往往只适用于某些特殊样品或不常见有机酸的分析。同时，离子色谱法作为有机酸的主要分析手段，在检测多种有机酸的混合物过程中，有时出现样品洗脱最优条件不一致的情况，通常需要通过多检测器联用的方法可解决分析物在单一优化的分离条件下联合洗脱的问题，该方法对仪器要求比较苛刻，容易出现特定有机酸检出限较低的问题；在检测苹果汁、苹果酒、葡萄酒及植物提取液中有机酸时普遍采用液相色谱法[10-11]。该方法色谱柱一般采用C18分析柱，梯度洗脱，检测器波长210 nm（灵敏度为0.02 AU），然而流动相的变化可能引起某些有机酸紫外吸收波长的变化，进而造成特定有机酸的无法检出；离子色谱-质谱法分析有机酸时，样品进入质谱前先经抑制器，可去除大量阳离子以降低对离子源的污染。至今，离子色谱-质谱联用法采用一种新型的分析方法已经应用到了很多物质的检测中[12]，但是目前为止，尚未有离子色谱-串联质谱法测定食品中4种有机酸的分析方法报道。

本实验建立了离子色谱-串联质谱法测定食品中酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的分析方法。该法具有操作简单、灵敏度高、专属性强等优势，可以很好地满足食品中有机酸的检测要求。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙腈（HPLC Grade 4L,北京迪马欧泰科技发展中心）、Claricep Flash C18填料（100 mg，天津博纳艾杰尔科技有限公司）

1.2 仪器与设备

质谱仪（配ESI源)（Thermo Scientific MSQ Plus），美国热电公司；高压离子色谱仪（配EGC淋洗液发生器（配ASRS300 2 mm阴离子抑制器）（Thermo ICS-5000），美国热电公司；超声波（KQ-500DB型），昆山舒美超声仪器有限公司；离心机（Centrifuge 5810 R），德国艾本德股份公司。

1.3 实验方法

1.3.1 色谱条件 离子色谱柱为2×250 mm的AS11阴离子色谱柱、抑制器外接循环水模式流速0.2 mL/min，抑制电流40 mA、EGC淋洗液发生器在线自动生成KOH淋洗液，淋洗液流速为0.2 mL/min梯度淋洗，柱温30℃，进样量50 μL。淋洗液浓度为10 mmol/LKOH，0～5 min；10～50 mmol/LKOH，5～15 min；50 mmol/L KOH，15～20 min；50～10 mmol/L KOH，20～20.1 min；10 mmol/LKOH，20.1～25 min。1.3.2 质谱条件 电喷雾离子源，负离子模式；喷雾温度400℃；喷雾电压-3000 V；选择离子监测模式(selected ion monitor，SIM)，参数见表1。

表1 酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的质谱参数

1.3.3 标准溶液的制备 准确称取适量(精确至0.001 g)酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸，分别配制质量浓度为1.0 mg/mL的有机酸标准储备液。取适量的标准储备液用超纯水配成10 mg/L的混合中间液。再配成浓度为0.005 mg/L、0.01 mg/L、0.05 mg/L、0.08 mg/L、0.1 mg/L的标准使用液。

1.3.4 样品前处理 液体样品：称取1 g样品然后用水定容至100 mL，涡流混合1 min，以4000 r/min离心5 min。待净化。固体样品：称取1 g样品加入5 mL乙腈，涡流混合1 min，然后用水定容至100 mL，超声提取30 min，以4000 r/min离心5 min。待净化。

采用了C18填料进行净化：取2 mL提取液加入0.2 g C18填料，涡流混合1 min，溶液过0.22 μm水相滤膜，上离子色谱质谱仪检测。

2 结果与分析

2.1 离子色谱质谱条件优化

2.1.1 选择离子优化

参照《食品中有机酸的测定》GB/T 5009.157—2003标准选择了酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸作为有机酸的研究对象。选择了ESI负离子模式进行检测，4种有机酸的结构信息见表2。

表2 酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的分子结构信息

根据结构式判断以及质谱上全扫描图谱，可以确定酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的选择离子分别为149、133、191、117。

2.1.2 离子色谱与质谱连接方式优化

与常规的反相分离的条件不同，离子色谱流动相为强碱(KOH)，经过抑制器抑制后产物为纯水，与甲醇、乙腈等有机溶剂相比，水对目标物离子化效率的促进作用较弱，离子色谱质谱的通常做法为在色谱柱与质谱进样口直接接三通，添加乙腈以便促进离子化。但是操作上需要增加一台计量泵，这样会使日常监测变得复杂，同时添加乙腈虽然能促进离子化，但同时也降低了浓度，导致目标化合物的灵敏度没有太大变化，最终确定为离子色谱直接连接质谱进行检测。

2.1.3 喷雾温度和锥孔电压优化

图1 不同锥孔电压对各目标物化合物峰面积的影响

图2 3种不同基质分别均添加酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的离子色谱图

离子源喷雾温度会影响喷雾效果，从而影响分析的灵敏度。所用MSQ质谱仪的离子源喷雾温度一般设置为349℃，为了保证目标化合物的离子化，本方法选择了喷雾温度400℃，喷雾电压-3000 V。锥孔电压对分析灵敏度影响比较大，故在20～70 V之间考察了电压对化合物峰面积的影响，见图1。从图1可以看出，随着锥孔电压的逐渐增大，酒石酸的响应值呈现先增大后减小的趋势，锥孔电压为30 V时，酒石酸响应值最大，灵敏度最佳；但是随着锥孔电压的逐渐增加，苹果酸、柠檬酸、丁二酸的响应值呈现相同趋势，即逐渐减小。根据仪器自身的设置要求及考虑到检测项目的灵敏度需求，在本方法中，苹果酸、柠檬酸、丁二酸的锥孔电压均设置为20 V。

2.2 线性范围、线性系数

将标准使用液按照1.3条件进行检测，以峰面积为纵坐标，浓度为横坐标进行线性回归。结果表明在0.510 mg/L范围内线性关系良好，酒石酸的相关系数(r)为0.997；苹果酸的相关系数(r)为0.999；柠檬酸的相关系数(r)为0.997；丁二酸的相关系数(r)为0.997。

2.3 实际样品的检出限、回收率

采用样品基质中添加标准物质后，按分别按信噪比SN≥3和SN≥10计算检出限和定量限，结果见表3。

表3 4种有机酸的检出限及定量限

选取葡萄酒、蜂蜜、饼干为基质，各添加10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L的4种有机酸标准混合液进行3水平、10平行的回收率测试实验，回收率结果见表4，各基质的空白离子质谱图见图3，添加10 mg/L 4种有机酸的3种不同基质的离子色谱图见图2。

表4 3种不同基质分别均添加酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的回收率情况

3 结论

以AS11阴离子色谱柱为分离柱，在线电解淋洗液发生器产生净KOH溶液为流动相，建立了离子色谱-串联质谱检测食品中酒石酸、苹果酸、柠檬酸、丁二酸的分析方法。该方法专属性强，灵敏度高，定量限低，回收率好，适用于蜂蜜、葡萄酒、饼干等食品基质复杂样品的检测。

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Analysis of Organic Acids Content in Food by Ion Chromatography-Electrospray Tandem Mass Spectrometry

DU Lijun1,GUO Xiaoxi1and LIU Hongyan2
（1.Shanxi Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Taiyuan,Shanxi 030024; 2.Huace Quality Inspection Service Co.Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

Ion chromatography-electrospray tandem mass spectrometry had been adopted for the determination of tartaric acid,malic acid,citric acid and succinic acid in food.AS11 anion chromatographic column was used for the separation,and eluent for gradient elution was 10 mmol/L KOH generated online with automatic eluent generator,detector was Thermo scientific MSQ plus mass spectrometer,electron electrospray ionization source negative ion mode was adopted,selective ion monitor mode(SIM)was selected for analysis,and external standard method was used for quantitative analysis.The results showed that,the linear relationship of four kinds of organic acids was good in the range of 0.5～10 mg/L,and the correlation coefficient and the quantitation limit for tartartic acid,malic acid,citric acid and succinic acid were 0.997 and 0.5 mg/kg,0.999 and 0.5 mg/kg,0.997 and 0.5 mg/kg,and 0.997 and 0.5 mg/kg respectively.This method was applied in the determination of organic acids in three kinds of food.The standard recoveries of four organic acids in grape wine,in honey and in biscuit were 81.6%to 109.7%,80.2%to 109.4%and 80.4%to 109.2%respectively.This method had the advantages including simple operation,high sensitivity and good selectivity etc.,which could meet the determination requirements of organic acids in food.

analysis and determination;organic acids;tartaric acid;malic acid;citric acid;succinic acid;ion chromatography-electrospray tandem mass spectrometry

TS261.7；O657.63

A

1001-9286（2017）09-0107-05

10.13746/j.njkj.2017075

2017-03-31

杜利君，学士学位，高级工程师，研究方向为食品成分检测，E-mail：wuji_du@163.com。

刘红艳，硕士学位，高级工程师，研究方向为食品成分检测，E-mail：liuhongyan0818@126.com。

优先数字出版时间：2017-07-19；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170719.1049.001.html。