高效液相-质谱联用技术在食品添加剂检测中的应用及研究进展

郑娟梅，王 警，莫紫梅，王海波，陈宁周

(广西-东盟食品检验检测中心，广西 南宁 530022)

民以食为天，食以安为先。食品安全不仅是人们身体健康的需要，也是提高食品在国内外市场竞争力的需要，同时也是实现社会环境和生态环境可持续发展的需要。近年来液相色谱-质谱联用技术发展迅速，成为食品工业发展最快的领域之一，现把HPLC-MS技术在常用食品添加剂检测中的应用综述如下。

1 食品添加剂的发展现状

随着工业食品总量的快速提升以及人工合成技术的进步，食品添加剂种类越来越多，产量不断增加。资料显示，目前全世界使用的食品添加剂品种超过25 000种，经常使用的有600～1 000种。由于每个国家对食品安全监管的要求以及检验技术存在一定的差距，因此对食品添加剂的种类、范围以及含量的控制也存在差异。譬如美国FDA公布允许使用的食品添加剂有2 922种，其中受管控的有1 755种。食品添加剂允许在日本使用的约有1 100种；允许在欧盟使用的有1 000～1 500种。我国正在使用的食品添加剂的种类有23个，一共两千多个品种。

食品添加剂是为了改善食品的品质和色、香、味，以及为满足防腐、保鲜和加工工艺的要求而添加到食品中的人工合成或者天然物质，如柠檬黄、亮蓝等色素，山梨酸、苯甲酸等防腐剂，二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚等抗氧化剂，糖精钠、甜蜜素等甜味剂[1]。食品添加剂是食品工业生产链中不可或缺的组成部分。在改善食品的色香味，调整食品的营养结构，延长食品保存期等方面起到举足轻重的作用。由于我国的食品结构有其特殊性，以及食品市场缺乏相应的规范，一些食品生产加工企业为了获取巨额的经济利益，超标准、超范围使用添加剂，对人们的健康造成严重的影响[2-3]。根据国际上新标准要求，我国的《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》(GB 2760—2014)规定了食品添加剂使用准则。食品添加剂的含量检测是保证食品安全的重要手段之一，现有的食品卫生标准中就有对食品添加剂使用的标准规定。

2 高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)技术及其在食品添加剂检测中的应用

2.1 高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)原理及特点

高效液相色谱-质谱联用技术是20世纪70年代发展起来的分析技术，它是利用质谱作为液相色谱的检测器，可以对被分析物进行定性定量分析。“接口”技术是HPLC-MS的关键组成部分，区别于气质联用技术，后者可以将气相直接接入到质谱，然而液相色谱的流动相通常是甲醇、乙腈和水之类的液体，倘若液体直接进入质谱，液体气化后会严重破坏质谱的真空，直接影响质谱的寿命和样品的分析。曾出现过很多的“接口”技术，但直到电喷雾(ESI)和大气压化学电离(APCI)的出现，液-质联用技术才得到迅猛发展，广泛应用于实验室内分析和应用领域。ESI脱除溶剂之后，利用库伦爆炸的原理使带电液滴形成离子，此方式容易形成多电荷离子，因此分析的分子量范围很大。APCI是一种软电离技术，原理是在大气压下利用电晕放电而使气相样品与流动相电离，一般只产生单电荷峰，适合测定分子量小于2 000 Da的弱极性的小分子。近些年来，三重四级杆质谱(MS/MS)广泛应用于食品安全检测，它通常采用多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM)模式，通过选择母离子，优化碰撞能量、裂解电压和加速电压等质谱条件，用子离子进行定量和定性分析。HPLC-MS/MS 具有以下特点：①三重四极杆质谱具有高超的定性能力，世界上许多国家在食品和药品的分析检测中指定HPLC-MS/MS的使用。②HPLC-MS/MS具有超强的灵敏度，并且线性范围可以覆盖3个数量级，在痕量分析中发挥重要作用。高效液相色谱-质谱法是将高效液相色谱和质谱各自的优势充分利用起来，既保留了液相色谱的高效分离能力，又能提供分析组分的结构信息，达到色谱与质谱的优势互补的目的，广泛应用于医药、食品、环境等领域。

2.2 HPLC-MS技术在合成色素测定中的应用

人工合成色素是指用人工化学合成方法所制得的有机色素，主要是以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成的[5]。目前，我国GB 2760—2014《食品添加剂使用标准》中规定，可应用于食品中的色素有67种，其中合成色素为11种，天然色素为56种。食品中若过度添加了合成色素，对人体有一定的危害，尤其是偶氮类人工合成色素，在人体内经过肝脏等器官可以转换成芳香胺化合物，芳香胺化合物在体内经过代谢活动后与靶细胞作用而可能引起癌肿[6]。由于合成色素具有价格低廉，着色均匀的优势，不法商贩常常将其超限量或者违规添加在食品中。目前国内测定食品中合成色素比较主流的是高效液相色谱法，采用高效液相色谱法进行食用色素分析检测时，样品的前处理工作较为繁琐，而且高效液相色谱法存在灵敏度低，抗干扰能力差等缺点，容易出现假阳性。液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)可有效解决以上问题[7]。黄方取等[8]建立葡萄酒中7种人工合成色素的定性以及定量分析方法,该方法回收率在82.5%～110.0%，相对标准偏差为0.6%～5.5%，该方法重现性好，分析快速、结果可靠。曾凯等[9]通过改进前处理方法，使用超高效液相色谱-三重四级杆质谱(UPLC-MS/MS)测定不同基质中6种非食用色素碱性橙Ⅱ、罗丹明B、苏丹红Ⅰ～Ⅳ。6种非食用色素的方法检出限为1.0～20.0 μg/kg；回收率为72.4%～114.7%，相对标准偏差(RSD)为3.7%～11.3%。分析快速、定性准确，适用于多种基质中合成色素的含量检测。王雪莲等[10]建立了一种同时测定9种人工色素的高效液相色谱-串联质谱检测方法。使用PLS固相萃取小柱进行净化，快速实现目标化合物的分离分析，各种色素在100μg/kg添加水平的回收率为98.1%～102.3%。

2.3 HPLC-MS技术在甜味剂测定中的应用

甜味剂是改善食品口味的一种食品添加剂，特征是低热量、高甜度，尤其适合糖尿病人食用。近年来，随着消费者对食品安全认知的提高，食品中各种甜味剂的使用情况越来越受到重视。甜味剂在规定的剂量范围内使用不会对人体造成伤害，如果超量使用，则可能产生毒副作用。目前已有多种技术用于合成甜味剂的检测和分析，包括高效液相色谱法、离子色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、光谱分析方法等[11-15]，但很难达到同时检测多种甜味剂的要求。近年来建立高效液相色谱-质谱联用法检测食品中的甜味剂成为一种趋势。陈鑫[16]使用高效液相-串联质谱法同时检测饮料和糕点中的安赛蜜、糖精钠和甜蜜素，结果显示，安赛蜜、糖精钠、甜蜜素的检出限分别为3.60、7.2、0.63 μg/kg；回收率为88.9%～102.3%，相对标准偏差为2.6%～5.3%，此方法的准确性和重现性好。牛之瑞等[17]建立液相色谱-质谱联用法用于测定白酒中8种人工合成甜味剂。在负离子模式下，选择离子模式进行检测。8种人工合成甜味剂的定量限为0.04 mg/L，加标回收率为75.3%～109.3%，相对标准偏差为0.16%～8.85%。该方法操作快速、简便，适用于白酒类基质中甜味剂的检测。柯润辉等[18]使用超高压液相色谱-串联质谱联用仪测定饮料中8种甜味剂。回收率为85%～107%，相对标准偏差小于12%(n=6)。

2.4 HPLC-MS技术在防腐剂测定中的应用

食品防腐剂(preservative)是指为了抑制微生物污染导致食品变质，延长食品保质期而使用的食品添加剂。目前我国已批准了32种食品防腐剂的使用，应用范围较广的包括苯甲酸/苯甲酸钠、山梨酸/山梨酸钾、丙酸钙等。食品防腐剂主要分为有机防腐剂、无机防腐剂以及生物防腐剂三大类[19]，研究显示，如果食品中含有过量的防腐剂，食用后会对机体造成不同程度的危害[20-21]。目前，国内外用于检测防腐剂的方法有很多，例如毛细管电泳法、液相色谱法、气相色谱法、气相色谱串联质谱法等[22-25]。色谱分析方法虽然对仪器要求相对简单，但对样品净化要求较高，且易出现假阳性。气质联用法虽然定性准确，但提取样品必须脱水处理。高效液相色谱-串联质谱分析效率高，定性准确，而且兼具定量功能，有效防止假阳性，被越来越多地应用于防腐剂的分析检测。液相色谱串联飞行质谱分离性能强大，分析时间短，而且节省溶剂的大量消耗，成为防腐剂检测的趋势[26]。汪隽等[27]使用液-质联用仪测定乳制品中对羟基苯甲酸酯的含量，方法线性范围为0.01～100 mg/L，相关系数为0.999 4，检出限为0.002 mg/L，回收率为97.4%～106%。邓乐乐等[28]采用甲醇涡旋振荡提取，超高效液相色谱串联质谱检测，建立了香精中8种防腐剂含量的检测方法。8种防腐剂的的线性范围在0.01～5.0 μg/ml，3个水平加标，平均回收率介于85.8%～103%，相对标准偏差为1.9%～4.5%，定量限介于0.1～2.5 μg/g。芦春梅等[29]建立了一种同时检测4种尼泊金酯类防腐剂的高效液相色谱-串联质谱的分析方法。采用多反应监测模式和外标法定量,在0.1～10 ng/ml内线性良好,回收率的平均值在81.9%～92.41%，相对标准偏差6.55%～9.78%。

2.5 HPLC-MS技术在抗氧化剂测定中的应用

抗氧化剂是指能防止或者延缓食品的氧化进程，提高食品的稳定性和延长贮存期的食品添加剂。一般来说，抗氧化剂可以分成天然抗氧化剂和合成抗氧化剂两大类[30]。抗氧化剂的正确使用可以延长食品的贮存期、货架期，给生产者、消费者带来良好的经济效益。但是，因为合成抗氧化剂不属于食品的成分之一，而在食品工业中违规添加、过量添加的现象日益突出，为此抗氧化剂的安全性受到质疑。一些动物实验表明，抗氧化剂具有一定的毒性和致癌作用，而相关研究也证明了一些合成抗氧化剂对人体产生一定的毒副作用[31-32]。目前，食品中抗氧化剂的检测方法包括高效液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳法、电化学法等[33-36]。随着液相色谱-质谱联用技术的不断发展，精准的定性和精确定量功能使其得到广泛的应用，能够对基质复杂的样品选择性分析、分辨率高，不仅适合化学稳定性较差的抗氧化剂检测，而且可对化合物进行结构剖析以及测定蛋白质序列。液相色谱-电喷雾质谱联用法测定酚类化合物具有准确度、灵敏度高，选择性好，操作简便等优点。Hao等[37]用液相色谱-离子陷质谱仪测定了食用油中的叔丁基对苯二酚，该法的相关系数为 0.999 0，回收率为 81.9%～110.5%，在一天内和日间的相对标准偏差分别为2.5%～5.7%和3.9%～13.8%，检出限为0.3 mg/kg。张朋杰等[38]使用超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)测定食用油中的抗氧化剂叔丁基对苯二酚(TBHQ)，方法的检出限为0.10 mg/kg，在0.05～2.5 μg/ml线性良好，回收率83%～115%。朱臻怡等[39]利用高效液相色谱-串联质谱同时测定食用油中16种抗氧化剂，16种抗氧化剂平均回收率为78.6%～101.2%，相对标准偏差为3.50%～13.19%。谢强胜等[40]采用UPLC-MS/MS测定了鱼油软胶囊中4种合成抗氧化剂，结果表明，4种合成抗氧化剂在0.5～20.0 μg/ml具有良好线性关系，在3个不同浓度加标水平下测得回收率为88.8%～94.2%，相对标准偏差为1.6%～4.2%，检出限为0.2 μg/kg，灵敏度高且定量准确。

3 结论与展望

随着现代食品工业的飞速发展，消费者安全意识的提高以及低毒产品市场的看好，对食品添加剂的检测技术提出了更高的要求。对于食品添加剂的检测而言，由于食品种类繁多，而且同一品种的组成成分也存在较大的差异。因此，这对检测造成了一定的困难，限制了食品添加剂的检测技术的发展。检测方法未来的发展趋势:灵敏、便捷、快速、精确。液相色谱-质谱检测法比传统检测技术具有更高的灵敏度及选择性，解决了传统检测器灵敏度不高和专一性不强的问题，液相色谱-串联质谱方法正趋向研究及应用的成熟阶段，适用范围越来越广。对于食品分析工作而言，液相-质谱联用是比较合适的检测手段，今后液相-质谱联用技术的应用也会更加广泛。