实时直接分析质谱技术在食品质量安全检测中的研究进展

赵婧，钱兵，何燕，韩丙军，*

（1.中国热带农业科学院分析测试中心农业农村部热作产品质量安全风险评估实验室（海口），海南省热带果蔬产品质量安全重点实验室，海南海口571101；2.海南大学植物保护学院，海南海口570228；3.海南大学林学院，海南海口570228）

随着人们生活水平的不断提高，人们对食品质量安全的要求也越来越高，对检测分析的手段也提出了更高要求。食品检验因基质复杂，有害物质具有多样性、多源性、微量性等特征，常规的分析检测工具不能满足其检测的高需求[1]。而质谱检测仪的样品用量少、灵敏度高，因此质谱技术成为食品领域最有效的分析工具[2]。实时直接分析（direct analysis in real time，DART）是一种崭新的非表面接触分析/离子化质谱分析离子源技术，它无需或只需简单的样品处理便能在大气压下对不同型态的样品进行无损耗定性和定量分析，满足了对样品高通量、现场、无损、快速、低碳、原位、直接分析的需求，该技术由Cody等[3]于2005年提出。

近年来，DART技术在食品、医学、环境学等领域都得到了广泛应用。因此，本文对其近十年来在食品质量（黄酮类、酚类及其他）与食品安全（食品霉菌毒素类物质、食品非法添加物质、食品有害物质及其他）检测中的应用进行了简单综述。

1 DART简介

1.1 DART原理

DART离子源主要以氦气或氮气为载气，气体进入腔体后，在3 kV～5 kV的放电针下形成辉光放电产生含有离子、电子、亚稳态分子或原子的等离子体。随后等离子体打在样品表面，和样品发生能量转移、质子转移、电子捕获等作用，从而产生样品离子后进入质谱，其原理如图1所示。

图1 DART原理图Fig.1 The mechanism of DART

1.2 DART电离机理

Cody等[4]认为，在DART离子源中，可能会发生一系列复杂的反应，在正离子模式下，最可能发生的反应包括彭宁离子化、质子转移和电荷转移，其中彭宁离子化是DART离子化的重要步骤，但此过程发生的前提是待测物的离子化能低于激发态的氦原子或氮气分子的内能（如表1）。

表1 DART阳离子模式可能的离子化机理Table 1 Ionization process of DART source in the positive ion mode

Song等[5]提出了另一种瞬时微环境机理，该机理指出在DART的离子化与被分析物样品分子接触前首先会形成一层溶剂薄膜，即瞬时微环境。他们认为瞬时微环境的产生可能源于样品溶液中易挥发基质的解吸附。DART离子化试剂首先使易挥发的基质分子电离，电离后的基质离子再通过气相分子/离子反应将样品分子离子化。对于DART负离子模式，其离子化机理与常压光电离子化的电离机理有一定的相似性。大多数化合物主要获得去质子负离子[M-H]-，推测其形成机理主要为被分析物分子与水分子簇阴离子或氧分子阴离子的质子转移或电荷交换反应[6]。

2 DART在食品质量检测中的应用

2.1 黄酮类

黄酮类物质是存在于绿色植物中，具有广泛生物活性的一种物质，对许多疾病的防治有重要作用。如大豆素等异黄酮类具有雌激素样作用，水飞蓟素具有保肝作用等。近年来，DART技术已被应用于黄酮类物质的检测中（如表2）。

表2 DART技术在黄酮类食品检测中的应用Table 2 Application of DART in flavonoid detection

Lojza等[7]将DART与高分辨质谱联用，对大豆中分离得到的异黄酮进行了定量分析，结果显示黄豆苷元、染料木素、黄豆黄素依次在0.5、1、0.05 g/kg水平下均有良好的回收率（95%～102%）以及重复性（7%～15%）。Nagy等[8]通过实时直接分析质谱（direct analysis in real-time mass spectrometry，DART-MS）与原位衍生化技术相结合的方法对药物丸剂中2种黄酮类化合物芦丁和水飞蓟宾进行了快速定性研究，此方法还可用于完整药物丸剂中的衍生生物活性化合物的检测。此外，Bill等[9]通过实时直接分析飞行时间质谱对标准浆果提取物中的黄酮类植物营养素进行了药代动力学分析，测定了其生物利用度和摄取动力学，提供了一种可用于植物营养成分的定量鉴别和测定的方法。

2.2 酚类

酚类化合物是一种存在于植物中的物质，某些具有抗氧化活性的生物活性化合物对人体的健康状况起到有益的作用。DART技术在酚类食品检测中的应用见表3。

表3 DART技术在酚类食品检测中的应用Table 3 Application of DART in phenols detection

2.3 其他

近年来，食品掺假事件不断发生，为了保证食品的质量以及引导消费者正确的消费观念，DART技术在对食品掺杂物质的检测筛查中发挥了重要作用（如表4）。

表4 DART技术在其他食品检测中的应用Table 4 Application of DART in others detection

Hrbek等[19]将DART与高分辨质谱结合起来区分了不同动物种类的奶液、传统牛奶和有机牛奶、添加到乳制品中的植物油等；Vaclavik等[20]将DART与飞行时间质谱以及化学计量工具联用快速鉴定了猪油和牛油的掺杂脂肪样品，结果显示脂肪混合物中猪油和牛油的掺杂水平分别为5%和10%（质量分数），该方法也成功用于检测含相似脂肪成分的由猪肉和牛肉做成的肉沫中；此外，DART技术还被应用于掺假八角[21]、真假肉桂[22]、啤酒原产地[23]、橄榄油品质[24]以及浆果[25]的鉴定中。

3 DART在食品安全检测中的应用

3.1 食品霉菌毒素类物质的检测

霉菌毒素是可以通过饲料或食品进入人或动物体内并产生危害的一类物质，因此，加强对食品中该类物质的检测是非常重要的。Busman等[26]采用将DART和高分辨质谱相结合的方法对玉米中的黄曲霉毒素AFB1进行了筛查。在优化样品制备过程和仪器参数设置，并利用13C标记的内标物后，结果显示在4 μg/kg～1 000 μg/kg范围内呈线性。随后，他们用此方法定量分析了牛奶中的黄曲霉毒素AFM1，显示其最低校准水平为0.1 μg/kg，在利用13C标记的内标物后其线性响应范围超过 0.1 μg/kg～2.5 μg/kg[27]。此外，Vaclavik[28]课题组和Busman[29]课题组分别用DART快速定量分析了谷物中的多种毒素，证明了此方法用于检测谷物中多种毒素的适用性；还有人将DART用于检测各类酒中的毒素[30-31]，结果都表明DART是一种简单快速的检测技术，可用来检测并控制各类食品中的毒素。DART技术在食品霉菌毒素类物质检测中的应用如表5所示。

表5 DART技术在食品霉菌毒素类物质检测中的应用Table 5 Application of DART in mycotoxins detection

3.2 食品非法添加物质的检测

现今，大多数食品安全问题都是因为食品非法添加物引起的。食品非法添加物是指违规添加到食品中的物质，会对人的身体产生一定危害。食品非法添加物不仅会给相关产业造成巨大经济损失，更重要的是会严重影响消费者的身体健康和生命安全，因此，对食品中添加物质的检测研究至关重要。DART技术在食品非法添加物质检测中的应用见表6。

表6 DART技术在食品非法添加物质检测中的应用Table 6 Application of DART in illegal additives detection

从表6可以看出，DART技术已被广泛应用于对食品非法添加物质的检测中。Vaclavik等[32]利用DART离子源结合飞行时间质谱的方法对奶粉和乳制品中的三聚氰胺和三聚氰酸进行了检测分析。研究表明，在优化仪器参数后，三聚氰胺和三聚氰酸的检出限分别为170 μg/kg和450 μg/kg，这为后续复杂样本的研究提供了一种简便快速的检测方法。张立亚等[33]同样利用将实时直接分析（DART）电离源和四级杆串联飞行时间质谱仪结合起来的方法对奶粉中的双氰胺进行了定性和定量分析。该方法快速高效地检测分析了奶粉中的双氰胺，减少了操作时间和质量控制的复杂性。朱晓月等[34]采用实时直接分析离子源串联三重四级杆质谱的方法对葡萄酒中9种甜味剂进行了筛查。9 种甜味剂检出限为 2.5 μg/mL～20 μg/mL。该方法检测效率比液质联用法提高了近25倍，为大批量葡萄酒中甜味剂类成分的快速检测提供了一种快速简便的方法。Liu等[35]用DART结合四极杆串联飞行时间质谱快速筛查了市售辣椒粉中的4种苏丹染料，检测出4种染料在甲醇中的检出限为80 mg/mL～100 mg/mL不等，该方法简便快速，适用于食品中苏丹染料的快速筛查。张百乐等[36]建立了一种快速筛查火锅底料、牛肉面汤、调味料中5种非法添加的罂粟壳生物碱的DART-MS/MS方法，该方法操作简单，检测快速，能同时筛查并监管食品中非法添加的罂粟壳生物碱。程显隆等[37]建立了一种可同时检测分析保健食品中非法添加的6种PDE5抑制剂的方法。

3.3 食品有害物质的检测

咖啡因是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时驱走睡意并恢复精力，因此有咖啡因成分的咖啡、茶、软饮料及能量饮料十分畅销，但是过度摄入咖啡因会危害身体健康，而检测各饮品中咖啡因的含量也显得尤为重要。Danhelova等[38]采用将DART离子源和高分辨飞行时间质谱结合的方法定量分析了多种咖啡样品中的咖啡因；Chang等[39]采用将毛细管电泳和DART-MS结合的方法成功应用于中国白茶内源性咖啡因的检测；同样，Wang等[40]将DART与单四级杆联用技术成功应用于市售饮品中咖啡因的检测。除此之外，DART技术也被应用于果蔬[41-45]、饮品[46-47]、谷物[48]和高脂肪食品[49]的农药残留检测中，提供了一种对食品表面的农药残留物进行快速筛查的方法，保证了食品安全。DART技术在食品有害物质检测中的应用如表7所示。

表7 DART技术在食品有害物质检测中的应用Table 7 Application of DART in toxic and harmful substances detection

3.4 其他

食品污染问题是近年来出现的食品安全问题，而DART技术被广泛应用于对食品污染物的检测中。DART技术在其他食品检测中的应用见表8。

表8 DART技术在其他食品检测中的应用Table 8 Application of DART in others detection

从表8可以看出，DART技术已被用于检测食品和营养品中的邻苯二甲酸酯[50]、植物油中的多环芳烃[51]以及饼干中的丙烯酰胺[52]等。此外，DART技术还被应用于鱼肉中组织胺[53]、含甘油产品中的有毒甘醇[54]、米糠中次氯酸钠氧化产物[55]、蜂蜜中5-羟甲基糠醛[56]、银杏保健品中银杏酸[57]、植物油中3-氯-1，2-丙二醇等物质[58]以及食品包装[59]的检测中，以保证食品安全。

4 展望

DART技术作为一种绿色、广谱、无损的新型原位电离技术，无疑会被更广泛地应用于各个领域的检测分析中。为了扩大适用性，DART离子源在以下几方面还有待提高：1）DART的离子化机理尚未明确，明确其机理可能会进一步提高其灵敏度等，所以应对DART的离子化机理做进一步研究。2）使设备小型化，降低功耗，并促进与小型化、可移动甚至手持MS系统的结合将扩大实验室外食品质量与安全的检测范围。3）目前DART主要应用于食品安全定性分析方面，定量方面的分析还很少，而进一步提高DART离子源的商品化及装置的自动化，将会增加其在食品质量定量方面的应用。4）DART数据库还不够全面，为不同的样本组建一个综合的DART数据库，检测分析将更准确、更快速。