浅谈质谱在食品安全检测中的应用_精品文档Word格式.doc

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前言

食品安全问题已经是一个全球话题，近年来，国际上食品安全恶性事件不断发生，造成了巨大的经济损失。

目前，食品安全问题主要包括以下几个方面：

化学性危害、生物毒素、微生物性危害、食品掺假和基因工程食品的安全性问题。

根据世界卫生组织和疾病控制中心的报告[1]，欧洲的食品污染事件40%发生在个体家庭里。

而仅仅美国，每年就有7600万人发生食源性疾病和5000人死亡。

在我国，微生物污染、农药残留江河湖泊和近海等水源的污染以及非法添加激素和药物等是食品不安全的重要因素。

“菜篮子”的化学安全性问题以农药和兽药残留、环境污染物和真菌毒素等污染较为突出，蔬菜水果农药（如氯氰菊酯）残留超标、非法使用兽药（如瘦肉精）引起的急性中毒等事件严重影响了我国食品业的发展[2]。

随着人们生活水平的提高和食品行业的繁荣发展，食品营养和食品安全越来越受到人们的关注。

其中，质谱仪由于测量范围广、分析速度快、自动化程度高、仪器稳定性和可靠性好等特点，已成为食品行业中相当重要的仪器。

质谱仪又称质谱计（massspectrometer，MS），是根据带电粒子在电磁场中能够偏转，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器，其最重要的应用是分离同位素并测定其原子及相对丰度。

它可以用来检测小分子化合物、生物大分子以及元素组成等。

质谱技术不仅可以得到相对分子质量信息，还可以通过碎片分析得到被分析物质的结构信息，因此可以应用于定性和定量分析[3]。

质谱仪主要部件及结构图如下：

1食物营养素的质谱分析

1.1蛋白质、多肽和氨基酸

从营养和功能的观点看，蛋白质是最必需的食物成分。

随着高灵敏度和高分辨率商用质谱仪的发展以及数据库的产生，蛋白质分析概念也得到扩展，形成了蛋白质组学。

目前蛋白质组学研究包括分析蛋白质的结构、定位、修饰、相互作用和功能。

虽然建立在质谱基础上的蛋白质组学已经成为医学和生物学研究的基本工具，但是其在食品分析方面强有力的作用才刚刚开始显现。

质谱方法能够在不同的食品样本中鉴定过敏原蛋白，而酶联免疫吸附剂测定法在复杂的食品基质中常常不奏效，因此质谱分析可作为常规使用的免疫测定的互补手段来确证复杂基质中隐藏过敏原的存在[4]。

近年来蛋白质组学研究的一个新领域是营养相关的食物蛋白质组之间的分子相互作用和区别，以及蛋白质和食物其他成分之间的相互作用。

另外，蛋白质组学还能检测生物活性化合物（功能食物的成分）的存在和相对比例。

近年来，利用LC-MS代谢组学手段对特定生物体系进行氨基酸轮廓分析（profiling）已经十分普及。

比如对日本发酵食物味精在不同成熟阶段的代谢产物进行组学分析，发现是氨基酸、柠檬酸和糖胺化合物带来了不同成熟阶段的特征性风味。

瘦肉成分是决定肉品质好坏的一个重要指标。

3-甲基组氨酸（3-MeHis）是一个典型的肉蛋白成分，不同肉类中蛋白质结合的3-MeHis含量几乎是恒定的，而非肉类来源的富含蛋白质产品，如牛奶、鸡蛋和豆制品则不含3-MeHis。

因此，3-MeHis可以用来作为检测肉产品中真正瘦肉含量的标记物[29]。

另外，测定氨基酸对映体也是食品分析的一项重要内容，因为D异构体的存在表明可能存在掺假，微生物的污染或者发酵过程未在安全控制范围内。

因此，D和L异构体是食品质控、污染检测和食品加工监测等有用的分子标记物[5]。

1.2维生素

维生素是人体生长、发育、生殖及维持正常生理机能所必需的营养素。

根据其化学结构和水溶性的不同，维生素被分为水溶性维生素和脂溶性维生素两大类。

水溶性维生素主要包括B族维生素和维生素C，其中B族维生素包括8种，分别为维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、泛酸、叶酸和生物素。

脂溶性维生素主要包括维生素A、维生素D、维生素E和维生素K等。

这些维生素属于非挥发性的小分子有机化合物，其传统的测定方法主要是高效液相色谱法，但灵敏度、选择性和分析通量都有所欠缺。

通常情况下维生素体内代谢活性难以检测，因为体液中这些化合物的浓度通常都极低。

另外，在稳定同位素技术出现前，鉴别维生素来源是体外新的吸收还是内源性的是不可能实现的。

而目前质谱和稳定同位素技术的结合日益成为维生素检测中一种颇具吸引力的分析手段[6]。

还可用于微量元素、糖、脂类等的分析。

2在食品分析中的应用

主要是和色谱联用（即GC-MS与HPLC-MS）来进行分析检测的。

2.1在食品添加剂分析中的应用

食品添加剂是指用于改善食品色、香、味等品质、延长食品保存期、便于食品加工的一类天然或化学合成物质，主要有防腐剂、甜味剂、着色剂、抗氧化剂、香精香料等。

滥用食品添加剂可以引起人体慢性中毒或者急性、亚急性中毒，不同的添加剂对人体器官产生不同的损害。

近年来，随着食品安全问题的多发和人们对食品安全性的关注，人们愈发关注食品添加剂的用量问题，因此在食品添加剂的使用中明确限定了食品添加剂的种类、最大使用量、残留量和应用范围。

2.1.1苏丹红

苏丹红是一种人工合成的工业染料，包括苏丹红I号、苏丹红Ⅱ号、苏丹红Ⅲ号和苏丹红Ⅳ号，主要用于为溶剂、油、蜡、汽油增色以及鞋、地板等的增光。

苏丹红在降解过程中会产生具有毒性的苯胺和萘酚，对人体具有强烈的致癌作用，我国和欧盟都一直禁止在食品生产和加工中使用苏丹红。

苏小川等[7]应用GC-MS/SIM检测技术，测定了调味品辣椒粉和腌料中的苏丹红I号、Ⅱ号色素，苏丹红I号、Ⅱ号分别在0.58mg/L~18.9mg/L及0.31mg/L~19.8mg/L浓度范围内，具有良好的线性关系；

样品的回收率为85.5%~95.4%（直接萃取法）和80.7%~88.1%（氧化铝柱净化法），相对标准偏差（RSD）为3.64%~7.14%。

样品称重为5.0g时苏丹红I号和Ⅱ号检出限分别为0.0058mg/kg和0.0076mg/kg。

张胜帮等[8]以菲-氘10为内标，建立了GC-MS/SIM同时测定食品中苏丹红I~Ⅳ的方法。

在实验条件下，苏丹红I~Ⅳ的方法线性范围为0.1mg/L~40mg/L，回收率均在82.2%~89.3%之间，方法检出限为0.0002μg/kg~0.01μg/kg。

2.1.2三聚氰胺

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，被广泛用作塑料产品、胶类制品、防火材料及化肥等化工原料。

因其结构中含有多个氨基而被一些不法商贩添

加到植物蛋白中以提高食品中蛋白质的含量。

2008年我国发生的因在婴幼儿奶粉中非法添加三聚氰胺而导致食用此奶粉的一些婴幼儿患病甚至死亡的毒奶粉事件，引起了国内外对食品中三聚氰胺的高度关注。

董伟峰等[9]用无水甲醇超声提取，经混合型阳离子交换固相萃取柱净化，外标法定量，建立了GC-MS/MS测定奶粉、液态奶及鸡蛋试样中三聚氰胺新方法，该方法的最低检出限为0.05mg/kg。

朱磬乐等[10]以三聚氰胺-15N3为内标定量，建立了鸡肉中三聚氰胺GC-MS测定方法。

该方法准确、灵敏，适用于食品安全的确证分析。

在选择离子模式检测下，GC-MS可快速测定牛奶、奶粉及奶制品和生鲜乳中的三聚氰胺。

黄芳，黄晓兰等建立了食品中三聚氰胺的高效液相色谱-质谱测定方法[11]，用KromasilC18柱（4·

6mm×

250mm,5μm），流动相：

乙腈-0.1%甲酸（体积比5∶95），采用正离子模式的电喷雾质谱检测，线性范围为0.01~0.5mg·

L-1，检出限0.01mg·

L-1（S/N=3），回收率为80%~99%。

2.2在农药残留和兽药残留分析中的应用

2.2.1在农药残留中的应用

农药在农业生产过程中的使用越来越频繁，农药被大量使用后一部分农药会直接或间接残存于谷物、果品、蔬菜、畜产品、水产品、土壤和水体中，同时，由于加工生产线传递，原材料中残留的农药随生产线进入二级食品中，对人体健康造成了危害。

目前，食品中农药残留不仅已成为公认的食品安全和环境安全问题，也成为各国政府保障国民健康和国际贸易中实施技术壁垒的重要手段之一。

农药残留检测一直是国际食品质量安全领域的热点问题，各国均制定了数量越来越多、要求日益严格的农药残留标准。

食品中发现的残留农药主要包括有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类以及氨基甲酸酯类农药等。

近年来，GC-MS和HPLC-MS已成为农药残留检测的重要手段。

胡艳云等建立了柱头进样，采用GC-MS法直接测定了基体复杂的动物食品中热不稳定性氨基甲酸酯农药残留的方法。

薛萍等研究了选择离子GC-MS法测定乳及乳制品中2,6-二异丙基萘、七氟菊酯等17种拟除虫菊酯类农药残留的方法，同时优化了预处理方法和GC-MS分析条件。

该方法的检出限为0.002mg/kg~0.2mg/kg，能满足国内外乳制品菊酯类农药的残留限量水平的要求[12-13]。

李波、邓晓军等建立了用HPLC-MS测定植物、动物肉类、水产等产品中草甘膦（PMG）及其代谢物氨甲基磷酸（AMPA）残留量的方法采用SupelcoDiscoveryC18柱（150mm×

2.1mm,5μm），流动相A：

0.1%甲酸/乙腈；

B：

5mmoL·

L-1醋酸铵/0.1%甲酸。

采用多反应监测技术所确定的定性离子对其进行定性，同位素内标法定量。

方法的定量检测底限为0.05mg·

kg-1，线性范围为0.20~10μg·

L-1，各种基质下PMG和AMPA的平均加标回收率为80.0%~104%，相对标准偏差为6.7%~18.2%。

此方法的回收率和精密度符合残留检测要求[14]。

2.2.2在兽药残留分析中的应用

兽药残留是指用药后蓄积或存留于畜禽机体或产品（如鸡蛋、奶品、肉品等）中原型药物或其代谢产物，包括与兽药有关的杂质的残留。

兽药残留是导致动物源食品安全下降的主要原因，近年来，兽药残留或饲料添加剂超标直接威胁着人体的健康或生命。

容易引起兽药残留超标的兽药主要有抗生素类、磺胺类、呋喃类、抗寄生虫类和激素类药物。

氯霉素是一种广谱抗生素，常用于家畜疾病治疗和预防，但可引起人的粒细胞缺乏病，再生障碍贫血。

近年来美国和欧盟国家对动物食品中的氯霉素残留量都给出了严格的限制指标，残留量不得超过0.1μg/kg[15]。

谢孟峡等建立了对鸡肉、猪肉、猪肝、鸭肝等动物组织样品中氯霉素残留量的GC-MS-负化学电离源选择离子定量检测方法。

该方法对不同基体样品的加标回收率为80%~100%，检出限可达0.1μg/kg[16]。

陈小霞、岳振峰等建立了肌肉组织中氯霉素残留的电喷雾电离液质联用（LC/ESI-MS-MS）定性定量检测方法，方法的检出限为0.01μg·

kg-1，线性范围为0.05~1.00μg·

L-1，加标回收率为74.3%~84.0%，RSD为7.9%~12.3%，该方法灵敏、准确、简便、快速，能够满足残留检测的要求。

祝伟霞、杨翼州等应用HPLC-MS测定了动物性食品中硝基呋喃类代谢物残留获得了较好的分析结果[17-18]。

3在食品污染物分析中的应用

随着现代工业的发展，环境污染现状越来越严峻，环境中的化学毒害物对食品的污染问题也愈发严重。

食品在生产、加工、运输、储存过程中不可避免的会与环境接触，食品中微生物的繁殖和代谢也会带来对人体有害的物质。

近年来有关食品包装物和微生物对食品的污染问题频繁见诸报端，引起了人们的关注。

HPLC-MS和GC-MS在食品污染物分析中