離子色譜在食品安全控制中的應用進展

宋衛得，蘇征，惠希東，袁曉鷹，金偉，劉冰（日照出入境檢驗檢疫局，山東日照276826）

離子色譜在食品安全控制中的應用進展

宋衛得，蘇征，惠希東，袁曉鷹，金偉，劉冰
（日照出入境檢驗檢疫局，山東日照276826）

離子色譜具有操作方便、分析速度快、靈敏度高、多組分同時測定等技術特點，是一種檢測食品中陽離子、陰離子、有機酸、胺類和糖類的理想方法。本文綜述了近年來離子色譜技術在食品檢測分析中的最新應用進展，討論了離子色譜技術和檢測中存在的問題，為離子色譜技術在食品安全領域拓展和應用提供參考。

離子色譜；食品安全；檢測；應用進展

食品安全，是當前我們面臨的重大社會問題之一。“蘇丹紅”、“三聚氰胺”、“瘦肉精”等一系列食品安全事件頻發，使食品安全問題備受社會關注［1］。農獸殘留藥物、重金屬、抗生素、非法添加劑等一系列有毒有害物質在食品中濫用和超標的問題，嚴重威脅著人們的飲食安全和身體健康。

在食品檢測領域，色譜分離是定性分析、定量分析的基礎和前提，是確保食品檢測準確性的技術方法。離子色譜（Ion Chromatography，IC）是1975年由Small、Steven和Baumann利用電導檢測器檢測離子的電導率時提出并逐步發展起來的一種新型色譜分離技術，與傳統化學分析方法相比，它具有操作方便、分析速度快、靈敏度高、多類別多組分同時測定等技術優勢。

離子色譜在環境保護、生命科學、能源開發、食品安全等領域中應用廣泛。在食品安全檢測領域中，離子色譜以其獨有的技術優勢，解決了常規理化法存在的分析步驟繁瑣、靈敏度不高、選擇性不強等一系列技術難題。本文綜述分析了近年來離子色譜技術在食品檢測分析中的主要應用進展，以期為離子色譜分離技術在食品安全控制領域拓展和應用提供參考。

1　離子色譜分離技術在食品檢測中應用

1.1IC技術在分析陽離子中的應用

無機陽離子是液體類食品營養均衡和質量狀況的重要指標，多數陽離子是食品中的痕量元素。鈉和鉀是人體肌肉組織和神經組織中重要成分；適量的鋰離子能改善人體的造血功能并提高免疫機能；鎂和鈣是人體骨骼生長的重要成分。食品中無機陽離子應該保持一定的水平，超過限量會損害人體健康。常規檢測方法比色法、原子吸收光譜法需要對多種金屬陽離子逐個檢測，耗費大量人力物力。離子色譜法，可以同時檢測液體食品中的多種無機陽離子，而且操作方便、靈敏度高。張婷婷等［2］采用毛細管離子色譜法測定酒、飲料中的5種陽離子（鈉、鉀、鎂、鈣和銨），使用IonPac CS12A毛細管離子色譜柱，在18 mmol濃度的甲基磺酸溶液為流動相，流速0.01 mL/min試驗條件下，樣品加標回收率為95.2%～103.3%，該方法靈敏度高，環境友好。

1.2IC技術在分析陰離子中的應用

無機陰離子，是水果、蔬菜、果汁、酒類等食品中不可或缺的部分，某些陰離子含量過高會危害人體健康，甚至會在體內累積后轉化為致癌物。可見無機陰離子的準確測定，是食品檢測工作任務中的重要組成部分，也是離子色譜檢測分析的主要技術優勢所在。

1.2.1亞硝酸鹽和硝酸鹽的測定

硝酸鹽和亞硝酸鹽是環境中常見的無機酸鹽，亞硝酸鹽可作為肉制品加工的保色劑和防腐劑，可以保持產品外觀、防止肉毒桿菌等微生物的破壞。盡管硝酸鹽比較穩定，但是在微生物的作用下會被還原為亞硝酸鹽［3］，而亞硝酸鹽會在消化系統內與仲胺類物質作用形成亞硝胺類致癌、致畸、致突變物質［4］。檢測并控制食品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，直接關乎人們的身體健康。徐霞等［5］建立了膜滲析與離子色譜聯用技術分析蔬菜等復雜基體中亞硝酸鹽和硝酸鹽的方法。蔬菜樣品經沸水浴后，試樣液通過膜滲析除去水溶性大分子雜質和顆粒，直接進入離子色譜分析。方法中NO2-和 NO3-的檢出限分別為0.075 mg/kg和0.105 mg/kg；實際樣品的加標回收率分別為80.6%～98.7%和90.5%～114%；相對標準偏差（RSD）小于10%。此方法前處理簡單，重現性好，準確度高。Ji F D等［6］建立用紫外檢測離子色譜法測定醬腌菜中的亞硝酸鹽、硝酸鹽的方法。采用ODS柱涂入一層CTAB材料提高了分離效果，亞硝酸鹽與硝酸鹽方法的檢出限分別為5、10 μg/L，樣品加標回收率和重復性滿意。馮順卿等［7］利用離子色譜-電導檢測測定方法測定臘腸中NO2-和NO3-。樣品用超純水超聲波輔助提取，除去脂肪、蛋白質和大量的Cl-干擾后，用離子色譜進行檢測。方法的線性和重復性較好，其檢出限分別為0.5、1.0 mg/kg。鐘鶯鶯等［8］改進了國家標準方法GB 5009. 33-2010《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽和硝酸鹽的測定》中離子色譜法測定乳制品中亞硝酸鹽和硝酸鹽的方法。乳制品經水提取后，加入3%乙酸溶液沉淀蛋白，離心后上清液用反相固相萃取柱凈化，以NaOH為淋洗液，加入乙腈作為有機改進劑分離亞硝酸根和硝酸根，外加水模式抑制。在電導檢測模式下，亞硝酸鹽的檢出限為0.2 mg/kg，硝酸鹽的檢出限為0.04 mg/kg；在紫外檢測模式下，兩者檢出限分別為0.02mg/kg和0.01mg/kg，加標回收率為84.0%～104.1%。該法簡便、快速、準確，提高了乳制品中亞硝酸鹽和硝酸鹽檢測的靈敏度和準確度。

1.2.2溴酸鹽的測定

溴酸鹽，是一類具有氧化功能的無機酸鹽，也是水質臭氧消毒后的副產物。但溴酸鹽的過量攝入會嚴重損害人的血液、腎臟、中樞神經，易導致腎臟和膀胱組織發生癌變，世界衛生組織已確認溴酸鉀是一種氧化性致癌物［9-10］。因此，2005年7月1日，我國全面禁止溴酸鉀作為面粉添加劑使用，但仍有不法商家用來做面制品加工添加劑，來提高面團發酵速率，增大產品發酵體積。陳梅蘭等［11］采用離子色譜柱后衍生紫外檢測法測定了面制品中的溴酸根，檢測限達到了0.004 μg/mL；改進的前處理方法避免了樣品中的各種有機酸離子、氯離子、硫酸根、磷酸根和檸檬酸根的干擾，可消除測定結果的假陽性，使分析結果更加準確；采用高親水性、高柱容量的AS19陰離子交換分析柱，一個樣品的檢測時間僅為10 min，提高了檢測分析效率。商博東等［12］采用電導抑制-離子色譜法測定了面制品中的溴酸鹽含量。樣品經超聲、沉淀、離心和過濾，采用氫氧化鈉溶液梯度淋洗，抑制型電導檢測器檢測，在0.1 μg/mL～5.0 μg/mL濃度范圍內具有良好的線性，平均添加回收率也達到了94%。

1.2.3亞硫酸鹽的測定

亞硫酸鹽作為漂白劑、防腐劑、抗氧化劑廣泛應用于食品行業［13］。我國食品安全國家標準批準的可用作食品添加劑的亞硫酸鹽類試劑有：二氧化硫、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉和亞硫酸氫鉀等。亞硫酸鹽與食品中的糖、蛋白、色素、酶、維生素、醛和酮等作用后，以游離型和結合型的亞硫酸根形式殘留在食品中；食品加工工藝中還常使用硫磺作為漂白熏蒸劑，使食品中殘留了部分游離的二氧化硫。但由于人體如攝入過多亞硫酸鹽，會導致紅細胞、血紅蛋白減少，使腸胃、肝臟受到損害，引發呼吸困難、腹痛、嘔吐等癥狀［14-15］，因此世界各國對食品中殘留的亞硫酸根、二氧化硫均進行嚴格的控制。我國在《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》中規定了在各類食品中亞硫酸鹽的最大使用限量（以二氧化硫的殘留量計）［16］。

離子色譜法測定亞硫酸鹽的主要技術難點在于如何確保亞硫酸鹽的穩定、如何避免其他物質和無機離子的干擾。Matthias Koch等［17］用離子色譜法測定了酒中的亞硫酸鹽，并與傳統的滴定檢測法進行比較，結果顯示該方法的定量限為4.0 mg/L，滿足酒類生產時質量控制的基本需求。李小蕾等［18］采用的離子色譜法測定了蝦蟹肉中亞硫酸鹽的殘留量，使用氫氧化鈉和甲醛-水（37∶63）溶液提取離心，經冷凍法和在線滲析系統除去基質中蛋白質及脂肪，較好地解決了蝦蟹類肉中亞硫酸鹽檢測的基質干擾嚴重的問題，避免了使用汞等有害物質，操作簡便快捷，測定結果可靠。袁悅等［19］研究了未加入甲醛時亞硫酸鹽的衰減速度，分析了甲醛對亞硫酸鹽測定的穩定和保護作用，并討論了其他無機離子和亞硫酸鹽之間的相互影響情況，為亞硫酸鹽的準確測定提供了參考。

1.3IC技術在分析有機酸中的應用

有機酸，是具有酸性特征的一類有機化合物，廣泛存在于植物的果實、莖葉中，普遍存在于我們日常食用的水果、蔬菜、果汁、酒類、調味品等多種食品中，其含量大小會直接影響到食品的口感和風味。有機酸可以判定食品的營養狀況，表征產品的質量好壞。準確分析測定食品中的有機酸組成和含量，可為食品營養價值、是否變質的辨別提供有力的技術支持。有機酸的檢測常規方法有化學滴定法、比色法、氣相色譜法、薄層色譜法、離子色譜法等。與其他方法不同，離子色譜法具有檢測快速、靈敏度高，多組分同時檢測等優點，在有機酸分析領域得到了廣泛應用。Zhao Y X等［20］建立了在線富集離子色譜-質譜同時分離和檢測食品中有機酸的方法，采用自制的高性能分離柱和富集柱，以NaOH為淋洗液，在30 min內實現了對16種有機酸的分離和檢測。檢出限在0.01 mg/L～0.22 mg/L之間，相對標準偏差小于8.02%。董樂等［21］采用離子色譜與恒電位法聯用法對蘋果汁中有機酸進行檢測。采用硝酸為流動相，以IonPac AS11-HC陰離子交換柱分離后以恒電位儀為檢測器進行安培檢測，進樣量為25 μL時有機酸離子的檢出限可降至0.2 μg/L，痕量有機酸離子標準溶液平行9次進樣測定的相對標準偏差僅為2.3%，經過幾百組測試證實，該方法穩定性、線性、重現性及靈敏度均令人滿意。

有機酸是啤酒、葡萄酒、黃酒中的重要組成部分，酒中有機酸的種類及其含量決定著酒的品質和穩定性，同時影響著酒的口感、色澤及生物穩定性［22-23］。史亞利等［24］建立了同時分離和檢測啤酒樣品中16種無機陰離子和低分子量有機酸的離子色譜法方法，無機陰離子和有機酸檢出限在9.3 μg/mL～32 μg/mL之間；線性相關系數均在0.99以上；回收率在90.2%～107.2%之間。方法用于啤酒樣品的分析，樣品測定的RSD小于5.3%（n=7），方法的穩定性和準確性較高。潘丙珍等［25］研究建立離子色譜-電導抑制測定酒中11種有機酸和5種無機陰離子的方法，該方法檢出限低，在0.015 mg/L～0.152 mg/L之間；精密度和準確度較好，樣品加標回收率在81.0%～117.8%之間，RSD小于5.0%。測定酒類有機酸含量有助于對葡萄酒分辨真假和區別優劣；也有助于改進生產工藝，通過控制有機酸代謝來達到控制啤酒、黃酒釀造質量的目的。

1.4IC技術在分析胺類物質中的應用

胺是氨氣分子中一個或者多個氫原子被烴基取代的產物。胺類廣泛存在于生物界，具有極其重要的生理活性和生物活性，有些胺是維持生命活動的必需物質，而有些胺類對人體危害很大，甚至有致癌作用［26］。準確測定食品中有機胺和生物胺的含量，具有重要的現實意義。

1.4.1有機胺的測定

有機胺類物質是僅次于有機硫化物的惡臭污染物，其主要成分是甲胺、乙胺，丙胺、二乙胺、三甲胺、正丁胺等。二甲胺、三甲胺、二乙胺等是一種脂肪族胺類物質，是強致癌物亞硝胺的前體物質，因此是魚類與其水產品衛生質量狀況的重要標志之一［27-28］。陳帥等［29］建立了一種同時測定水產品中二甲胺、三甲胺以及氧化三甲胺的非抑制性離子色譜方法，采用IonPac CS17色譜柱分離，以5 mmol/L硝酸為流動相洗脫，20 min內二甲胺、三甲胺和氧化三甲胺得到完全分離；該方法快速、準確、靈敏度高，方法學驗證和實際樣品測定顯示具有良好的實用性。

1.4.2生物胺的測定

生物胺是一類低分子量的堿性含氮有機化合物，主要存在于水產品、肉類、豆制品、酒類等多種食品中。適量攝入生物胺能夠有效調節機體內的生理活動，但過度攝入會損傷神經系統和心血管系統，出現如頭痛、惡心、發熱、心悸等一系列癥狀，嚴重的還可能危及生命［30-32］。我國規定鮐魚中組胺限量為1 000 mg/kg，其他魚類中組胺限量為300 mg/kg，歐共體規定水產品中組胺限量為100 mg/kg。周勇等［33］建立了離子交換色譜-柱后加堿脈沖積分安培檢測法測定冷凍海產品中多巴胺、酪胺、5-羥色胺、腐胺、尸胺、組胺、胍基丁胺、苯乙胺、亞精胺、精胺等10種生物胺的方法。樣品經酸溶液提取離心后，采用IonPacCS18分析柱和IonPac CG保護柱分離，甲基磺酸（MSA）作為淋洗液，流速1.3 mL/min，柱溫40℃，柱后加入0.1 mol/L的NaOH堿溶液作為衍生試劑。該方法適用于海產品中不同種類生物胺的分離測定。

1.5IC技術在分析糖類中的應用

糖類是許多食品和飲料的重要組成部分，是人體攝取能量最經濟和最主要的源泉，主要分為單糖、雙糖、低聚糖、多糖四類［34］。糖類不但是人體攝取熱量的源泉，也是構成機體組織的重要物質。某些糖類如殼聚糖、海藻糖等可作為肉制品的天然防腐劑使用［35］。在食品標簽的監督、果汁質量和摻假的判定、酒精飲料發酵情況的監測等過程中，人們需要對糖類進行分析。楊盛鑫等［36］建立了在線滲析-離子色譜法測定菊粉中的葡萄糖、果糖和蔗糖含量的方法，采用METROSEP CARB1色譜柱，脈沖安培檢測器，150 mmol/L 的NaOH溶液作為流動相，分離檢測了菊粉中葡萄糖、果糖和蔗糖，其含量分別是0.76%、2.45%、6.72%。該方法靈敏度高、分離效果好。Cedric等［37］采用陰離子交換色譜質譜聯用對植物中的單糖、二糖、三糖和寡糖進行了分析討論。周帥等［37］使用高效陰離子色譜-脈沖安培檢測法測定了17種食用菌中的海藻糖、甘露醇和阿糖醇，最終在免衍生化處理的情況下，取得了很好的分離效果，建立了一種食用菌中寡糖和糖醇同時檢測的方法。

2　結語和展望

隨著離子色譜應用領域的不斷拓展，離子色譜在食品檢測領域中發揮著越來越重要的作用，許多離子色譜分離技術相繼涌現。（1）離子色譜與質譜聯用技術，主要用來分析復雜樣品中痕量成分，提高檢測方法的準確度、靈敏度和選擇性。（2）離子色譜與原子熒光聯用技術，主要應用于砷、汞、硒、鉻等物質的形態和價態分析。（3）二維或多維離子色譜分離技術，可大幅提高對痕量離子的檢測靈敏度。（4）毛細管離子色譜［39-40］，也是未來離子色譜技術極具發展潛力的方向。

目前，離子色譜成為了國內外基礎研究和應用研究的熱點之一。雖然離子色譜在食品檢測中存在易受干擾背景電導偏高、色譜柱柱容量低、抑制器易漏液等不足，但是隨著相關領域新技術的發展，必將推動離子色譜技術的改進、升級，很多問題和不足也將會得以解決。離子色譜技術，特別是一些新型高端離子色譜分離技術，將會在食品檢測的定性分析、定量分析以及結構分析中，發揮著不可替代的作用，在食品安全控制領域開拓出更廣闊的應用空間。

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Application Progress in the Control of Food Safety by Ion Chromatography

SONG Wei-de，SU Zheng，HUI Xi-dong，YUAN Xiao-ying，JIN Wei，LIU Bing
（Rizhao Entry-Exit Inspection&Quarantine Burea，Rizhao 276826，Shandong，China）

Ion chromatography has the characteristics of simplicity，quickness，high sensitivity and selectivity，and has the characteristics of simultaneous determination of ionic compounds.Ion chromatography is a ideal method for the determination of cations，anions，organic acids，amines and carbohydrates in food.In this paper，recent application progress in determination of food by Ion chromatography technologies were reviewed and commented，and the new technologies and the abstacle to determination of food by ion chromatography were also discussed，in ordor to provide references for its further development and applications in the field of food safety．

ionchromatography；foodsafety；determination；applicationprogress

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.050

山東出入境檢驗檢疫局科技項目（SK201619）

宋衛得（1981—），男（漢），工程師，碩士，研究方向：食品安全質量控制及檢測技術研究。

2016-02-27