質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜在食品揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)分析中的應(yīng)用

高楊

摘 要：目前，通過(guò)檢測(cè)食品中揮發(fā)性有機(jī)化合物（簡(jiǎn)稱：VOCs）已成為食品檢測(cè)的重要方式之一。而作為檢測(cè)的主要手段的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜也慢慢進(jìn)入研究人群的視野之中。它具備高靈敏度的檢測(cè)靈活性，且檢測(cè)用時(shí)短，操作簡(jiǎn)單等多方面特點(diǎn)，對(duì)食品的監(jiān)督及檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。本文主要研究PTR-MS的作用原理、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及發(fā)展前景，并在食品檢測(cè)領(lǐng)域上應(yīng)用方面對(duì)其進(jìn)行研究及展望。

關(guān)鍵詞：質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜；揮發(fā)性有機(jī)物；食品檢測(cè)

1.質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜

質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜是一種基于質(zhì)子轉(zhuǎn)移的化學(xué)電離源（CI）技術(shù)。其作用原理就是當(dāng)待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)子親和勢(shì)能大于選擇的試劑的離子電勢(shì)能時(shí)，待測(cè)物質(zhì)會(huì)被試劑離子所同化，這種同化方式類(lèi)似化學(xué)物質(zhì)間相關(guān)作用。用反應(yīng)式可表示為：

H3O++R→H20+RH+

式中：H3O+是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜最常用的試劑離子，k為質(zhì)子化反應(yīng)的速率常數(shù)，常用R表示待測(cè)物。

質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜簡(jiǎn)稱PTR-MS，它可以提供高質(zhì)量分辨率的一維圖譜數(shù)據(jù)信息。基本結(jié)構(gòu)包含進(jìn)樣系統(tǒng)、離子反應(yīng)流動(dòng)管、質(zhì)量分析器及離子檢測(cè)器。采用PTR-MS對(duì)VOCs進(jìn)行檢測(cè)，一般是通過(guò)全譜掃描或是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式，下面對(duì)以上上個(gè)檢測(cè)方式進(jìn)行展開(kāi)研究。

2.PTR-MS在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1VOCs全譜掃描的分析及應(yīng)用

針對(duì)VOCs在食品中檢測(cè)困難的難點(diǎn)，PTR-MS以高靈敏度的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)被納入食品VOCs的重要檢測(cè)方式之一。在全譜掃描圖的幫助下，對(duì)食品中的VOCs成分進(jìn)行特性分析、歸類(lèi)，最終對(duì)食品的產(chǎn)出品質(zhì)作出相應(yīng)評(píng)估，確保食品的品質(zhì)問(wèn)題。

（1）.食品的感官分析。PTR-MS在食品感官分析領(lǐng)域具有杰出的表現(xiàn)。通過(guò)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建測(cè)試人員的感官與PTR-MS檢測(cè)數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，讓儀器設(shè)備通過(guò)這種聯(lián)系可以快速得到食品的感官信息，助力于食品的口感研發(fā)，并在一定程度上對(duì)食品的產(chǎn)出質(zhì)量提供保障。（2）.食品的歸屬及分類(lèi)。2015年一項(xiàng)針對(duì)于咖啡產(chǎn)出地的研究對(duì)PTR-MS在食品檢測(cè)中的應(yīng)用作出了先進(jìn)性的嘗試。

根據(jù)咖啡中揮發(fā)性濃度的不同，對(duì)來(lái)自6個(gè)地區(qū)的咖啡實(shí)施檢測(cè)，這是第一次將質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜應(yīng)用在咖啡VOCs檢測(cè)當(dāng)中，這種以不同離子試劑產(chǎn)生的全圖譜數(shù)據(jù)可以最大程度上減少分類(lèi)誤差，其中歸屬分類(lèi)效果超出預(yù)期。目前質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜在咖啡行業(yè)中應(yīng)用前景不可小覷。

除了可以區(qū)分產(chǎn)地及品種，通過(guò)質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜（PTR-MS）還可以對(duì)其保質(zhì)期的不同作出相應(yīng)歸類(lèi)。Biasioli的研究表明，利用這種PTR-MS檢測(cè)水果保存上方的空氣成分可以快速對(duì)水果的新鮮成分作出區(qū)分，這些都為PTR-MS在質(zhì)量監(jiān)控方面提供了相應(yīng)的科學(xué)基礎(chǔ)，在食品檢測(cè)方面具有很好的應(yīng)用前景。

（3）.食品儲(chǔ)存時(shí)VOCs檢測(cè)。通過(guò)食品在不同儲(chǔ)存時(shí)間自身所產(chǎn)生的VOCs的情況來(lái)看，可以利用PTR-MS對(duì)其進(jìn)行食品品質(zhì)特性的檢測(cè)。考慮到食品保存時(shí)間跨度較大，PTR-MS技術(shù)不能一一表述出食品的相關(guān)數(shù)據(jù)，故采用PTR-MS對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)需要對(duì)樣品進(jìn)行抽樣檢測(cè)，并加以預(yù)測(cè)分析，從而實(shí)現(xiàn)理論上的“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”。為此，食物學(xué)家Biasioli對(duì)食品儲(chǔ)存時(shí)VOCs檢測(cè)進(jìn)行了深入研究。研究表明，PTR-MS技術(shù)具備區(qū)分不同儲(chǔ)存的時(shí)間的能力。這樣一來(lái)，通過(guò)對(duì)VOCs的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以反映食品的品質(zhì)和安全問(wèn)題，對(duì)食品品質(zhì)檢測(cè)的未來(lái)趨勢(shì)具有較大的指導(dǎo)意義。

2.2VOCs實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析及應(yīng)用

PTR-MS檢測(cè)食品得具備一定的實(shí)效性，目前，人們主要通過(guò)品嘗食品的口感來(lái)判斷食品的質(zhì)量問(wèn)題。利用PTR-MS對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可對(duì)食品品質(zhì)作出相應(yīng)的歸納和分析。

（1）.食用過(guò)程中，對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。人們品嘗食物的過(guò)程中，由于物質(zhì)特性會(huì)散發(fā)出物質(zhì)的自身的風(fēng)味屬性。但檢測(cè)人類(lèi)食用時(shí)感知的VOCs是比較困難的。一般采用兩種方法進(jìn)行VOCs感應(yīng)探究，一是NS分析法，即檢測(cè)人們?cè)谶M(jìn)食過(guò)程中鼻腔受到刺激而產(chǎn)生的感知信息，二是利用口腔模擬器對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，相對(duì)于NS分析法而言，這是目前為止對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)較為簡(jiǎn)便的方法。

（2）.食品加工過(guò)程中，對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。由于PTR-MS技術(shù)不斷深入食品加工、檢測(cè)的行業(yè)中，其應(yīng)用價(jià)值一直潛在的增長(zhǎng)。在食品加工的過(guò)程中，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)及分析。

咖啡在不同烘焙的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同的香味，這就意味了VOCs的釋放程度會(huì)存在很大差異。針對(duì)這一特性，Yeretzian等利用PTR-MS技術(shù)對(duì)咖啡在烘焙過(guò)程中實(shí)施了監(jiān)測(cè)。這項(xiàng)研究表明，利用PTR-MS的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)咖啡豆在烘焙過(guò)程中所產(chǎn)生的VOCs可以實(shí)施監(jiān)測(cè)，因此可以從另一個(gè)層面來(lái)判斷咖啡的烘焙程度。在這份研究中，針對(duì)食品的揮發(fā)性物質(zhì)來(lái)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同樣令檢測(cè)結(jié)果具備實(shí)效性。

通過(guò)以上對(duì)食品瞬時(shí)品嘗及加工過(guò)程中展開(kāi)對(duì)VOCs進(jìn)行實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，可以表明PTR-MS在質(zhì)量監(jiān)控方面提供了相應(yīng)的科學(xué)基礎(chǔ)，而且使得其在食品檢測(cè)方面具有很好的應(yīng)用前景

3.PTR-MS在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)以上的敘述，國(guó)外針對(duì)于PTR-MS技術(shù)對(duì)VOCs檢測(cè)研究群體很多，這使得在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用利用PTR-MS的技術(shù)國(guó)外是位于世界前沿的。不論是食品方面，國(guó)外已將PTR-MS技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，利于氣象監(jiān)測(cè)、植被育種、氣候濕度劃分等等。

而在我國(guó)，與國(guó)外相比，PTR-MS應(yīng)用研究起步較晚。目前仍處于探索性階段，僅在大氣監(jiān)測(cè)作出相關(guān)研究，食品品質(zhì)把關(guān)方面還沒(méi)有展開(kāi)對(duì)VOCs的檢測(cè)研究。

4.總結(jié)與展望

由于食品風(fēng)味成分呈現(xiàn)復(fù)雜多樣性，這使得PTR-MS技術(shù)對(duì)食品中VOCs的檢測(cè)產(chǎn)生了一定程度上的難度。但PTR-MS技術(shù)在食品領(lǐng)域中充分發(fā)揮著靈敏度高、實(shí)效性強(qiáng)、辨識(shí)速度快等優(yōu)點(diǎn)，使得其在檢測(cè)食品中揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的研究意義及應(yīng)用前景。

在食品監(jiān)控的應(yīng)用中，PTR-MS以一維圖像的模式進(jìn)行信息傳遞，具備簡(jiǎn)捷且高效的應(yīng)用特點(diǎn)。從上文的敘述中，PTR-MS技術(shù)已在鑒別食品品質(zhì)特性、食品感官評(píng)估、產(chǎn)出歸屬地、食品倉(cāng)儲(chǔ)周期以及食品瞬時(shí)食用多等方面都凸顯了作為檢測(cè)方的有力優(yōu)勢(shì)。在今后PTR-MS的發(fā)展道路上，隨著人類(lèi)不斷的深入研究，預(yù)計(jì)PTR-MS技術(shù)會(huì)不斷的擴(kuò)大研究范圍，并展開(kāi)合理化的科學(xué)研究，幫助人們?cè)谑称分圃斓南嚓P(guān)過(guò)程中更出色的把控食物的感官以及主導(dǎo)食物安全性的多方面因素，為食品質(zhì)量的監(jiān)控提供根本的基礎(chǔ)性理論。

而配合PTR-MS技術(shù)在檢測(cè)端口處呈現(xiàn)檢測(cè)靈敏迅捷、且無(wú)損檢測(cè)源頭等多方面優(yōu)勢(shì)，PTR-MS還可以在更多檢測(cè)領(lǐng)域作出貢獻(xiàn)。它將會(huì)更廣泛的應(yīng)用于環(huán)境相關(guān)的檢測(cè)方面，醫(yī)藥試劑或醫(yī)學(xué)診斷方面的檢測(cè)以及植物育種生長(zhǎng)方面的監(jiān)控。這些研究領(lǐng)域可以領(lǐng)PTR-MS技術(shù)在未來(lái)的研究范圍更加廣泛，且更加具有挑戰(zhàn)性。

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