飲料中食品添加劑的分析檢測技術應用

楊熙文

（武漢產品質量監督檢驗所，湖北武漢 430000）

食品添加劑是一種添加到食品中以改善食品品質和色、香、味等屬性或具有防腐、保鮮等功效的天然或人工合成物質。近年來，我國的飲料市場發展非常迅速，平均年產量的增速已經超過20%，并且還在逐年遞增中[1]。作為飲料中不可缺少的組成部分，添加劑為推動飲料市場的發展作出了重要貢獻，而隨著飲料數量和種類的不斷增加，人們對食品添加劑的安全性也愈加重視[2]。

1 食品添加劑概述

飲料中常見的食品添加劑主要包括甜味劑、防腐劑、著色劑等。其中甜味劑包括甜蜜素、糖精鈉、安賽蜜、阿斯巴甜及紐甜等，主要用于改善飲料的口感，調節并增強風味。其味覺良好、穩定性高、水溶性好，且價格合理，但超量使用會對人體產生毒副作用，例如糖精鈉的過多食用會影響腸胃消化酶的正常分泌，使人食欲減退；甜蜜素的過量攝入會造成肝臟損傷，甚至會增加誘發癌癥、致畸的風險[3]。

防腐劑包括丙酸鈣、苯甲酸、山梨酸、脫氫乙酸、對羥基苯甲酸酯類以及納他霉素等，可用于抑制微生物增殖，防止食品腐敗變質，延長保質期。長期攝入時會對人體造成不良影響，如苯甲酸鈉進入人體后與胃酸反應生成的苯甲酸可能引起慢性苯中毒[4]。山梨酸相比苯甲酸抑菌效果更佳、毒性更低，但過量食用會導致人體的新陳代謝紊亂[5]。

著色劑包括檸檬黃、日落黃、胭脂紅、莧菜紅、赤蘚紅、新紅、誘惑紅、亮藍、羅丹明E、堿性橙2及堿性橙22等，能夠保持或改善飲料的外觀顏色和色澤。其化學性質穩定、價格低廉，著色力強。但人工合成色素的主要制作原料為煤焦油，含有苯環、硝基、氧雜蔥等結構，在人體的代謝過程中，這些合成色素通過肝臟等器官時可以被轉化為芳香胺化合物，與靶細胞作用后可能會增加膀胱癌等癌癥的患病風險，對成長期的兒童危害尤其嚴重[6]。

2 食品添加劑檢測

《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）中對各種食品添加劑的使用原則、允許使用品種、使用范圍及最大使用量或殘留量都作出了明確規定。為了解飲料中添加劑的使用量，需要應用各種現代分析檢測技術，進一步保障飲料的食品安全性。

2.1 前處理技術

完整的食品添加劑檢測過程包括樣品采集、樣品前處理、檢測、數據分析以及出具最終報告。樣品前處理技術多種多樣，但主要目的都是剔除食品中的干擾物質，提高被測物質的濃度，避免或降低儀器損耗。高效的樣品前處理方法是食品添加劑檢測中的關鍵環節。

2.1.1 衍生化技術

衍生化是一種將化合物轉化成與其化學結構類似的物質的化學反應過程，其目的在于提高目標物的揮發度、增加組分的穩定性、改善被測組分的色譜行為、增加被測物的檢測靈敏度和選擇性以及提高對光學異構體分離的能力，以實現更高的檢測分辨率。

衍生化常用的反應有環化、酰化、酯化、離子化及烷基化等。將一種具有某種特定功能的目標化合物進行衍生化后，其部分化學性質如沸點、熔點、溶解度和聚集態等會發生一定的改變，使其更適合于分離及量化，為色譜檢測或分離創造更佳條件。

2.1.2 液-液萃取技術

液-液萃取是指在液體混合物中加入與其不相混溶（或稍相混溶）的特定溶劑，利用各組分在兩種溶劑中溶解度或分配比的差異性進行分離，實現被測物質的提取、純化的方法。使用的萃取溶液一般為有機溶劑，由于有機溶劑基本都具有較強的揮發性，后續可以通過旋轉蒸發等方法來濃縮目標物，對其進行進一步純化。

2.1.3 固相萃取技術

固相萃取是指利用特定的固體吸附劑對目標化合物極大的吸附性來使其與干擾物分離，再通過洗脫液將其從固體吸附劑上洗脫并收集的方法，可以用來分離、凈化樣品或富集目標化合物。當樣品液體進入固相萃取小柱時，填充其中的固體吸附劑會將目標化合物吸附于其表面，其他物質則隨母液一起流出，而后用適當的溶劑沖洗掉雜質，再選擇合適的洗脫液將目標化合物洗脫，收集后進行色譜分析。依據不同物質的特性也可以選擇反向吸附，即吸附干擾物質，讓目標物隨母液流出。也可選擇能同時吸附目標物與部分干擾物的固體吸附劑，而后利用合適的洗脫液將目標物選擇性洗脫下來，從而達到凈化樣品并分離目標物的目的。

2.1.4 超臨界流體萃取技術

超臨界流體萃取技術是指以高于臨界溫度和臨界壓力以上的超臨界流體代替有機溶劑作為萃取劑進行萃取、分離的新技術。超臨界流體具有一定的特殊性，其物理性質處于氣體和液體之間，同時擁有氣體的高擴散性和液體的強溶解力，具有良好的溶劑特性，且對溫度和壓力的變化非常敏感，因此可以通過改變溫度、壓力條件來調整超臨界流體的密度，進而改變其對溶質的溶解能力，從而在液態或固態混合物中選擇性萃取目標物。

2.2 食品添加劑的檢測方法

2.2.1 氣相色譜法

氣相色譜法（Gas Chromatography，GC）是一種流動相為氣體的色譜分析方法，其原理是利用不同物質在流動相和固定相之間分配和吸附脫附方式的不同，在襯管中將待測樣品氣化后通過惰性氣體的載氣使各組分流入色譜柱內進行分離，再進入相應的檢測器進行檢測。起初色譜柱基本使用填充柱，隨著氣相色譜檢測技術的發展成熟，現如今多使用毛細管柱，可以達到更好的分離效果。

氣相色譜法在應用過程中存在一定的局限性，更適用于低沸點、易揮發的物質，對高沸點的添加劑如著色劑等則分離效果差。檢測時只能利用保留時間對組分進行定性，因此分析色譜圖時必須用標準物質的色譜峰對其進行校正，并制作保留時間與出峰面積相對應的標準物質曲線進行定量。如果雜質的保留時間與目標物恰好重疊，則難以確保該色譜峰的準確性，可能產生假陽性。此缺陷可通過聯用質譜、光譜來補足。氣相色譜法依舊有獨特優勢，如樣品用量少、靈敏度高、選擇性強、分離效率高、應用廣泛以及操作簡單等[7]。

2.2.2 液相色譜法

目前，添加劑檢測中應用最廣泛的是液相色譜法，傳統的液相色譜法在同時檢測多組分混合物時往往存在一些不足，如分離困難、分析耗時長、進樣量大、檢測效率低以及流動相洗脫程序復雜等。隨著液相色譜的不斷發展和進步，高效液相色譜法應運而生。

高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）的流動相為液體，一般為某種單一溶劑或以不同比例混合的組合溶劑，以及磷酸鹽、乙酸鹽等緩沖液，樣品由進樣器進入管路后，隨流動相被高壓輸液系統泵入色譜柱的固定相中，高壓條件下溶質會在固定相和流動相之間進行連續多次交換，利用過程中溶質在兩相間不同的分配系數、吸附力、親和力或排阻作用，以及分子大小、間隔的差異使目標物得到分離，最后進入相應的檢測器進行分析[8]。按色譜過程的分離機制可分為吸附色譜、分配色譜、空間排阻色譜、離子交換色譜及親和色譜等類別。

高效液相色譜法與氣相色譜法的不同之處在于其無需對溶質進行氣化，因此在添加劑的檢測中適用范圍更廣、實現難度更低，同時由于高效液相色譜中加入了高壓液流系統，使流動相能夠高速流動，可以實現快速分離組分的目的，使檢測更高效。

2.2.3 高效液相色譜-串聯質譜法

高效液相色譜-串聯質譜法（High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，HPLC-MS/MS）是一種集液相色譜和質譜之所長，既能高效分離又能對多組分物質進行準確定性、定量分析的方法。先使樣品經由高效液相色譜進行色譜分離，再進入質譜儀，在離子源中被離子轟擊，電離成分子離子和碎片離子，由質量分析裝置將不同質荷比的離子分開，通過電子倍增管檢測放大的信號，最終得到質譜圖以供相關人員分析。由于在母離子碰撞前，樣品中流出物產生的干擾離子己被分離排除，其檢測時的抗干擾能力更強，同時聯用質譜定量時本底值更低，靈敏度更高，目標物在質譜儀轟擊中產生的特征離子對使定性的精準度更高，適用于各種高沸點、難揮發、具有強極性和熱不穩定性的化合物檢測，對含量低、具有嚴重的背景干擾、定性困難的復雜基質樣品分析效果比其他方法更佳，還可實現對樣品中不同添加劑的同時測定，達到快速、精準進行批量檢測的目的[9]。

2.2.4 離子色譜法

離子色譜法（Ionchromatography，IC）是一種利用電導性使目標物在溶液中電離產生陰、陽離子并與分析柱發生離子交換，從而進行分離并分析的方法。其分離機理主要基于離子色譜柱上可解離的離子與流動相中的溶質離子對交換劑的親和力的差別。樣品溶液進入色譜柱后，其電離產生的離子與色譜柱上的離子進行交換后被保留在柱上，隨后被具有強電離度的淋洗液從柱上洗脫與其他物質分離流出，最終進入檢測器中被測定并進行色譜信號的分析處理。

離子色譜法多使用水溶液提取樣品，以堿液作為淋洗液，可檢測組分復雜的液體[10]。在抑制柱中淋洗液轉變為低電導組分，有效降低了背景電導，并將樣品離子轉變為相應的酸或堿，增加了其電導率，使分離效果更佳。離子色譜具有自身獨特的特點和優勢，如方法簡單、應用廣泛、檢測靈敏度高等，可用于分析各種有機物以及色譜性能差異較大的化合物。

2.2.5 分光光度法

分光光度法是利用物質在一定范圍內不同波長處對光產生不同的吸收度，從而對目標物質特定的吸收光譜進行定性和定量分析的方法[11]。分光光度計的基本構成均包括光源系統、分光系統、吸收系統和檢測系統。在光源系統中有輻射源為檢測儀器提供穩定且連續的光譜，而后分光系統將光源處發出的復合光分解為需要的高純度單色光，再進入吸收系統中被置于其中的樣液吸收，最后在檢測系統中將吸收的圖譜和數據進行顯示處理。分光光度法檢測食品添加劑不僅靈敏度高、操作簡便、快速，而且適用面廣、選擇性強，能高效多樣地滿足液體中各類添加劑的檢測需求。

3 結語

飲料產業已成為我國最受消費者歡迎的食品產業之一，添加劑是飲料制作過程中極為重要的一部分，如果嚴格按照國家標準進行使用，不僅能提升飲料產品的色澤和口感，還能推動整體行業的發展。過度使用食品添加劑則會對人體造成嚴重危害，如增加肥胖、高血壓、代謝綜合征等疾病的風險，因此保障飲料中食品添加劑的安全性的重要性不言而喻。相關技術人員應根據添加劑特性選擇合適的檢測方法，達到高效、準確的檢測效果，從而保障消費者的安全。