高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品中的應(yīng)用

楊林 何海洋

作者簡介：楊林（1983—），男，山東棗莊人，本科，主管技師。研究方向：衛(wèi)生檢驗科、生活飲用水和食品檢測類。

摘 要：本文綜述了高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（High Performance Liquid Chromatography，HPLC-MS）在食品分析中的重要性以及其廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，詳細介紹了HPLC-MS技術(shù)的原理及其在分析中的優(yōu)勢，并通過具體實例深入探討了HPLC-MS在食品領(lǐng)域的多方面應(yīng)用，包括對食品營養(yǎng)成分的鑒別、農(nóng)獸藥殘留的檢測、對潛在威脅如過敏原和生物胺的分析，以期HPLC-MS在食品分析領(lǐng)域有更廣泛、深入的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用；高效性；食品檢測；定性；定量

Application of High Performance Liquid Chromatography Mass Spectrometry in Food

YANG Lin， HE Haiyang

（Linyi Center for Disease Control and Prevention， Linyi 276000， China）

Abstract： In this paper， the importance of high performance liquid chromatography-mass spectrometry in food analysis and its wide application fields were reviewed. The principle of HPLC-MS technology and its advantages in analysis were introduced in detail. The application of HPLC-MS in food field was discussed in depth through specific examples， including the identification of food nutrients， the detection of pesticide and veterinary drug residues， and the analysis of potential threats such as allergens and biogenic amines. It is expected that HPLC-MS will have a wider and deeper application in the field of food analysis.

Keywords： high performance liquid chromatography-mass spectrometry; high efficiency; food detection; qualitative; quantitative

隨著科技的不斷進步和人們生活水平的提高，食物在日常飲食中的作用已逐漸超越了基本的生存需求。人們認識到食物不僅是能量和營養(yǎng)素的來源，更在促進健康和預(yù)防疾病方面扮演著重要的角色[1]。食品分析的目標(biāo)也已從單純確保食品安全逐漸演變?yōu)闇p少不良飲食對健康和經(jīng)濟造成的不利影響。在這一背景下，高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)由于其高靈敏性、高選擇性、精確性，被廣泛應(yīng)用于食品檢測領(lǐng)域。

1 高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)概述

高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）被廣泛用于多種化合物的分離、定量、鑒定。將加壓液體與樣品混合物通過裝滿吸附劑的色譜柱，可以高效地分離樣品成分。色譜柱中的組分在與吸附劑（固定相）的交互作用中略有差異，并在不同時間點從吸附劑中被釋放，實現(xiàn)有效的分離。HPLC通常與電化學(xué)、熒光、質(zhì)譜或紫外可見檢測結(jié)合使用。高效液相色譜單獨使用時存在一些缺點，如使用大量有毒溶劑、定性測定能力較低，但與質(zhì)譜的聯(lián)用極大地擴展了其應(yīng)用范圍。

1.1 工作原理

樣品分析前，化合物首先通過高效液相色譜系統(tǒng)注入，不同化合物在固定相和流動相之間的差異性導(dǎo)致其發(fā)生分離。經(jīng)過HPLC柱分離的化合物進入質(zhì)譜前，必須經(jīng)過離子化處理，通常采用電噴霧或大氣壓化學(xué)電離源等常見離子化方法[2]。樣品離子化后進入質(zhì)譜系統(tǒng)，利用電場將離子加速至特定能量。質(zhì)譜儀器由質(zhì)子漂移室、離子透鏡、飛行時間管或離子阱等組件組成，用于分析和檢測化合物的質(zhì)荷比。根據(jù)質(zhì)荷比的差異，質(zhì)譜儀器生成質(zhì)譜圖譜，展示不同離子的相對豐度和質(zhì)量。獲得的質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機處理，生成詳細的質(zhì)譜圖譜，可用于確定化合物的分子式、結(jié)構(gòu)、相對豐度等信息，從而實現(xiàn)對樣品的定性、定量分析。液質(zhì)聯(lián)用示意圖見圖1。

1.2 高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)優(yōu)勢

高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，HPLC-MS）作為一種先進的分析手段，具有顯著的優(yōu)勢[3]。①高分辨率。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)具有很高的分辨率，能夠有效地分離和鑒定復(fù)雜混合物中的各種化合物。這對于分析具有相似結(jié)構(gòu)或質(zhì)譜特性的化合物尤為重要。②高靈敏度。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)靈敏度高，可以檢測和量化樣品中極低濃度的成分。③結(jié)構(gòu)信息。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)不僅可提供化合物的質(zhì)量信息，還能提供其結(jié)構(gòu)的詳細信息。通過分析質(zhì)譜圖譜，能夠推斷化合物的分子結(jié)構(gòu)，對于未知化合物的鑒定尤為重要。④廣泛適用性。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)廣泛適用于各種類型的化合物，包括有機化合物、生物大分子、藥物及其代謝產(chǎn)物等。⑤快速性和自動化。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)系統(tǒng)能夠在相對短的時間內(nèi)完成大量樣品的分析，提高了分析效率。自動化的樣品處理和數(shù)據(jù)采集進一步簡化了實驗流程，減少了人為誤差，提高了實驗的可靠性。

2 高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品中的應(yīng)用

2.1 用于檢測食品成分真實性

食品摻假通常是由于不良商家通過添加廉價的類似物以降低生產(chǎn)成本造成的。這種行為不僅導(dǎo)致食品質(zhì)量下降，還可能對人體健康產(chǎn)生潛在危害。因此，開發(fā)靈敏、準(zhǔn)確的食品摻假檢測方法勢在必行。盡管絕大多數(shù)摻假物在表觀形態(tài)和感官特性上與正品極為相似，但在分子水平上存在顯著差異，質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在食品摻假的有效監(jiān)測方面展現(xiàn)了巨大的潛力。

2.1.1 蛋白質(zhì)

液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)作為蛋白質(zhì)組學(xué)和肽組學(xué)的基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于食品分析領(lǐng)域。蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)重要的大分子化合物，在生命的各個方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，具有結(jié)構(gòu)支持、酶催化、抗體防御、激素調(diào)控、信號傳遞、運動和肌肉收縮以及儲存和供能等多種功能[4]。熱穩(wěn)定肽是組成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的短肽，可用作肉類物種鑒別的特異性標(biāo)記[5]。目前，高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是深加工肉制品中檢測、鑒定、監(jiān)測熱穩(wěn)定特異性肽的首選方法，用于區(qū)分意外污染和故意摻假。CHEN等[6]基于蛋白質(zhì)組學(xué)，以β-LG作為特征肽，檢測山羊奶中是否摻假綿羊奶。

2.1.2 脂質(zhì)

脂質(zhì)作為基本的食物營養(yǎng)素，具備多種重要的營養(yǎng)和代謝功能，對食品的感官和營養(yǎng)特性有顯著影響。脂質(zhì)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、多樣的類型、不同的理化性質(zhì)，對其進行準(zhǔn)確表征和定量存在一定挑戰(zhàn)，因此需要運用高特異性和高靈敏性的技術(shù)[7]。目前，HPLC-MS已成為表征食品中脂質(zhì)物質(zhì)的主要工具。HPLC通常與質(zhì)譜法（Mass Spectrometry，MS）在線耦合，以提高對單一化合物結(jié)構(gòu)的選擇性。張九凱等[8]基于脂質(zhì)組學(xué)，利用質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對沙棘油及其摻假油甘油酯組成進行了比較分析，有效區(qū)分沙棘油、葵花籽油、菜籽油以及大豆油，為食品中脂質(zhì)成分的準(zhǔn)確鑒別提供了可行途徑。

2.1.3 碳水化合物

碳水化合物是食物中最常見的營養(yǎng)素之一，具有多種營養(yǎng)和生理作用。例如，纖維素是極好的膳食纖維來源，果糖、葡萄糖、淀粉是人類和動物的主要能量來源。碳水化合物可以與多種大分子結(jié)合，如類黃酮或蛋白質(zhì)，具有多種促進健康和功能的作用。通過MS分析碳水化合物的結(jié)構(gòu)通常比較困難，但通過HPLC-MS可對其進行針對性的解析。張睿等[9]基于高效液相色譜-四極桿/靜電場軌道阱高分辨率質(zhì)譜技術(shù)對純天然蜂蜜和淀粉類糖漿中的多種麥芽糖進行定性定量分析，可有效解決目前蜂蜜中使用淀粉類糖漿造假的現(xiàn)象。此外，國外有學(xué)者利用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)，檢測了哺乳期前3 d初乳中的中性和酸性寡糖[10]。

2.1.4 維生素

維生素是人體生命活動中不可或缺的有機化合物，是非常重要的微量成分，具有多種結(jié)構(gòu)特征，具有提高免疫力、抗氧化、促進骨骼健康等多種功能。大多數(shù)維生素如維生素C、復(fù)合維生素B、維生素E和類胡蘿卜素等易氧化且熱不穩(wěn)定，因此，HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)通常被用于對其進行定性和定量分析。目前已有許多通過HPLC-MS對食品中維生素進行定性和定量分析的研究，如測定面包中葉酸的含量[11]、測定食品營養(yǎng)補充劑中維生素D的含量[12]。

2.1.5 其他營養(yǎng)成分

多酚類化合物是一類廣泛存在于植物中的酚羥基化合物[13]，其組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、易氧化，具有降血脂和增強免疫力等功能。肉桂酸、苯甲酸、兒茶素和黃酮醇在食物中的含量最為豐富。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)是類黃酮分析的主要技術(shù)手段，張維冰等[14]利用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)鑒定出菊花中22種黃酮類化合物，宋曉芳等[15]采用HPLC-MS/MS方法同時測定了3個桂花品種中綠原酸、咖啡酸、毛蕊花糖苷等7個多酚成分，為其他藥用植物中活性成分的提前分析提供了參考。

2.2 用于食品中殘留農(nóng)藥和獸藥檢測

農(nóng)藥和獸藥在提高糧食產(chǎn)量、改善動物養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖方面發(fā)揮著不可或缺的作用。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實踐中，農(nóng)藥被廣泛用于控制雜草、害蟲危害，調(diào)節(jié)植物生長，獸藥常被用于預(yù)防和治療動物疾病，促進其生長發(fā)育。農(nóng)藥和獸藥的應(yīng)用有效滿足了全球人口不斷增長帶來的糧食需求。然而，農(nóng)藥和獸藥的過度使用可能導(dǎo)致食品和環(huán)境中殘留物的積累，并通過食物鏈威脅人類健康。為解決這一問題，HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)成為對農(nóng)藥和獸藥殘留物進行定性和定量檢測的重要工具[16]。

2.2.1 農(nóng)藥殘留檢測

農(nóng)藥對于減少農(nóng)作物因病蟲害造成的產(chǎn)量損失發(fā)揮了積極作用，為確保糧食安全做出了重要貢獻。隨著人們對農(nóng)產(chǎn)品需求量的增加，農(nóng)民對農(nóng)藥的依賴度不斷提高，導(dǎo)致農(nóng)藥的施用量急劇增加，甚至出現(xiàn)了過量施用的現(xiàn)象。目前，我國已經(jīng)成為全球農(nóng)藥使用量最大的國家之一[17]。因此，應(yīng)加強對使用禁用藥物和超量使用農(nóng)藥現(xiàn)象的監(jiān)管，而液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)已成為農(nóng)藥殘留分析的主流技術(shù)。有學(xué)者利用HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)等多種檢測手段，對肉制品中的農(nóng)藥等化合物殘留量進行了測定，從而確定了阿曼蘇丹國肉制品中可能含有來源于飼料和水的有害殘留物[18]。TIAN等[19]通過HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)，優(yōu)化C18-SPE小柱，測定了牛奶樣品中29種農(nóng)藥殘留。

2.2.2 獸藥殘留檢測

獸藥在畜牧業(yè)中被廣泛應(yīng)用于治療各種動物疾病。然而，獸藥殘留可能會進入食物鏈，通過富集達到對人類健康有害的水平。例如，動物源性食品中的獸藥殘留可能導(dǎo)致耐藥致病菌菌株的傳播，引起人體過敏反應(yīng)。為保護消費者免受這些不良影響，糧食及農(nóng)業(yè)組織和歐盟等多個機構(gòu)設(shè)定了獸藥的最大殘留限量。因此，開發(fā)靈敏的分析方法至關(guān)重要。有學(xué)者利用HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)開發(fā)了一種新的多殘留測定方法，用于同時分析四環(huán)素類抗生素土霉素、四環(huán)素、金霉素和多西環(huán)素[20]。此外，一些被禁用的獸藥，如苯二氮卓類鎮(zhèn)靜劑，不僅會導(dǎo)致肉質(zhì)下降，還會對人體產(chǎn)生遺傳毒性影響，利用HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)對動物組織（如豬腎、肝、肌肉和牛肌肉）中多類獸藥殘留進行篩查和確認，可以有效監(jiān)管獸藥的使用[21]。

2.3 用于食品潛在威脅檢測

2.3.1 過敏原檢測

食物過敏是由食物中的抗原引發(fā)的一種免疫系統(tǒng)疾病[22]。目前已確認的主要過敏原有花生、小麥、雞蛋、牛奶、堅果、大豆、貝類和魚類。盡管食品中的過敏原在生物醫(yī)學(xué)和免疫病理學(xué)方面取得了一些進展，但仍有一些潛在的過敏原尚未被明確定性。迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)治療食物過敏的有效方法，因此，食物過敏管理主要依賴于過敏個體仔細排查飲食中可能含有的致敏物質(zhì)。由于分析方面存在挑戰(zhàn)，含有過敏原的食品可能缺乏明確的過敏預(yù)防標(biāo)簽，存在未申報過敏原的可能性。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)在檢測食品中的過敏原方面表現(xiàn)出卓越的準(zhǔn)確性、靈敏度、特異性和重現(xiàn)性，具有顯著的優(yōu)勢。液質(zhì)聯(lián)用已被廣泛應(yīng)用于食品中大麥、玉米、燕麥、大米、黑麥和小麥等過敏原的檢測[23]。寧亞維等[24]利用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)實現(xiàn)了對雞蛋過敏原卵白蛋白的快速檢測。

2.3.2 生物胺檢測

生物胺是一種具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱耐酸性的含氮有機化合物，其生成主要源于氨基酸脫羧過程[25]。生物胺廣泛存在于各類食品中，包括奶酪、酒類、發(fā)酵肉制品、蔬菜制品、豆制品、乳制品以及海鮮及其制品等。生物胺在人體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理功能，如溫度調(diào)節(jié)和腸道免疫。然而，體內(nèi)生物胺過量可能導(dǎo)致多種健康問題，如嘔吐、頭痛、低血壓、皮疹、發(fā)燒和心臟病。此外，生物胺可與硝酸鹽反應(yīng)生成亞硝胺，而亞硝胺是公認的致癌物質(zhì)。利用HPLC-MS/MS進行分析時，樣品無須進行衍生化處理，制備操作簡便，為各類食品中生物胺的監(jiān)測提供了高度可行性。

2.3.3 食品添加劑檢測

隨著社會的不斷發(fā)展，食品添加劑的研究和應(yīng)用成為一個熱門話題，對食品中添加劑進行監(jiān)測和分析控制備受關(guān)注。在食品生產(chǎn)過程中，添加劑的使用必須經(jīng)過嚴(yán)格的授權(quán)程序，并受到極為嚴(yán)格的監(jiān)管。然而，仍有一些不法商家為謀求最大化的利益，可能會超量使用食品添加劑，使用不得用于食品加工的化學(xué)添加劑，或在食品加工過程中使用劣質(zhì)原料，如飲料中的甜蜜素。超量使用食品添加劑可能對人體造成一定的損害。近年來，人們逐漸認識到食品中添加劑檢測的重要性。食品添加劑種類繁多、結(jié)構(gòu)多樣，具有不同的化學(xué)特性，因此HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)成為對各種添加劑進行定性和定量分析的首選方法[1]。

3 結(jié)語

HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)作為一種先進、高效的分析手段，已在食品分析領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)可對食品樣品進行深度分析，在食品造假、食品安全鑒定等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文綜述了HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)在食品分析中的顯著優(yōu)勢，討論了HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)的廣泛適用性，可用于分析生物大分子、農(nóng)獸藥殘留、食品添加劑等。隨著食品行業(yè)對于食品質(zhì)量和安全的要求不斷提升，HPLC-MS聯(lián)用技術(shù)將繼續(xù)在食品成分分析和有害物質(zhì)檢測方面發(fā)揮積極作用。

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