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高通量快速检测技术在食品安全中的应用进展
食品是人类维持生存和正常生活所不可缺少的,食品安全直接关系人类的身体健康.随着经济全球化和贸易自由化的深入发展,食品安全更是上升为饱受广泛关注的全球性问题.因此,食品安全一方面直接联系着广大群众的自身利益,另一方面也关系着我国的经济、政治、社会、国际贸易以及在国际市场中的竞争力等.食品安全是指在食品生产、加工、运输、消费等各过程中均应保证安全[1],符合国家制定的要求和标准,不允许存在有毒有害物质.然而,一些黑心商家为获得最大利益,采取了许多不道德的手段降低成本,造成近年来我国食品安全事件频发.在这种背景下,先进健全的食品安全检测技术在食品监管中正发挥着越来越重要的作用.
食品是一个复杂的混合物体系,其中的有害物质往往具有类型多样、来源广泛、数量痕微等特征,使得常规检测方法和普通仪器分析都难以得到满意的检测结果,这给食品安全检测带来了巨大挑战.质谱技术是生化领域多组分分析中常用的技术,其高灵敏度、高通量、快速等特点使其在目前众多食品分析方法中占据了重要地位[2].在食品安全检测中,应用最广、最具说服有力的分析方法是色谱- 质谱联用技术[3].随着近年仪器分析技术飞速发展,高分辨质谱技术得到了极大进步,在检测食品中的食品添加剂、兽药、农药残留、掺杂掺假及生物毒素等方面发挥着举足轻重的作用.本文主要就近年来高分辨质谱技术中的飞行时间质谱和静电场轨道质谱的原理和发展及其在食品安全检测中的应用进展进行综述.
1 高通量快速检测技术
高分辨质谱是目前食品检测中的一种高通量快速检测技术[4],根据质量分析器的差异,可分为飞行时间质谱（time-of-flight mass spectrometry）、静电场轨道质谱（orbitrap mass spectrometry）、磁质谱（magneticsector） 和傅立叶变换离子回旋共振质谱（Fouriertranorm ion cyclotron resonance mass spectrometry）.其分辨率不低于10 000,质量准确度小于5mg/L,可对未知物进行准确筛查[5].
对筛查出来的目标物,高分辨质谱能多级扫描,结合谱库检索,再与二级质谱图进行比对,可确证化合物[4].此外,高分辨质谱不需标准物即可对分析物测定条件逐一优化；可有效区分混合物,大大降低前处理的复杂度,与其他检测器相比,对色谱分离要求更低,可同时对数百种化合物进行分析[4],从而实现了高通量检测.
1.1 飞行时间质谱技术
质荷比不同的离子以相同动能在恒定电场中运动时,通过相同距离所需的时间是不同的.飞行时间质谱利用了这一原理,从而实现了对物质成分或结构的鉴定[6].在恒定电场中运动时,质量轻的离子飞行速率快,相反质量重的离子飞行速率慢.这样,由于飞行时间不同,它们将会先后到达检测器产生不同信号[6].飞行时间质谱的分辨率、灵敏度及离子化程度决定了其在分析领域可以应用的程度,伴随着分辨率、灵敏度及离子化程度不断革新,飞行时间质谱也变得日渐成熟,应用愈发广泛.
Stenphens 于1946 年首次提出飞行时间质谱的概念,Groudit 于1948 年提出并于1951 年首次制造完成虚拟的飞行时间质谱.但在初始阶段由于技术限制,TOF-MS 分辨率极低.后来,随着双栅极结构、延迟引进技术、脉冲场聚焦及离子镜等技术的出现和使用,TOF-MS 技术的分辨率得以提高[6].20 世纪70 年代中期,由于TOF-MS 激光离子化技术的革新,世界上第一台激光探针质谱分析器诞生了.软电离技术的引入又极大拓宽了TOF-MS 技术的应用范围.Fenn 提出的ESI 技术和Tanaka 及Hillenkanmp 提出的MALDI 技术是最近几年最成功的离子化技术研发成果[6].
1.2 静电场轨道质谱技术
轨道阱质量分析器在早期Kindon 阱基础上发展而来,离子可在阱内直接产生,或从阱外产生后垂直于丝点极方向被引入阱内,离子在阱内特定轨道上做围绕电极的旋转运动,端盖电极上产生的电压使离子在轴向保持稳定；1981 年,Knight 重新设计了Kingdon阱的形状,除了径向的对数项,增加了轴向的四极项[7].Knight 阱被用于监测脉冲激光消融的离子.也有其他人对Kingdon 阱进行了改装.俄国科学家Makarov 在这一技术上作出突破性贡献,发明了最成熟的质量分析器,即轨道阱.其中离子的运动频率与离子能量无关,所以轨道阱具有高分辨和高准确度的特点.目前,轨道阱质量分析器已成功商品化,也出现了多款基于轨道阱的质谱仪器[8].
2 高通量检测技术在食品检测中的应用
2.1 在食品残余农兽药检测中的应用
兽药残留的检测基质主要是动物源食品,如肉、内脏、奶、毛发等.水果和蔬菜是常见的农药残留检测基质.高通量检测技术的应用,大大提高了筛查效率和准确率.Abdallah 等用QuEChERS（quick、easy、cheap、effective、rugged、safe）法在动物组织中建立了在半小时内测定出22 种磺胺类药物及其代谢产物的线性离子阱- 静电场轨道阱（LTQ-Orbitrap）方法.Gómez-Pérez 等分析了肉源、鱼源、植物源的婴儿食品,改良创造了新型Orbitrap 法,达到了能测定多种农药、兽药残留的目的,在14 min 内即可完成对300 种化合物的测定,具有极大的优越性.Alder 等同样用QuEChERS 法对茶、面粉、黄瓜、柠檬、葡萄干等进行分析,发现了同时测定580 种农药及其代谢物的orbitrap 法,分析时间35 min.
2.2 在食品生物毒素检测中的应用
生物毒素包括植物毒素、真菌毒素和海洋生物毒素.食品中常混有多种毒素污染,因此同时检测多种毒素是近年的研究发展趋势.黎永乐等建立了食用油中黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2 的LTQ-Orbitrap 测定方法,该方法检出限低于国家标准,灵敏度高,且高分辨质谱的应用降低了检测过程中的干扰,结果准确度好.Sirhan 等建立了LC-ESI-Q-TOF-MS 方法,能对小麦、玉米、花生等易受黄曲霉污染的食品中的4 种黄曲霉毒素进行检测,其最低定量限为0.8μg/kg.郑翠梅建立了全面研究粮油原料中真菌毒素污染情况的方法；其运用了固相萃取技术结合LC-Q-TOF-MS 技术,实现了对小麦、玉米中黄曲霉毒素、伏马毒素等5 类13 种重要真菌毒素的快速筛查和确证检测.
2.3 在食品非法添加剂检测中的应用
食品添加剂作为国家允许添加于食品中用于改善食品某些方面品质以满足广大群众需求的化合物,其使用必须符合国家安全标准.然而,滥用食品添加剂仍是近几年来国内市场面临的一大难题,因此对食品中非法添加剂的快速筛查是必不可少的.陈驰基于LC-TOF-MS 技术,创建了食品中多种非法添加着色剂的筛查数据库.赵延胜建立的HPLC-Q/TOF-MS 方法实现了有效筛查奶酪中29 种非法添加合成色素的目的.张东雷等发明了检测肉类食品中10 种非食用碱性工业染料的UFLC-IT-TOF-MS 方法.近年有不法商家将工业用塑化剂邻苯二甲酸酯作为食品添加剂加入食品.邻苯二甲酸酯主要被这些不法分子用作起云剂,以期改善饮料的颜色、香味和口感,蒙骗消费者.通过LTQ-Orbitrap 组合式高分辨质谱,王晓兵等建立了食品材料中11 种邻苯二甲酸酯的检测确证方法.在结合DART 的情况下,Self 等运用ExactiveOrbitrap 质谱技术,完成了邻苯二甲酸酯类化合物的多项快速检测.
3 结语与展望
对复杂的食品体系中痕量有害物的高通量检测是一项极具挑战的课题.TOF-MS 技术具有高分辨率、高准确度和高灵敏度,在食品有害残留物的检测中具有突出优势,可以预见将会成为食品分析中的热点研究方向[8]；Orbitrap 技术对于复杂体系中目标物的检测具有良好效果,但还需要强大的软件工具和物质质谱图数据库的支撑.
食品安全论文范文结:
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2、食品安全征文
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