液相色譜-質譜聯用技術在食品檢測中的應用
液相色譜-質譜聯用技術在食品檢測中的應用
近年來，由于全球化和新技術的發展，農業食品領域需要對從原材料到最終產品的全食品鏈進行更深入的分析。此外，消費者擔心他們攝入的食品質量，要求提供更多安全和地域上的保證。這勢必要求食品鏈上所有步驟都能追溯源頭，或者在分子層面上尋找與食品鏈相關的客觀組成參數。監管機構越來越多地要求利用分子表征技術來評估當前市場上的食品，確定諸如食品的復雜系統中的分子組成需要使用合適的分析工具，來正確識別和定量所有目標化合物[1]。
目前食品分析主要包括以下幾類：（1）營養成分的分析，主要是糖類、蛋白質、氨基酸、維生素和微量元素等；（2）有害物質的分析，主要是指生物性有害物質和化學性有害物質，主要是指農獸藥殘留、重金屬（鉛、汞）和塑化劑等；（3）食品添加劑的分析，主要包括色素、保鮮劑、食用酸、防腐劑和營養強化劑等。由于食品種類繁多，成分復雜，部分微量元素和污染物含量較低，分析檢測定量這些物質較為困難，而越來越嚴格的殘留標準對食品分析檢測提出了新的要求，這就需要更為靈敏的分析檢測技術。
隨著儀器分析的迅速發展，其在食品分析中的比重不斷增大，成為現代食品檢測中的重要支柱。液相色譜和氣相色譜在化合物的分離方面表現卓越，而質譜在對微量物質的定量和定性分析上具有高選擇性和高靈敏度，因此，氣質聯用（GC-MS）和液質聯用（LC-MS）技術為食品檢測提供了新的解決思路。由于氣相色譜對分析化合物具有一定要求（分子量低、耐熱、易揮發），其應用范圍受到了一定的限制，而面對越來越多的大分子化合物（蛋白質、多肽）和不揮發化合物的食品分析任務，液質聯用技術被廣泛應用在食品檢測方面。
液相色譜-質譜聯用技術
基本原理
測試樣品首先通過液相色譜（LC）進行分離，然后通過與質譜聯用的接口，將待測溶液進行電離、在電離中產生的離子會形成一個母碎片離子，隨后會通過激發電壓將母碎片離子進行二次電離，通過收集產生到的離子碎片，對待測物質進行定性和定量分析。目前常見的離子源有以下幾種：電噴霧離子源（ESI），快原子轟擊源（FAB），大氣壓化學電離源（APCI），大氣壓光電離源（APPI）等。
技術特點
作為一種新型的現代儀器分析手段，液相色譜-質譜聯用技術，主要有以下特點：分析范圍廣，幾乎可以檢測所有的化合物，比較容易解決氣相色譜中分析熱不穩定化合物的難題；分離性能強，既是被分析的混合物在色譜中沒有完全分離，也能通過特征離子質量色譜圖來進行定性和定量，給出每個組分的結構信息和分子量；檢測限低、具有高靈敏度，可以在微克水平下檢測樣品；分析時間短，單個樣品測試時間一般小于15分鐘，顯著縮短分析時間。
LC-MS在食品檢測分析中的應用
食品由種類繁多的分子組成，具有生物學特性和營養值。有些分子是主要成分，例如淀粉或甘油三酸酯；一些為次要或微量成分，例如風味劑或多酚化合物；還有一些分子是不希望在食品上存在的雜質，例如農藥或霉菌毒素。同一種化學物質可能即是主要成分又是次要成分，主要取決于所討論的食物類型。例如，甘油三酸酯是油脂的主要成分，牛奶中的次要成分，但是在酒中幾乎不存在。其他化合物始終以次要或痕量成分形式存在（維生素和多酚），但是他們具有重要的營養價值或者是能顯著影響口味。針對不同的化合物，研究者們通過液相色譜-質譜聯用技術進行了大量的研究分析工作。
脂質
所有動植物都含有脂質，這是必不可少的維持生命活動的組件。脂質在幾乎所有種類的食物中均提供了大量的營養和豐富的口感。脂質以多種不同形式存在，一些脂質在結構上為簡單分子（例如脂肪酸），但在其他分子上具有復雜的可變結構。對于脂質成分和含量，液相色譜-質譜聯用技術是功能最強大的分析工具之一。目前已有大量報道，通過LC-MS聯用技術對三?；视?、脂肪酸、類胡蘿卜素和各種食物中獲得的磷脂進行分析，研究各類蔬菜和肉制品中脂質含量。
碳水化合物
碳水化合物具有多種生理作用，屬于最常見的營養素。一類是植物中的主要結構，例如纖維素，是飲食中纖維的重要來源。另外一類是主要的人體的能源來源，例如淀粉和葡萄糖。其他則與蛋白質等大分子結合，具有重要的功能作用。LC-MS聯用技術可以分析分子量較大的寡糖和分子共軛物，無需費時地分餾，純化和衍生化即可實現未知碳水化合物的鑒定和分析。
維生素
維生素是人體必需的微量營養成分，具有多種結構特征。許多維生素具有熱不穩定和易氧化的特性，因此液相色譜，特別是偶聯質譜的LC-MS是對維生素進行分析的主要技術。對于維生素的檢測，LC-MS通常采用電噴霧，有時采用APCI電離源。目前已報道過許多通過LC-MS對維生素進行分析和定量的文章。
類黃酮
類黃酮是植物的次級代謝產物，是具有促進人體健康作用的多酚類化合物。它們的結構多樣，目前有超過5000種天然黃酮類化合物。通常認為類黃酮化合物具有抗氧化、抗炎癥和抗癌活性。但是類黃酮通常僅以微量存在于復雜的植物提取物中，通常很難分離。但是類黃酮在電噴霧中的良好靈敏度使得LC-MS成為類黃酮分析的首選方法。為了增強高分辨質譜中的靈敏度和獲得更多結構信息，研究人員通常會在類黃酮的LC-MS分析中采用串聯質譜法。
霉菌毒素
食品是由天然化合物組成的復雜混合物。此外，食品中其他物質通常來源于食品制備階段的工業流程、農業化學處理或包裝材料。盡管此類化合物含量很少，但是它們通常對人類健康是較為危險的。這一事實迫使立法機構對于食品中有毒物質的最大殘留限量進行了嚴格的規定。為了遵守這些法規，迫切需要高性能的分析技術來識別和表征目標化合物。由于LC-MS的高選擇性和高靈敏度，使其成為對食品中有毒化合物的最常用分析技術之一。
霉菌毒素是真菌的有毒次生代謝產物，容易在食品儲存過程中進行繁殖。大多數情況下，它們存在于谷物和油料種子中。此類毒素含量即使很小也很危險，對于某些霉菌毒素的最大殘留量已低至0.1μg/kg。LC-MS技術非常適合高通量樣品，將其應用在多霉菌毒素分析中，以直接檢測和表征復雜的生物和食品基質中的代謝物。霉菌毒素分析可以使用多種質譜方法，ESI（正離子和負離子模式），APCI和APPI電離離子源均可使用。當需要定量時，可以使用同位素標記的標準品。
食品中的農藥殘留
食品中的農藥殘留對于消費者和立法者而言都日益受到關注。農藥的廣泛使用導致必須對蔬菜和各種食品進行農藥的痕量分析。當前有數百種活性組分和數千種農藥配方正在使用，就像真菌毒素一樣，對食品中農藥分析需要篩選大量化合物，如果發現某種農藥，則需要對其進行準確定量。因此分析食品中的農藥必須要開發高效的高通量方法。
當前農藥的痕量分析中很大一部分都是基于LC-MS。在大多數情況下會采用串聯質譜進行分析，主要是因為可以簡化分析前的樣品處理，并允許在單一色譜中運行進行多殘留分析。如果需要定量，也可以采用同位素標記的標準液，對樣品進行準確測定和精確分析。
過敏原
食品過敏是食品科學中的一個新興問題?；加心承╊愋褪称愤^敏的患者人數在穩定增加，成為臨床醫生和食品行業共同關注的焦點。過敏原包括牛奶、雞蛋、小麥、大豆、花生、堅果、魚和貝類。這些食品都是全球大多數人口的基本飲食，也是食品工業中許多產品的主材料。盡管免疫病理學和生物學上已取得了很多進展，但是食物中許多過敏原尚未能解釋其作用機理。LC-MS聯用技術在蛋白質分析中的高選擇性和靈敏度可以克服困難，正確識別過敏原。目前LC-MS技術已經成功用于鑒定和定量食品中花生過敏原的含量，達到ppm（百萬分之一）級別。通過分析各種食品基質（牛奶、大豆、巧克力、玉米片和大米脆片）中是否存在堅果（杏仁、山核桃、榛子、核桃）來證明所開發的LC-MS方法的選擇性。
食品添加劑是指為了改善食品品質，以及為了防腐、保鮮和加工工藝需要而加入食品中的人工合成或天然物質。食品添加劑作為食品基質的重要組成成分，一方面不可或缺，另一方面超量使用又會對人體健康帶來危害，因此在食品生產標準中對食品添加劑有嚴格的限量規定。有研究采用LC-MS分析方法對白酒中添加的甜蜜素進行了定性定量分析，方法不需要對樣品進行前處理，簡化了操作步驟，同時靈敏度高，分析速度快，適宜權威部門對白酒中甜蜜素的仲裁檢驗，也可以用來分析食品中的痕量甜蜜素。
總結
綜上所述，液相色譜-質譜聯用技術廣泛應用在食品檢測的各項指標中，對樣品的分析具有通用的殘留分析能力。作為一種高效、高靈敏度、高準確度和操作簡便的分析辦法，液相色譜-質譜聯用技術能滿足測試要求日益增長的食品檢測行業，可以預見液質聯用技術將在食品分析中受到更多關注和更廣泛的應用。但目前大多數研究均是對某一種或幾種成分進行檢測分析，對于具有普適性的食品分析方法開發報道較少，預計此方向今后會受到研究人員更多的關注。
參考文獻
1、Di Stefano, Vita, et al. "Applications of liquid chromatography–mass spectrometry for food analysis." Journal of Chromatography A 1259 (2012): 74-85.
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