毛細管電泳在食品添加劑檢測中的應用

高文惠, 裴紅, 楊桂君

(河北科技大學生物科學與工程學院,河北石家莊 050018)

毛細管電泳在食品添加劑檢測中的應用

高文惠, 裴紅, 楊桂君

(河北科技大學生物科學與工程學院,河北石家莊 050018)

作者對毛細管電泳儀的工作原理、分離模式等內容進行了簡要的介紹,綜述了近年來毛細管電泳在食品添加劑檢測中的應用,主要包括防腐劑、甜味劑、酸味劑、色素以及營養強化劑等的測定,展望了毛細管電泳技術在食品研究、開發中的應用前景。

毛細管電泳;食品添加劑;檢測;應用

隨著全球農業和食品生產能力的提高,消費者對食品的安全性提出了越來越高的要求。毛細管電泳(CE)是20世紀80年代后期迅速發展起來的一項液相微分離分析新技術,作為年輕的分離分析技術,越來越引起廣大學者的關注。CE兼有電泳和色譜技術的雙重優點,而且擁有眾多的高效分離模式,可以滿足基體復雜的食品分析要求,再加上其與樣品前處理技術兼容性好,CE在食品安全分析方面的應用日趨廣泛。

食品添加劑是用于改善食品的品質、延長食品保存期、便于食品加工和增強食品營養成分的一類化學合成或天然物質。它在食品的制造加工、包裝處理及感官評定等方面起了很大的作用。由于部分食品添加劑本身具有某些毒性,其使用量受到了嚴格的限制。因而,食品添加劑的定量、定性分析變得尤為重要。作者主要介紹近幾年來毛細管電泳技術在食品添加劑檢測中的應用。

1 毛細管電泳分離分析技術

對HPCE最具啟發性的工作首推Hierten于1967年發表的一篇討論儀器的論文[1]。對CE的發展做出了決定性的貢獻的是1981年Jorgenson和Lukacs發表的研究論文,他們用內徑75μm的毛細管對熒光標識氨基酸化合物進行CE分離測定,獲得理論塔板數高達40萬的高分離性能,并且深入地闡明了的一些基本性能和分離的理論依據。國內的研究首先由竺安教授于1980年開始,他先后在中國科學院化學研究所和浙江大學建立了兩個研究組,并從1986年開始陸續在有關會議和雜志上發表研究結果,其中關于紅細胞CGE,扁毛細管區帶電泳、低背景毛細管凝膠電泳和毛細管梯度凝膠電泳等具有理論和實際意義。國際毛細管電泳大會自1989年來每年召開一次,而我國毛細管電泳報告會從1993年起每兩年召開一次,CE技術在各個領域發展迅猛。

CE的工作原理是毛細管柱內的不同帶電粒子在高壓電場作用下,以不同的速度在電泳介質中定向遷移,從而進行分離。毛細管中荷電粒子的遷移行為取決于電泳(Electrophoresis)和電滲(Electroosmosis,EOF)2個因素。在不考慮相互作用的前提下,粒子在毛細管中的實際流速是電泳速度和電滲速度的矢量和。正離子由于運動方向和EOF一致,最先流出;中性粒子的泳流速度為“零”,隨EOF而行;負離子運動方向和EOF相反,在中性粒子之后流出;由此實現了分離。

毛細管電泳技術根據樣品組分在電泳介質中所受作用力的不同,可分為多種分離模式,毛細管區帶電泳(capillary zone electrophoresis,CZE)亦稱毛細管自由溶液區帶電泳,是毛細管電泳中最基本也是應用最廣的一種操作模式。此外,還包括毛細管凝膠電泳(capillarygelelectrophoresis, CGE)、毛細管等速電泳(capillary isotachor-phoresis,CITP)、毛細管等電聚焦電泳(capillary isoelectric focusing,CIEF)毛細管電色譜(capillary electrochromatography,CEC)以及親和毛細管電泳(affinity capillary electrophoresis,ACE)等分離模式。

與傳統電泳技術及色譜技術相比,HPCE具有以下突出特點:儀器簡單,操作方便,容易實現自動化;分離效率高,分析速度快;操作模式多,分析方法開發容易;試驗成本低,消耗少;應用范圍廣。

2 毛細管電泳在食品添加劑檢測中的應用

2.1 食品防腐劑的檢測

防腐劑就是能夠殺滅微生物或抑制其繁殖作用,減輕食品在生產、運輸、銷售等過程中因微生物而引起腐敗的食品添加劑。應用能使食物長期保存而不變質,無色、無味、無刺激性,與食物成分無作用,具有水溶性、耐熱性等,常用的食品防腐劑有苯甲酸、山梨酸及其相應的鈉鹽和鉀鹽。

迄今為止,國內外已有許多學者在防腐劑檢測方面作了研究。宋廣磊采用HPCE技術探索了山梨酸、苯甲酸含量的測定方法,對5種飲料和1種小食品進行了分析,方法快速簡便,取得了良好的分離效果。胡美珍等采用CE-UV技術分析了汽水、番茄沙司、蜜餞中的山梨酸、苯甲酸,在12 min內實現了分離,且線性關系良好,回收率高。王洪杰等采用HPCE技術,以焦性沒食子酸為內標物,對市售的5種飲料和1種小食品分別進行咖啡因、苯甲酸、山梨酸含量的測定。測定樣品的回收率為97. 35%～101.65%,精密度為2.89%～3.21%。王詠梅等建立了CZE測定食品中山梨酸、苯甲酸含量的方法,樣品的加標回收率在95.0%～98.4%之間,相對標準偏差均小于4%。該方法簡便、快速,準確。

Nevin Oztekin等[2]采用CE技術,以硫酸氫酯為內標物,分析了4種肉類樣品和4種蔬菜樣品中的防腐劑亞硝酸鹽含量,取得了良好的回收率和較低檢測限。為了減少離子對緩沖液的消耗,Fang Han等[3]開發了電滲流分析-離子對固相萃取-毛細管區帶電泳結合的方法,以溴化四丁胺作為離子對試劑,增加了C8鍵和硅膠柱的分離能力,并將此方法用于3種食品中安息香酸和山梨酸的含量的分析,分析結果的RSD小于3.1%(n=5),檢測限為10～20 ng/mL(K=3,n=11),分離的靈敏度、選擇性大大提高。

2.2 食品抗氧化劑的檢測

能防止或延緩食品成分氧化變質的食品添加劑稱為抗氧化劑,我國已列入GB2760的抗氧化劑共有17種[4]。抗氧化劑按溶解性可分為脂溶性與水溶性兩類,按來源可分為天然的與人工合成的兩類。抗氧化劑能夠防止或延緩食品氧化反應的進行,但不能在食品發生氧化后使之復原。常用的抗氧化劑有水楊酸(BHA)、2,6-二叔丁基對苯甲酚(BHT),沒食子酸丙酯(PG),特丁基對苯二酚(TBHQ)。

Paula Jane Vickers等[5]探索了可可粉、果醬、檸檬汁、蛋糕、餅干中的抗氧化劑酒石酸含量的測定方法,優化了分離條件,在高離子強度緩沖液、反相電滲流條件下,各種形式的酒石酸鹽12 min實現了基線分離,檢測限為10μg/mL。M.M.Delgado-Zamarreno等建立了毛細管膠束電動色譜(MEKC)分離分析食用油樣品中的BHA、BHT和PG 3種抗氧化劑的分離分析方法。并對固相萃取和液液萃取兩種樣品前處理方法進行了比較,結果顯示:正己烷稀釋-乙腈提取的液液萃取明顯具有優勢。向前采用CE技術對食品中PG和BHA 2種酚類抗氧化劑進行了分離分析,建立可以滿足食品中PG和BHA的檢測需求的方法。J.Hernandez-Borges等在125 mmol/L的硼酸、49 mmol/L的磷酸鹽緩沖液中添加2.5 mmol/L的α-環糊精作為運行緩沖液對經超聲裂解的玉米、小麥、大麥和豌豆樣品進行了檢測分析。結果顯示3.5 min完成了8種抗氧化劑分離,該方法簡便、快速。

2.3 食品著色劑的檢測

著色劑是使食品著色和改善食品色澤的食品添加劑,通常包括合成色素和食用天然色素兩大類。食用合成色素主要是指化學方法所制得的有機色素。合成著色劑的著色能力強、色澤鮮艷、不易褪色、穩定性好、易溶解、易調色、成本低,但安全性較差。在我國允許使用的合成色素有莧菜紅、胭脂紅、赤鮮紅、新紅、誘惑紅、檸檬黃、日落黃、亮藍、靛藍和它們各自的鋁色淀,以及合成的葉綠素銅納、β-胡蘿卜素和二氧化鈦。

趙新穎等建立了CE法測定糖果中檸檬黃、莧菜紅、日落黃、胭脂紅、亮藍等5種人工合成色素的分析方法。該方法用于測定市售樣品取得滿意的結果:在質量濃度范圍1.9～52.1 g/mL之間,線性關系良好,回收率在98.5%～102.6%之間。Huang等[6]采用CZE-UV檢測,在運行緩沖液中加入環糊精,9 min內實現了8種色素(胭脂紅、檸檬黃、堅牢綠、亮藍、誘惑紅、日落黃、靛藍、新紅)的分離。EricMejia等[7]將十二烷基硫酸鈉(SDS)添加到硼酸緩沖液中,20 min內實現了4種偶氮染料分離,并利用此方法對辣椒中蘇丹紅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進行了分析檢測,取得了滿意的結果。ToshiroWatanabe等[8]利用固相萃取與CE結合技術分析了果汁、果凍、糖果中的胭脂紅等6種天然色素,并與氣相色譜、高效液相色譜進行了比較,分析結果表明此方法具有更大的優越性。

Nicolo Dossi等[9]將通道結構的安培計安裝在毛細管電泳上使其呈現出影印圖譜的微構造芯片,成排排列的電極結構的應用比常規的毛細管電泳具有更高的靈敏度。將其應用于檢測軟飲料和糖果中的藍色和綠色2種著色劑,兩者的檢測限分別為10μmol/L和17μmol/L。Marketa Ryvolova等[10]開發了毛細管區帶電泳-激光誘導熒光檢測器(CZE-LIF)分析了莧菜紅、赤鮮紅、新紅等6種紅色著色劑的方法。結果顯示此技術比毛細管區帶電泳-紫外檢測器(CZE-UV)靈敏度更高、分離效果更好。

為了獲得更好的分離分析效果,在運行緩沖液中加入表面活性劑以及對檢測器進行優化將成為今后CE研究的一個發展趨勢。

2.4 食品酸味劑的檢測

酸味劑是以賦予食品酸味為主要目的的食品添加劑,它還有調節食品p H值的作用。酸味劑分為有機酸和無機酸。食品中天然存在的主要有機酸包括檸檬酸、酒石酸、蘋果酸和乳酸等。

Apichai Santalad等[11]利用硝基苯肼作為衍生劑對白酒、啤酒、水果和蔬菜汁等樣品進行衍生后,采用CZE技術,以硼酸-乙腈作為運行緩沖液,12 min內實現了檸檬酸、酒石酸、蘋果酸等11種有機酸的分離。由于只需簡單的稀釋和過濾等樣品的處理,CE對酒類和飲料中的有機酸的測定比其它色譜方法更快速、經濟。R.G.Peres等[12]采用CZE-UV檢測技術,在10 mmol/L 3、5-二硝基苯甲酸中添加0.2 mmol/L的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為運行緩沖液,對23種巴西酒中的6種有機酸進行了分離測定。結果表明方法可靠良好。Ines Mato等[13]采用CZE技術,僅以磷酸鹽作為緩沖液,3.5 min內分析了軟飲料中的16種有機酸,而前期報道的CZE方法的分析時間是該方法的2～6倍。

2.5 食品甜味劑的檢測

食品甜味劑是指賦予食品甜味的食品添加劑。按來源可分為天然甜味劑和人工合成甜味劑;按其營養價值可分為營養型和非營養型甜味劑。我國經衛生部批準使用的甜味劑有糖精鈉、甜蜜素、甜味素、甜菊糖苷、甘草、安賽蜜、阿力甜、異麥芽酮糖醇、麥芽糖醇、山梨糖醇、木糖醇、乳糖醇及三氯蔗糖等共15種。

胡美珍等采用CE紫外檢測技術分析了汽水、番茄沙司、蜜餞中的糖精。間接紫外檢測是目前毛細管電泳檢測技術發展的一個趨勢,Stroka等[14]采用CZE間接紫外檢測法測定一種高質量甜味劑——三氯蔗糖,檢測限為28 mg/L,線性范圍為42～1 000 mg/L,線性相關系數為0.999 1,峰面積及遷移時間的RSD分別為4.2%和3.6%。Cortcero-Ramírez等[15]則利用CZE柱前衍生紫外檢測的方法對軟飲料中的葡萄糖、麥芽糖及麥芽三糖進行了分離測定,在12 min內對3種物質實現了分離,3種化合物的檢測限范圍在3.82～4.14 mg/L之間。

邵寒娟等建立了CE定量測定低卡路里食品中甜菊糖苷含量的方法。4 min內可實現甜菊糖苷中兩種主要成分瑞鮑迪苷A和甜菊糖苷的分離,但該法在用于實際樣品測定時結果不理想。劉露露等將HPCE法成功地運用到低熱量食品中斯替維苷(St)和萊鮑迪苷(RA)含量的檢測,RA和St在15 min內得到了很好的分離。線性關系良好,檢測限分別為0.01 mg/mL和0.02 mg/mL。為了減少基體干擾,Masao Horie等[16]在檢測之前用固相萃取柱(SPE)對樣品進行前處理,之后采用CZE技術對糖果、果醬、泡菜中的一種有害的糖精進行了測定,測定樣品的檢測限為5～10μg/g,回收率為93.4%～108.3%。

CE與樣品前處理技術兼容性好,為了獲得更低的檢測限,固相萃取技術作為主要的前處理技術被廣泛應用。相對于其它色譜分離模式而言,CE對基體復雜的食品分離分析,具有更大的優越性。

2.6 食品營養強化劑的檢測

營養強化劑是指為增強營養成分而加入食品中的天然的或人工合成的屬于天然營養素范圍的食品添加劑。

Prokorátová等[17]采用CZE直接或間接紫外檢測的方法分析不同食品中的L-肉堿,檢測限為2.4～4.7 mg/L,回收率在91%～113%之間,結果與HPLC相同,而CZE具有更短的分析時間和更低的運行成本。由于過多的生物胺的攝入會導致神經中毒,采用CE檢測食品中的生物胺受到廣泛重視。Frantisek Kvasnicka等[18]采用毛細管電泳-熱導檢測器成功地對所選樣品中7種生物胺進行了分離分析。毛細管電泳-質譜(CE-MS)聯用技術大大提高了CE檢測的靈敏度,縮短了分析時間。Carolina Simo等[19]采用毛細管區帶電泳-離子阱質譜(CE-IT-MS)與毛細管電泳-飛行時間質譜(CETOF-MS)兩種結合技術對市售的3種白酒和1種紅酒進行了分析測定,結果顯示所含的5種生物胺在8 min內實現了分離,而HPLC檢測時間為40 min。

王茜等[20]建立了CE法快速測定保健食品中免疫球蛋白G(IgG)含量的方法,成功測定了不同劑型(片劑、粉劑及膠囊)牛初乳保健品中IgG的含量。樣品只需簡單處理,6 min內即可實現保健食品中IgG的分離與測定,方法簡單快速。E.Bermudo等[21]確立了CZE檢測2-巰基苯甲酸衍生的丙烯酰胺的方法,并將其用于油炸食品、早餐餅干等樣品的檢測分析上。Elisabet Bermudo等[22]建立了在線預富集-毛細管區帶電泳技術分析檢測薯片、小點心、麥片及咖啡中丙烯酰胺的方法,該方法比LCMS/MS具有更低的檢測限。Rodney Hau Fung Cheung等[23]采用CZE技術,以煙酸作為內標物,8 mmol/L的磷酸-12 mmol/L硼酸為運行緩沖液,在214 nm處12 min內分析了方便面中維生素B的含量,并對方法的線性、精密度、準確性、重現性進行了考察,獲得了滿意的結果;為了消除基體干擾,樣品使用之前用α-淀粉酶進行預處理。侯建霞等[24]所在課題組自組裝毛細管電泳-電化學檢測系統(CE-ED),分析了苦蕎麥芽中黃酮類物質,測定了表兒茶素、蘆丁、槲皮素的含量,效果良好。

3 結 語

總之,CE以其樣品處理簡單、多組分同時測定、及越來越低的檢出限,被廣泛應用在食品添加劑的檢測中。但是,其最大的弱點是靈敏度不高,因此,目前著力于CE與其他方法聯用,如與質譜、生物傳感器等聯用。隨著對CE方法研究的逐步深入、CE必將在食品分析領域得到更加廣闊的應用。

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(責任編輯:朱明)

The Application of Capillary Electrophoresis in Food Additive Detection

GAO Wen-hui, PEI Hong, YANG Gui-jun
(College of Biological Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018, China)

The review manuscript firstly introduced the working principle and the separation mode of the capillary electrophoresis technology,then the application in the food additive analysis was extensive reviewed,including determination of preservatives,sweeteners,pigments and nutrition enhancer.Furthermore,the potential application in food research and development of capillary electrophoresis technology was proposed.

capillary electrophoresis,food additives,determination,application

TS 202.3

:A

1673-1689(2010)03-0326-05

2009-09-15

河北省自然科學基金項目(B2008000669);河北科技大學杰出青年基金項目(2006JC-14)。

高文惠(1963-),女,北京人,理學博士,教授,主要從事食品安全與分離科學研究。

Email:wenhuigao@126.com