毛細(xì)管電泳在食品添加劑檢測(cè)中的應(yīng)用

高文惠, 裴紅, 楊桂君

(河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

毛細(xì)管電泳在食品添加劑檢測(cè)中的應(yīng)用

高文惠, 裴紅, 楊桂君

(河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018)

作者對(duì)毛細(xì)管電泳儀的工作原理、分離模式等內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹,綜述了近年來毛細(xì)管電泳在食品添加劑檢測(cè)中的應(yīng)用,主要包括防腐劑、甜味劑、酸味劑、色素以及營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等的測(cè)定,展望了毛細(xì)管電泳技術(shù)在食品研究、開發(fā)中的應(yīng)用前景。

毛細(xì)管電泳;食品添加劑;檢測(cè);應(yīng)用

隨著全球農(nóng)業(yè)和食品生產(chǎn)能力的提高,消費(fèi)者對(duì)食品的安全性提出了越來越高的要求。毛細(xì)管電泳(CE)是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)液相微分離分析新技術(shù),作為年輕的分離分析技術(shù),越來越引起廣大學(xué)者的關(guān)注。CE兼有電泳和色譜技術(shù)的雙重優(yōu)點(diǎn),而且擁有眾多的高效分離模式,可以滿足基體復(fù)雜的食品分析要求,再加上其與樣品前處理技術(shù)兼容性好,CE在食品安全分析方面的應(yīng)用日趨廣泛。

食品添加劑是用于改善食品的品質(zhì)、延長(zhǎng)食品保存期、便于食品加工和增強(qiáng)食品營(yíng)養(yǎng)成分的一類化學(xué)合成或天然物質(zhì)。它在食品的制造加工、包裝處理及感官評(píng)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(yán)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(xì)管電泳技術(shù)在食品添加劑檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 毛細(xì)管電泳分離分析技術(shù)

對(duì)HPCE最具啟發(fā)性的工作首推Hierten于1967年發(fā)表的一篇討論儀器的論文[1]。對(duì)CE的發(fā)展做出了決定性的貢獻(xiàn)的是1981年Jorgenson和Lukacs發(fā)表的研究論文,他們用內(nèi)徑75μm的毛細(xì)管對(duì)熒光標(biāo)識(shí)氨基酸化合物進(jìn)行CE分離測(cè)定,獲得理論塔板數(shù)高達(dá)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(jù)。國(guó)內(nèi)的研究首先由竺安教授于1980年開始,他先后在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所和浙江大學(xué)建立了兩個(gè)研究組,并從1986年開始陸續(xù)在有關(guān)會(huì)議和雜志上發(fā)表研究結(jié)果,其中關(guān)于紅細(xì)胞CGE,扁毛細(xì)管區(qū)帶電泳、低背景毛細(xì)管凝膠電泳和毛細(xì)管梯度凝膠電泳等具有理論和實(shí)際意義。國(guó)際毛細(xì)管電泳大會(huì)自1989年來每年召開一次,而我國(guó)毛細(xì)管電泳報(bào)告會(huì)從1993年起每?jī)赡暾匍_一次,CE技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅猛。

CE的工作原理是毛細(xì)管柱內(nèi)的不同帶電粒子在高壓電場(chǎng)作用下,以不同的速度在電泳介質(zhì)中定向遷移,從而進(jìn)行分離。毛細(xì)管中荷電粒子的遷移行為取決于電泳(Electrophoresis)和電滲(Electroosmosis,EOF)2個(gè)因素。在不考慮相互作用的前提下,粒子在毛細(xì)管中的實(shí)際流速是電泳速度和電滲速度的矢量和。正離子由于運(yùn)動(dòng)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(fù)離子運(yùn)動(dòng)方向和EOF相反,在中性粒子之后流出;由此實(shí)現(xiàn)了分離。

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

與傳統(tǒng)電泳技術(shù)及色譜技術(shù)相比,HPCE具有以下突出特點(diǎn):儀器簡(jiǎn)單,操作方便,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;分離效率高,分析速度快;操作模式多,分析方法開發(fā)容易;試驗(yàn)成本低,消耗少;應(yīng)用范圍廣。

2 毛細(xì)管電泳在食品添加劑檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 食品防腐劑的檢測(cè)

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(chǎn)、運(yùn)輸、銷售等過程中因微生物而引起腐敗的食品添加劑。應(yīng)用能使食物長(zhǎng)期保存而不變質(zhì),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(yīng)的鈉鹽和鉀鹽。

迄今為止,國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者在防腐劑檢測(cè)方面作了研究。宋廣磊采用HPCE技術(shù)探索了山梨酸、苯甲酸含量的測(cè)定方法,對(duì)5種飲料和1種小食品進(jìn)行了分析,方法快速簡(jiǎn)便,取得了良好的分離效果。胡美珍等采用CE-UV技術(shù)分析了汽水、番茄沙司、蜜餞中的山梨酸、苯甲酸,在12 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了分離,且線性關(guān)系良好,回收率高。王洪杰等采用HPCE技術(shù),以焦性沒食子酸為內(nèi)標(biāo)物,對(duì)市售的5種飲料和1種小食品分別進(jìn)行咖啡因、苯甲酸、山梨酸含量的測(cè)定。測(cè)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(cè)定食品中山梨酸、苯甲酸含量的方法,樣品的加標(biāo)回收率在95.0%～98.4%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于4%。該方法簡(jiǎn)便、快速,準(zhǔn)確。

Nevin Oztekin等[2]采用CE技術(shù),以硫酸氫酯為內(nèi)標(biāo)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(cè)限。為了減少離子對(duì)緩沖液的消耗,Fang Han等[3]開發(fā)了電滲流分析-離子對(duì)固相萃取-毛細(xì)管區(qū)帶電泳結(jié)合的方法,以溴化四丁胺作為離子對(duì)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(jié)果的RSD小于3.1%(n=5),檢測(cè)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(cè)

能防止或延緩食品成分氧化變質(zhì)的食品添加劑稱為抗氧化劑,我國(guó)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(yīng)的進(jìn)行,但不能在食品發(fā)生氧化后使之復(fù)原。常用的抗氧化劑有水楊酸(BHA)、2,6-二叔丁基對(duì)苯甲酚(BHT),沒食子酸丙酯(PG),特丁基對(duì)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(cè)定方法,優(yōu)化了分離條件,在高離子強(qiáng)度緩沖液、反相電滲流條件下,各種形式的酒石酸鹽12 min實(shí)現(xiàn)了基線分離,檢測(cè)限為10μg/mL。M.M.Delgado-Zamarreno等建立了毛細(xì)管膠束電動(dòng)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(duì)固相萃取和液液萃取兩種樣品前處理方法進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示:正己烷稀釋-乙腈提取的液液萃取明顯具有優(yōu)勢(shì)。向前采用CE技術(shù)對(duì)食品中PG和BHA 2種酚類抗氧化劑進(jìn)行了分離分析,建立可以滿足食品中PG和BHA的檢測(cè)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(huán)糊精作為運(yùn)行緩沖液對(duì)經(jīng)超聲裂解的玉米、小麥、大麥和豌豆樣品進(jìn)行了檢測(cè)分析。結(jié)果顯示3.5 min完成了8種抗氧化劑分離,該方法簡(jiǎn)便、快速。

2.3 食品著色劑的檢測(cè)

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(xué)方法所制得的有機(jī)色素。合成著色劑的著色能力強(qiáng)、色澤鮮艷、不易褪色、穩(wěn)定性好、易溶解、易調(diào)色、成本低,但安全性較差。在我國(guó)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(lán)、靛藍(lán)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(cè)定糖果中檸檬黃、莧菜紅、日落黃、胭脂紅、亮藍(lán)等5種人工合成色素的分析方法。該方法用于測(cè)定市售樣品取得滿意的結(jié)果:在質(zhì)量濃度范圍1.9～52.1 g/mL之間,線性關(guān)系良好,回收率在98.5%～102.6%之間。Huang等[6]采用CZE-UV檢測(cè),在運(yùn)行緩沖液中加入環(huán)糊精,9 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了8種色素(胭脂紅、檸檬黃、堅(jiān)牢綠、亮藍(lán)、誘惑紅、日落黃、靛藍(lán)、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(nèi)實(shí)現(xiàn)了4種偶氮染料分離,并利用此方法對(duì)辣椒中蘇丹紅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進(jìn)行了分析檢測(cè),取得了滿意的結(jié)果。ToshiroWatanabe等[8]利用固相萃取與CE結(jié)合技術(shù)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(jìn)行了比較,分析結(jié)果表明此方法具有更大的優(yōu)越性。

Nicolo Dossi等[9]將通道結(jié)構(gòu)的安培計(jì)安裝在毛細(xì)管電泳上使其呈現(xiàn)出影印圖譜的微構(gòu)造芯片,成排排列的電極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比常規(guī)的毛細(xì)管電泳具有更高的靈敏度。將其應(yīng)用于檢測(cè)軟飲料和糖果中的藍(lán)色和綠色2種著色劑,兩者的檢測(cè)限分別為10μmol/L和17μmol/L。Marketa Ryvolova等[10]開發(fā)了毛細(xì)管區(qū)帶電泳-激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)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(jié)果顯示此技術(shù)比毛細(xì)管區(qū)帶電泳-紫外檢測(cè)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(yùn)行緩沖液中加入表面活性劑以及對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行優(yōu)化將成為今后CE研究的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

2.4 食品酸味劑的檢測(cè)

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(diào)節(jié)食品p H值的作用。酸味劑分為有機(jī)酸和無機(jī)酸。食品中天然存在的主要有機(jī)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(duì)白酒、啤酒、水果和蔬菜汁等樣品進(jìn)行衍生后,采用CZE技術(shù),以硼酸-乙腈作為運(yùn)行緩沖液,12 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了檸檬酸、酒石酸、蘋果酸等11種有機(jī)酸的分離。由于只需簡(jiǎn)單的稀釋和過濾等樣品的處理,CE對(duì)酒類和飲料中的有機(jī)酸的測(cè)定比其它色譜方法更快速、經(jīng)濟(jì)。R.G.Peres等[12]采用CZE-UV檢測(cè)技術(shù),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(yùn)行緩沖液,對(duì)23種巴西酒中的6種有機(jī)酸進(jìn)行了分離測(cè)定。結(jié)果表明方法可靠良好。Ines Mato等[13]采用CZE技術(shù),僅以磷酸鹽作為緩沖液,3.5 min內(nèi)分析了軟飲料中的16種有機(jī)酸,而前期報(bào)道的CZE方法的分析時(shí)間是該方法的2～6倍。

2.5 食品甜味劑的檢測(cè)

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(yíng)養(yǎng)價(jià)值可分為營(yíng)養(yǎng)型和非營(yíng)養(yǎng)型甜味劑。我國(guó)經(jīng)衛(wèi)生部批準(zhǔn)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(cè)技術(shù)分析了汽水、番茄沙司、蜜餞中的糖精。間接紫外檢測(cè)是目前毛細(xì)管電泳檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì),Stroka等[14]采用CZE間接紫外檢測(cè)法測(cè)定一種高質(zhì)量甜味劑——三氯蔗糖,檢測(cè)限為28 mg/L,線性范圍為42～1 000 mg/L,線性相關(guān)系數(shù)為0.999 1,峰面積及遷移時(shí)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(cè)的方法對(duì)軟飲料中的葡萄糖、麥芽糖及麥芽三糖進(jìn)行了分離測(cè)定,在12 min內(nèi)對(duì)3種物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了分離,3種化合物的檢測(cè)限范圍在3.82～4.14 mg/L之間。

邵寒娟等建立了CE定量測(cè)定低卡路里食品中甜菊糖苷含量的方法。4 min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)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(shí)際樣品測(cè)定時(shí)結(jié)果不理想。劉露露等將HPCE法成功地運(yùn)用到低熱量食品中斯替維苷(St)和萊鮑迪苷(RA)含量的檢測(cè),RA和St在15 min內(nèi)得到了很好的分離。線性關(guān)系良好,檢測(cè)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(cè)之前用固相萃取柱(SPE)對(duì)樣品進(jìn)行前處理,之后采用CZE技術(shù)對(duì)糖果、果醬、泡菜中的一種有害的糖精進(jìn)行了測(cè)定,測(cè)定樣品的檢測(cè)限為5～10μg/g,回收率為93.4%～108.3%。

CE與樣品前處理技術(shù)兼容性好,為了獲得更低的檢測(cè)限,固相萃取技術(shù)作為主要的前處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用。相對(duì)于其它色譜分離模式而言,CE對(duì)基體復(fù)雜的食品分離分析,具有更大的優(yōu)越性。

2.6 食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑的檢測(cè)

營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑是指為增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)成分而加入食品中的天然的或人工合成的屬于天然營(yíng)養(yǎng)素范圍的食品添加劑。

Prokorátová等[17]采用CZE直接或間接紫外檢測(cè)的方法分析不同食品中的L-肉堿,檢測(cè)限為2.4～4.7 mg/L,回收率在91%～113%之間,結(jié)果與HPLC相同,而CZE具有更短的分析時(shí)間和更低的運(yùn)行成本。由于過多的生物胺的攝入會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)中毒,采用CE檢測(cè)食品中的生物胺受到廣泛重視。Frantisek Kvasnicka等[18]采用毛細(xì)管電泳-熱導(dǎo)檢測(cè)器成功地對(duì)所選樣品中7種生物胺進(jìn)行了分離分析。毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜(CE-MS)聯(lián)用技術(shù)大大提高了CE檢測(cè)的靈敏度,縮短了分析時(shí)間。Carolina Simo等[19]采用毛細(xì)管區(qū)帶電泳-離子阱質(zhì)譜(CE-IT-MS)與毛細(xì)管電泳-飛行時(shí)間質(zhì)譜(CETOF-MS)兩種結(jié)合技術(shù)對(duì)市售的3種白酒和1種紅酒進(jìn)行了分析測(cè)定,結(jié)果顯示所含的5種生物胺在8 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了分離,而HPLC檢測(cè)時(shí)間為40 min。

王茜等[20]建立了CE法快速測(cè)定保健食品中免疫球蛋白G(IgG)含量的方法,成功測(cè)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(jiǎn)單處理,6 min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)保健食品中IgG的分離與測(cè)定,方法簡(jiǎn)單快速。E.Bermudo等[21]確立了CZE檢測(cè)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(cè)分析上。Elisabet Bermudo等[22]建立了在線預(yù)富集-毛細(xì)管區(qū)帶電泳技術(shù)分析檢測(cè)薯片、小點(diǎn)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(cè)限。Rodney Hau Fung Cheung等[23]采用CZE技術(shù),以煙酸作為內(nèi)標(biāo)物,8 mmol/L的磷酸-12 mmol/L硼酸為運(yùn)行緩沖液,在214 nm處12 min內(nèi)分析了方便面中維生素B的含量,并對(duì)方法的線性、精密度、準(zhǔn)確性、重現(xiàn)性進(jìn)行了考察,獲得了滿意的結(jié)果;為了消除基體干擾,樣品使用之前用α-淀粉酶進(jìn)行預(yù)處理。侯建霞等[24]所在課題組自組裝毛細(xì)管電泳-電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)(CE-ED),分析了苦蕎麥芽中黃酮類物質(zhì),測(cè)定了表兒茶素、蘆丁、槲皮素的含量,效果良好。

3 結(jié) 語

總之,CE以其樣品處理簡(jiǎn)單、多組分同時(shí)測(cè)定、及越來越低的檢出限,被廣泛應(yīng)用在食品添加劑的檢測(cè)中。但是,其最大的弱點(diǎn)是靈敏度不高,因此,目前著力于CE與其他方法聯(lián)用,如與質(zhì)譜、生物傳感器等聯(lián)用。隨著對(duì)CE方法研究的逐步深入、CE必將在食品分析領(lǐng)域得到更加廣闊的應(yīng)用。

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(責(zé)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(xué)基金項(xiàng)目(B2008000669);河北科技大學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目(2006JC-14)。

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

Email:wenhuigao@126.com