采用離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析食品中的有機酸含量

杜利君，郭小喜，劉紅艷

（1.山西出入境檢驗檢疫局，山西太原030024； 2.太原市華測質(zhì)量檢測服務(wù)有限公司，山西太原030024）

采用離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析食品中的有機酸含量

杜利君1，郭小喜1，劉紅艷2

（1.山西出入境檢驗檢疫局，山西太原030024； 2.太原市華測質(zhì)量檢測服務(wù)有限公司，山西太原030024）

建立了離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測食品中酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的分析方法。選用AS11陰離子色譜柱進行分離，以在線產(chǎn)生的10 mmol/L氫氧化鉀為淋洗液梯度淋洗，Thermo Scientific MSQ Plus質(zhì)譜儀作檢測器，采用電噴霧電離源負離子模式、選擇離子監(jiān)測模式(selected ion monitor，SIM)進行分析，外標(biāo)法定量。結(jié)果表明，在0.5～10 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，酒石酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.997，定量限為0.5 mg/kg；蘋果酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.999，定量限為0.5 mg/kg；檸檬酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.997，定量限為1.0 mg/kg；丁二酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.997，定量限為0.5 mg/kg；運用該方法測定3種食品中的有機酸，葡萄酒中4種有機酸的加標(biāo)回收率為81.6%～109.7%，蜂蜜中為80.2%～109.4%，餅干中為80.4%～109.2%；該方法具有操作簡單、專屬性強、靈敏度高等優(yōu)點，可滿足食品中有機酸的檢測要求。

分析檢測； 有機酸； 酒石酸； 蘋果酸； 檸檬酸； 丁二酸； 離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜

有機酸是一類含有羧基的酸性化合物，通常部分呈游離狀態(tài)，部分呈酸式鹽狀態(tài)存在于食品中。不同產(chǎn)品中有機酸的種類和含量有明顯差異。有機酸種類和含量的高低與食品品質(zhì)優(yōu)劣有重要關(guān)系，是影響水果、果汁、酒等食品口感和風(fēng)味的重要物質(zhì)，也是果實成熟度、耐儲藏性、加工性的重要依據(jù)，可以表征產(chǎn)品的質(zhì)量，判斷果汁的真假及存儲食品是否變質(zhì)。不同食品有不同的特征酸，相同種類、不同產(chǎn)地，其特征酸不同，新鮮程度不同其特征酸的濃度也不同。

目前，用于有機酸的分析方法很多[1-2]，主要有比色法[3]、熒光法、酶法、色譜法[4-5]等。近年來，離子色譜法[6-7]和高效液相色譜法[8-9]成為發(fā)展較快且是主流的分析方法。但是，離子色譜法和液相色譜法一般都要進行繁瑣的前處理，而且不能達到同時分離多種有機酸的效果。因此，這些方法往往只適用于某些特殊樣品或不常見有機酸的分析。同時，離子色譜法作為有機酸的主要分析手段，在檢測多種有機酸的混合物過程中，有時出現(xiàn)樣品洗脫最優(yōu)條件不一致的情況，通常需要通過多檢測器聯(lián)用的方法可解決分析物在單一優(yōu)化的分離條件下聯(lián)合洗脫的問題，該方法對儀器要求比較苛刻，容易出現(xiàn)特定有機酸檢出限較低的問題；在檢測蘋果汁、蘋果酒、葡萄酒及植物提取液中有機酸時普遍采用液相色譜法[10-11]。該方法色譜柱一般采用C18分析柱，梯度洗脫，檢測器波長210 nm（靈敏度為0.02 AU），然而流動相的變化可能引起某些有機酸紫外吸收波長的變化，進而造成特定有機酸的無法檢出；離子色譜-質(zhì)譜法分析有機酸時，樣品進入質(zhì)譜前先經(jīng)抑制器，可去除大量陽離子以降低對離子源的污染。至今，離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法采用一種新型的分析方法已經(jīng)應(yīng)用到了很多物質(zhì)的檢測中[12]，但是目前為止，尚未有離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定食品中4種有機酸的分析方法報道。

本實驗建立了離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定食品中酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的分析方法。該法具有操作簡單、靈敏度高、專屬性強等優(yōu)勢，可以很好地滿足食品中有機酸的檢測要求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乙腈（HPLC Grade 4L,北京迪馬歐泰科技發(fā)展中心）、Claricep Flash C18填料（100 mg，天津博納艾杰爾科技有限公司）

1.2 儀器與設(shè)備

質(zhì)譜儀（配ESI源)（Thermo Scientific MSQ Plus），美國熱電公司；高壓離子色譜儀（配EGC淋洗液發(fā)生器（配ASRS300 2 mm陰離子抑制器）（Thermo ICS-5000），美國熱電公司；超聲波（KQ-500DB型），昆山舒美超聲儀器有限公司；離心機（Centrifuge 5810 R），德國艾本德股份公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 色譜條件 離子色譜柱為2×250 mm的AS11陰離子色譜柱、抑制器外接循環(huán)水模式流速0.2 mL/min，抑制電流40 mA、EGC淋洗液發(fā)生器在線自動生成KOH淋洗液，淋洗液流速為0.2 mL/min梯度淋洗，柱溫30℃，進樣量50 μL。淋洗液濃度為10 mmol/LKOH，0～5 min；10～50 mmol/LKOH，5～15 min；50 mmol/L KOH，15～20 min；50～10 mmol/L KOH，20～20.1 min；10 mmol/LKOH，20.1～25 min。1.3.2 質(zhì)譜條件 電噴霧離子源，負離子模式；噴霧溫度400℃；噴霧電壓-3000 V；選擇離子監(jiān)測模式(selected ion monitor，SIM)，參數(shù)見表1。

表1 酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的質(zhì)譜參數(shù)

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備 準(zhǔn)確稱取適量(精確至0.001 g)酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸，分別配制質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的有機酸標(biāo)準(zhǔn)儲備液。取適量的標(biāo)準(zhǔn)儲備液用超純水配成10 mg/L的混合中間液。再配成濃度為0.005 mg/L、0.01 mg/L、0.05 mg/L、0.08 mg/L、0.1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.3.4 樣品前處理 液體樣品：稱取1 g樣品然后用水定容至100 mL，渦流混合1 min，以4000 r/min離心5 min。待凈化。固體樣品：稱取1 g樣品加入5 mL乙腈，渦流混合1 min，然后用水定容至100 mL，超聲提取30 min，以4000 r/min離心5 min。待凈化。

采用了C18填料進行凈化：取2 mL提取液加入0.2 g C18填料，渦流混合1 min，溶液過0.22 μm水相濾膜，上離子色譜質(zhì)譜儀檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 離子色譜質(zhì)譜條件優(yōu)化

2.1.1 選擇離子優(yōu)化

參照《食品中有機酸的測定》GB/T 5009.157—2003標(biāo)準(zhǔn)選擇了酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸作為有機酸的研究對象。選擇了ESI負離子模式進行檢測，4種有機酸的結(jié)構(gòu)信息見表2。

表2 酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的分子結(jié)構(gòu)信息

根據(jù)結(jié)構(gòu)式判斷以及質(zhì)譜上全掃描圖譜，可以確定酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的選擇離子分別為149、133、191、117。

2.1.2 離子色譜與質(zhì)譜連接方式優(yōu)化

與常規(guī)的反相分離的條件不同，離子色譜流動相為強堿(KOH)，經(jīng)過抑制器抑制后產(chǎn)物為純水，與甲醇、乙腈等有機溶劑相比，水對目標(biāo)物離子化效率的促進作用較弱，離子色譜質(zhì)譜的通常做法為在色譜柱與質(zhì)譜進樣口直接接三通，添加乙腈以便促進離子化。但是操作上需要增加一臺計量泵，這樣會使日常監(jiān)測變得復(fù)雜，同時添加乙腈雖然能促進離子化，但同時也降低了濃度，導(dǎo)致目標(biāo)化合物的靈敏度沒有太大變化，最終確定為離子色譜直接連接質(zhì)譜進行檢測。

2.1.3 噴霧溫度和錐孔電壓優(yōu)化

圖1 不同錐孔電壓對各目標(biāo)物化合物峰面積的影響

圖2 3種不同基質(zhì)分別均添加酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的離子色譜圖

離子源噴霧溫度會影響噴霧效果，從而影響分析的靈敏度。所用MSQ質(zhì)譜儀的離子源噴霧溫度一般設(shè)置為349℃，為了保證目標(biāo)化合物的離子化，本方法選擇了噴霧溫度400℃，噴霧電壓-3000 V。錐孔電壓對分析靈敏度影響比較大，故在20～70 V之間考察了電壓對化合物峰面積的影響，見圖1。從圖1可以看出，隨著錐孔電壓的逐漸增大，酒石酸的響應(yīng)值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，錐孔電壓為30 V時，酒石酸響應(yīng)值最大，靈敏度最佳；但是隨著錐孔電壓的逐漸增加，蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的響應(yīng)值呈現(xiàn)相同趨勢，即逐漸減小。根據(jù)儀器自身的設(shè)置要求及考慮到檢測項目的靈敏度需求，在本方法中，蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的錐孔電壓均設(shè)置為20 V。

2.2 線性范圍、線性系數(shù)

將標(biāo)準(zhǔn)使用液按照1.3條件進行檢測，以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)進行線性回歸。結(jié)果表明在0.510 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，酒石酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.997；蘋果酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.999；檸檬酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.997；丁二酸的相關(guān)系數(shù)(r)為0.997。

2.3 實際樣品的檢出限、回收率

采用樣品基質(zhì)中添加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)后，按分別按信噪比SN≥3和SN≥10計算檢出限和定量限，結(jié)果見表3。

表3 4種有機酸的檢出限及定量限

選取葡萄酒、蜂蜜、餅干為基質(zhì)，各添加10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L的4種有機酸標(biāo)準(zhǔn)混合液進行3水平、10平行的回收率測試實驗，回收率結(jié)果見表4，各基質(zhì)的空白離子質(zhì)譜圖見圖3，添加10 mg/L 4種有機酸的3種不同基質(zhì)的離子色譜圖見圖2。

表4 3種不同基質(zhì)分別均添加酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的回收率情況

3 結(jié)論

以AS11陰離子色譜柱為分離柱，在線電解淋洗液發(fā)生器產(chǎn)生凈KOH溶液為流動相，建立了離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測食品中酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、丁二酸的分析方法。該方法專屬性強，靈敏度高，定量限低，回收率好，適用于蜂蜜、葡萄酒、餅干等食品基質(zhì)復(fù)雜樣品的檢測。

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Analysis of Organic Acids Content in Food by Ion Chromatography-Electrospray Tandem Mass Spectrometry

DU Lijun1,GUO Xiaoxi1and LIU Hongyan2
（1.Shanxi Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Taiyuan,Shanxi 030024; 2.Huace Quality Inspection Service Co.Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030024,China)

Ion chromatography-electrospray tandem mass spectrometry had been adopted for the determination of tartaric acid,malic acid,citric acid and succinic acid in food.AS11 anion chromatographic column was used for the separation,and eluent for gradient elution was 10 mmol/L KOH generated online with automatic eluent generator,detector was Thermo scientific MSQ plus mass spectrometer,electron electrospray ionization source negative ion mode was adopted,selective ion monitor mode(SIM)was selected for analysis,and external standard method was used for quantitative analysis.The results showed that,the linear relationship of four kinds of organic acids was good in the range of 0.5～10 mg/L,and the correlation coefficient and the quantitation limit for tartartic acid,malic acid,citric acid and succinic acid were 0.997 and 0.5 mg/kg,0.999 and 0.5 mg/kg,0.997 and 0.5 mg/kg,and 0.997 and 0.5 mg/kg respectively.This method was applied in the determination of organic acids in three kinds of food.The standard recoveries of four organic acids in grape wine,in honey and in biscuit were 81.6%to 109.7%,80.2%to 109.4%and 80.4%to 109.2%respectively.This method had the advantages including simple operation,high sensitivity and good selectivity etc.,which could meet the determination requirements of organic acids in food.

analysis and determination;organic acids;tartaric acid;malic acid;citric acid;succinic acid;ion chromatography-electrospray tandem mass spectrometry

TS261.7；O657.63

A

1001-9286（2017）09-0107-05

10.13746/j.njkj.2017075

2017-03-31

杜利君，學(xué)士學(xué)位，高級工程師，研究方向為食品成分檢測，E-mail：wuji_du@163.com。

劉紅艷，碩士學(xué)位，高級工程師，研究方向為食品成分檢測，E-mail：liuhongyan0818@126.com。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2017-07-19；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170719.1049.001.html。