MALDI-TOF MS在食品摻假鑒別研究中的應(yīng)用

李曉芹，禹超，王偉，方志娟

1.蘇州市食品檢驗(yàn)檢測(cè)中心（蘇州 215104）；2.杭州羽嬉貿(mào)易有限公司（杭州 310000）

隨著食品加工工藝日益復(fù)雜化，食品質(zhì)量等級(jí)難以通過感官直觀辨別。為獲取更多經(jīng)濟(jì)利益，食品摻假愈發(fā)多樣和隱蔽，如以次充好[1]、虛假標(biāo)簽、產(chǎn)地造假等。食用油脂、乳制品、肉制品、酒類、調(diào)味品、飲料和蜂產(chǎn)品等7類產(chǎn)品占所有摻假食品類別的90%以上，牛奶、橄欖油和蜂蜜高居摻假食品產(chǎn)品前三[2]，困擾消費(fèi)者和相關(guān)監(jiān)管部門。

常規(guī)的定向檢測(cè)手段針對(duì)食品添加劑、違法添加物、農(nóng)獸藥等已知成分，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的食品摻假現(xiàn)象[3]。非定向分析是近年來伴隨儀器技術(shù)進(jìn)步發(fā)展起來的檢測(cè)理念，可依據(jù)不同生物體具備特征性的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核苷酸等的表達(dá)，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行聚類分析開展的檢測(cè)技術(shù)，具有安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力，是食品質(zhì)量安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高分辨質(zhì)譜技術(shù)、基因檢測(cè)技術(shù)、核磁共振分析、同位素分析、基質(zhì)輔助激光解析電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜（matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）等新興技術(shù)在非定向食品摻假的研究中都得到一定的探索和應(yīng)用[4-5]。鑒于此，從技術(shù)原理，以及在乳制品、肉與肉制品、水產(chǎn)品、食用油、蜂蜜等摻假中的應(yīng)用等方面，闡述MALDI-TOF MS在食品摻假中的研究進(jìn)展。

1 MALDI-TOF MS技術(shù)原理

MALDI-TOF MS是用激光轟擊待測(cè)物與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，使其快速爆炸性蒸發(fā)，在這個(gè)過程中基質(zhì)離子與待測(cè)物間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，使待測(cè)物離子化。電離的生物分子在電場(chǎng)的作用下，通過飛行管道到達(dá)檢測(cè)器，不同質(zhì)荷比的帶電離子飛行的速度不同，根據(jù)到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間和帶電離子數(shù)量，獲得該待測(cè)物的圖譜[6-7]。

MALDI的電離方式為軟電離，不會(huì)導(dǎo)致生物分子發(fā)生鏈斷裂，能在離子化的過程中保持完整[8]。MALDI-TOF MS有很強(qiáng)的基質(zhì)依賴性，基質(zhì)的選擇對(duì)分析物的離子化起著至關(guān)重要的作用。α-氰基-4-羥基肉桂酸（CHCA）一般用于蛋白質(zhì)特性表征中，2, 5-二羥基苯甲酸（DHB）用于糖分子相關(guān)的研究[9]，2,4, 6-三羥基苯乙酮（THAP）或3-羥基吡啶甲酸（3-HPA）用于核苷酸的研究中[10]。

MALDI-TOF MS具備操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)范圍廣、分辨率高、檢測(cè)速度快、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)[11]，不但適用于蛋白質(zhì)、糖肽等的高通量篩選，還可對(duì)脂質(zhì)、核苷酸、微生物鑒定分型等進(jìn)行分析[12-13]，尤其在微生物領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)成熟[14]。關(guān)于MALDI技術(shù)已發(fā)布實(shí)施的食品相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 33682——2017《基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜鑒別微生物方法通則》[15]，SN/T 3872——2014《出口食品中四種致病菌檢測(cè)方法MALDI-TOF-MS法》[16]和SN/T 5228系列標(biāo)準(zhǔn)[17]，顯示其在細(xì)菌、酵母菌，真菌等鑒定方面的可行性[18]。在食品摻假中的應(yīng)用還處于研究階段，未形成標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 MALDI-TOF MS在食品摻假鑒別中的應(yīng)用

2.1 乳制品

實(shí)現(xiàn)乳制品摻假鑒別，可利用MALDI技術(shù)篩選標(biāo)志物，通過特征性標(biāo)志峰作為考察重點(diǎn)進(jìn)行辨別。Calvano等[19]通過分析MALDI-TOF MS磷脂指紋圖譜檢測(cè)牛奶摻假。以生鮮牛乳、市售牛奶，以及綿羊奶、山羊奶和牛奶的混合物為研究對(duì)象，對(duì)脂質(zhì)提取物進(jìn)行掃描分析，篩選出質(zhì)荷比703和706的2個(gè)帶電離子為特征峰，以其豐度比作為參考進(jìn)行摻假鑒別。

通過樣本采集獲得該品類的指紋圖譜，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)建立數(shù)據(jù)模型進(jìn)行鑒別[20]。卜漢萍等[8]將鮮奶樣品經(jīng)0.1%三氟乙酸水溶液稀釋，與芥子酸溶液混合點(diǎn)靶板，待樣品干燥后載入MALDI-TOF MS，將酪蛋白和乳清蛋白等重要分子量信息及響應(yīng)變化作為考察目標(biāo)，通過主成分分析（PCA）分析不同2個(gè)產(chǎn)地和2個(gè)季節(jié)的鮮奶的圖譜數(shù)據(jù)，建立蛋白質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫。該方法能夠快速檢測(cè)含有0.3%（m/m）豬皮明膠、大豆分離蛋白或乳清蛋白的摻假鮮奶。Garcia等[21]通過簡(jiǎn)單的正己烷提取，采用MALDI-TOF MS技術(shù)獲得脂肪指紋圖譜，結(jié)合PCA等分析技術(shù)建立數(shù)據(jù)模型，可以用于檢測(cè)奶粉中10%的植物油摻假。

MALDI在小分子化合物分析方面也有一定應(yīng)用。Su等[22]將SBA-15與CHCA和3-APTES形成的離子液體共價(jià)連接合成新型基質(zhì)，建立MALDI-TOF MS檢測(cè)牛奶樣品中三聚氰胺的高通量篩選方法，并對(duì)溶劑、基質(zhì)懸浮液濃度、基質(zhì)與樣品比例、沉積策略、干燥方法、樣品制備方法等參數(shù)的影響進(jìn)行考察。該方法檢出限達(dá)0.10 mg/kg，SRSD≤14%。

2.2 肉與肉制品

肉及肉制品的摻假問題，較常見的如將價(jià)格較低的豬肉、雞肉、鴨肉等全部或部分代替價(jià)格較高的牛肉或羊肉。烹飪和冷凍儲(chǔ)藏對(duì)肉制品本身的改變?cè)趨⒓予b別中也需要充分考慮。

施姿鶴[23]根據(jù)蛋白質(zhì)N-糖基化修飾的特異性，利用MALDI-TOF MS分析不同肉中N-鏈寡糖組的結(jié)構(gòu)差異，并依此建立了肉類真?zhèn)舞b別的UPLC方法，運(yùn)用于雞、鴨、豬、牛、羊肉的二元、三元及加工肉制品摻假的鑒別，檢出限達(dá)到2.2%，烹飪后仍能鑒別10%比例的摻假肉。

蒲科源等[24]利用MALDI-TOFMS的高通量采集功能，得到牛、雞、鴨、豬4種生肉的129個(gè)離子峰和熟肉的151個(gè)離子峰，篩選11個(gè)特征蛋白質(zhì)峰，再結(jié)合PCA分析，構(gòu)建牛肉摻假鑒別模型，在25%，50%和75%質(zhì)量比條件下雞肉、鴨肉、豬肉、牛肉都可有效區(qū)分，生、熟狀態(tài)下的摻假牛肉均能得到鑒別，可在3 h內(nèi)完成對(duì)384個(gè)樣品的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高通量分析。

Flaudrops等[25]提取蛋白質(zhì)后，用MALDI-TOFMS系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行聚類分析，將豬肉、牛肉、馬肉、牛肉和雞肉有效的分成不同的質(zhì)譜簇，以準(zhǔn)確區(qū)分肉類來源。同時(shí)根據(jù)特征峰，區(qū)分豬肉明膠和牛肉明膠。

2.3 水產(chǎn)品

江浙地區(qū)大閘蟹養(yǎng)殖普遍，因產(chǎn)地不同價(jià)格差異較大，但市場(chǎng)上冒充較多，假冒手段層出不窮，即便通過特殊標(biāo)記也難以鑒別真假。金萍等[26]采用0.1%的三氟乙酸提取大閘蟹的蟹鰲和蟹身的肌肉組織蛋白，加入芥子酸作為基質(zhì)，通過MALDI-TOF MS技術(shù)獲得特征性指紋圖譜，借助夾角余弦相似度分析給和偏最小二乘法判別分析，尋找到2種大閘蟹肌肉組織蛋白質(zhì)在質(zhì)譜圖上的差異，能夠非常直觀地將2種大閘蟹進(jìn)行分類。

Salla等[27]利用MALDI-TOF MS和質(zhì)譜指紋匹配分析軟件，建立質(zhì)譜參考數(shù)據(jù)庫，對(duì)6個(gè)不同物種的蝦進(jìn)行鑒別。使用來自這6個(gè)物種的74個(gè)未知蝦樣本進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，在74個(gè)樣本中，有72個(gè)樣本得到正確鑒定，正確率97%。

Gesche等[28]使用MALDI-TOF MS評(píng)估不同儲(chǔ)存溫度和加工方式對(duì)高脂肪大西洋鯖魚和低脂肪虹鱒魚的光譜質(zhì)量和重現(xiàn)性的影響。結(jié)果表明，用25%甲酸和氯仿-甲醇制備樣品，能獲得新鮮和冷凍狀態(tài)下、高脂肪和低脂肪魚的可重復(fù)和高質(zhì)量的圖譜。除熏魚外，樣品在99 ℃處理5 min或者在-20 ℃下儲(chǔ)存14個(gè)月，MALDI-TOF MS的鑒定結(jié)果仍能保證重現(xiàn)性。

2.4 食用油

在食用植物油消費(fèi)領(lǐng)域，以次充好甚至“地溝油”等欺詐消費(fèi)者的情況依然存在。傳統(tǒng)的酸價(jià)、過氧化值，甚至辣椒素檢測(cè)，都存在一定缺陷[29]。

Jergovi?等[30]建立基于MALDI-TOFMS技術(shù)的快速檢測(cè)特級(jí)初榨橄欖油（EVOO）摻假的方法。研究通過MALDI-TOF MS掃描獲得EVOO中特異性三酰甘油的指紋圖譜，通過添加1%，10%和20%（w/w）葵花籽油、精煉橄欖油和初榨橄欖油模擬摻假，通過比較分析，能夠有效鑒別摻假EVOO，檢出限低至1%，并且能夠有效區(qū)分來自不同地理區(qū)域的EVOO樣品。

Ng等[31]對(duì)包括30種900余批次食用油樣品進(jìn)行分析比較，獲得每種食用油的特征峰，并進(jìn)行PCA分析。根據(jù)數(shù)據(jù)模型結(jié)果，將900余批次食用油分為8類。利用偏最小二乘法判別分析對(duì)435種食用油產(chǎn)品進(jìn)行分類，總體正確率為97.2%，對(duì)常用食用油鑒別的正確率接近100%。

Per?uri?等[32]比較MALDI-TOF MS、GC-MS和近紅外光譜3種方法對(duì)EVOO產(chǎn)地的鑒別潛力，發(fā)現(xiàn)采用MALDI-TOF MS測(cè)定三酰甘油組成對(duì)EVOO產(chǎn)地具有最好的分類能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)橄欖油特性的完整表征。

2.5 蜂蜜

蜂蜜是一種天然的甜味劑，同時(shí)具有一定藥用價(jià)值，用廉價(jià)糖漿冒充或者以次充好等[33]蜂蜜摻假現(xiàn)象普遍。

屈亮亮[34]以DHB為基質(zhì)對(duì)蜂蜜、糖漿和10%糖漿摻假蜂蜜進(jìn)行MALDI技術(shù)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻假蜂蜜在多糖聚合度及糖類分布趨勢(shì)上和蜂蜜樣品存在差異，建立一種無需樣品預(yù)處理的、高通量蜂蜜摻假檢測(cè)方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)蜂蜜植物源的鑒別；提出以鹽酸萘乙二胺（NEDC）為基質(zhì)，基于寡糖異構(gòu)體組成差異鑒別蜂蜜摻假。獲取洋槐蜜、荊條蜜和棗花蜜的指紋圖譜，并結(jié)合多變量分析實(shí)現(xiàn)3種蜂蜜的快速區(qū)分。

宗凱等[35]利用MALDI-TOFMS對(duì)44種不同產(chǎn)地和品種的蜂蜜中分離出44株芽孢桿菌進(jìn)行鑒定分型和聚類分析。結(jié)果表明，相同品牌的蜂蜜樣品能穩(wěn)定分離到芽孢桿菌，獲得的蛋白指紋圖譜具有重復(fù)性，可作為一種新的蜂蜜產(chǎn)地和品種溯源的方法。

3 結(jié)語

MALDI-TOF MS在食品中的摻假鑒別，主要通過對(duì)特征性標(biāo)志物篩選和數(shù)據(jù)模型鑒別實(shí)現(xiàn)，是非靶向篩選，具備巨大的應(yīng)用潛力，已在乳制品、肉制品、水產(chǎn)品、食用油、蜂蜜等多種食品的摻假鑒別中廣泛應(yīng)用，針對(duì)品種、產(chǎn)地、季節(jié)等均可實(shí)現(xiàn)有效區(qū)分，前處理簡(jiǎn)單、檢測(cè)范圍廣、分辨率高、檢測(cè)速度快、重現(xiàn)性好。目前MALDI-TOF MS技術(shù)主要還是在研究階段，研究對(duì)象多為初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品。食品種類繁多，性質(zhì)千差萬別，構(gòu)成復(fù)雜，MALDI-TOF MS技術(shù)在加工食品摻假鑒別中依然有很多的探索空間，在標(biāo)志物篩選和數(shù)據(jù)模型建立還需要大量數(shù)據(jù)和驗(yàn)證工作，有待進(jìn)一步的研究和深入。