食品中化學添加劑的檢測技術(shù)研究

摘 要：為確保食品安全，高效檢測食品中的化學添加劑至關(guān)重要。本文介紹了化學添加劑的類別及其在食品工業(yè)中的作用，探討了現(xiàn)有檢測技術(shù)如色譜分析的應(yīng)用，并分析了痕量添加劑定量分析和化學形態(tài)分析的挑戰(zhàn)。通過研究新型快速檢測技術(shù)，提升檢測的靈敏度和準確性，為食品安全監(jiān)管提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：食品添加劑；化學檢測；高效液相色譜；痕量分析

Research on the Detection Technology of Chemical Additives in Food

ZHANG Xiaohui

（Zhangjiakou City Food and Drug Inspection Center， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract： Efficient detection of chemical additives in food is crucial to ensure food safety. This article introduces the categories of chemical additives and their roles in the food industry， explores the application of existing detection techniques such as chromatographic analysis， and analyzes the challenges of quantitative analysis and chemical speciation analysis of trace additives. By researching new rapid detection technologies， the aim is to improve the sensitivity and accuracy of detection， and provide technical support for food safety supervision.

Keywords： food additives; chemical testing; high performance liquid chromatography; trace analysis

食品添加劑在現(xiàn)代食品工業(yè)中發(fā)揮著不可或缺的作用。為保證食品安全，《中華人民共和國食品安全法》等明確規(guī)定，食品生產(chǎn)經(jīng)營者應(yīng)當建立食品添加劑管理制度。然而，當前食品中化學添加劑檢測仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如痕量添加劑定量分析困難、添加劑賦存狀態(tài)信息缺乏等[1]。因此，急需發(fā)展高靈敏、快速、準確的檢測新技術(shù)，為食品安全監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐。

1 食品中化學添加劑的主要類別及作用

食品添加劑是指為改善食品品質(zhì)和感官特性或延長保質(zhì)期而加入食品中的化學合成或者天然物質(zhì)，其中化學合成品種繁多，食品添加劑按照功能可分為防腐劑、抗氧化劑、增味劑、著色劑、凝固劑、乳化劑等多個類別。防腐劑如苯甲酸鈉，其在特定濃度范圍內(nèi)可有效抑制細菌、真菌生長繁殖，達到防腐目的，常用于飲料、果醬等；抗氧化劑如沒食子酸丙酯，能阻斷游離基鏈式反應(yīng)，防止脂肪氧化酸敗，多見于植物油、堅果制品；增味劑如谷氨酸鈉，可增強食物的鮮味，改善口感，主要添加于方便面、肉制品等；著色劑如胭脂紅，可使食品呈現(xiàn)誘人色澤，補償加工流失的色素，普遍存在于糖果、飲料等；此外，凝固劑卡拉膠可增加食品穩(wěn)定性，乳化劑卵磷脂可促進乳化，改善食品結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，廣泛應(yīng)用于乳制品、烘焙食品等領(lǐng)域[2]。化學添加劑通過多種機制發(fā)揮復(fù)雜的協(xié)同作用，極大地拓展了食品工業(yè)的加工范圍和制造工藝，推動了現(xiàn)代食品產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

2 食品中化學添加劑常見檢測技術(shù)

食品中化學添加劑的檢測是一項復(fù)雜而細致的工作，需要根據(jù)添加劑的理化性質(zhì)和基質(zhì)特點，綜合運用多種分析技術(shù)和前處理方法。目前，色譜技術(shù)以其強大的分離能力和極高的靈敏度，在添加劑檢測領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。例如，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用常用于揮發(fā)性添加劑如合成抗氧化劑、香料等的分析，而液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜則更適用于極性較大、熱穩(wěn)定性差的水溶性添加劑，如安賽蜜、糖精鈉等。此外，高效液相色譜結(jié)合紫外、熒光、蒸發(fā)光散射等多種檢測器，可滿足不同類型添加劑的檢測需求[3]。值得一提的是，超高效液相色譜和多維氣相色譜等新型分離技術(shù)不斷涌現(xiàn)，大大提高了檢測的通量和分辨率。與此同時，樣品前處理技術(shù)的革新也有力地推動了添加劑檢測水平的提升?；诜肿佑≯E、固相微萃取、免疫親和層析等原理開發(fā)的新型萃取介質(zhì)和富集方法，不僅簡化了操作步驟，提高了回收率，而且能夠從復(fù)雜基質(zhì)中選擇性地分離富集目標添加劑，極大地降低了基質(zhì)干擾。電化學分析、生物傳感等新興技術(shù)在食品添加劑檢測中也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，如修飾電極可靈敏檢測抗壞血酸、沒食子酸等活性添加劑，酶傳感器可實現(xiàn)谷氨酸鈉等增味劑的快速篩查。盡管如此，食品添加劑檢測技術(shù)仍有待進一步完善，以滿足日益嚴格的食品安全監(jiān)管要求。

3 食品中化學添加劑檢測存在的問題

3.1 痕量添加劑定量分析困難

食品添加劑的痕量檢測在食品安全監(jiān)管中非常重要，但由于添加劑在食品加工過程中的用量極低，加之食品基質(zhì)復(fù)雜多樣，痕量添加劑的定量分析仍面臨諸多技術(shù)難題。即便是應(yīng)用最為廣泛的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，在檢測低至μg·kg-1級別的痕量添加劑時，也常常受到基質(zhì)效應(yīng)的嚴重干擾。以瓊脂糖凝膠中的痕量山梨酸鉀檢測為例，由于凝膠中糖類、蛋白質(zhì)等共萃取物的競爭性電離抑制作用，使得目標物離子化效率大幅降低，導(dǎo)致檢測靈敏度和重現(xiàn)性難以滿足定量要求。類似地，在發(fā)酵醬油等調(diào)味品中測定痕量苯甲酸鈉時，樣品基質(zhì)中氨基酸、有機酸等內(nèi)源性干擾物經(jīng)常引起嚴重的信號抑制，給定量分析帶來極大挑戰(zhàn)[3]。針對上述難題，有研究者開發(fā)了基質(zhì)匹配標準品、同位素內(nèi)標等校正策略，但由于食品基質(zhì)的復(fù)雜多變，普適性較差[4]。此外，部分添加劑如三氯蔗糖在食品加工過程中會發(fā)生降解轉(zhuǎn)化，生成結(jié)構(gòu)相似的多種衍生物，進一步增加了痕量檢測的難度。

3.2 添加劑化學形態(tài)分析能力不足

食品添加劑在食品加工、貯藏過程中，可能發(fā)生復(fù)雜的化學反應(yīng)，導(dǎo)致其化學形態(tài)發(fā)生改變。目前常用的檢測方法如高效液相色譜法，主要針對添加劑的總量進行測定，難以區(qū)分其中不同形態(tài)的組成比例，這使得添加劑在食品中的真實存在狀態(tài)難以得到準確評估。亞硝酸鹽在肉制品中的形態(tài)變化就是一個典型案例。研究表明，亞硝酸鈉在肉制品加工過程中，一部分會與肌紅蛋白結(jié)合形成亞硝基肌紅蛋白，另一部分則轉(zhuǎn)化為氮氧化合物，但常規(guī)檢測方法無法區(qū)分游離態(tài)和結(jié)合態(tài)亞硝酸鹽，更難以定量氮氧化合物，極大地限制了對其安全性和功能性的深入理解[5]。類似地，磷酸鹽添加劑在食品中也呈現(xiàn)出不同形態(tài)，如游離態(tài)正磷酸鹽、結(jié)合態(tài)焦磷酸鹽等，但當前的總磷檢測方法難以實現(xiàn)形態(tài)分析，給磷酸鹽的食品安全監(jiān)管帶來困擾[5]。添加劑化學形態(tài)分析能力的不足，制約了添加劑在食品中作用機制的深入闡明和安全性的科學評估。

3.3 新型添加劑檢測方法缺乏

隨著食品工業(yè)的不斷發(fā)展，新型食品添加劑層出不窮，但與之相適應(yīng)的檢測方法卻相對滯后。以復(fù)配增味劑為例，其通過多種呈味物質(zhì)的復(fù)雜組合，產(chǎn)生協(xié)同增味效應(yīng)，但傳統(tǒng)的單組分檢測方法難以全面評估其成分組成和添加量，這對復(fù)配增味劑的質(zhì)量控制和安全監(jiān)管形成了挑戰(zhàn)。類似地，脂肪替代劑——功能性二聚縮水甘油脂肪酸酯，作為一類新興的食品添加劑，由于化學結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，現(xiàn)有的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)定性分析，但在定量檢測方面仍存在靈敏度不足、基質(zhì)干擾嚴重等問題，難以滿足食品安全監(jiān)管的需求。值得關(guān)注的是，納米食品添加劑如二氧化硅、二氧化鈦等，由于其獨特的理化性質(zhì)和生物學效應(yīng)，對檢測方法提出了更高的要求，傳統(tǒng)的總量檢測方法難以全面反映其粒徑分布、聚集狀態(tài)等特性，而這些恰恰是評估其在食品體系中分散性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。由此可見，添加劑種類的不斷增多，對檢測技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

4 食品中化學添加劑檢測技術(shù)優(yōu)化對策

4.1 發(fā)展高靈敏度痕量分析技術(shù)

食品添加劑痕量分析的關(guān)鍵在于提高檢測方法的靈敏度和選擇性，以期在復(fù)雜基質(zhì)背景下實現(xiàn)目標物的精確定量。①液相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)憑借其優(yōu)異的定性定量性能，為痕量添加劑分析提供了新的途徑。以瓊脂糖凝膠中痕量山梨酸鉀檢測為例，采用Q-Orbitrap高分辨質(zhì)譜儀，可顯著提升儀器選擇性，通過全掃描-數(shù)據(jù)依賴采集模式，實現(xiàn)痕量目標物的準確篩查和定量，有效克服了基質(zhì)效應(yīng)干擾。進一步地，在前處理階段引入基質(zhì)固相分散萃取技術(shù)，利用氧化鋁、石墨化炭黑等新型填料與痕量極性添加劑的選擇性吸附作用，可顯著提高萃取回收率和凈化效果，拓寬基質(zhì)適用范圍，為液質(zhì)聯(lián)用檢測奠定基礎(chǔ)。②對于低揮發(fā)性、難衍生化的添加劑如三氯蔗糖，超高效液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜技術(shù)可發(fā)揮多反應(yīng)監(jiān)測模式的優(yōu)勢，通過母離子-子離子對的選擇性檢測，實現(xiàn)痕量水平的靈敏捕獲。同時，在電離源中引入雙流動注射分析系統(tǒng)，利用穩(wěn)定同位素內(nèi)標物對基質(zhì)效應(yīng)進行在線校正，可有效消除信號抑制或增強效應(yīng)。③對于熱敏感添加劑的痕量分析，液相-化學電離源耦聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)可避免氣相色譜常用的高溫條件，實現(xiàn)溫和檢測。

總的來說，采用高靈敏度、高選擇性的液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)，結(jié)合高效富集、凈化的樣品前處理方法，并借助穩(wěn)定同位素內(nèi)標校正和柔性電離模式，可顯著提升食品添加劑痕量檢測的準確性和重現(xiàn)性，為添加劑的定量風險評估提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

4.2 建立添加劑化學形態(tài)分析方法

食品添加劑在食品加工過程中的化學形態(tài)轉(zhuǎn)化，直接影響其功能性發(fā)揮和安全性評估，因此急需建立特異性識別和定量表征方法，實現(xiàn)添加劑不同形態(tài)的精準分析。①針對亞硝酸鹽在肉制品中游離態(tài)和結(jié)合態(tài)形態(tài)分析的難題，可采用液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，利用色譜柱對游離態(tài)和結(jié)合態(tài)亞硝酸鹽進行分離，再通過高靈敏度的等離子體質(zhì)譜儀實現(xiàn)痕量檢出，同時引入模擬消化體系，考察其胃腸道消化過程中形態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)化，為亞硝酸鹽的體內(nèi)代謝過程研究提供支撐。②對于磷酸鹽添加劑在乳制品中的形態(tài)分析，可借鑒核磁共振波譜技術(shù)的最新進展，通過31P化學位移信息，實現(xiàn)各種磷酸鹽化合物如焦磷酸鹽、多聚磷酸鹽等的定性定量分析，并結(jié)合流動注射分析技術(shù)，實現(xiàn)形態(tài)組成的在線監(jiān)測，及時掌握磷酸鹽形態(tài)的動態(tài)變化規(guī)律，為工藝優(yōu)化提供依據(jù)。③針對食品加工過程中抗壞血酸的降解產(chǎn)物分析，可采用高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，在前處理階段引入衍生化反應(yīng)，提高痕量降解產(chǎn)物的檢測靈敏度，再通過高分辨質(zhì)譜的碎片離子診斷和同位素分布匹配，實現(xiàn)降解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)解析和成分鑒定，并構(gòu)建化學計量學模型，揭示加工條件與抗壞血酸穩(wěn)定性的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為添加劑用量的科學優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

需要指出的是，食品添加劑形態(tài)分析方法的建立需要色譜、光譜、質(zhì)譜等分離檢測技術(shù)的深度融合，還需要與食品加工過程緊密結(jié)合，在模擬加工條件下進行系統(tǒng)研究，這對分析方法的選擇性、靈敏度和適用性提出了更高的要求。

4.3 開發(fā)新型添加劑快速檢測技術(shù)

新型食品添加劑的快速檢測技術(shù)開發(fā)需要與時俱進，以應(yīng)對日益復(fù)雜的食品體系和不斷提高的檢測需求。①對于復(fù)配增味劑的多組分同時分析，可以考慮將近紅外光譜技術(shù)與化學計量學模型相結(jié)合，通過全波段掃描，獲取復(fù)配體系的“光譜指紋”，再結(jié)合多元校正和智能算法，實現(xiàn)復(fù)配組分的快速定性定量分析，簡化檢測流程。這一技術(shù)的關(guān)鍵在于建立穩(wěn)健的定標模型，需要在實驗設(shè)計階段科學選擇代表性樣本，優(yōu)化光譜采集條件，提高模型的預(yù)測能力和擴大模型的適用范圍。②對于脂肪替代劑的結(jié)構(gòu)表征和含量測定，基于核磁共振波譜技術(shù)（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）的定量分析策略值得關(guān)注。1H NMR技術(shù)可以在分子水平上揭示脂肪酸酯鍵的空間構(gòu)型信息，而13C NMR技術(shù)可以定量分析酯鍵數(shù)量，二者結(jié)合可以實現(xiàn)對脂肪替代劑結(jié)構(gòu)與含量的快速表征，為質(zhì)量控制提供依據(jù)[2]?？紤]到脂肪替代劑在食品基質(zhì)中的微觀狀態(tài)對其功能性和穩(wěn)定性有重要影響，還可以引入低場NMR分析技術(shù)，研究其在復(fù)雜體系中的聚集形態(tài)和存在狀態(tài)，進一步拓展檢測維度。③針對納米食品添加劑的特性表征，場流分離技術(shù)如場流分級分離聯(lián)用多角度光散射檢測，可以實時動態(tài)分析納米顆粒的粒徑分布、形貌特征和聚集行為，揭示其在食品加工和儲運過程中的演變規(guī)律，為功能性發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。

總之，新型添加劑快速檢測技術(shù)的開發(fā)，需要跨學科技術(shù)的交叉融合，將光譜、波譜、色譜等傳統(tǒng)分析手段與化學計量學、納米分析等新興技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)建多組分、多形態(tài)、多維度的立體檢測技術(shù)體系，切實提高檢測的快速性、準確性和針對性，為新型添加劑的質(zhì)量安全控制提供堅實保障。

5 結(jié)語

本研究深入探討了食品中化學添加劑的檢測技術(shù)，揭示了當前技術(shù)在痕量分析和形態(tài)分析中的局限性。通過對現(xiàn)有方法的優(yōu)化和新技術(shù)的開發(fā)，有助于提高檢測的精確度和效率。未來，應(yīng)進一步融合多學科技術(shù)，推動檢測技術(shù)的創(chuàng)新，以應(yīng)對新型添加劑的檢測需求，并加強對食品添加劑在不同處理條件下的行為研究，為食品安全提供更全面的保障。

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作者簡介：張曉慧（1992—），女，河北張家口人，本科，助理工程師。研究方向：食品藥品檢驗。