蔣葉靈 侯緒和 呂保櫻
摘 要:應(yīng)用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵面制品的7種甜味劑(糖精鈉、甜蜜素、安賽蜜、阿斯巴甜、阿力甜、紐甜、三氯蔗糖)同時(shí)檢測(cè)。樣品經(jīng)機(jī)械震蕩、超聲萃取,亞鐵氰化鉀溶液和乙酸鋅沉淀蛋白,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾預(yù)處理,以Agilent Eclipse Plus C18柱(2.1 mm×50.0 mm,1.8 μm)和乙腈-水為流動(dòng)相梯度洗脫;電噴霧負(fù)離子模式(ESI-)下采用多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)(multiple reaction monitoring,MRM)模式進(jìn)行分段采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:7種甜味劑在0.01~0.50 μg/mL濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系較好,相關(guān)系數(shù)r2均大于0.999 1,檢出限為3.0×10-6~3.0×10-4 g/kg,定量限為1.0×10-5~1.0×10-3 g/kg,樣品平均加標(biāo)回收率為84.5%~96.5%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3%~8.1%(n = 6)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法快速、準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好,在各種發(fā)酵面制品檢測(cè)中有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:甜味劑;發(fā)酵面制品;超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(UPLC-MS/MS)
中圖分類號(hào):TS213.2 DOI:10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2023.03.018
0 引言
發(fā)酵面制品是指以面粉為主要成分,經(jīng)由和面-發(fā)酵-熟制而成的一類食品,包括饅頭、包子、花卷、蒸糕等,是我國北方居民的主要糧食,占其主食的70%以上[1],其中饅頭是60%以上消費(fèi)者的主食[2]。可見發(fā)酵面制品在人們的生活中占據(jù)著重要的地位。甜味劑能夠增加食品的甜度,增強(qiáng)食品的口感[3]。目前,我國使用的甜味劑主要有安賽蜜、三氯蔗糖、甜蜜素、糖精鈉、紐甜等化學(xué)合成甜味劑?;瘜W(xué)合成甜味劑的長期大量攝入可能會(huì)引起腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成改變,使用量過大可導(dǎo)致血糖高、葡萄糖不耐受等代謝系統(tǒng)疾病,甚至?xí)?dǎo)致脾氣暴躁、性格壓抑、記憶力衰退、阿爾茲海默癥等神經(jīng)系統(tǒng)異常及致癌[4-7]。在《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2760—2014)[8]中規(guī)定發(fā)酵面制品中均不得使用上述化學(xué)合成甜味劑,然而部分商家為了追求經(jīng)濟(jì)效益,存在濫用、違規(guī)使用等不規(guī)范行為。
常用的化學(xué)合成甜味劑檢測(cè)方法主要有氣相色譜法[9-10]、離子色譜法[11]、高效液相色譜法[12-14]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)[15-16]等。使用氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)需要進(jìn)行衍生化處理后方能使用,操作繁瑣,在食品檢驗(yàn)中適用度不高[17-18]。離子色譜法檢測(cè)合成甜味劑時(shí)對(duì)樣品基質(zhì)要求純凈,而食品基質(zhì)復(fù)雜性高,離子色譜法適用度較差。高效液相色譜法是合成甜味劑檢測(cè)中最為常用的檢測(cè)方法[19],同時(shí)高效液相色譜法也是《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中阿斯巴甜和阿力甜的測(cè)定》(GB 5009.263—2016)[20]和《食品中糖精鈉的測(cè)定》(GB/T 5009.28—2003)[21]規(guī)定使用的測(cè)定方法。但由于發(fā)酵面制品中存在泡打粉等影響因素,存在基質(zhì)干擾引起的假陽性現(xiàn)象[22],并且在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中也未有將7種合成甜味劑在高效液相色譜法中同時(shí)檢測(cè)的方法。因此,開發(fā)發(fā)酵面制品中合成甜味劑同時(shí)檢測(cè)的新方法是目前亟待解決的問題。本研究基于超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法,建立了同時(shí)檢測(cè)發(fā)酵面制品的7種甜味劑(糖精鈉、甜蜜素、安賽蜜、阿斯巴甜、阿力甜、紐甜、三氯蔗糖)的方法。該方法利用了超高效液相色譜柱效高的特點(diǎn),分離度高,分析速度快,色譜峰更尖銳使得信噪比增大,從而提高分析靈敏度,解決了復(fù)雜基質(zhì)的多組分同時(shí)測(cè)定的問題。由于UPLC-MS/MS選擇性高、靈敏度好,因此在食品監(jiān)督檢測(cè)中有廣泛的應(yīng)用前景,并可提高監(jiān)管效率,為市場(chǎng)上此類食品的安全檢測(cè)提供參考,具有一定的社會(huì)效益。
1 材料與方法
1.1 材料、儀器與試劑
樣品:馬拉糕、饅頭、花卷、包子共50批,均購于本地超市和商店。
儀器:超高壓三重四極桿液質(zhì)聯(lián)用儀(型號(hào):Agilent 1290-646,安捷倫科技有限公司);電子天平(型號(hào):XS205DU,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司);Multi Reax渦旋振蕩器(德國海道夫集團(tuán));超聲波清洗器(型號(hào):DTA-42,鼎泰(湖北)生化科技設(shè)備制造有限公司);冷凍離心機(jī)(型號(hào):ROTANTA 460R,德國Hettich有限公司);SYNS00000密理博超純水機(jī)(美國Millipore公司)。
試劑:甲醇、乙腈(色譜純),均為默克股份有限公司;甲酸(色譜純)、乙酸銨(色譜純),均為Fisher Scientific;亞鐵氰化鉀(分析純)、乙酸鋅(分析純),均為西隴科學(xué)股份有限公司;微孔濾膜,0.22 μm,天津市科億隆實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。
對(duì)照品:糖精鈉(1 mg/mL,中國計(jì)量科學(xué)研究院,批號(hào):GBW(E)100008-19001);安賽蜜(質(zhì)量分?jǐn)?shù):100%,Stanford Chemicals,批號(hào):ASF-785053-AP171106-18);甜蜜素(質(zhì)量分?jǐn)?shù):99.12%,Dr.Ehrenstorfer GmbH,批號(hào):G140210);阿斯巴甜(質(zhì)量分?jǐn)?shù):99.50%,Stanford Chemicals,批號(hào):ASP-841481-AL171106-06);阿力甜(1 000 μg/mL,TMstandard,批號(hào):3452006);紐甜(質(zhì)量分?jǐn)?shù):99.14%,Stanford Chemicals,批號(hào):NT-230025);三氯蔗糖(質(zhì)量分?jǐn)?shù):98.41%,Stanford Chemicals,批號(hào):24714XA-14658-036)。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 質(zhì)譜條件
離子源:電噴霧離子源,負(fù)離子模式(ESI-);離子源溫度:350 ℃;霧化氣流速:5 L/min;鞘氣溫度:350 ℃;鞘氣流速:11 L/min;霧化器電壓:45 psi;毛細(xì)管電壓:-3 000 V;掃描模式:多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)(multiple reaction monitoring,MRM)模式。
1.2.2 色譜條件
液相色譜柱:Agilent Eclipse Plus C18柱(2.1 mm×50.0 mm,1.8 μm);進(jìn)樣體積:5 μL;流速:0.3 mL/min;柱溫:35 ℃;流動(dòng)相:A-乙腈、B-純水,流動(dòng)相梯度洗脫條件見表1。
1.2.3 對(duì)照品儲(chǔ)備液的制備
精密稱取阿斯巴甜、紐甜、安賽蜜、三氯蔗糖、甜蜜素適量,分別用純水(紐甜用0.1%甲酸水)配制成1.078 6、1.037 0、1.228 0、1.089 4、0.893 1 mg/mL的單標(biāo)儲(chǔ)備液;精密移取糖精鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液2 mL,配制成0.760 mg/mL的儲(chǔ)備液;阿力甜儲(chǔ)備液(質(zhì)量濃度1 000 μg/mL);于4 ℃冰箱中保存。
1.2.4 混合標(biāo)準(zhǔn)中間液的配制
精密吸取1.2.3對(duì)照品儲(chǔ)備液中安賽蜜0.4 mL、糖精鈉2 mL、甜蜜素0.2 mL、阿斯巴甜4 mL、三氯蔗糖4 mL、紐甜0.2 mL,阿力甜對(duì)照品原液0.04 mL定容至20 mL容量瓶中備用。
1.2.5 混合標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制
精密移取上述1.2.4混合標(biāo)準(zhǔn)中間液適量,加入空白基質(zhì)定容至刻度,搖勻。制得混合標(biāo)準(zhǔn)使用液,含阿斯巴甜:10.786 0 mg/L,紐甜:0.518 5 mg/L,安賽蜜:1.228 0 mg/L,三氯蔗糖:10.894 0 mg/L,甜蜜素:0.446 6 mg/L,糖精鈉:3.800 0 mg/L,阿力甜:0.100 0 mg/L。
1.2.6 樣品處理
發(fā)酵面制品實(shí)際樣品處理測(cè)試:分別稱取4份陰性樣品各5 g,各精密加入1.2.4中混合標(biāo)準(zhǔn)中間液0.25 mL,分別加入純水、20%甲醇-水、50%甲醇-水、70%甲醇-水25 mL,分別加入106 g/L亞鐵氰化鉀溶液和220 g/L乙酸鋅溶液2.5 mL,渦旋10 min后定容至50 mL,超聲15 min,經(jīng)7 000 r/min 離心10 min,過0.22 μm微孔濾膜后,待測(cè)。陰性樣品處理:取2份陰性樣品同法處理,得空白基質(zhì)。
1.2.7 加標(biāo)回收檢測(cè)
稱取5 g不同種類發(fā)酵面制品陰性樣品(代表不同基質(zhì)基底),分別精密加入混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(阿斯巴甜:10.786 0 mg/L,紐甜:0.518 5 mg/L,安賽蜜:1.228 0 mg/L,三氯蔗糖:10.894 0 mg/L,甜蜜素:0.446 6 mg/L,糖精鈉:3.800 0 mg/L,阿力甜:0.100 0 mg/L)0.125 mL(低濃度水平)、0.250 mL(中濃度水平)、1.000 mL(高濃度水平),按1.2.6方法進(jìn)行前處理,按上述優(yōu)化好的色譜條件操作,對(duì)低、中、高3個(gè)濃度梯度水平的樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2.1 質(zhì)譜條件的優(yōu)化
分別使用5 mg/L各組分標(biāo)準(zhǔn)溶液依次采用直接進(jìn)樣的方式逐一進(jìn)行測(cè)試,在ESI正離子和ESI負(fù)離子模式下分別進(jìn)行MS2掃描,選擇了響應(yīng)力較強(qiáng)的激基締合體的母離子,而糖精鈉和安賽蜜在ESI正離子狀態(tài)下無法尋找適當(dāng)?shù)哪鸽x子,所以首先使用ESI負(fù)離子方法進(jìn)行測(cè)量。Product Ion 模式中選擇各組分的最佳子離子和碎裂電壓,在MRM模式中選定各組分子離子的碰撞能量。7種甜味劑的質(zhì)譜MRM參數(shù)見表2。
2.2 色譜條件的優(yōu)化
2.2.1 色譜柱的選擇
本研究分別考察了Agilent Eclipse Plus C18(2.1 mm×50.0 mm,1.8 μm)、Agilent Poroshell 120 SB-C8(2.1 mm×100.0 mm,2.7 μm)、Agilent SB-C18(2.1 mm×50.0 mm,1.8 μm)3種色譜柱,其高效液相色譜圖見圖1。通過圖1可知,3種色譜柱中,Agilent Poroshell 120 SB-C8峰形有拖尾現(xiàn)象,保留時(shí)間為4.6 min,紐甜的峰不尖銳;Agilent SB-C18保留時(shí)間為3.4 min,峰有重疊,分離效果差;Agilent Eclipse Plus C18(簡稱C18)柱峰寬較窄,峰形尖銳,柱效高,分離效果最好。因?yàn)镃18為全硅膠基鍵合18個(gè)碳的烷烴色譜柱,Agilent Poroshell 120 SB-C8為全硅膠基鍵合8個(gè)碳的烷烴色譜柱,而Agilent SB-C18具有較大的二異丁基(SB-C18) 側(cè)鏈基團(tuán),更適用于低pH值的體系。C18柱適合分離弱極性、中極性相對(duì)較弱的化合物,7種合成甜味劑均為極性相對(duì)偏弱的化合物,而發(fā)酵面制品基本上為弱堿性體系,因此,C18更為適用,本研究選擇其作為本體系用色譜柱。
2.2.2 流動(dòng)相的選擇
本研究分別對(duì)有機(jī)相和水相的選擇進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)選取甲醇和乙腈作為有機(jī)相,對(duì)兩者作為有機(jī)相的分離效果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,乙腈作為有機(jī)相進(jìn)行檢測(cè)時(shí),其基線更低,峰形狹窄而尖銳,出峰時(shí)間較早,可以得到一個(gè)較好的分離效果。主要原因是乙腈在高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)上的吸收小,因此基線較平穩(wěn)。并且乙腈與水相混合壓力較甲醇與水相混合壓力更低,同樣流速下柱壓較低,出峰時(shí)間可以更早。對(duì)于甜味劑的合成,乙腈的洗脫能力較甲醇更強(qiáng),可以有更好的分離效果。因此,在該體系中選擇乙腈作為有機(jī)相流動(dòng)相較好。以超純水、摩爾濃度分別為10、30、50 mmol/L乙酸銨的4種水溶液作為水相,乙腈為有機(jī)相時(shí),實(shí)驗(yàn)比較了7種甜味劑標(biāo)樣的定量離子對(duì)響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)弱狀況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:水相中乙酸銨濃度越高,化合物的響應(yīng)就越低,以純水為水相時(shí)響應(yīng)最高。乙酸銨加入流動(dòng)相主要是起到調(diào)節(jié)流動(dòng)相pH值的作用,本體系測(cè)試中對(duì)pH值影響不大,乙酸銨的加入反而降低了化合物的響應(yīng),因此,本體系選擇純水作為水相流動(dòng)。綜上所述,本研究采用乙腈-純水作為流動(dòng)相。7種甜味劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的定量離子對(duì)色譜圖見圖2。由圖2可見,三氯蔗糖和阿斯巴甜的出峰時(shí)間有重疊,但可以通過選擇不同的子離子來進(jìn)行定性和定量分析,互不干擾。
2.3 樣品前處理的選擇
由分析各處理液所得數(shù)據(jù)可知:當(dāng)用甲醇濃度過高的甲醇-水溶液處理甜蜜素和安賽蜜時(shí),未檢測(cè)到相應(yīng)物質(zhì)。甲醇濃度過高時(shí),會(huì)造成甜蜜素和安賽蜜溶解度降低導(dǎo)致目標(biāo)檢測(cè)物的損失,降低體系檢測(cè)靈敏度。純水和20%甲醇-水溶液的各組分均能檢出,其中純水的各組分響應(yīng)值大于20%甲醇-水的響應(yīng)值。因此,本研究體系采用純水作為前處理溶液。
2.4 方法學(xué)評(píng)價(jià)
2.4.1 線性關(guān)系、檢出限和定量限
將1.2.5的標(biāo)準(zhǔn)使用液用空白基質(zhì)處理的稀釋液稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列,再按上述條件進(jìn)行測(cè)試。以峰面積為縱坐標(biāo),質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到各組分線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限見表3。結(jié)果表明,7種甜味劑在其對(duì)應(yīng)的線性范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r2值均在0.999 0以上,檢出限以S/N=3、定量限S/N=10進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果滿足要求。
2.4.2 回收率和精密度
表4為不同面制品中7種甜味劑的加標(biāo)回收率和精密度計(jì)算結(jié)果。表4中,添加量為標(biāo)樣計(jì)算數(shù)值,測(cè)得量為根據(jù)本體系優(yōu)化后檢測(cè)方法的測(cè)試結(jié)果,回收率=(測(cè)得量/添加量)×100%。由表4可知,各目標(biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)樣品的平均加標(biāo)回收率為84.5%~96.5%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.3%~8.1%。由此可見,本研究方法加標(biāo)回收測(cè)試有良好的加標(biāo)回收率,具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。
2.5 實(shí)際樣品的測(cè)定
按照本研究所建立的方法對(duì)采購的50批樣品(馬拉糕5批、花卷10批、饅頭20批、包子15批)依次進(jìn)行檢測(cè)。其中糖精鈉檢出6批次,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.218~180.015 mg/kg;安賽蜜檢出3批次,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.749~8.439 mg/kg;阿斯巴甜檢出3批次,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.734~1.044 mg/kg;其余組分均未檢出。根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2760—2014)[8]規(guī)定,本研究中檢測(cè)的7種甜味劑均不得檢出,表明在市場(chǎng)中流通的發(fā)酵面制品存在非法添加甜味劑的現(xiàn)象,需要加大對(duì)此類產(chǎn)品的監(jiān)管力度。
3 結(jié)論
本研究建立了一種利用UPLC-MS/MS同時(shí)檢測(cè)發(fā)酵面制品中安賽蜜、糖精鈉、甜蜜素、三氯蔗糖、阿斯巴甜、阿力甜和紐甜的方法,并對(duì)儀器條件和前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化,前處理方法簡便,分析體系測(cè)試分析時(shí)間在6 min以內(nèi),體現(xiàn)該方法的快捷高效。研究結(jié)果顯示:該方法的線性關(guān)系良好,所有相關(guān)系數(shù)r2值均大于0.999 0,檢出限為3.0×10-6~3.0×10-4 g/kg,定量限為1.0×10-5~1.0×10-3 g/kg。本研究針對(duì)發(fā)酵面制品體系不同基質(zhì)進(jìn)行加標(biāo)回收檢測(cè),平均回收率為84.5%~96.5%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3%~8.1%。該方法在復(fù)雜基質(zhì)基底中有著良好的加標(biāo)回收率,未出現(xiàn)明顯干擾,將其用于快速檢測(cè)發(fā)酵面制品中的7種甜味劑,可大大提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性,為安全監(jiān)管發(fā)酵面制品中的甜味劑的檢測(cè)提供了技術(shù)支持,具有很好的社會(huì)效益。
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Simultaneous determination of 7 sweeteners in fermented flour
product by UPLC-MS/MS
JIANG Yeling1, HOU Xuhe*2, LYU Baoying2
(1.Guilin Food and Drug Quality Inspection Institute, Guilin 541200, China; 2. Medical School,Guangxi
University of Science and Technology, Liuzhou 545005, China)
Abstract:This study adopted ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(UPLC-MS/MS)to detect 7 sweeteners(sodium saccharin, aspartame, acesulfame-K, neotame, alitame, saccharin sodium and chlorinated sucrose)in fermented dough products simultaneously. The samples were pre-treated by mechanical shaking, ultrasonic extraction, precipitation of proteins with ferricyanide potassium and zinc acetate, and filtration through a 0.22 μm membrane. The Agilent Eclipse Plus C18 column(2.1 mm ×50.0 mm, 1.8 μm)was washed with a gradient of acetonitrile-water. Multiple reaction monitoring(MRM)mode was used for segmented collection under negative electrospray ionization(ESI-). The results showed that the seven sweeteners had good linear relationships within the concentration range of 0.01 to 0.50 μg/mL, with correlation coefficients r2 greater than 0.999 1. The detection limit was 3.0 × 10-6 to 3.0 × 10-4 g/kg and the quantitation limit was 1.0 × 10-5 to 1.0 × 10-3 g/kg. The average recoveries of the samples were 84.5% to 96.5% with relative standard deviations of 1.3% to 8.1%(n=6). The experiment results show that this method is fast, accurate, reproducible, and can be widely applied to the detection of various fermented flour products.
Key words: sweeteners; fermented flour products; ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(UPLC-MS/MS)
(責(zé)任編輯:于艷霞 羅小芬)