隨著人們生活水平日益提高,當下食品消費不僅滿足人們的營養(yǎng)和能量供給,多樣化的食品選擇還能有效提升生活幸福感。高附加值食品如有機食品、認可度高的品牌、有產(chǎn)地保護標簽的食品意味著能賣出更高的價格。同類食品價格懸殊較大,這也讓造假者有機可乘,掛羊頭賣狗肉,以次充好,冒充原產(chǎn)地食品的報道屢見不鮮,這些食品造假屬于以經(jīng)濟利益為驅(qū)動的食品欺詐,是目前影響及破壞食品安全秩序的重要因素之一 。
目前針對這類食品造假的甄別,已開發(fā)了很多方法,如DNA鑒定、蛋白鑒定、元素鑒定、同位素質(zhì)譜及拉曼光譜等,而這些鑒別方法主要針對已知造假方式的某些靶標化合物進行檢測,或者只對原料的物種進行鑒定,難以有效鑒別當今原料的稀釋、替代等多種造假方式,如造假者可以就食品中的特征標志物進行合成額外添加以應對單一化合物鑒別從而達到牟取暴力的目的,或者在原料中摻入相似原料以達到造假目的,諸如此類,造假方式的多樣化, 為食品造假鑒定帶來了巨大的挑戰(zhàn)。相比較其他農(nóng)殘獸殘等有害物的靶向篩查,食品造假檢測需要對未知的造假模式進行監(jiān)督和預防,近年來,隨著高分辨質(zhì)譜技術(shù)的成熟和普及,在食品中也相應開發(fā)了非靶向代謝組學的鑒定手段,近幾年高分辨質(zhì)譜的非靶向代謝組學在食品造假鑒定中得到了應用。
目前以色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)為代謝組學主要技術(shù)手段。受前處理方法和儀器設(shè)備的限制,我國現(xiàn)有的食品檢測標準基本上都是基于靶向代謝組學技術(shù)的應用,針對已知的目標物質(zhì)進行定量檢測的方法,已經(jīng)在食品中農(nóng)獸藥殘留檢測、食品中非法添加檢測等領(lǐng)域中取得很好的效果。但靶向代謝組學在食品造假鑒定時,由于不法分子會對目標物質(zhì)進行有針對性的添加,常規(guī)的靶向代謝組學檢測方法不足以有效抑制食品造假。近年來,隨著樣品前處理技術(shù)的優(yōu)化以及高分辨質(zhì)譜結(jié)合數(shù)據(jù)處理模型的優(yōu)化,基于高分辨質(zhì)譜的非靶向代謝組學已經(jīng)開始在食品造假檢測中被普遍認可和廣泛應用。相比較傳統(tǒng)低分辨質(zhì)譜,高分辨質(zhì)譜能達到小數(shù)點后4位(m/z),分辨率能達10000以上,通過精確分子量結(jié)合軟件,可以推導出化合物元素組成,高分辨質(zhì)譜在對于未知化合物定性上有著絕對的優(yōu)勢。
高分辨質(zhì)譜主要有飛行時間質(zhì)譜(TOF-MS)、傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(FTICR-MS)、 磁質(zhì)譜(Sector-MS),以及近年出現(xiàn)的靜電場軌道阱質(zhì)譜(Orbitrap-MS)。其中Sector-MS 運行速度慢,F(xiàn)TICR-MS雖然具有高分辨率、高準確度和高靈敏度的特點,但是體積龐大、價格昂貴且操作復雜,目前這兩種高分辨質(zhì)譜在食品檢測領(lǐng)域中并不常用。TOF-MS具有極快的掃描速度和較高的靈敏度,分辨率可達到15000以上,質(zhì)量準確度可達5 ppm級,能夠獲得樣品的全掃描質(zhì)譜圖和精確質(zhì)量數(shù),可以通過精確質(zhì)量數(shù)對化合物進行定性分析, 目前廣泛應用于食品中未知物的篩查。Orbitrap-MS是于2000年開發(fā)的新型質(zhì)譜,采用了靜電場軌道阱作為離子的旋轉(zhuǎn)振蕩,使離子圍繞中心電極的軌道旋轉(zhuǎn)從而捕獲離子的裝置,是一種結(jié)合靜電場離子阱和快速傅里葉變換技術(shù)的新型質(zhì)譜,由于其簡化了FTICR-MS的運轉(zhuǎn)過程,較大的降低使用成本,迅速得到了商品化的應用。Orbitrap-MS分辨率可達100000,質(zhì)量準確度能達到2-5 ppm,相比較TOF-MS,Orbitrap-MS對食品復雜基質(zhì)樣品更能節(jié)省樣品前處理和方法優(yōu)化的時間,而TOF-MS主要體現(xiàn)在掃描速度的優(yōu)勢上。
高分辨質(zhì)譜在食品物種(品種)鑒別中的應用
食品的品質(zhì)和相關(guān)特征主要取決于其食品原料農(nóng)產(chǎn)品的遺傳背景和環(huán)境因素,不同品種有著不同的特征、品質(zhì)和口味,利用氣相色譜、液相色譜,特別是超高效液相色譜和高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能有效地鑒別不同品種的代謝差異。利用 UPLC-qTOF-MS可以有效區(qū)分橙子、西柚、柑橘、鳳梨等不同水果果汁,還能對不同花源的蜂蜜進行區(qū)分;利用LC-TOF-MS發(fā)現(xiàn)不同品種之間有8種柚皮素或柚皮素查爾酮衍生物具有含量差異。
高分辨質(zhì)譜在食品產(chǎn)地鑒定中的應用
除了食品原料的遺傳背景,原料生長的自然生態(tài)環(huán)境、種植方式等條件也對最終的食品特征、 品質(zhì)和口味有著很大的影響。傳統(tǒng)的原產(chǎn)地分析方法主要是測定其有機物、無機元素、穩(wěn)定同位素質(zhì)譜等,再通過一系列的計量方法建立特征性成分與產(chǎn)地的聯(lián)系,而以上均需要大量的樣本,涉及檢測項目 越多其產(chǎn)地鑒定越準, 實際操作鑒定方法繁瑣,而利用高分辨質(zhì)譜,可以簡化鑒定流程,并且可以輕松實現(xiàn)小樣本的鑒定。利用UPLC-qTOF-MS 和GC-TOF-MS 對Trappist 啤酒真?zhèn)芜M行驗證;利用LC-qTOF-MS 對姜黃進行代謝物分析,可以根據(jù)姜黃素類化合物的含量高低對不同產(chǎn)地的姜黃進行聚類。
除了對食品原料品種和產(chǎn)地進行檢測, 高分辨質(zhì)譜還在食品的品質(zhì)鑒定中發(fā)揮了重要作用, 可以在食品的加工工藝質(zhì)控和有機食品認證等環(huán)節(jié)進行有效監(jiān)管和檢測,可以有效地監(jiān)管食品造假行為。利用LC-TOF-MS 發(fā)現(xiàn)加工后番茄與鮮番茄之間的營養(yǎng)差別;利用UPLC-QTOF-MS在有機養(yǎng)殖和普通養(yǎng)殖的雞肉中發(fā)現(xiàn)N,N’-二阿魏酸丁二胺和異黃酮的含量差異;對不同產(chǎn)地的大蒜進行高分辨質(zhì)譜分析,發(fā)現(xiàn)蒜氨酸、磷脂酰膽堿(16∶0/18∶2)、精氨酸、脫氫丙氨酸、磷脂酰乙醇胺(16∶0/22∶6)、L-γ-谷氨?;?S-烯丙基 -L-半胱氨酸和甘磷酸膽堿可作為大蒜的靶標化合物。
高分辨質(zhì)譜應用于食品監(jiān)管領(lǐng)域有著分辨率高,掃描速度快等優(yōu)勢。高分辨質(zhì)譜可以進行精確質(zhì)量測定,同時獲得精確質(zhì)量信息和碰撞破裂后的精確碎片離子質(zhì)量信息,在對食品中可疑未知化合物定性有著無可比擬的優(yōu)勢。而目前高分辨質(zhì)譜面臨的主要問題是,一方面相較于低分辨質(zhì)譜來說高分辨質(zhì)譜價格昂貴,不能在各個食品監(jiān)管實驗室普及;另一方面,高分辨質(zhì)譜其定量靈敏度不及傳統(tǒng)三重四級桿質(zhì)譜。因此,在利用高分辨質(zhì)譜進行食品摻假物的定性分析,最后還將依賴于傳統(tǒng)三重四級桿質(zhì)譜來進行方法開發(fā),以便于行業(yè)內(nèi)應用推廣。
隨著高分辨質(zhì)譜的廣泛應用,基于高分辨質(zhì)譜的非靶向代謝組學將作為現(xiàn)有食品監(jiān)管檢測方法的一個有效補充方法,以此方法開發(fā)相應的檢測流程,并且有可能以此建立相應檢測標準。同時各國政府對食品安全和標識監(jiān)管的不斷完善,加上各國對食品造假行為的加大打擊, 相信未來食品造假事件會有所減少。