离子色谱在食品安全控制中的应用进展

宋卫得，苏征，惠希东，袁晓鹰，金伟，刘冰（日照出入境检验检疫局，山东日照276826）

离子色谱在食品安全控制中的应用进展

宋卫得，苏征，惠希东，袁晓鹰，金伟，刘冰
（日照出入境检验检疫局，山东日照276826）

离子色谱具有操作方便、分析速度快、灵敏度高、多组分同时测定等技术特点，是一种检测食品中阳离子、阴离子、有机酸、胺类和糖类的理想方法。本文综述了近年来离子色谱技术在食品检测分析中的最新应用进展，讨论了离子色谱技术和检测中存在的问题，为离子色谱技术在食品安全领域拓展和应用提供参考。

离子色谱；食品安全；检测；应用进展

食品安全，是当前我们面临的重大社会问题之一。“苏丹红”、“三聚氰胺”、“瘦肉精”等一系列食品安全事件频发，使食品安全问题备受社会关注［1］。农兽残留药物、重金属、抗生素、非法添加剂等一系列有毒有害物质在食品中滥用和超标的问题，严重威胁着人们的饮食安全和身体健康。

在食品检测领域，色谱分离是定性分析、定量分析的基础和前提，是确保食品检测准确性的技术方法。离子色谱（Ion Chromatography，IC）是1975年由Small、Steven和Baumann利用电导检测器检测离子的电导率时提出并逐步发展起来的一种新型色谱分离技术，与传统化学分析方法相比，它具有操作方便、分析速度快、灵敏度高、多类别多组分同时测定等技术优势。

离子色谱在环境保护、生命科学、能源开发、食品安全等领域中应用广泛。在食品安全检测领域中，离子色谱以其独有的技术优势，解决了常规理化法存在的分析步骤繁琐、灵敏度不高、选择性不强等一系列技术难题。本文综述分析了近年来离子色谱技术在食品检测分析中的主要应用进展，以期为离子色谱分离技术在食品安全控制领域拓展和应用提供参考。

1　离子色谱分离技术在食品检测中应用

1.1IC技术在分析阳离子中的应用

无机阳离子是液体类食品营养均衡和质量状况的重要指标，多数阳离子是食品中的痕量元素。钠和钾是人体肌肉组织和神经组织中重要成分；适量的锂离子能改善人体的造血功能并提高免疫机能；镁和钙是人体骨骼生长的重要成分。食品中无机阳离子应该保持一定的水平，超过限量会损害人体健康。常规检测方法比色法、原子吸收光谱法需要对多种金属阳离子逐个检测，耗费大量人力物力。离子色谱法，可以同时检测液体食品中的多种无机阳离子，而且操作方便、灵敏度高。张婷婷等［2］采用毛细管离子色谱法测定酒、饮料中的5种阳离子（钠、钾、镁、钙和铵），使用IonPac CS12A毛细管离子色谱柱，在18 mmol浓度的甲基磺酸溶液为流动相，流速0.01 mL/min试验条件下，样品加标回收率为95.2%～103.3%，该方法灵敏度高，环境友好。

1.2IC技术在分析阴离子中的应用

无机阴离子，是水果、蔬菜、果汁、酒类等食品中不可或缺的部分，某些阴离子含量过高会危害人体健康，甚至会在体内累积后转化为致癌物。可见无机阴离子的准确测定，是食品检测工作任务中的重要组成部分，也是离子色谱检测分析的主要技术优势所在。

1.2.1亚硝酸盐和硝酸盐的测定

硝酸盐和亚硝酸盐是环境中常见的无机酸盐，亚硝酸盐可作为肉制品加工的保色剂和防腐剂，可以保持产品外观、防止肉毒杆菌等微生物的破坏。尽管硝酸盐比较稳定，但是在微生物的作用下会被还原为亚硝酸盐［3］，而亚硝酸盐会在消化系统内与仲胺类物质作用形成亚硝胺类致癌、致畸、致突变物质［4］。检测并控制食品中的硝酸盐和亚硝酸盐含量，直接关乎人们的身体健康。徐霞等［5］建立了膜渗析与离子色谱联用技术分析蔬菜等复杂基体中亚硝酸盐和硝酸盐的方法。蔬菜样品经沸水浴后，试样液通过膜渗析除去水溶性大分子杂质和颗粒，直接进入离子色谱分析。方法中NO2-和 NO3-的检出限分别为0.075 mg/kg和0.105 mg/kg；实际样品的加标回收率分别为80.6%～98.7%和90.5%～114%；相对标准偏差（RSD）小于10%。此方法前处理简单，重现性好，准确度高。Ji F D等［6］建立用紫外检测离子色谱法测定酱腌菜中的亚硝酸盐、硝酸盐的方法。采用ODS柱涂入一层CTAB材料提高了分离效果，亚硝酸盐与硝酸盐方法的检出限分别为5、10 μg/L，样品加标回收率和重复性满意。冯顺卿等［7］利用离子色谱-电导检测测定方法测定腊肠中NO2-和NO3-。样品用超纯水超声波辅助提取，除去脂肪、蛋白质和大量的Cl-干扰后，用离子色谱进行检测。方法的线性和重复性较好，其检出限分别为0.5、1.0 mg/kg。钟莺莺等［8］改进了国家标准方法GB 5009. 33-2010《食品安全国家标准食品中亚硝酸盐和硝酸盐的测定》中离子色谱法测定乳制品中亚硝酸盐和硝酸盐的方法。乳制品经水提取后，加入3%乙酸溶液沉淀蛋白，离心后上清液用反相固相萃取柱净化，以NaOH为淋洗液，加入乙腈作为有机改进剂分离亚硝酸根和硝酸根，外加水模式抑制。在电导检测模式下，亚硝酸盐的检出限为0.2 mg/kg，硝酸盐的检出限为0.04 mg/kg；在紫外检测模式下，两者检出限分别为0.02mg/kg和0.01mg/kg，加标回收率为84.0%～104.1%。该法简便、快速、准确，提高了乳制品中亚硝酸盐和硝酸盐检测的灵敏度和准确度。

1.2.2溴酸盐的测定

溴酸盐，是一类具有氧化功能的无机酸盐，也是水质臭氧消毒后的副产物。但溴酸盐的过量摄入会严重损害人的血液、肾脏、中枢神经，易导致肾脏和膀胱组织发生癌变，世界卫生组织已确认溴酸钾是一种氧化性致癌物［9-10］。因此，2005年7月1日，我国全面禁止溴酸钾作为面粉添加剂使用，但仍有不法商家用来做面制品加工添加剂，来提高面团发酵速率，增大产品发酵体积。陈梅兰等［11］采用离子色谱柱后衍生紫外检测法测定了面制品中的溴酸根，检测限达到了0.004 μg/mL；改进的前处理方法避免了样品中的各种有机酸离子、氯离子、硫酸根、磷酸根和柠檬酸根的干扰，可消除测定结果的假阳性，使分析结果更加准确；采用高亲水性、高柱容量的AS19阴离子交换分析柱，一个样品的检测时间仅为10 min，提高了检测分析效率。商博东等［12］采用电导抑制-离子色谱法测定了面制品中的溴酸盐含量。样品经超声、沉淀、离心和过滤，采用氢氧化钠溶液梯度淋洗，抑制型电导检测器检测，在0.1 μg/mL～5.0 μg/mL浓度范围内具有良好的线性，平均添加回收率也达到了94%。

1.2.3亚硫酸盐的测定

亚硫酸盐作为漂白剂、防腐剂、抗氧化剂广泛应用于食品行业［13］。我国食品安全国家标准批准的可用作食品添加剂的亚硫酸盐类试剂有：二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾等。亚硫酸盐与食品中的糖、蛋白、色素、酶、维生素、醛和酮等作用后，以游离型和结合型的亚硫酸根形式残留在食品中；食品加工工艺中还常使用硫磺作为漂白熏蒸剂，使食品中残留了部分游离的二氧化硫。但由于人体如摄入过多亚硫酸盐，会导致红细胞、血红蛋白减少，使肠胃、肝脏受到损害，引发呼吸困难、腹痛、呕吐等症状［14-15］，因此世界各国对食品中残留的亚硫酸根、二氧化硫均进行严格的控制。我国在《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中规定了在各类食品中亚硫酸盐的最大使用限量（以二氧化硫的残留量计）［16］。

离子色谱法测定亚硫酸盐的主要技术难点在于如何确保亚硫酸盐的稳定、如何避免其他物质和无机离子的干扰。Matthias Koch等［17］用离子色谱法测定了酒中的亚硫酸盐，并与传统的滴定检测法进行比较，结果显示该方法的定量限为4.0 mg/L，满足酒类生产时质量控制的基本需求。李小蕾等［18］采用的离子色谱法测定了虾蟹肉中亚硫酸盐的残留量，使用氢氧化钠和甲醛-水（37∶63）溶液提取离心，经冷冻法和在线渗析系统除去基质中蛋白质及脂肪，较好地解决了虾蟹类肉中亚硫酸盐检测的基质干扰严重的问题，避免了使用汞等有害物质，操作简便快捷，测定结果可靠。袁悦等［19］研究了未加入甲醛时亚硫酸盐的衰减速度，分析了甲醛对亚硫酸盐测定的稳定和保护作用，并讨论了其他无机离子和亚硫酸盐之间的相互影响情况，为亚硫酸盐的准确测定提供了参考。

1.3IC技术在分析有机酸中的应用

有机酸，是具有酸性特征的一类有机化合物，广泛存在于植物的果实、茎叶中，普遍存在于我们日常食用的水果、蔬菜、果汁、酒类、调味品等多种食品中，其含量大小会直接影响到食品的口感和风味。有机酸可以判定食品的营养状况，表征产品的质量好坏。准确分析测定食品中的有机酸组成和含量，可为食品营养价值、是否变质的辨别提供有力的技术支持。有机酸的检测常规方法有化学滴定法、比色法、气相色谱法、薄层色谱法、离子色谱法等。与其他方法不同，离子色谱法具有检测快速、灵敏度高，多组分同时检测等优点，在有机酸分析领域得到了广泛应用。Zhao Y X等［20］建立了在线富集离子色谱-质谱同时分离和检测食品中有机酸的方法，采用自制的高性能分离柱和富集柱，以NaOH为淋洗液，在30 min内实现了对16种有机酸的分离和检测。检出限在0.01 mg/L～0.22 mg/L之间，相对标准偏差小于8.02%。董乐等［21］采用离子色谱与恒电位法联用法对苹果汁中有机酸进行检测。采用硝酸为流动相，以IonPac AS11-HC阴离子交换柱分离后以恒电位仪为检测器进行安培检测，进样量为25 μL时有机酸离子的检出限可降至0.2 μg/L，痕量有机酸离子标准溶液平行9次进样测定的相对标准偏差仅为2.3%，经过几百组测试证实，该方法稳定性、线性、重现性及灵敏度均令人满意。

有机酸是啤酒、葡萄酒、黄酒中的重要组成部分，酒中有机酸的种类及其含量决定着酒的品质和稳定性，同时影响着酒的口感、色泽及生物稳定性［22-23］。史亚利等［24］建立了同时分离和检测啤酒样品中16种无机阴离子和低分子量有机酸的离子色谱法方法，无机阴离子和有机酸检出限在9.3 μg/mL～32 μg/mL之间；线性相关系数均在0.99以上；回收率在90.2%～107.2%之间。方法用于啤酒样品的分析，样品测定的RSD小于5.3%（n=7），方法的稳定性和准确性较高。潘丙珍等［25］研究建立离子色谱-电导抑制测定酒中11种有机酸和5种无机阴离子的方法，该方法检出限低，在0.015 mg/L～0.152 mg/L之间；精密度和准确度较好，样品加标回收率在81.0%～117.8%之间，RSD小于5.0%。测定酒类有机酸含量有助于对葡萄酒分辨真假和区别优劣；也有助于改进生产工艺，通过控制有机酸代谢来达到控制啤酒、黄酒酿造质量的目的。

1.4IC技术在分析胺类物质中的应用

胺是氨气分子中一个或者多个氢原子被烃基取代的产物。胺类广泛存在于生物界，具有极其重要的生理活性和生物活性，有些胺是维持生命活动的必需物质，而有些胺类对人体危害很大，甚至有致癌作用［26］。准确测定食品中有机胺和生物胺的含量，具有重要的现实意义。

1.4.1有机胺的测定

有机胺类物质是仅次于有机硫化物的恶臭污染物，其主要成分是甲胺、乙胺，丙胺、二乙胺、三甲胺、正丁胺等。二甲胺、三甲胺、二乙胺等是一种脂肪族胺类物质，是强致癌物亚硝胺的前体物质，因此是鱼类与其水产品卫生质量状况的重要标志之一［27-28］。陈帅等［29］建立了一种同时测定水产品中二甲胺、三甲胺以及氧化三甲胺的非抑制性离子色谱方法，采用IonPac CS17色谱柱分离，以5 mmol/L硝酸为流动相洗脱，20 min内二甲胺、三甲胺和氧化三甲胺得到完全分离；该方法快速、准确、灵敏度高，方法学验证和实际样品测定显示具有良好的实用性。

1.4.2生物胺的测定

生物胺是一类低分子量的碱性含氮有机化合物，主要存在于水产品、肉类、豆制品、酒类等多种食品中。适量摄入生物胺能够有效调节机体内的生理活动，但过度摄入会损伤神经系统和心血管系统，出现如头痛、恶心、发热、心悸等一系列症状，严重的还可能危及生命［30-32］。我国规定鲐鱼中组胺限量为1 000 mg/kg，其他鱼类中组胺限量为300 mg/kg，欧共体规定水产品中组胺限量为100 mg/kg。周勇等［33］建立了离子交换色谱-柱后加碱脉冲积分安培检测法测定冷冻海产品中多巴胺、酪胺、5-羟色胺、腐胺、尸胺、组胺、胍基丁胺、苯乙胺、亚精胺、精胺等10种生物胺的方法。样品经酸溶液提取离心后，采用IonPacCS18分析柱和IonPac CG保护柱分离，甲基磺酸（MSA）作为淋洗液，流速1.3 mL/min，柱温40℃，柱后加入0.1 mol/L的NaOH碱溶液作为衍生试剂。该方法适用于海产品中不同种类生物胺的分离测定。

1.5IC技术在分析糖类中的应用

糖类是许多食品和饮料的重要组成部分，是人体摄取能量最经济和最主要的源泉，主要分为单糖、双糖、低聚糖、多糖四类［34］。糖类不但是人体摄取热量的源泉，也是构成机体组织的重要物质。某些糖类如壳聚糖、海藻糖等可作为肉制品的天然防腐剂使用［35］。在食品标签的监督、果汁质量和掺假的判定、酒精饮料发酵情况的监测等过程中，人们需要对糖类进行分析。杨盛鑫等［36］建立了在线渗析-离子色谱法测定菊粉中的葡萄糖、果糖和蔗糖含量的方法，采用METROSEP CARB1色谱柱，脉冲安培检测器，150 mmol/L 的NaOH溶液作为流动相，分离检测了菊粉中葡萄糖、果糖和蔗糖，其含量分别是0.76%、2.45%、6.72%。该方法灵敏度高、分离效果好。Cedric等［37］采用阴离子交换色谱质谱联用对植物中的单糖、二糖、三糖和寡糖进行了分析讨论。周帅等［37］使用高效阴离子色谱-脉冲安培检测法测定了17种食用菌中的海藻糖、甘露醇和阿糖醇，最终在免衍生化处理的情况下，取得了很好的分离效果，建立了一种食用菌中寡糖和糖醇同时检测的方法。

2　结语和展望

随着离子色谱应用领域的不断拓展，离子色谱在食品检测领域中发挥着越来越重要的作用，许多离子色谱分离技术相继涌现。（1）离子色谱与质谱联用技术，主要用来分析复杂样品中痕量成分，提高检测方法的准确度、灵敏度和选择性。（2）离子色谱与原子荧光联用技术，主要应用于砷、汞、硒、铬等物质的形态和价态分析。（3）二维或多维离子色谱分离技术，可大幅提高对痕量离子的检测灵敏度。（4）毛细管离子色谱［39-40］，也是未来离子色谱技术极具发展潜力的方向。

目前，离子色谱成为了国内外基础研究和应用研究的热点之一。虽然离子色谱在食品检测中存在易受干扰背景电导偏高、色谱柱柱容量低、抑制器易漏液等不足，但是随着相关领域新技术的发展，必将推动离子色谱技术的改进、升级，很多问题和不足也将会得以解决。离子色谱技术，特别是一些新型高端离子色谱分离技术，将会在食品检测的定性分析、定量分析以及结构分析中，发挥着不可替代的作用，在食品安全控制领域开拓出更广阔的应用空间。

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Application Progress in the Control of Food Safety by Ion Chromatography

SONG Wei-de，SU Zheng，HUI Xi-dong，YUAN Xiao-ying，JIN Wei，LIU Bing
（Rizhao Entry-Exit Inspection&Quarantine Burea，Rizhao 276826，Shandong，China）

Ion chromatography has the characteristics of simplicity，quickness，high sensitivity and selectivity，and has the characteristics of simultaneous determination of ionic compounds.Ion chromatography is a ideal method for the determination of cations，anions，organic acids，amines and carbohydrates in food.In this paper，recent application progress in determination of food by Ion chromatography technologies were reviewed and commented，and the new technologies and the abstacle to determination of food by ion chromatography were also discussed，in ordor to provide references for its further development and applications in the field of food safety．

ionchromatography；foodsafety；determination；applicationprogress

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.050

山东出入境检验检疫局科技项目（SK201619）

宋卫得（1981—），男（汉），工程师，硕士，研究方向：食品安全质量控制及检测技术研究。

2016-02-27