基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱在食品检测中的研究进展

汪宁　林子豪　曾羲　刘璐　周庆琼　陈婷　陈羽中　戚平

摘 要：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）方法目前广泛应于微生物、蛋白质、多肽与多糖等的检测。由于该技术前处理简单、操作便捷、适用于高通量检测，所以近年来国内外学者对该技术的研究非常关注，普遍认为MALDI-TOF-MS有很强的的基质依赖性，更适合做定性检测。而众多学者主要的研究创新为新型基质的合成、检测方法的适用性、数据库的建立与定量检测方法的开发等，这些研究方向都将拓宽MALDI-TOF-MS的应用领域，使得该技术的使用更加广泛。本文主要对MALDI-TOF-MS在食源性微生物鉴定、食品品质检测、食品中有毒有害物质测定中的应用进行概述。

关键词：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）;食品检测;微生物鉴定;食品掺假

Abstract：Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry（MALDI-TOF-MS）method was widely used in the detection of microorganisms， proteins， peptides， polysaccharides and so on. Because the pre-processing of this technology is simple， the operation is convenient， and it is suitable for high-throughput detection， scholars at home and abroad have paid great attention to the research of this technology in recent years. It is generally believed that MALDI-TOF-MS has a strong matrix dependence and is more suitable for qualitative detection. The main innovations of the research are the synthesis of new matrix， the applicability of detection methods， the establishment of database and the development of quantitative detection methods. These research directions will broaden the application field of MALDI-TOF-MS and make the technology more widely used. This review summarized the identification of food-borne microorganisms， the detection of food quality， the determination of toxic and harmful substances in food.

Key words：Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry（MALDI-TOF-MS）; Food detection; Microorganism identification; Food adulteration

中圖分类号：O657.63

基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）是一种软电离质谱技术[1]，由于灵敏度高、测定速度快、易于实现高通量检测，近十年来得到了快速发展。它主要用于生物大分子分析，如分析微生物、蛋白质、多肽、核酸以及聚合物等[2]，近年来，在小分子物质的分析上也取得了很大进展[3]。MALDI-TOF-MS

在蛋白质组学研究、基因组研究以及生物天然药物的开发等领域起到了重要作用，并在包括微生物鉴定、多肽指纹图谱鉴定和基因检测等生物医疗方面做出了突出贡献。MALDI-TOF-MS在近年来也逐渐得到各国医疗仪器监管部门的认可，可作为医疗器械在中国推广和销售，国内也有多家公司生产的飞行时间质谱取得了中国国家食品药品监督管理总局（CFDA）认证。

在食品领域，MALDI-TOF-MS主要用于食源性微生物鉴定[4-8]、食用油的真假鉴别[10-14]、肉类的品质分析[16-20]等。

1 食源性微生物检测中的应用

MALDI-TOF-MS是细菌鉴定的新趋势。MALDI-TOF-MS的出现改变了微生物鉴定依赖于传统的生物化学、分子生物学和形态学等方法的工作模式，其周转快、鉴定速度快、高通量的优点，大大提高了工作效率。SN/T 3872-2014《出口食品中四种致病菌检测方法 MALDI-TOF-MS法》[4]和GB/T 33682-2017《基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱鉴别微生物方法通则》[5]

标准的实施促使该技术的应用日趋普及。SN/T 3872-2014[4]中规定了食品中4种致病菌的MALDI-TOF-MS检测方法，可用于食品中沙门菌、单核细胞增生李斯特氏菌、副溶血性弧菌以及霍乱弧菌4种致病菌的快速检测，其他致病菌可参照使用。杨祖顺等[6]

应用MALDI-TOF-MS对210株食源性金黄色葡萄球菌进行鉴定。通过软件分析，与传统的生化鉴定结果相比，鉴定结果无差异。MALDI-TOF-MS高通量、低成本、简便、快速且准确，适用于食源性金黄色葡萄球菌的快速鉴定。李凤琴等[7]研究了培养基成分、培养时间对MALDI-TOF-MS分析真菌的影响以及应用该法鉴别产毒和非产毒真菌的可能性，得出了应用该方法进行分析的最适培养基及最佳培养时间;但是不能较好的区分低产毒株、高产毒株或非产毒株。王晔茹[8]利用MALDI-TOF-MS对88株沙门菌进行了分型，根据亲缘关系的差异水平值、结合耐药表型、结合血清学和结合PFGE等，88株沙门菌被分别分为15、44、46、64个亚型。该方法在沙门菌分型中具有很好的分型能力，在检测与鉴定食源性微生物中具有方法稳定、重复性好的特点，可用于食源性微生物的溯源。与大多数新技术一样，MALDI-TOF-MS技术用于微生物检测时，也存在着一定的局限性，如菌种鉴定需进行数据库匹配，尽管大部分数据库可进行扩展，添加本地菌种谱库，但未列入库中的菌种仍无法被识别。

2 食品品质鉴别中的应用

2.1 食用油

食用油是人类摄入脂肪的主要来源，但是食用油掺假是食品安全中的一个长期问题，近年来随着“地沟油”“橄榄油掺假”等事件的出现，人们对食用油的品质尤为关注。GB 2716-2018《食品安全国家标准 植物油》[9]明确规定了食用植物调和油的标签标识应注明各种食用植物油的比例。但是，在油脂流通及消费领域，仍存在以次充好或者在高价值油脂中添加低价值油脂等欺骗消费者的情况，而目前的检测手段尚不能有效的检测出来。在食用油的检测中，国际上采用的标准方法是气相色谱-火焰离子化检测（GC-FID）方法[10]，但是该方法存在需要化学衍生、柱分离耗时长等缺点。为满足食用油的高分析要求，拉曼光谱法、红外光谱法、MALDI-TOF-MS等许多简便、快速的分析技术被开发出来。吴杰等[11]以合成的磁性沸石咪唑酯框架-8（Fe3O4@ZIF-8）微球为基质，以花生油、猪油、菜籽油中的甘油三酯为研究对象，利用基质表面辅助激光解吸离子化质谱方法实现了对食用油实际样品的快速鉴别。Tsz-Tsun Ng等[12]用改进的基质辅助激光解吸电离质谱方法获得了高质量和高再现性的MALDI-MS光谱，并建立了食用油的初步光谱数据库。食用油样品的真实性可通过将其MALDI-MS光谱和主成分分析结果（PCA）与数据库中的标记油结果进行比较来确定。该方法简单，只需几分钟就能完成一个油样品的分析。并且该方法对油组合物的变化敏感，可用于测量调和油。Tsz-Tsun Ng等[13]在另一项研究中利用MALDI-TOF-MS对900多种食用油样品进行了分析，建立了一个包括各食用油特征峰和光谱特征的综合光谱数据库。对435种食用油产品进行分类，获得了97.2%（98.1%的检测集）的总体正确率。并且该研究还可以基于MALDI-MS光谱来区分食用油掺假、重复烹调食用油和普通食用油中的地沟油。Jergovi等[14]

研究了特级初榨橄榄油掺假其他植物油或较低级别的橄榄油的问题。开发了一种基于MALDI-TOF-MS的三酰基乙二醇的质谱法，用于检测特级初榨橄榄油掺杂的快速方案。在1%、10%和20%w/w下，加入葵花籽油和橄榄油与初榨橄榄油的混合物，模拟特级初榨橄榄油的掺假，结果表明，该技术与统计分析相结合，能够区分特级初榨橄榄油中的掺假油。

2.2 羊乳

随着羊乳市场的扩大，在羊乳中掺杂牛乳成份是羊乳掺假的常见问题。黄漩等[15]以商品化二氧化钛（TiO2）为富集材料，建立一种羊乳中磷酸化肽段的检测方法。通过MALDI-TOF-MS分析，经Mascot数据库检索，从羊乳中鉴定出八个磷酸化肽段，建立了快速鉴定羊乳是否掺假的磷酸肽指纹图谱。

2.3 水产品及肉类

水产品、肉类等动物源性食品的追溯性通常采用DNA方法，然而该方法并不能很好的满足时间和成本效益需求，因此需要改进。通过MALDI-TOF-MS确定物质特异性蛋白或磷脂分子来鉴定物种，既省时又节约成本。沈青等[16]建立了MALDI-TOF-MS快速分析三文鱼肌肉组织磷脂质的方法。该实验采用正离子模式，以非自然磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺为标准品，发现三文鱼中有丰富的高不饱和磷脂，共鉴定出28种磷脂分子，平均加标回收率为74%～83%，为从脂质组学角度评价三文鱼的营养提供了可靠的理论依据。Stahl等[17]通过MALDI-TOF-MS确定了24种原核生物的物种特异性蛋白，同时使用该方法建立了一个容易替代的常见的食用鱼的蛋白质数据库，数据库中包括54种鱼的相关数据。迄今为止，已成功确定118个确认样本。Salla等[18]采用布鲁克公司商业质谱指纹图谱软件，对凡纳滨对虾、斑节对虾等6种重要的虾类构建了质谱数据库，实现虾的鉴定。该方法能对74个样本中的72个样本鉴定到种，鉴定率为97%，2个鉴定到属。Mazzeo等[19]获得了来自25种不同种鱼类的高度特异性质谱图谱，将分子量约为11 kD的蛋白质产生的信号选为鉴别特异性生物的标志物。Christophe等[20]用MALDI-TOF-MS方法检测肉类和明胶，方法一是通过提取猪肉、牛肉、马肉、鸡肉中的蛋白质，測定肉类的来源，采用聚类分析及计算，不同来源的肉类样品被有效的分离。方法二是将明胶消化成多肽，根据特征峰确定了不同来源的明胶。这两种方法可对肉类和明胶进行系统和常规追溯。

3 食品中有毒有害物质的测定

食品中的有毒有害物质如苯并芘、残留的农药兽药等均为小分子物质，用传统的基质检测小分子物质时，背景具有很强的基质离子峰干扰，难以准确的找到待检物信号峰。王滢[21]合成了金属有机骨架材料MIL-101（Fe），以合成材料作为基质，建立了苯并（α）芘的定量检测方法，方法的最低检出限为0.1 μg·L-1，曲线的线性范围为0.25～50 μg·L-1，R2为0.998 6，将该方法用于芝麻油、胡麻油、茶油等食用油的检测，样品加标回收率为80.0%～114.8%，适用于实际样品分析。张继东等[22]以二氧化硅/磁性氧化石墨烯复合材料为富集和检测平台，建立了牛奶中环丙沙星及尿液中诺氟沙星和氧氟沙星3种药物的测定方法。与传统基质α-氰基-4-羟基肉桂酸相比，该材料对这三种物质的检测具有更好的富集及检测灵敏度和信噪比。张建刚等[23]用温和氧化石墨烯做基质，检测了阿克泰、高效氯氰菊酯、残杀威、吡虫啉、猛杀威与乐果6种农药，能有效解决农药小分子测定时基质的干扰。

4 结论

MALDI-TOF-MS的应用十分广泛。在MALDI-TOF-MS的检测中，选择合适的基质对分析物的离子化起着非常重要的作用，许多学者致力于新基质的研究;特征标志物的确定对食品品质的鉴定也有重要的意义，还能为食品的真假鉴别、溯源、污染监测等提供科学依据。

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