[00749912]常见食品添加剂的新型检测技术和应用

项目以重大公共卫生问题-食品安全为导向，针对常见食品添加剂的检测难题，突破了传统的样品处理和色谱分离检测模式，创建了一系列快速、灵敏、准确的食品中常见添加剂的离子/液相色谱检测技术体系，为食品安全风险监测提供了强有力的技术支撑，对保障居民健康具有重要的实际意义。主要内容包括：打破了传统的食品中添加剂的提取净化技术模式，采用新颖磁性胺基化材料，建立了简便、快速的食品中9种添加剂的分散固相萃取预处理方法。通过从解吸附动力学角度阐释离子液体缩短萃取平衡时间的机理，并从传质速率及离子液体渗透性两方面提出了离子液体加速溶剂萃取的理论基础，建立了离子液体加速溶剂萃取蜜饯中6种酸味剂的高效提取方法，大大简化了复杂基体中的样品提取。发明了一种离子色谱循环柱切换分析系统，通过阀的切换使待测离子与高浓度基体实现在线的基体离子循环消除和待测离子循环分析，解决了保留性质相近的离子分离分析过程中的高浓度基体的消除难题。研究了乙腈-三氟乙酸流动相体系中三氟乙酸对9种食品添加剂色谱行为的影响因素，阐释了安赛蜜和糖精的反"S"色谱行为规律的离子抑制机理；提出了离子色谱两性淋洗液的分离理论，发现了甲醇作为淋洗液改性剂的强大作用，解决了柠檬酸和异柠檬酸、顺乌头酸和反乌头酸等难分离物质对的分离难题，建立了一种新颖的同时测定柠檬酸等20种有机酸，以及苯甲酸等常用食品添加剂的离子色谱检测方法，相关成果发表在Journal of Chromatography A上，获得国际同行的高度认可，单篇论文总他引112次。构建了安赛蜜等30多种食品添加剂的串联质谱检测技术体系，首次阐释了它们的串联质谱裂解机理。研制了2种高灵敏的电化学传感器，突破性地在碳糊电极表面涂覆了一层新颖的功能化多壁碳纳米管和铜/聚苯胺纳米微粒子，极大地增强了电极的耐用性和灵敏度，实现了叶酸和抗坏血酸的电化学高灵敏准确检测，为食品酸味剂的现场快速检测提供了强有力的技术支撑。项目代表性SCI论文9篇(总IF=26.78)，共被引用270次，其中SCI引用90次，SCI他引85次；获授权发明专利1项。成果已在宁波出入境检验检疫局、上海黄浦区CDC等11家单位推广应用3年以上，并已用于葡萄酒、豆制品等10246批次食品的风险监测，为保障食品安全做出了重要贡献。项目培训了428名专业技术人员，103家机构受益，社会效益显著。项目整体技术达到国际先进水平。立项背景：食品安全是重大的公共卫生问题。现今的食品存在着大量非法添加或滥用食品添加剂的现象。虽然它们是食品工业的重要组成部分，对改善食品的色、香、味，调整食品的营养结构，提高食品质量和档次，延长食品保存期，有着极其重要的作用。但是，中国食品生产中使用的防腐剂、甜味剂和酸味调节剂绝大多数都是人工合成，不当或过量使用将对人体造成严重危害，因此，食品安全国家标准GB 2760-2011明确规定了它们的限量范围。至今，检测方法主要有高效液相色谱法、离子色谱法、伏安法和毛细管电泳法等，但是文献报道的样品预处理方法操作繁琐、处理复杂、有机试剂污染严重。为提高工作效率、降低监测成本、减少污染，保障居民的身体健康，开展常见食品添加剂的多组分同时检测的新技术新方法，及其相关快速确证技术研究具有十分重要的现实意义和科学意义。技术创新内容：突破了传统的样品处理方式，建立了分散固相萃取和离子液体加速溶剂萃取的新颖预处理技术体系。分散固相萃取(dSPE)：采用氨基功能化磁性纳米材料(IEDA -MP)对酒中安赛蜜、糖精、甜蜜素、苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、纽甜、阿斯巴甜和甜菊糖苷及合成色素等添加剂进行了基质分散固相萃取(dSPE)，打破了传统的食品添加剂提取、分离、净化的技术瓶颈，通过pH、新颖吸附剂用量、稳定性和重复利用特性等研究，建立了简便、快速、经济、环保的磁固相萃取样品预处理方法，并利用超声强化及磁诱导技术，发明了一种超声强化协同磁诱导制备磁性纳米材料的反应装置和一种高效磁控分散固相萃取装置，同时阐释了新颖磁性材料(IEDA–MP)的表面高效吸附的氢键作用机理。相关论文发表在Journal of Chromatography A等SCI收录TOP期刊2篇，见代表性论文1和2，授权实用新型专利2项(专利号：ZL 2014 2 0403100.4，ZL 2014 2 0403132.4)。离子液体加速溶剂萃取：采用离子液体加速溶剂萃取技术，考察了离子液体浓度、萃取时间及萃取温度等因素对萃取效率的影响。建立了离子液体加速溶剂萃取蜜饯中4-羟基苯甲酸、山梨酸、苯甲酸、2-甲基苯甲酸、4-甲基苯甲酸，肉桂酸、3-硝基肉桂酸及4-甲基肉桂酸的方法。并从目标分析物的解吸和溶解动力学角度阐释了缩短萃取平衡时间的机理。同时与超声波萃取方式进行了比较，并从传质速率及溶剂对基体的渗透性两方面阐释了加速溶剂萃取的快速高效的理论基础。首次阐释了安赛蜜与糖精的离子抑制反“S”规律的机理，首次提出了离子色谱两性流动相理论，发明离子色谱循环柱切换分析系统。液相色谱法分析防腐剂和甜味剂：建立了葡萄酒中安赛蜜,糖精，甜蜜素，苯甲酸，山梨酸、脱氢乙酸、纽甜、阿斯巴甜和甜菊苷糖的液相色谱分离检测方法。提出了乙腈-三氟乙酸水溶液体系中三氟乙酸对9种食品添加剂色谱行为的影响，研究了三氟乙酸针对咖啡因、阿斯巴甜、甜菊糖苷和纽甜不具有有机调节剂特征的原因，阐释了安赛蜜与糖精的液相色谱分离行为离子抑制反“S”规律的机理。免试剂自发生离子色谱分离体系分析甜味剂：采用免试剂自发生离子色谱分离体系，实现淋洗液中氢氧化钠浓度的梯度变化，从而实现目标物的免试剂只加水自发生的离子色谱梯度洗脱，项目提出了两性淋洗液的离子色谱分离技术和电化学检测技术等，拓展了离子色谱两性流动相理论，建立了食品中安赛蜜等甜味剂的离子色谱检测技术体系，解决了安赛蜜、苯甲酸、阿斯巴甜、糖精等4种物质的离子色谱分离检测难题，实现了离子色谱的准确检测，奠定离子色谱分离测定有机物的技术基础。免试剂自发生离子色谱分离体系分析酸味调节剂：发展与建立了一种新颖的同时测定奎尼酸等20种有机酸的定性定量的检测方法，发现了甲醇作为淋洗液改性剂的强大作用，解决了柠檬酸和异柠檬酸、顺乌头酸和反乌头酸等难分离物质对分离难题，实现了饮料中20种有机酸及发酵液中葡萄糖酸等的分别准确测定，对食品酸味剂的质量监控具有重要的现实意义。循环柱切换系统：发明了一种离子色谱循环柱切换分析系统，通过阀的切换使待测离子与高浓度基体实现在线的基体离子循环消除和待测离子循环分析，解决了保留性质相近的离子分离分析过程中的高浓度基体的消除难题，同时用于发酵液中葡萄糖酸等结构相似的待测物的分离测定，取得满意的结果。最先开展了多壁碳纳米管和铜/聚苯胺纳米微粒子对碳糊电极的表面改性，最先利用串联质谱技术进行食品添加剂的质谱裂解机理及鉴定研究。电化学检测技术体系：突破性地对碳糊电极进行表面改性，在电极上分别涂覆了一层新颖的功能化多壁碳纳米管和铜/聚苯胺纳米微粒子，极大地增强了电极的耐用性、响应速度和分析灵敏度，实现了叶酸和抗坏血酸的电化学高灵敏快速准确检测，为酸味调节剂的电化学电极的研制奠定了坚实的技术基础，为食品酸味调节剂的现场快速检测提供了强有力的技术支撑。串联质谱MRM定量检测技术体系：构建了安赛蜜、山梨酸和阿斯巴甜等30多种食品甜味剂、防腐剂和酸味剂的串联质谱检测定分析技术体系，并首次阐释了它们的串联质谱裂解机理，利用电喷雾电离获得的稳定的二级质谱裂解碎片离子，建立了一种专属、灵敏的同时测定黄酒和葡萄酒中安赛蜜、糖精、甜蜜素、阿斯巴甜、苯甲酸、山梨酸、甜菊糖苷、纽甜和脱氢乙酸等9种防腐剂和甜味剂的超快速液相色谱-串联质谱( UFLC-MS/MS)鉴定方法。为食品质量安全及防伪掺假奠定了坚实的技术基础。该成果用于项目依托单位开展了6年的食品安全风险监测，共检测3263批次食品样品，包括黄酒、葡萄酒、豆制品、蜜饯等中添加剂的残留监测，为政府食品安全的决策提供了科学的依据，为保障食品安全做出了重要的贡献。同时，该项目成果已在宁波出入境检验检疫局技术中心、上海市黄浦区CDC、金华市CDC、丽水市质量技术监督检测院等11家单位推广应用3年以上，共检测6983批次食品样品，为各应用单位及时、准确地完成食品安全的检测任务做出了重要贡献，创造了良好的经济效益和显著的社会效益。同时，项目举办了8期省级以上继续医学教育项目，培训了来自新疆、上海和浙江等全国10个省(市)的428名卫生检验技术人员，受益机构103家，社会效益显著。国内外同类技术的主要参数比较：该项目针对食品安全风险监测中的添加剂检测问题，建立了一系列离子液体加速溶剂萃取和分散固相萃取/液相色谱/离子色谱/质谱/串联质谱/电化学的检测方法，建立的方法总体技术属国际先进水平，其综合比较如下：样品预处理技术：建立的分散固相萃取和离子液体加速溶剂萃取方法，采用胺基功能化磁性Fe<,3>O<,4>纳米复合材料作为分散固相萃取的吸附剂和离子液体作为萃取剂，试剂成本可从原来的30元/份降至2-3元/份，处理时间从原来的30min/份减至5min/份，有机溶剂用量与液液萃取相比可至少节省30 mL/份。该项目发明的磁控固相萃取装置，在柱体外表面设有可显示溶液体积的刻度，柱体下端出样口设有控制阀，可进行36个样品的同时分离。该技术克服了传统分散固相萃取技术操作繁琐、重现性差、萃取缓慢和萃取效率低的缺点，集超声吸附、净化、洗脱和固液两相磁分离于一体，能单个或多个同时批量处理样品，具有操作简单、萃取速度快、效率高的特点。色谱分离技术：建立的免试剂自发生离子色谱分离检测体系，大大降低了流动相中有机溶剂用量，与文献的液相色谱法测定方法比较，有机溶剂消耗量在流动相中的比例从80%降为10%。每份样品的色谱分析可减少使用有机溶剂10mL，方法与环境的相容性大大增强，同时也可节省成本。检测技术体系：建立的液相/离子色谱串联质谱技术体系用于同时测定食品中的防腐剂、甜味剂和酸味调节剂，大大提高了分析的效率，可缩短分析时间，节约溶剂使用，降低检测成本。建立的串联质谱确证方法，采用国际上公认的三离子质谱定性原则，大大提高了确证的准确性。同时用于定量分析时，大大提高了检测的灵敏度，方法的检出限可达0.001mg/L，比文献报道的测定方法灵敏10倍以上。社会效益和间接经济效益：成果已用于项目依托单位6年的食品安全风险监测，共检测3263份食品样品，包括黄酒、葡萄酒、白酒、豆制品、蜜饯等中添加剂的残留监测，为政府食品安全的决策提供了科学的依据，为保障食品安全做出了重要的贡献。项目成果已在宁波出入境检验检疫局技术中心、上海市黄浦区CDC、金华市CDC、丽水市质量技术监督检测院、丽水市检验检疫局和丽水市CDC等11家单位推广应用3年以上，共在推广应用单位检测6893批次的食品样品，为各应用单位及时、准确地完成食品安全的检测任务做出了重要贡献，创造了良好的经济效益和显著的社会效益。同时，项目举办了8期省级以上继续医学教育项目，培训了来自新疆、甘肃、山东、安徽、上海、江苏、福建和浙江等全国10个省(市)的428名卫生检验技术人员，103家单位受益，社会效益显著。