饮料中食品添加剂的分析检测技术应用

杨熙文

（武汉产品质量监督检验所，湖北武汉 430000）

食品添加剂是一种添加到食品中以改善食品品质和色、香、味等属性或具有防腐、保鲜等功效的天然或人工合成物质。近年来，我国的饮料市场发展非常迅速，平均年产量的增速已经超过20%，并且还在逐年递增中[1]。作为饮料中不可缺少的组成部分，添加剂为推动饮料市场的发展作出了重要贡献，而随着饮料数量和种类的不断增加，人们对食品添加剂的安全性也愈加重视[2]。

1 食品添加剂概述

饮料中常见的食品添加剂主要包括甜味剂、防腐剂、着色剂等。其中甜味剂包括甜蜜素、糖精钠、安赛蜜、阿斯巴甜及纽甜等，主要用于改善饮料的口感，调节并增强风味。其味觉良好、稳定性高、水溶性好，且价格合理，但超量使用会对人体产生毒副作用，例如糖精钠的过多食用会影响肠胃消化酶的正常分泌，使人食欲减退；甜蜜素的过量摄入会造成肝脏损伤，甚至会增加诱发癌症、致畸的风险[3]。

防腐剂包括丙酸钙、苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、对羟基苯甲酸酯类以及纳他霉素等，可用于抑制微生物增殖，防止食品腐败变质，延长保质期。长期摄入时会对人体造成不良影响，如苯甲酸钠进入人体后与胃酸反应生成的苯甲酸可能引起慢性苯中毒[4]。山梨酸相比苯甲酸抑菌效果更佳、毒性更低，但过量食用会导致人体的新陈代谢紊乱[5]。

着色剂包括柠檬黄、日落黄、胭脂红、苋菜红、赤藓红、新红、诱惑红、亮蓝、罗丹明E、碱性橙2及碱性橙22等，能够保持或改善饮料的外观颜色和色泽。其化学性质稳定、价格低廉，着色力强。但人工合成色素的主要制作原料为煤焦油，含有苯环、硝基、氧杂蔥等结构，在人体的代谢过程中，这些合成色素通过肝脏等器官时可以被转化为芳香胺化合物，与靶细胞作用后可能会增加膀胱癌等癌症的患病风险，对成长期的儿童危害尤其严重[6]。

2 食品添加剂检测

《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中对各种食品添加剂的使用原则、允许使用品种、使用范围及最大使用量或残留量都作出了明确规定。为了解饮料中添加剂的使用量，需要应用各种现代分析检测技术，进一步保障饮料的食品安全性。

2.1 前处理技术

完整的食品添加剂检测过程包括样品采集、样品前处理、检测、数据分析以及出具最终报告。样品前处理技术多种多样，但主要目的都是剔除食品中的干扰物质，提高被测物质的浓度，避免或降低仪器损耗。高效的样品前处理方法是食品添加剂检测中的关键环节。

2.1.1 衍生化技术

衍生化是一种将化合物转化成与其化学结构类似的物质的化学反应过程，其目的在于提高目标物的挥发度、增加组分的稳定性、改善被测组分的色谱行为、增加被测物的检测灵敏度和选择性以及提高对光学异构体分离的能力，以实现更高的检测分辨率。

衍生化常用的反应有环化、酰化、酯化、离子化及烷基化等。将一种具有某种特定功能的目标化合物进行衍生化后，其部分化学性质如沸点、熔点、溶解度和聚集态等会发生一定的改变，使其更适合于分离及量化，为色谱检测或分离创造更佳条件。

2.1.2 液-液萃取技术

液-液萃取是指在液体混合物中加入与其不相混溶（或稍相混溶）的特定溶剂，利用各组分在两种溶剂中溶解度或分配比的差异性进行分离，实现被测物质的提取、纯化的方法。使用的萃取溶液一般为有机溶剂，由于有机溶剂基本都具有较强的挥发性，后续可以通过旋转蒸发等方法来浓缩目标物，对其进行进一步纯化。

2.1.3 固相萃取技术

固相萃取是指利用特定的固体吸附剂对目标化合物极大的吸附性来使其与干扰物分离，再通过洗脱液将其从固体吸附剂上洗脱并收集的方法，可以用来分离、净化样品或富集目标化合物。当样品液体进入固相萃取小柱时，填充其中的固体吸附剂会将目标化合物吸附于其表面，其他物质则随母液一起流出，而后用适当的溶剂冲洗掉杂质，再选择合适的洗脱液将目标化合物洗脱，收集后进行色谱分析。依据不同物质的特性也可以选择反向吸附，即吸附干扰物质，让目标物随母液流出。也可选择能同时吸附目标物与部分干扰物的固体吸附剂，而后利用合适的洗脱液将目标物选择性洗脱下来，从而达到净化样品并分离目标物的目的。

2.1.4 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是指以高于临界温度和临界压力以上的超临界流体代替有机溶剂作为萃取剂进行萃取、分离的新技术。超临界流体具有一定的特殊性，其物理性质处于气体和液体之间，同时拥有气体的高扩散性和液体的强溶解力，具有良好的溶剂特性，且对温度和压力的变化非常敏感，因此可以通过改变温度、压力条件来调整超临界流体的密度，进而改变其对溶质的溶解能力，从而在液态或固态混合物中选择性萃取目标物。

2.2 食品添加剂的检测方法

2.2.1 气相色谱法

气相色谱法（Gas Chromatography，GC）是一种流动相为气体的色谱分析方法，其原理是利用不同物质在流动相和固定相之间分配和吸附脱附方式的不同，在衬管中将待测样品气化后通过惰性气体的载气使各组分流入色谱柱内进行分离，再进入相应的检测器进行检测。起初色谱柱基本使用填充柱，随着气相色谱检测技术的发展成熟，现如今多使用毛细管柱，可以达到更好的分离效果。

气相色谱法在应用过程中存在一定的局限性，更适用于低沸点、易挥发的物质，对高沸点的添加剂如着色剂等则分离效果差。检测时只能利用保留时间对组分进行定性，因此分析色谱图时必须用标准物质的色谱峰对其进行校正，并制作保留时间与出峰面积相对应的标准物质曲线进行定量。如果杂质的保留时间与目标物恰好重叠，则难以确保该色谱峰的准确性，可能产生假阳性。此缺陷可通过联用质谱、光谱来补足。气相色谱法依旧有独特优势，如样品用量少、灵敏度高、选择性强、分离效率高、应用广泛以及操作简单等[7]。

2.2.2 液相色谱法

目前，添加剂检测中应用最广泛的是液相色谱法，传统的液相色谱法在同时检测多组分混合物时往往存在一些不足，如分离困难、分析耗时长、进样量大、检测效率低以及流动相洗脱程序复杂等。随着液相色谱的不断发展和进步，高效液相色谱法应运而生。

高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）的流动相为液体，一般为某种单一溶剂或以不同比例混合的组合溶剂，以及磷酸盐、乙酸盐等缓冲液，样品由进样器进入管路后，随流动相被高压输液系统泵入色谱柱的固定相中，高压条件下溶质会在固定相和流动相之间进行连续多次交换，利用过程中溶质在两相间不同的分配系数、吸附力、亲和力或排阻作用，以及分子大小、间隔的差异使目标物得到分离，最后进入相应的检测器进行分析[8]。按色谱过程的分离机制可分为吸附色谱、分配色谱、空间排阻色谱、离子交换色谱及亲和色谱等类别。

高效液相色谱法与气相色谱法的不同之处在于其无需对溶质进行气化，因此在添加剂的检测中适用范围更广、实现难度更低，同时由于高效液相色谱中加入了高压液流系统，使流动相能够高速流动，可以实现快速分离组分的目的，使检测更高效。

2.2.3 高效液相色谱-串联质谱法

高效液相色谱-串联质谱法（High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，HPLC-MS/MS）是一种集液相色谱和质谱之所长，既能高效分离又能对多组分物质进行准确定性、定量分析的方法。先使样品经由高效液相色谱进行色谱分离，再进入质谱仪，在离子源中被离子轰击，电离成分子离子和碎片离子，由质量分析装置将不同质荷比的离子分开，通过电子倍增管检测放大的信号，最终得到质谱图以供相关人员分析。由于在母离子碰撞前，样品中流出物产生的干扰离子己被分离排除，其检测时的抗干扰能力更强，同时联用质谱定量时本底值更低，灵敏度更高，目标物在质谱仪轰击中产生的特征离子对使定性的精准度更高，适用于各种高沸点、难挥发、具有强极性和热不稳定性的化合物检测，对含量低、具有严重的背景干扰、定性困难的复杂基质样品分析效果比其他方法更佳，还可实现对样品中不同添加剂的同时测定，达到快速、精准进行批量检测的目的[9]。

2.2.4 离子色谱法

离子色谱法（Ionchromatography，IC）是一种利用电导性使目标物在溶液中电离产生阴、阳离子并与分析柱发生离子交换，从而进行分离并分析的方法。其分离机理主要基于离子色谱柱上可解离的离子与流动相中的溶质离子对交换剂的亲和力的差别。样品溶液进入色谱柱后，其电离产生的离子与色谱柱上的离子进行交换后被保留在柱上，随后被具有强电离度的淋洗液从柱上洗脱与其他物质分离流出，最终进入检测器中被测定并进行色谱信号的分析处理。

离子色谱法多使用水溶液提取样品，以碱液作为淋洗液，可检测组分复杂的液体[10]。在抑制柱中淋洗液转变为低电导组分，有效降低了背景电导，并将样品离子转变为相应的酸或碱，增加了其电导率，使分离效果更佳。离子色谱具有自身独特的特点和优势，如方法简单、应用广泛、检测灵敏度高等，可用于分析各种有机物以及色谱性能差异较大的化合物。

2.2.5 分光光度法

分光光度法是利用物质在一定范围内不同波长处对光产生不同的吸收度，从而对目标物质特定的吸收光谱进行定性和定量分析的方法[11]。分光光度计的基本构成均包括光源系统、分光系统、吸收系统和检测系统。在光源系统中有辐射源为检测仪器提供稳定且连续的光谱，而后分光系统将光源处发出的复合光分解为需要的高纯度单色光，再进入吸收系统中被置于其中的样液吸收，最后在检测系统中将吸收的图谱和数据进行显示处理。分光光度法检测食品添加剂不仅灵敏度高、操作简便、快速，而且适用面广、选择性强，能高效多样地满足液体中各类添加剂的检测需求。

3 结语

饮料产业已成为我国最受消费者欢迎的食品产业之一，添加剂是饮料制作过程中极为重要的一部分，如果严格按照国家标准进行使用，不仅能提升饮料产品的色泽和口感，还能推动整体行业的发展。过度使用食品添加剂则会对人体造成严重危害，如增加肥胖、高血压、代谢综合征等疾病的风险，因此保障饮料中食品添加剂的安全性的重要性不言而喻。相关技术人员应根据添加剂特性选择合适的检测方法，达到高效、准确的检测效果，从而保障消费者的安全。