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超高效液相色谱-串联质谱测定饮料和酒中防腐剂与甜味剂

文档作者：王震石丽珠文档来源：徐州市产品质量监督检验中心		点击数：	更新时间： 2025年06月08日
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第5 卷 第4 期 食品安全质量检测学报 Vol. 5 No. 4
2014 年4 月 Journal of Food Safety and Quality Apr. , 2014
*通讯作者: 王震, 工程师, 主要研究方向为食品检测技术。E-mail: 6933967@qq.com
*Corresponding author: WANG Zhen, Engineer, Xuzhou Center for Products Quality Supervision and Inspection, Shangju Road, Xincheng
district, Xuzhou 221000, China. E-mail: 6933967@qq.com
超高效液相色谱-串联质谱测定饮料和酒中防腐
剂与甜味剂
王 震*, 石丽珠
(徐州市产品质量监督检验中心, 徐州 221000)
摘要: 目的建立同时测定饮料和酒类中苯甲酸、糖精钠、脱氢乙酸、甜蜜素、对羟基苯甲酸乙酯和对羟基
苯丙酯添加剂的超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)检测方法。方法 样品经超高效C18 色谱柱分离, 以
乙腈:乙酸铵溶液(20 mmol·L-1)为流动相进行梯度洗脱, 在质谱负离子模式下进行检测。结果 经过系统优化,
测得6 种食品添加剂在0.1~100 μg·mL-1 范围内呈现良好的相关性, 线性回归系数均大于0.996, 其中苯甲酸检
出限0.005 μg·mL-1; 糖精检出限为0.008 μg·mL-1, 甜蜜素检出限为0.04 μg·mL-1, 脱氢乙酸检出限为0.003
μg·mL-1, 对羟基苯甲酸乙酯检出限为0.08 μg·mL-1, 对羟基苯甲酸丙酯检出限为0.003 μg·mL-1, 回收率为
98.1~102.1％。结论 该方法快速、准确、灵敏度高, 为饮料中防腐剂和甜味剂检测提供了实用的技术手段。
关键词: 超高效液相色谱-串联质谱; 饮料; 酒; 防腐剂; 甜味剂
Determination of preservative and sweetener in drink and wine by ultra performance
liquid chromatography tandem mass spectrometry
WANG Zhen*, SHI Li-Zhu
(Xuzhou Center for Products Quality Supervision and Inspection, Xuzhou 221000, China)
ABSTRACT: Objective To establish a UPLC-MS/MS method of detecting benzoic acid, saccharin sodium,
dehydrogenation acetic acid, sodium cyclamate, Ethyl p-hydroxybenzoate, Propyl p-hydroxybenzoate simultaneously
in drink and wine. Methods The chromatographic separation was performed on a C18 column with
gradient elution, using acetonitrile and ammonium acetate (20 mmol·L-1) as mobile phase. The analyte was detected
by MS in negative ion mode. Results Under the optimal conditions, the calibration curves of six food
additives were a linear in the range of 0.1~100 μg/mL-1, with correlation coefficient more than 0.996.The limit
of detection was found in the range of 0.005 μg·mL-1 for benzoic acid, saccharin sodium for 0.008 μg·mL-1, sodium
cyclamate for 0.04 μg·mL-1, dehydrogenation acetic acid for 0.003 μg·mL-1, ethyl p-hydroxybenzoate for
0.08 μg·mL-1, propyl p-hydroxybenzoate for 0.003 μg·mL-1. The spiked recoveries were between 98.1~102.1％.
Conclusion The method was rapid, accurate, highly sensitive, providing practical techniques for the preservatives
and sweeteners detection of beverage.
KEY WORDS: ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry; drink; wine; preservative;
sweetener
1180 食品安全质量检测学报 第5 卷
1 引 言
中国作为第二大饮料生产国, 饮料市场已成为
中国食品行业发展最快的市场之一[1], 食品添加剂在
推动饮料市场发展中作出重要贡献[2]。根据食品安全
国家标准《食品添加剂使用标准》规定能用于饮料和
酒中的食品添加剂有:苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、
甜蜜素、对羟基苯甲酸酯类等添加剂, 并规定了具体
适用范围和限量要求[3]。鉴于目前食品添加剂滥用现
象严重, 本研究建立了同时分析6 种添加剂的方法。
防腐剂和甜味剂目前常用方法有气相色谱法
[4-6], 液相色谱法[7-10]和质谱联用技术[11], 洪爱萍
等[12]建立了超高效液质联用技术同时测定饮料中
苯甲酸的测定方法, 罗志刚等[13]建立了高效液相
色谱技术同时测定饮料中合成色素、甜味剂和防腐
剂的检测方法, 这些方法在测定食品添加剂有独
到之处, 但由于方法本身的局限性, 每次仅能检测
一种物质, 或者物质定性方面存在缺陷, 为了更准
确、简便地测定饮料中的食品添加剂, 应用质谱分
析方法可以解决由于单纯的色谱法通过保留时间
进行定性,专属性和特异性较差,易产生假阳性或假
阴性结果的现象[14]。本研究应用超高效液相色谱-
质谱联用技术, 建立了能够同时测定饮料和酒中
常用的6 种甜味剂和防腐剂的方法, 对监管饮料和
酒中添加剂提供技术支持。
2 材料与方法
2.1 仪器与设备
TSQ Quantum Access MAX 型三重四极杆液质
联用仪, 配Accela 高速液相色谱系统(美国赛默飞世
尔公司); AB265-S 型电子分析天平(美国梅特勒托利
多); BS210S 型电子天平(美国赛多利斯); AS-3120 型
超声清洗仪(浙江石浦海天电子仪器厂); 纯水仪(美
国MILIPORE Milli-Q)。
2.2 试剂和标准品
甲醇(色谱纯), 德国Merck 公司; 氨水(分析纯),
天津科密欧化学试剂开发中心; 乙酸铵(优级纯), 美
国Tedia 公司; 甲酸(色谱纯), 天津市光复精细化工
研究所; 超纯水, 实验室自制。
标准品: 甜蜜素、脱氢乙酸、对羟基苯甲酸乙酯、
对羟基苯甲酸丙酯、苯甲酸、糖精钠 (均购于中国国
家标准物质研究中心提供)。标准溶液配制:精密称取
0.05000 g 的标准物质, 用乙醇溶解, 配制成1000
mg·L-1 的单标储备液, -18 ℃避光保存, 实验时根据
仪器响应值大小配制成不同浓度单一标准溶液和混
合标准溶液。
2.3 方 法
分别量取20.0~40.0 mL 不同饮料, 含乳饮料, 放
入50 mL 离心管中, 加入5 ml 乙腈溶液, 以7000
r/min 的转速离心10 min, 取上清液过0.45 μm 微孔
滤膜, 收集滤液上机测定; 含二氧化碳或酒精样品放
入100 mL 烧杯中, 加小碎瓷片数片, 加热驱除二氧
化碳或乙醇, 待其冷却后用流动相定容至100 mL,
过0.45 μm 滤膜直接上机测定, 进样体积20 μL, 外
标法定量, 同时做空白实验。
2.4 色谱条件
色谱柱:超高效Cl8 柱(10×0.21 cm, 1.9 μm); 流动
相:A-乙腈, B-20 mmol·L-1 乙酸铵溶液(pH=4)(梯度洗
脱程序见表1); 柱温: 30 ℃; 流量: 0.2 mL/min; 样体
积:10 μL。各色谱峰与相邻色谱峰之间分离度均大于
1.5, 拖尾因子均介于0.95~1.05 之间, 混合标准溶液
色谱图和样品色谱图分别见图1 和图2。
表1 梯度洗脱条件
Table 1 Gradient elution conditions
时间 (min) A % B %
0 20 80
2 20 80
10 85 15
12 85 15
15 20 80
18 20 80
2.5 质谱条件
质谱条件:电喷雾电离(ESI), 负离子模式, 碰撞
能量20~50 V, 选择反应监测(SRM), 分辨率
Q1=0.7M, Q3=0.7M, 喷雾电压(Spray volt-age)3000 V,
鞘气(Sheath gas, N2)压力39 psi, 毛细管加热温度
(capillary temperature)270 ℃, 辅助气(Aux gas pressure,
Ar)压力10 psi。载气:氮气; 总离子流图扫描范
围:10~400 u; 选择监测离子见表2。
第4 期 王 震, 等: 超高效液相色谱-串联质谱测定饮料和酒中防腐剂与甜味剂 1181
图1 6 种食品添加剂标样液相色谱图
Fig. 1 LC-chromatogram of standard mixture of six food activities
注: ①糖精钠 saccharin sodium; ②甜蜜素 sodium cyclamate; ③苯甲酸benzoic acid; ④脱氢乙酸dehydrogenation acetic acid;
⑤对羟基苯甲酸乙酯; Ethyl p-hydroxybenzoate; ⑥对羟基苯甲酸丙酯Propyl p-hydroxybenzoate
图2 样品液相色谱图
Fig. 2 Sample LC-chromatograms
1182 食品安全质量检测学报 第5 卷
表2 6 种食品添加剂定性和定量离子
Table 2 Parent and daughter ions of six food additives
项目 母离子(m/z) 子离子(m/z)
脱氢乙酸 167 83,123
对羟基苯甲酸乙酯 165 92,137
对羟基苯甲酸丙酯 179 92,136
甜蜜素 178 80,96
苯甲酸 121 59,77
糖精钠 182 42,106
3 结果与讨论
3.1 色谱、质谱条件的选择和优化
比较了乙腈-乙酸铵缓冲液、乙腈-甲酸溶液两种流
动相体系对6 种化合物色谱分离的影响, 结果表明采用
乙腈-乙酸铵缓冲液作为流动相时的分离效果较好, 且
基质干扰较少, 质谱响应信号较强。进一步优化了乙酸
铵缓冲液的浓度, 以20 mmol·L-1 乙酸铵缓冲液(用乙
酸调节pH=4.0) 和乙腈作为流动相, 流速为0.2
mL/min 时, 目标分析物的分离效果较好, 色谱峰对称。
通过6 通阀的转换, 设置样品进入质谱的时间,
可以减少内源性杂质进入质谱影响分析, 同时空白
样品按照待测样品的方法处理后, 利用待测样品的
同样的梯度洗脱条件, 通过HPLC 进行色谱洗脱, 同
时用针泵将混合标准物质以恒定的速度注入, 两种
溶液一并通过T 型阀进入质谱仪, 进行待测物离子
信号强度测定, 根据相应信号的变化, 进行色谱条件
的优化, 大大降低基质和背景的干扰。
采用流动注射泵连续直接质谱进样, 对6 种目标
分析物标准品的质谱条件进行优化, 通过对质谱ESI
离子源正离子和负离子模式进行Q1 全扫, 结果表明,
各色素的负离子模式响应值均高于正离子模式相应
值, 因此选择负离子检测模式, 同时在负离子模式下
进行全扫描以选择适当的电离方式, 根据不同化合
物的响应和保留时间的差异, 对不同化合物的碰撞
能量进行了优化。上述色谱-质谱条件下6 种防腐剂
和甜味剂混合标准溶液(1.00 mg·L-1) 的MRM 谱图
见图1。以上述准分子离子峰做相应目标物的选择性
离子, 通过对峰面积积分, 外标法进行含量测定, 方
法灵敏高。以保留时间及准分子离子峰而进定性, 减
少假阳性现象[14]。6 种物质均采用负离子模式, 多反
应监测(MRM), 对其进行扫描, 其全扫描质谱图及
主要子离子和母离子见表2。
3.2 方法的线性、精密度和回收率
用标准储备液, 配制如下浓度的标准使用液:苯
甲酸10 μg/mL, 糖精钠10 μg/mL, 甜蜜素3 μg/mL,
脱氢乙酸 10 μg/mL, 对羟基苯甲酸乙酯10 μg/mL,
对羟基苯甲酸丙酯10 μg/mL, 置冰箱中保存, 进行
色谱分析。将得到的混合标准溶液按照2.4 的色谱条
件进行分析, 以丰度和质量浓度分别为纵横坐标做
图, 得到线性回归分析, 信噪比S/N=3 计算检出限,
结果见表3。从表3 可以看出, 本方法的检出限明显
优于目前现行有效的国家标准检测方法, 满足国家
对该类产品中6 种添加剂的检测要求。
对同一样品进行6 次平行测定, 计算含量和精密
度, 向样品中加入一定量的6 种标准溶液, 按实验方
法处理测定, 计算回收率(见表4)。精密度和回收率
均满足定量要求。
3.3 样品测定
对市场上销售的40 种葡萄酒及饮料类进行检测,
3 份样品检出了糖精钠和甜蜜素, 其含量均在国家食
品添加剂卫生标准中规定的含量范围内。具体样品测
定结果见表5。
表3 方法的线性回归方程、线性范围及检出限 (S/N=3)
Table 3 Regression equations, linear range and detection limit (S/N=3)
色素名称 回归方程 浓度范围(μg·mL-1) 相关系数r
检出限(μg·mL-1)
本研究 国标
苯甲酸 y = 58558x + 5072.4 0.1~100 0.9969 0.005 1.8[15]
糖精钠 y = 75511x - 73817 0.1~100 0.9996 0.008 1.2[16]
甜蜜素 y = 6350617 x - 3999494 0.1~100 0.9977 0.04 4[17]
脱氢乙酸 y = 381313x + 456362 0.1~100 0.9981 0.003 5[18]
对羟基苯甲酸乙酯 y = 4457511 x - 1138426 0.1~100 0.9984 0.08 1[19]
对羟基苯甲酸丙酯 y = 4E+06x - 8E+06 0.1~100 0.9972 0.003 1[19]
第4 期 王 震, 等: 超高效液相色谱-串联质谱测定饮料和酒中防腐剂与甜味剂 1183
表4 方法的精密度和回收率
Table 4 The precision and recoveries of method
项目 样品本底 (mg) RSD (%, n=6) 添加量 (mg) 测定值 (mg) 回收率 (%)
苯甲酸 5.41 0.8 10.0 15.22 98.1
糖精钠 4.37 1.1 10.0 14.43 100.6
甜蜜素 4.78 0.9 10.0 14.68 99.0
脱氢乙酸 0.00 0.4 10.0 9.81 98.1
对羟基苯甲酸乙酯 0.00 1.1 10.0 10.21 102.1
对羟基苯甲酸丙酯 0.00 0.5 10.0 9.88 98.8
表5 样品测定结果 单位：g/L
Table 5 Concentrations of food additives in different samples unit: g/L
样品 苯甲酸 糖精钠 脱氢乙酸 对羟基苯甲酸乙酯 对羟基苯甲酸丙酯 甜蜜素
葡萄酒A ND ND ND ND ND ND
葡萄酒B ND ND ND ND ND ND
葡萄酒C ND ND ND ND ND ND
饮料A ND ND ND ND ND 0.42
饮料B ND 0.42 ND ND ND ND
饮料C ND 0.35 ND ND ND 0.53
注: ND 未检出
4 结 论
建立了一种以超高效液相色谱-串联质谱技术同
时检测饮料中国内外允许使用的6 种防腐剂和甜味
剂的方法, 与国标相比, 减少了前处理的步骤, 缩短
了实验时间, 提高了回收率, 通过对定量离子和定性
离子比例来定性, 提高物质定性的准确度, 减少了假
阳性和假阴性的现象。本方法快速、准确、灵敏度高,
为饮料中防腐剂和甜味剂检测提供了实用的技术手
段, 对监测食品中添加剂使用情况具有重要的意义。
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(责任编辑:邓伟)
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检测技术。
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