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摘要
人們對功能食品需求的日趨旺盛反映了當代人類對食藥同源的營養干預理念的回歸;但同時,功能食品的安全性也日益引發關注,其中外源性違禁添加和內源性功效成分不明是普遍存在的突出問題.如何從復雜食品體系中探明和鑒別各類濫用活性成分是保障功能食品安全的關鍵手段.本文就近年來功能食品的違禁添加特點、檢測方法現狀與挑戰、技術發展趨勢特別是“非目標”質譜篩查策略進行了系統評述.
關鍵詞
功能食品,食品安全,違禁添加,檢測方法
1引言
功能(或保健)食品,是指一類具有一般食品的共性,但適于特定人群食用、能調節人體機能、不以治療疾病為目的的特殊食品[1],其內涵包括3個屬性:食品屬性、功能屬性和非藥屬性[2].因此,功能(保健)食品與一般食品的共性是二者都能提供人體生存必需的基本營養功能(食品的第一功能),都具有特定的色、香、味、形感官功能(食品的第二功能);區別在于功能食品還具有能調節人體機能促進健康的特定功能(食品的第三功能),以及有特定的食用范圍(特定人群).但功能食品也別于藥品:藥品是治療疾病的物質,而功能食品不以治療為目的,本質上仍是食品.可見,普通食品為一般健康人食用以維持營養,藥品為病人使用以治療疾病,而功能食品則可利用生理調節功能以改善人體亞健康狀況.近年來世界各國功能食品發展迅速,我國功能食品興起于20世紀80年代,自2003年以來通過國家批準注冊的保健食品每年約1300余種,年銷售額超過1000億元,年均增長率大于12%[3,4].但同時,食品安全性日益引發關注.食品產品的安全保障是一項系統工程,涵蓋食品研發、加工、包裝、儲存、流通等各個環節[3,5].據世界衛生組織統計,每年約200萬人死于與不安全食品相關的200多種食源性疾病[6];如在美國,每年約有23000急診科病例涉及功能食品的不良反應[7].基于功能食品的屬性,功能食品不僅存在普通食品面臨的安全問題,即應滿足一般食品的感官特性和通用衛生標準(包括食品添加劑、農藥、獸藥及生物毒素殘留限量、放射性物質限量、有害金屬、微生物限量等類屬食品理化和常規衛生要求),還存在其特殊問題,如違禁(功效)成分濫用以提高所謂食品第三功能.本文就近年來功能食品安全檢測技術現狀、發展趨勢及分析策略作簡要評述.
2功能食品安全檢測的現狀及技術挑戰
作為保障食品安全的重要手段,食品檢測研究一直受到各國科研工作者的高度重視.對功能食品而言,除了常規食品的安全性問題外,影響產品安全性的突出問題集中表現在其功效成分(功能因子或添加藥物)的不規范使用上.
2.1檢測技術現狀
目前,功能食品中非法添加化學藥物的常用檢測技術主要包括理化鑒別、薄層色譜(TLC)、酶聯免疫(ELISA)、高效液相色譜(HPLC)、毛細管電泳(CE)、氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)、液相色譜-質譜聯用(LC-MS)、毛細管電泳-質譜聯用(CE-MS)以及紅外光譜(IR)等[4,6,8].按檢測特點,這些技術類型大體可以分成3種[9]:專一性探測、分離型測量和整體性表征(表1).已有的分析方法大多屬于已知目標物的篩查或測定.其中,LC-MS/MS技術將HPLC的高效分離與高靈敏度、強專屬性的串聯質譜如三重四極桿相結合,增強了復雜體系中多成分的準確定量和結構確證能力,已成為檢測食品添加物最常用的手段[8,10,11].
2.2功能食品安全問題對分析化學的挑戰
基于目前功能食品的違禁添加特點,安全檢測技術的最大難點來自兩個方面:(1)食品樣品復雜,特別是一些中成藥保健品多采用傳統中草藥,基質干擾嚴重、內源性成分檢測困難;(2)外源性添加物來源不明,目前缺乏未知添加成分篩選方法,給檢測、確證帶來巨大挑戰.
2.2.1內源性功效成分不明
功能食品中的生理活性物質是發揮功效的關鍵所在,也是產品質量的主要指標.保健食品中的功能因子是通過提取、分離、濃縮(或是添加了高純度的某種生理活性物質),使其在人體內達到發揮作用的濃度,從而具備了食品的第三功能.由于食品原料復雜,目前難以對其中所有內源性功能因子進行深入系統研究,尚未解決功效成分加工(濃縮、提取)后的用量安全性、內源性毒性、生理劑量與藥理劑量的差異、產品中成分相互作用等問題[3].
2.2.2外源性違禁添加類型多樣
在功能食品安全方面最主要的問題是違禁成分濫用.在利益驅動下,一些不法廠商為突顯產品療效,在中成藥、保健食品中非法添加減肥藥、壯陽藥、降糖藥等化學成分來掩蓋食品真相的現象(摻偽)非常普遍[2,3].根據近年來產品監測及文獻報道,目前功能食品中違禁添加內容和形式呈現出以下特點[4].非法添加成分種類包括:(1)臨床上正在使用的治療藥物或處方藥,此類情況最為普遍.近年被查處的壯陽類、抗疲勞類保健食品常添加偉哥類藥物,如西地那非等;(2)臨床上已被淘汰的藥物,如酚酞、西布曲明等具有顯著的減肥功效,但因嚴重的毒副作用而被停用;(3)添加治療用藥的結構類似物.一些不法廠商在已有藥物結構基礎上稍加修飾,改造成藥物前體或衍生物(如去甲基西布曲明),以獲得相似的臨床作用卻可逃避監管;(4)尚未獲得批準的新型藥物或先導化合物;(5)藥物的化工合成品或獸藥的粗原料以降低成本;(6)非藥食同源[12]的天然產物,如麻黃堿、河豚等.非法化學添加的形式主要有:(1)單一成分隨意劑量添加,如一些補腎抗疲勞保健品中西地那非的檢出量為0.84~780mgg1[13];(2)多成分復合添加,有意識地同時添加低劑量水平的多種藥物,降低違禁添加含量加大了檢測難度但同樣可達到效果[14];(3)在制劑的輔料或包裝材料中添加,如利用劑型的特點將違禁藥物添加到膠囊殼中,存在一定的隱蔽性,可躲避監督檢測[8,15];(4)“證后”添加,即在取得保健食品批文后再在上市產品中違法加入.
3功能食品安全檢測新策略
近年來,國內外報道了大量的功能食品中違禁藥物的檢測方法,但大部分僅針對少數幾種甚至一種目標成分,給不法廠商以可乘之機;此外,出于不法廠商的主觀規避,層出不窮的新型結構類似物被設計出來并摻入產品中(如僅那非類的替代衍生物就發現已達50余種)[8,16~18],因此,有必要建立一個“非目標”篩查的方法以提高違禁添加藥物的發現率[19].由于目前常規的分析手段難以全面探測、準確定量和可靠鑒別所有的違禁添加藥物,擴大添加成分的檢測范圍和提高篩查通量已成為食品安全分析領域的熱點之一.
3.1質譜檢測的高通量化策略
傳統的LC-MS/MS采用多反應監測(MRM)技術在定量及確證方面功能強大,但受自身分析器的低分辨率、低掃描速度的限制,僅限于分析已知結構的目標化合物.最新統計表明,LC-MS技術在功能食品中違禁添加藥物的檢測中占有主導地位(圖1)[20].鑒于功能食品中違禁使用各類添加物的現象十分普遍,迫切需要建立在不使用標準對照品的情況下也能準確定性篩查與確定的方法.近年來發展的一些質譜新方法通過多種形式的高通量化,以嘗試實現對標準檢測范圍之外的外源添加物的發現與快速鑒別.
3.1.1同族體靶向定量譜分析
面對復雜食品基質中低含量結構類似物篩查分析的難點,對策之一是基于“部分窮盡”思路,針對特定分析對象發展類別選擇性的高效分析方法.為擴展常規MRM技術的檢測范圍(容量),本研究組[21~23]近期利用三重四極桿和串聯四極桿復合線性離子阱(QTrap)的多功能掃描模式發展了一種針對外源藥物同族體(即含相同官能團或結構區的結構類似物及其代謝物、衍生物等)的靶向定量譜分析技術(Homolog-targetedprofiling).該方法可同時對多個目標化合物進行準確定量或類別擴展至未知結構類似物的分類搜索,因此是一種“高容量”多反應監測技術.基于MRM模式的同族體靶向定量代謝組學分析新策略既不同于傳統的LC-MRM低通量精確定量,也異于常規代謝物組學“一鍋法”全分析,成為溝通從已知、靶向單成分分析邁向非目標、無偏全分析的重要橋梁[23~25].
3.1.2高分辨質譜廣譜鑒定
對完全未知的外源添加成分分析,低分辨質譜已顯得無能為力,但快速發展的現代高分辨質譜(HRMS),如飛行時間質譜(TOF)、傅里葉變換離子回旋共振(FTICR)和靜電場軌道阱(Orbitrap)等具有在超高分辨率下(1~100萬FWHM)測定化合物精確分子量(0.1~10ppm)的能力,并能借助同位素離子的豐度比來推斷化合物的元素組成(分子式).HRMS非目標分析的優勢在于:(1)高靈敏度、快速的全掃描分析,理論上分析物的數目及分子量不受限制;(2)不需預先設定待測物的分子量等相關信息,不需對照品對特定化合物進行質譜參數優化;(3)所采集數據具有可回顧性,可對歷史數據進行重新分析,一次進樣可獲取大量的目標和非目標化合物的信息.然而,在復雜的功能食品基質中,HRMS尚需與色譜或其他質譜如四極桿(Q)或離子阱(IT)串聯以提高鑒定信度[8,10,26~28].最近,本研究組[29]運用IT-TOF獨特的高質量精度的多級質譜功能和正負離子快速切換技術建立了一種LC-IT(MSn)/TOF的廣譜篩查新方法,通過譜庫自動檢索保留時間、質量精確度、同位素分布、特征碎片離子以及多級裂解信息的多參數匹配,可以實現功能食品中各類目標添加藥物、數庫內預期分析物(有譜庫信息、無標準品)和可疑未知成分(無譜庫信息、無標準品)的發現與鑒別.這種基于目標發現的質譜檢測方法,還可以與更普適的紫外光譜聯用以進一步擴展篩查范圍,或利用替代對照品法進行快速檢索和相對定量[30~32].
3.1.3直接離子化快速表征
加快樣品檢測速度也是提高質譜分析通量的重要途徑.近期出現的新型質譜技術,如流動注射[33~35]、離子遷移譜[36~39]、敞開式離子化[40~44]等,因無需樣品前處理、免色譜分離的特點可實現功能食品的直接實時分析、現場快速檢測或整體全貌表征[8,33~44].流動注射質譜(FI-MS)是將樣品在流動注射下直接進入質譜快速分析,以免去耗時的色譜柱分離過程[45],其特點是快速和更能反應樣品溶液的整體性質.近幾年來,基于FI-MS指紋(fingerprinting)的代謝組學技術為功能食品的違禁添加成分檢測[33,34]及產品質量鑒別[46]提供了一種新的分析手段.離子遷移譜(IMS)是一種氣相環境下的電泳技術,它是根據分析物分子質量、電荷和碰撞截面,基于氣相離子在弱電場中的遷移率來分離和辨別分析物.它被稱為等離子色譜或作為一種無需真空、低成本的常壓質譜,具有簡單、輕便的特性和突出的靈敏度與分離速度、無需溶劑、綠色環保的優點.在功能食品檢測領域,Dunn等[36,37]建立了快速鑒別減肥食品中西布曲明等多種違禁藥物的IMS定性篩查方法.IMS還可以與ESI或MALDI耦聯組合于現有分析器之中,相當于新增了一種分離維度.Aqai等[39]發展了UPLC-IM-Q/TOF質譜技術,對功能食品中的雌激素進行了有效鑒別與測定.能在開放環境下運行的新型離子化(ambientionization)技術的研制是近年來質譜學領域備受關注的前沿課題[47].其中有兩種常壓敞開式質譜—直接實時分析(DART)和解吸附電暈束電離(DCBI)質譜開始應用于功能食品中外源添加藥物的快速檢測[20].本研究組已運用自制DCBI源結合離子阱質譜成功建立了一系列在無需復雜樣品前處理條件下,保健食品及中成藥中PDE-5抑制劑、β受體阻斷劑、降糖藥等多種非法添加藥物的快速定性和半定量分析方法[42~44].
3.2非目標篩查方法及發展趨勢
按2002/657/EC定義[48],篩查方法是一種用于檢測大量樣品、快速判定其中是否存在某種(類)化合物,并將樣品區分為陰性或陽性的高通量分析手段.
3.2.1篩查技術的分類
篩查方法從檢測方式上可分為化學法(理化鑒別法、容量分析等)、生物法(酶法、免疫法、微生物法、生物傳感等)和儀器法(光譜、波譜、色譜等);從分析特性角度可分為專一性探測、分離型測量和整體性表征3種類型(表1).一般地,化學法與生物法具有高特異性、簡便、快速的特點,但分析物容量和靈敏度都較低;光(波)譜法的優點是快速、整體性好(組分容量大),但特異性、靈敏度和準確度較低;基于色譜分離的儀器法的優勢是準確、靈敏,但缺點是分析速度和容量較低.因此最理想的篩選方法應滿足技術在分析速度(樣品數目/時間)、分析容量(組分數目/樣品)和分析信度(信息量/組分)3個方面的要求.目前國內外報道的篩查技術主要有兩種情況:(1)特定目標分析物的篩查,即確定待篩查的對象,通過高選擇性的分析手段確定待篩查物是否存在于樣品中,這類技術的檢測專一性高、速度也快,但不能用于廣譜篩查和發現新分析物;(2)非特定目標物篩查,目前主要依靠高容量的廣譜分析技術如現代光(波)譜、高分辨質譜等儀器并結合數據處理系統,實現對非特定目標或未知分析物的鑒定分析.
3.2.2廣譜篩查新型技術
基于樣品無損和整體分析的現代光譜技術在高通量非目標篩查上具有先天優勢,但仍需解決低靈敏度和低準確度的問題[8,15].最近,1HNMR被成功應用于草藥補充劑中PDE-5抑制劑的鑒定和定量分析[49];新近推出的無需制冷劑的臺式低場NMR(60MHz)可快速鑒別功能食品中的違禁添加藥物[50].表面增強拉曼散射(SERS)可顯著提高傳統RS的靈敏度,最近發展的TLC-SERS聯用技術被成功應用于功能食品中藥物結構類似物的快速、靈敏和準確鑒定[51,52].對于檢測專一、快速的傳感器方法來說,提高分析容量是主要發展方向.目前出現的生物芯片已顯著擴大靶分子的篩查范圍;基于多功能傳感陣列的人工智能識別系統,如電子眼、電子鼻、電子舌等將大大增強食品安全檢測能力[6].對于基于組分分離的篩查方法,提高分離效率和檢測速度是關鍵[33~35,53].快速全掃描的高分辨率質譜具有準確測量和非目標檢測的潛力,敞開式離子化技術的發展為高靈敏度、高分辨質譜的整體樣品廣譜篩查和精細成像分析提供了可能[17].高分辨率質譜成像(MSI)將是食品檢測領域質譜技術的未來發展方向[54~56].基于目標發現的分析策略,構建一個食品組學大數據依賴的功能食品篩查方法,通過動態譜庫多參量匹配和信息挖掘可提高未知物篩查的成功率[19].總之,新型功能食品檢測技術逐漸向預警發現型、集成微型、智能型的趨勢發展.
4結束語
功能保健食品的安全性問題既包括常規食品的安全性要求,又突出體現為其功效成分(內源性功能因子或外源添加藥物)的不規范使用.因此,針對目前功能食品安全檢測面臨著的樣品復雜、功效成分不清、添加物來源不明的技術挑戰,開展面向功能食品中違禁添加藥物及活性成分的新型檢測技術的研究在保障功能食品安全方面具有重要的意義.
作者：楊子輝 程雨晴 郭賓 陳應莊 馬銘 陳波 單位：湖南師范大學化學化工學院植化單體開發與利用湖南省重點實驗室 湖南師范大學化學化工學院化學生物學及中藥分析教育部重點實驗室
參考文獻
1中華人民共和國國家標準.保健(功能)食品通用標準.GB16740-1997.中國標準導報.1997
2戴華,陳冬東.功能性保健食品檢測指南.北京:中國標準出版社,2012
3金宗濂.食品科學技術學報.2013,31:1–3
4王靜文,曹進,王鋼力,張慶生,丁麗霞.藥物分析雜志,2014,34:1–11
5BorchersA,TeuberSS,KeenCL,GershwinME.ClinicRevAllergImmunol,2010,39:95–141
6孫登峰,王顧希,錢杉杉,喬倩,鄒燕,侯曉妮.中國測試,2015,41:1–7
7GellerAI,ShehabN,WeidleNJ,LovegroveMC,WolpertBJ,TimboBB,MozerskyRP,BudnitzDS.NEnglJMed,2015,373:1531–1540
8PatelDN,LiL,KeeCL,GeX,LowMY,KohHL.JPharmBiomedAnal,2014,87:176–190
9ZhuW,YuanY,ZhouP,ZengL,WangH,TangL,GuoB,ChenB.Molecules,2012,17:1150711537
10HirdSJ,LauBPY,SchuhmacherR,KrskaR.TrendsAnalChem,2014,59:59–72
11ParkerCH,StuttsWL,DeGrasseSL.JAgricFoodChem,2015,63:10303–10312
13王美玲,曾樂,顏鴻飛,李擁軍,戴華.分析測試學報,2014,33:239–247
14TangMH,ChenSP,NgSW,ChanAY,MakTW.BrJClinPharmacol,2011,71:250–253
15LanzarottaA,CroweJB,WitkowskiM,GambleBM.JPharmBiomedAnal,2012,67–68:22–27
16AqaiP,CevikE,GerssenA,HaasnootW,NielenMW.AnalChem,2013,85:3255–3262
17VenhuisBJ,DeKasteD.JPharmBiomedAnal,2012,69:196–208
18黃朝輝,蔡丹丹,陳仲益,周征.中國藥學雜志,2015,50:371–374
19寧霄,張偉清,王鋼力,曹進,張慶生.食品安全質量檢測學報,2015,6:1876–1882
20VaclavikL,KrynitskyAJ,RaderJI.AnalBioanalChem,2014,406:6767–6790
21WangM,GuoB,HuangZ,DuanJ,ChenZ,ChenB,YaoS.JChromatogrA,2010,1217:2821–2831
22HuangC,GuoB,WangX,LiJ,ZhuW,ChenB,OuyangS,YaoS.AnalChimActa,2012,737:83–98
23GuoB,ChenB,LiuA,ZhuW,YaoS.CurrDrugMetab,2012,13:1226–1243
24GuoB,HuangZ,WangM,WangX,ZhangY,ChenB,LiY,YanH,YaoS.JChromatogrA,2010,1217:4796–4807
25SongY,ZhangN,ShiS,LiJ,ZhaoY,ZhangQ,JiangY,TuP.JChromatogrA,2015,1406:136–144
26ShiF,GuoC,GongL,LiJ,DongP,ZhangJ,CuiP,JiangS,ZhaoY,ZengS.JChromatogrA,2014,1344:91–98
27VaclavikL,KrynitskyAJ,RaderJI.AnalChimActa,2014,810:45–60
28AvulaB,SagiS,WangYH,ZweigenbaumJ,WangM,KhanIA.FoodChem,2015,178:136–148
29GuoB,WangM,LiuY,ZhouJ,DaiH,HuangZ,ShenL,ZhangQ,ChenB.JAgricFoodChem,2015,63:6954–6967
30ZouP,OhSS,HouP,LowMY,KohHL.JChromatogrA,2006,1104:113–122
31權勤波,王金鳳,李娜,李俊卿,陳金泉.藥物分析雜志,2015,35:154–160
32BortoliniC,PivatoA,BogialliS,PastoreP.AnalBioanalChem,2015,407:6207–621633SunJ,ChenP.AnalBioanalChem,2011,401:1577–1584
34ZhaoY,SunJ,YuLL,ChenP.AnalBioanalChem,2013,405:4477–4485
35SongF,MonroeD,El-DemerdashA,PalmerC.JPharmBiomedAnal,2014,88:136–143
36DunnJD,Gryniewicz-RuzickaCM,KauffmanJF,WestenbergerBJ,BuhseLF.JPharmBiomedAnal,2011,54:469–474
37DunnJD,Gryniewicz-RuzickaCM,MansDJ,Mecker-PogueLC,KauffmanJF,WestenbergerBJ,BuhseLF.JPharmBiomedAnal,2012,71:18–26
38李靈峰,王鐵松,韓可,徐天白,王琦,李鵬,汪小知.分析化學,2014,42:519–524
39AqaiP,BlesaNG,MajorH,PedottiM,VaraniL,FerreroVE,HaasnootW,NielenMW.AnalBioanalChem,2013,405:9427–9436
40ZhouZ,ZhangJ,ZhangW,BaiY,LiuH.Analyst,2011,136:2613–2618
41HuangYQ,YouJQ,ZhangJ,SunW,DingL,FengYQ.JChromatogrA,2011,1218:7371–7376
42吳雙,王華,朱慧果,趙勇,田清青,孫文劍,丁力,陳波.分析化學,2012,40:1081–1085
43WangH,WuY,ZhaoY,SunW,DingL,GuoB,ChenB.FoodAdditContamPartA,2012,29:1194–1201
44王華,趙勇,廖鵬,吳雙,侯玉蘭,孫文劍,丁力,陳波.高等學?；瘜W學報,2013,34:556–562
45郭賓,段俊敏,王美玲,王曉瑩,陳波.分析化學,2010,38:1692–1697
46LuW,JiangQ,ShiH,NiuY,GaoB,YuLL.JAgricFoodChem,2014,62:9073–9080
47馮鮑盛,白玉,劉虎威.中國科學:化學,2014,44:784–788
48CommunityReferenceLaboratoriesResidues(CRLs).Guidelinesforthevalidationofscreeningmethodsforresiduesofveterinarymedicines(initialvalidationandtransfer).20/1/2010.
49GilardV,BalayssacS,TinaugusA,MartinsN,MartinoR,Malet-MartinoM.JPharmBiomedAnal,2015,102:476–493
50PagèsG,GerdovaA,WilliamsonD,GilardV,MartinoR,Malet-MartinoM.AnalChem,2014,86:11897–11904
51LiH,ZhuQ,ChweeT,WuL,ChaiY,LuF,YuanY.AnalChimActa,2015,883:22–31
52LvD,CaoY,LouZ,LiS,ChenX,ChaiY,LuF.AnalBioanalChem,2015,407:1313–1325
53FanaliC,RoccoA,D’OrazioG,DugoL,MondelloL,AturkiZ.Electrophoresis,2015,36:1073–1081
54TairaS,UematsuK,KanekoD,KatanoH.AnalSci,2014,30:197–203
55HandbergE,ChinginK,WangN,DaiX,ChenH.MassSpectromRev,2015,34:641–658
56NielenMW,vanBeekTA.AnalBioanalChem,2014,406:6805–6815
