本研究由Dawei Chen（中国国家食品安全风险评估中心）、Pengcheng Yan（温州医科大学）、Bing Lv、Yunfeng Zhao（通讯作者）和Yongning Wu（共同通讯作者）组成的团队完成，发表于食品科学领域权威期刊《Food Control》。研究聚焦于食品中致癌物4-甲基咪唑（4-MEI）的检测技术革新，通过结合分散微固相萃取（dispersive micro solid-phase extraction, Dispersive micro SPE）与液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）的平行反应监测（parallel reaction monitoring, PRM）模式，显著提升了复杂食品基质中4-MEI的检测性能。
学术背景
4-MEI是美拉德反应（Maillard reaction）的副产物，常见于焦糖色素（caramel coloring）加工的食品（如酱油、醋、咖啡）中。国际癌症研究机构（IARC）将其列为2B类致癌物，欧盟、美国和中国均对其在食品中的含量设定了严格限值（200-250 mg/kg）。然而，4-MEI分子量小、水溶性高，传统检测方法面临前处理复杂、基质干扰大、灵敏度不足等挑战。现有研究多局限于单一食品基质，且依赖耗时的固相萃取（SPE）技术。因此，本研究旨在开发一种普适性高、成本低、灵敏度显著提升的分析方法。
研究流程与方法
1. 样品前处理优化
- 研究对象：涵盖8类食品（酱油、醋、饮料、啤酒、咖啡、茶、蜂蜜、面包），共89个真实样本，包括天然酿造与工业化产品。
- 分散微SPE开发：以PCX吸附剂（25 mg）为核心，通过涡旋辅助分散（30秒）实现快速吸附，以5%氨水-乙腈（2 mL）洗脱。与传统SPE相比，该方法节省90%溶剂，操作时间从数小时缩短至10分钟。
- 基质效应评估：通过比较基质匹配与纯溶剂校准曲线的斜率比（0.87-1.05），证实该方法能有效消除复杂基质（如咖啡、茶叶）的干扰。
2. 色谱与质谱条件优化
- 色谱分离：采用亲水相互作用色谱（HILIC），以含5 mM乙酸铵的乙腈-水（90:10）为流动相，实现4-MEI、2-MEI和1-MEI的基线分离（图2）。酸性流动相会导致离子化干扰，而中性条件保留原型状态，提升分离度。
- PRM模式创新：在Q Exactive HRMS上，对比全扫描（FS）、靶向单离子监测（TSIM）和PRM模式。PRM在100%归一化碰撞能量（NCE）下，通过监测母离子（m/z 83.0609）及特征碎片离子（如m/z 56.0502），将背景噪声降低50-100倍（图3）。
3. 方法验证与实际应用
- 灵敏度与线性：线性范围0.05-100 µg/L（R²>0.996），检出限（LOD）和定量限（LOQ）均为0.5 µg/kg和1.0 µg/kg，较传统方法提升2个数量级。
- 回收率与精密度：加标回收率82.6-115.8%，日内/日间精密度RSD<10.9%（表2）。
- 实际样本检测：在咖啡中检出4-MEI高达5869.5 µg/kg（表3），远超此前报道（136-1411 µg/kg）；茶叶中首次报道4-MEI（9.1-404.9 µg/kg），提示烘焙食品风险需关注。
结果与逻辑关联
- 前处理效率：分散微SPE的简化流程与低成本为大规模筛查奠定基础，其净化效果通过基质效应实验（图5）和回收率数据验证。
- PRM技术优势：PRM通过碎片离子特异性过滤干扰（图3a），使低浓度（50 ng/L）检测成为可能，支撑了后续复杂食品样本的精准定量。
- 风险警示：咖啡和茶叶的高检出量（表3）表明，即使不含焦糖色素，美拉德反应仍可生成4-MEI，需重新评估其食品安全标准。
结论与价值
本研究首次将分散微SPE与PRM-HRMS联用，建立了4-MEI检测的“黄金标准”。其科学价值在于：
1. 方法学突破：PRM模式将检测灵敏度提升100倍，为小分子极性化合物的分析提供新思路。
2. 应用普适性：覆盖8类食品基质，尤其适用于咖啡、茶叶等复杂样本。
3. 监管意义：高检出结果呼吁对烘焙食品中4-MEI的生成机制及限值标准开展进一步研究。
研究亮点
- 技术创新：PRM模式通过碎片离子筛选，突破低分子量化合物检测瓶颈。
- 成本效益：分散微SPE较传统SPE节省90%溶剂，操作时间缩短80%。
- 风险发现：首次系统报道茶叶中4-MEI的存在，拓展了食品安全监测范围。
其他发现
同位素内标（4-MEI-d6）的使用进一步提升了定量准确性，而HILIC与RPLC的对比实验（图5）揭示了亲水色谱在极性化合物分析中的不可替代性。研究结果对修订食品添加剂使用规范和加工工艺优化具有直接指导意义。