《食品科学》：朱瑞芝正高级工程师等：超声辅助提取-衍生化反应结合超高效液相色谱-高分辨质谱同时测定食品中23种醛酮类化合物

醛、酮类成分是存在于咖啡、茶叶等食品中的重要羰基化合物。研究表明，该类化合物在赋予食品特征性风味的同时也可能产生潜在的健康风险。风味贡献方面，醛、酮类成分通过特定的结构特征展现果香、清香和巧克力香等独特的感官特性。例如，直链醛类中，己醛可赋予茶叶清新的香气，而庚醛则可能导致令人不悦的刺激性气味。短链醛类如乙醛能为咖啡增添果香，丁醛则贡献巧克力与焦糖的复合风味。酮类化合物中，丁酮呈现果香和类似樟脑的香气，2,3-丁二酮和2,3-戊二酮则展现黄油、奶油、焦糖般的香气。

然而，醛、酮类成分的毒理学特性同样不能忽视。一些低分子质量脂肪醛或酮通过与DNA、蛋白质和酶的相互作用引发细胞毒性及基因毒性效应。特别值得关注的是，甲醛、乙醛等小分子醛类已被证实可破坏造血干细胞功能完整性。国际癌症研究机构最新致癌物清单中，甲醛（1类）、乙醛（2B类）、丙烯醛（2A类）等被列为明确或潜在致癌物。

因此，建立兼具高灵敏度、高通量特性的分析方法已成为醛、酮类成分检测领域亟待解决的关键问题。气相色谱、液相色谱及其与质谱的联用技术被广泛应用于食品基质中目标成分的定量分析。近年来，研究者致力于开发液相色谱-质谱（LC-MS）联用技术用于醛酮类化合物（AKs）的检测。LC-MS凭借其卓越的方法通用性、检测特异性、分析准确性及高通量特性，相较于其他技术具有显著优势。由于大部分醛、酮成分的相对分子质量较小，直接进样检测时，质谱背景噪音大，容易受低质量端离子干扰，导致灵敏度较低而无法准确定性和定量。因此，通常需通过化学衍生化策略向醛、酮目标物引入可电离基团，提升液相色谱分离中的保留效能与分离度，同时增强质谱检测的灵敏度及特异性。2,4-二硝基苯肼（DNPH）因其分子结构中特有的肼基官能团，成为最常用的衍生化试剂之一。

食品基质中AKs的定量检测，基于三重四极杆及线性离子阱质谱仪的液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术凭借其卓越的分析性能已成为主流的分析平台。通过DNPH衍生化反应结合LC-MS/MS技术，Mathew等测定了沙棘浆果及其油脂样品中27种AKs，但单针分析时间长达50 min。罗彦波等应用类似方法对卷烟样品中9种AKs进行同时定量分析，但单针分析耗时60 min。基于原位衍生化反应结合LC-MS/MS技术，Wang Bin等实现了热加工食用油中10种醛类物质的高效测定。

值得关注的是，基于飞行时间和轨道阱分析器的高分辨质谱（HRMS）平台为AKs定量分析提供了新的技术路径。相较于传统LCMS/MS技术中最为常用的三重四极杆质谱平台，HRMS在m/z测定精度上具有显著优势，且可提供更高的检测灵敏度和准确度。然而，尽管HRMS在未知物定性分析中已获广泛应用，其在AKs定量分析领域的系统研究仍显不足。

云南省烟草化学重点实验室的朱洲海、徐艳群和朱瑞芝*等人创新性整合DNPH衍生化与超高效液相色谱（UPLC）-HRMS联用技术，建立食品基质中AKs的可靠高效检测方法。通过系统优化提取方法、衍生化条件及色谱质谱条件，建立完整的分析方法体系，并对所建方法进行方法学验证。应用本研究所建方法，成功对茶叶和咖啡复杂基质中23种AKs进行了同时准确定量分析。

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色谱条件优化

为获取高质量UPLC-HRMS数据以确保准确定量，本实验系统比较了4种梯度洗脱程序对23种AKs的分离性能。如图1所示，23种醛、酮的分离效果在不同洗脱梯度中差异很大。需要指出的是，2,3-戊二酮、2,3-己二酮及2,3-庚二酮在衍生化过程中生成两种异构体，导致色谱分析时呈现双峰特征。4种洗脱梯度中，15 min梯度程序虽耗时较少，但无法实现壬醛与癸醛衍生物的有效洗脱。此外，25 min和60 min梯度虽能实现目标物基线分离（Rs≥1.5），但20 min梯度下23种衍生物的分离度已满足定量要求（Rs≥1.5），且单次分析时长缩短25%～200%。批量分析20份样品（3次重复）时，25 min梯度多耗时2.5 h，60 min梯度多耗时10 h，显著降低效率，故选择20 min梯度。

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质谱条件优化

鞘气流速、辅助气流速和喷雾电压是质谱检测灵敏度的关键参数，采用正交试验对这些参数进行了系统的研究和优化。结果表明，23种醛、酮成分的质谱响应随上述参数的改变而变化很大，且趋势并不一致。大多数醛、酮衍生物在较大的鞘气流速（40 L/min或50 L/min）和辅助气流速（20 L/min或25 L/min）条件下获得更高响应。所有分析物在4.0 kV或4.5 kV的喷雾电压条件下都表现出较高的质谱响应。此外，350 ℃或400 ℃的温度可显著提高17种被测化合物的电离效率。因此，电喷雾离子源参数优化为辅助气流速25 L/min、鞘气流速40 L/min、喷雾电压4.5 kV和毛细管温度400 ℃。

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提取方法的比较

本实验系统比较了超声辅助提取（50 W和100 W，10～50 min）、微波辅助提取（200 W和400 W，30～120 s）和振荡辅助提取（60～300 r/min，30 min和60 min）3种方法共28个参数条件对醛、酮类成分的提取性能。值得指出的是，本实验选择的23种AKs涵盖了小分子饱和醛（甲醛、乙醛）、长链饱和醛（戊醛-癸醛）、不饱和醛（丙烯醛、巴豆醛）、二羰基化合物（丙二醛、2,3-丁二酮等）及酮类（丙酮、丁酮等）。这个组合充分考虑了挥发性、碳链长度、官能团（醛基/酮基、C＝C双键）和空间位阻的多样性，确保了方法的广泛适用性。由于23种醛、酮的提取效率存在一定差异，没有一种萃取方法完全适用于所有分析物。因此，选择甲醛、丙二醛和2,3-丁二酮-DNPHs作为代表性化合物对提取方法和参数进行评价。由于考察的参数条件较多，图2仅展示了各提取方法中较好的参数组合。可以看出，超声辅助提取和振荡辅助提取的提取效率普遍高于微波辅助提取方法。超声辅助提取方法中除甲醛外，其他成分在低功率（50 W）条件下短时间（10 min）提取即可获得较好效果，这在能耗方面非常有利。虽然振荡辅助提取的提取效率也很好，但该方法的提取时间很长（30 min或60 min）。因此，最终选择超声辅助提取（50 W，10 min）作为从真实样品中提取醛、酮的最佳方法。

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衍生化反应条件

4.1 酸的类型及体积分数

醛、酮类成分与衍生化试剂DNPH之间的反应需要在酸性环境中进行。因此，衍生化效率在很大程度上取决于所用无机酸的类型和浓度。高氯酸（HClO4）和磷酸（H3PO4）是两种常用的无机酸，本研究具体比较两种酸的衍生化效果，以及酸体积分数（1%、2%、3%、4%和5%）对衍生化反应效率的影响，结果如图3所示。使用HClO4时，无法检测到丙醛-DNPH、丁醛-DNPH和戊醛-DNPH等9种目标成分，表明HClO4可能导致反应不完全。相比之下，使用H3PO4时，所有醛和酮的DNPH衍生物均被成功检测，表明H3PO4能确保衍生化反应充分进行。此外，除2,3-丁二酮外，其他醛和酮在使用H3PO4作催化剂时呈现了更高的质谱响应。质谱响应直接影响检测灵敏度，更高的响应意味着衍生物在质谱检测中信号更强，从而提高了分析方法的灵敏度和准确性。因此，选择H3PO4作为醛、酮类成分与DNPH反应的催化剂，将有利于提高衍生化效率和质谱响应，进而提高检测的灵敏度。

酸浓度是影响衍生化反应效率的另一个重要因素。由图3可以看出，1%～5%的体积分数范围内，甲醛等饱和醛类在1% H3PO4时表现出更高的一级质谱响应，而丙二醛和2,3-丁二酮等含有双键的醛和酮在5% H3PO4时呈现出更高的质谱响应。甲醛和乙醛等短链饱和醛具有较高的反应活性，因此在低酸度（1%）条件下即可高效反应。丙二醛和2,3-丁二酮等二羰基化合物则具有较大的空间位阻，需要更高酸度（5%）驱动反应进行。总体来看，大多数醛、酮在1% H3PO4时具有最高的衍生化效率，因此该体积分数为后续实验的参数。后续的基质效应分析中，23种目标物基质效应为80.06%～111.68%，其中19种在85%～105%（无显著基质效应），表明基于H3PO4的衍生化方法具有良好的抗基质干扰能力。

4.2 DNPH的质量浓度

衍生化试剂的浓度是影响醛、酮类成分能否完全转化为醛/酮-DNPH衍生物的关键因素之一。本实验比较了10、20、30、40、50 μg/mL和60 μg/mL的DNPH质量浓度条件下，所有醛/酮-DNPH的质谱响应。如图4所示，当DNPH的质量浓度为50 μg/mL，4个代表性醛、酮成分的DNPH均具有最大的峰面积。因此，采用50 μg/mL DNPH用于以下衍生化实验。

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方法验证

本实验评价了方法的标准曲线、线性范围、检出限、定量限、精密度、准确度、基质效应，结果如表1所示。所有评价均采用混标溶液或加标样品进行，即向模拟样品加入不同体积的混标溶液。23种醛、酮的加标量分别为0.05、2 μg/mL和4 μg/mL。

以质量浓度（x）为横坐标、峰面积（y）为纵坐标，绘制标准曲线，并做线性回归分析。结果表明（表1），所有目标成分在各自的线性范围内均具有良好的线性关系，决定系数（R2）均大于0.995。23种醛/酮-DNPH衍生物的检出限为0.000 6～0.039 7 μg/mL，定量限为0.002 0～0.132 4 μg/mL。

通过不同加标水平下的相对回收率以及日内、日间重现性实验，分别考察方法的准确性和精密度。日内精密度每4 h测定一次（6次/d），日间精密度则在连续的3 d内做重复实验（6次/d），结果表示为相对标准偏差。采用实际样本的加标回收率评价方法准确度，分别在混合真实样品加入3个水平（0.05、2、4 μg/mL）的醛、酮混标溶液（一式3份），测定加入标品前后目标物的浓度，通过比较实际浓度和测定浓度计算回收率，公式为回收率/%＝（加标样品中的目标物含量－未加标样品中的目标物含量）/添加的目标物含量×100。测定结果表明日间和日内精密度分别为1.06%～11.35%和1.72%～15.40%。3个加标水平下，23种目标醛、酮的回收率处于80.09%～110.93%范围内。由于很难获得不含待测成分的空白样品，因此采用基质加标法评价基质效应。加标水平为0.05、2 μg/mL和4 μg/mL的条件下，基质效应为80.06%～111.68%，表明所提方法具有较强的抗基质干扰能力。以上结果表明本方法具有良好的准确性和精密度。

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实际样品的测定

采用本方法对10份茶叶样本和10份咖啡样本样品进行检测，每份样品重复3次。图5A为茶叶和咖啡样本的总离子流图，具体的定量结果见图5B。庚醛、辛醛和癸醛在两类样品中均未检出，环己酮和甲基异丁基甲酮仅在茶叶和部分咖啡样品中检出，2,3-戊二酮则在咖啡和部分茶叶样品中检出，2,3-己二酮和2,3-庚二酮则仅在咖啡样品中检出。除上述成分外，其他醛、酮在所有样品中均检出，其中茶叶样品中含量最高的3个成分分别是戊醛（253.58～466.79 mg/kg）、甲基异丁基甲酮（0.0 0 ～8 5.0 5 mg/k g）和庚醛（14.39～34.13 mg/kg），咖啡样品中含量最高的3个成分分别为戊醛（245.62～749.66 mg/kg）、2,3-戊二酮（31.61～145.13 mg/kg）和2,3-丁二酮（27.93～96.33 mg/kg）。

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方法比较

将本研究方法与文献报道方法进行比较，结果如表2所示。本方法在较短的时间内（20 min）能够高通量同时分析23种醛、酮成分。灵敏度方面，本研究方法的检出限与多数现有研究具有可比性。值得注意的是，文献调研表明目前鲜见采用UPLC-HRMS定量分析咖啡及茶叶样品中醛、酮类成分的报道。因此，本研究方法为咖啡、茶叶基质中醛、酮成分的含量测定提供了新选择，也有望应用到其他食品样品中。

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结 论

建立了超声辅助提取、DNPH衍生化处理与UPLCHRMS相结合的高通量定量分析方法，实现了茶叶和咖啡样品中23种醛、酮类成分的同时测定。相较于微波辅助提取和振荡辅助提取，超声辅助提取不仅提取效率高而且耗时较短。DNPH衍生化处理能够将醛、酮类成分转化为醛、酮的DNPH衍生物，进而提高UPLC-HRMS检测的特异性和灵敏度。与现有方法相比，本研究方法具有更高的通量，单次运行就能够同时定量分析23种目标物，且大大缩短了分析时间。整体而言，本研究方法线性关系良好，且具有较好的准确性、精密度和灵敏度，在茶叶、咖啡等食品或相关领域具有很好的应用前景。

作者简介

第一作者：

朱洲海 副研究员

云南中烟工业有限责任公司技术中心

男，博士，云南中烟工业有限责任公司技术中心副研究员。从事烟草生物学和化学相关研究工作。主持或参与多项国家自然科学基金、省部级、地厅级科研项目，获省部级奖3 项，地厅级奖6 项，发表学术论文20余篇，获授权专利40余件。

引文格式：

朱洲海, 徐艳群, 朱丽, 等. 超声辅助提取-衍生化反应结合超高效液相色谱-高分辨质谱同时测定食品中23 种醛酮类化合物[J]. 食品科学, 2026, 47(5): 335-341. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250823-166.

ZHU Zhouhai, XU Yanqun, ZHU Li, et al. Ultrasound-assisted extraction combined with derivatization for the simultaneous determination of 23 aldehydes and ketones in foods by UPLC-HRMS[J]. Food Science, 2026, 47(5): 335-341. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250823-166.

实习编辑：杨倩；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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