食品中甲醛含量的检测方法研究进展
发布日期：2021-01-25 点击次数：
关键词：甲醛；检测方法；食品；紫外可见分光光度计；美析集团（www.macylab.com）
甲醛是一种羰基化合物，鉴于其毒性较高被设置为优先控制化学品的有毒有害物质。同时，作为一种眼睛和消化道的潜在致癌物，欧洲食品安全管理局建议经口摄入甲醛每天不超过11mg/kg。甲醛在水中的溶解性较好，易与蛋白质等物质结合，使其性质改变，所以常被用做杀虫剂、防腐剂。
近年来常报道在食品中检测出甲醛，主要原因有以下几点：首先，现在消费者对于食材新鲜程度要求增加，以至于许多不法商家为了保证食材外观明亮、肉质鲜嫩，从中牟利而违法添加甲醛。例如，使用含甲醛溶液浸泡银鱼、海参、鱿鱼等水发产品，喷洒含甲醛溶液的牛百叶、鸭肠、虾仁等，可使这些产品外观明亮，吸引消费者；其二，甲醛是一些生物体中代谢的副产物，存在于细胞组织中，如香菇的主要风味物质—香菇精（1，2，3，5，6-五硫杂环庚烷）的产生过程中，甲醛是香菇酸分解成香菇精的副产物；鱿鱼、甲壳类动物等水产品自身可产生能将三甲胺氧化成二甲胺和甲醛的酶，并且该酶在低温下也有活性；其三，食品生产加工过程如高温、蒸煮等，其中的糖与氨基酸会发生美拉德反应，产生甲醛，例如在加工过程中的奶糖。
鉴于以上情况，需要对食品中甲醛含量进行监测，以评估食品的安全风险等级。为此，许多学者对于食品中甲醛含量的检测方法进行探索研究。
一、本文对食品中甲醛含量的检测方法进行综述，为开发重复性好、准确度高、方便快捷的甲醛检测方法提供参考。依据针对甲醛的检测原理，食品中甲醛含量的检测方法主要分为分光光度法、电化学法、色谱法、荧光法等。
1.1分光光度法
分光光度法是食品中甲醛检测的一种常用方法。甲醛由于缺乏发色团，将具有发色团的试剂和甲醛反应，在特定的波长下，甲醛与其衍生剂生成特定的衍生物，其浓度的吸光值符合朗伯比尔定律，以此来间接测量甲醛含量。根据显色剂的不同分为如下几种检测方法。
1.1.1乙酰丙酮法
在过量铵盐的溶液中，提取出的甲醛可以与乙酰丙酮生成黄色稳定的化合物，沸水浴3min后，冷却液可在414nm下比色测定，其检测波长位于可见光，易受反应基质的浊度影响。该方法已有报道应用于多种食品的甲醛含量检测，样品具有色素含量少，提取液浊度小等特点，如白菜中甲醛回收率为95.2%～99.7%，食糖中甲醛回收率为90.4%～98.2%，面食中回收率范围在91.54%～97.26%等。但对于色素含量较多的样品如蔬菜，有学者通过添加壳聚糖进行脱色处理，可有效降低果蔬样品提取液的颜色干扰，且对提取液中的甲醛检测没有影响。该方法的检出限为0.187mg/kg，在0.57～57mg/kg范围内呈良好的线性关系，平均回收率为72.7%～94.5%。同时，现有研究主要关注原料浸泡时间、浸泡温度等对检测结果的影响，而很少有关注磷酸用量对蒸馏效果的影响，有学者优化磷酸使用量以提升甲醛的提取效果，优化乙酰丙酮分光光度法中前处理对于香菇中甲醛含量的提取，确定处理条件为粒径0.710mm、浸泡时间4h、浸泡温度40℃、磷酸使用量5mL，为最佳甲醛提取条件。此方法操作门槛低，回收率高，适合检测无颜色干扰的样品，适宜推广，检测限能满足一般检测机构的要求，但是存有SO2的基质中，需要使用NaHSO3作为保护剂，以防消除其影响，避免产生假阳性。
1.1.2酚试剂法
甲醛和酚试剂反应生成嗪，该物质在酸性的条件下可以还原高价铁离子，生成稳定的化合物，其溶液呈现蓝绿色，检测波长645nm。与乙酰丙酮法类似，均需要提取样品中的甲醛，后加入硫酸铵以及酚试剂，43℃下水浴10min，紫外比对查取含量。该方法常用于空气中甲醛的检测，食品中甲醛含量检测情况较少，仅见在水产品以及豆芽中使用该法，使用范围少，同时，该法显色试剂会被脂肪醛干扰对测定结果产生影响，低温检测显色不完全，且该试剂的稳定性较差，需要现配现用，不适宜作为食品中甲醛检测方法进行推广。
1.1.3 4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4三氮杂茂（AHMT）法
在碱性条件下，甲醛与AHMT缩合，生成的物质会被高锰酸钾氧化呈紫红色，在分光光度计下波长550nm处测定吸光度，经计算确定甲醛含量。有报道该法曾使用在白菜、啤酒中，检测效果好，回收率为91.0%～108.7%，检出限为0.15μg/L，在1～1,000μg/L内线性关系良好。
有学者对比了AHMT法-比色卡法、AHMT法和乙酰丙酮法在银鱼、牛肚、竹笋三种产品中应用，灵敏度≥95％、特异性≥85%、假阴性率≤5%和假阳性率≤15%，三种方法无显著性差异。AHMT检出限低，能准确测定低含量样品，受其他醛类的影响小。同时显色剂性质稳定，可长时间保存，但相比于乙酰丙酮法操作复杂，对试剂纯度要求高，标准溶液以及样品的显色反应时间需要严格控制。
1.1.4品红—亚硫酸法
在浓硫酸存在的情况下，添加0.2～0.4mL品红—亚硫酸，常温下，其可与甲醛的溶液呈现蓝紫色，在波长570nm处有最大吸收。目前该法多应用于食品中甲醇的检测，该法与乙酰丙酮法对于甲醛测定结果相差较大，定量结果不准确。该法中的试剂不与酮和酚反应，但样品中不能存在碱性物质及氧化剂，受温度影响大，重现性不佳，微量甲醛测量时差异较大，所以该方法在食品中甲醛的检测应用比较少。
1.1.5变色酸法
在浓硫酸溶液中，甲醛与1，8-二羟基萘-3，6-二磺酸作用，经沸水浴后可生成结构性质稳定的紫色化合物，570nm有最大吸收峰。目前在食品检测中应用较少，有学者利用该法检测香菇中甲醛，在0.8～4.8mg/L的范围内线性良好，回收率92.7%～105.3%。对比乙酰丙酮法、变色酸法以及AHMT法分别测定水中甲醛含量，其中AHMT法的精密度最好RSD在1.7％，变色酸法相比AHMT法，校准曲线的质量稍差，精密度略低。该法较为快速，但专一性不足，易受醛类、烯类化合物等具有还原性的物质影响，所以该方法在食品中甲醛的检测应用比较少。
1.1.6催化光度法
在硫酸介质中，甲醛对酸性铬蓝K被溴酸钾氧化起到催化剂的作用，常温下，在526nm下溶液的颜色变化速率与催化体系的甲醛含量成正比，依此可以建立测定微量甲醛的催化动力学光度法。该方法近年报道较少，仅见测定酱油中甲醛的含量。该法的优点是抗干扰性强，适用于复杂基质，但灵敏度不如荧光法。
1.1.7间苯三酚法
甲醛和间苯三酚在常温下，碱溶液中缩合成呈现橘红色的稳定化合物，在460nm的吸收峰达到最大。目前该法应用较少，仅见白菜。此方法容易受到溶液中丙醛或乙醛干扰，褪色快，反应速度与溶液中的碱含量有关，通常只能作为定性快速检测方法。有学者通过改良通过使用流动注射分析检测腐竹、海蜇、粉丝等甲醛含量，检测结果具有高度重现性，样品多次测量相对标准偏差仅为0.29%，但是精确度相较于变色酸法差。
1.1.8盐酸苯肼法
常温条件下，盐酸苯肼与甲醛在酸性溶液中，可经铁氰化钾氧化生成苯腙，该物质的最大吸收峰波长位于520nm处。有学者通过检测腐竹中甲醛，RSD为1.99%～3.10%。该方法具有稳定性好、准确度高、操作简单等特点，相比于乙酰丙酮法与盐酸苯肼法，盐酸苯肼法干扰因素少，精确度与准确性高，但是检测试剂有毒，操作繁琐，难以推广。
1.2色谱法
1.2.1液相色谱法
该法是目前最常用的检测方法之一，常用的柱前衍生剂是2，4—二硝基苯肼，因为其与醛酮加成反应的现象非常明显，偶有报道五氟苄基-羟基胺盐作为水产品的衍生剂，2-硫代巴比妥酸作为酒精饮料的衍生剂。常使用甲醇：水或者乙腈：水作为流动相，乙腈洗脱能力强，但价格高。通常乙腈∶水的比例在70∶30～60∶40左右，出峰时间约在4min左右，检测波长在355～365nm，重复性好，分离效果明显，被广泛应用于多种食品检测之中，如乳制品、牛奶、蔬菜、啤酒、烟熏肉、芒果等。该法优点是样品要求低且检测准确性好，同时具有检出限低且线性关系良好等优点，缺点是设备昂贵，现阶段难以普及。
1.2.2气相色谱法
气相色谱法是以惰性气体为流动相的色谱分析方法，主要是气体携带样品，从而对样品进行分析的方法。该法目前主要应用在食品添加剂的检测以及农药残留量的检测。有学者利用柱前还原衍生－顶空气相色谱法测定冰冻鱼和虾中甲醛含量，回收率为87.3%～107.3%，检出限为0.4mg/kg，RSD＜8.1%，而牛乳中回收率在94%～105%之间，RSD＜4.3％，利用该法水产品的检测效果较差。此方法的杂峰少，样品基质的影响相对较小，与其他方法相比，该法可以同时检测甲醛和乙醛含量，且具有灵敏度高、检出限低等优点。
1.3荧光法
乙酰丙酮和甲醛可以生成具有荧光强度的吡啶物质，在特定的荧光条件下，检出限是0.10mg/kg。山萌［50］通过沸水浴5min，测得吡啶荧光物质强度Ex=350nm，Em=510nm，在0～0.4μg/L时线性关系良好，并通过该法对鲜鱿鱼丝、干鱿鱼丝、腐竹中甲醛进行分析，其回收率位于98.7%～104.5%之间。该法具有高灵敏度及高选择性，可作为痕量甲醛的检测方法，但检测仪普及不广，应用受阻。
1.4其他检测方法
以生物传感器为基础，识别生物信号转化为电信号，最后将电信号放大。宗杰制备了聚多巴胺功能化的中孔介孔二氧化硅球用于香菇、白菜等食品的检测，其回收率处于90.8%～99.5%之间，该检测方法可在30s内快速出结果，具有高灵敏度（100ppb）。有报道利用电子鼻在检测章鱼中甲醛含量同时检测食品是否变质，但是方法的稳定性较差，仅可用于定性分析。此外，利用生物比色膜作为反应器，基于不同浓度的甲醛和膜内物质反应呈现梯度黄色，用手机即可进行色彩分析，简单易行。可以检测甲醛浓度范围于0～25mg/L之间，该法报道应用于鱿鱼中甲醛含量快检，其结果相对标准差RSD＜8％，具有价廉、快速、便捷的特点。
三、结论
甲醛是一种羰基化合物，鉴于其毒性较高被设置为优先控制化学品的有毒有害物质。同时，作为一种眼睛和消化道的潜在致癌物，欧洲食品安全管理局建议经口摄入甲醛每天不超过11mg/kg。甲醛在水中的溶解性较好，易与蛋白质等物质结合，使其性质改变，所以常被用做杀虫剂、防腐剂。
近年来常报道在食品中检测出甲醛，主要原因有以下几点：首先，现在消费者对于食材新鲜程度要求增加，以至于许多不法商家为了保证食材外观明亮、肉质鲜嫩，从中牟利而违法添加甲醛。例如，使用含甲醛溶液浸泡银鱼、海参、鱿鱼等水发产品，喷洒含甲醛溶液的牛百叶、鸭肠、虾仁等，可使这些产品外观明亮，吸引消费者；其二，甲醛是一些生物体中代谢的副产物，存在于细胞组织中，如香菇的主要风味物质—香菇精（1，2，3，5，6-五硫杂环庚烷）的产生过程中，甲醛是香菇酸分解成香菇精的副产物；鱿鱼、甲壳类动物等水产品自身可产生能将三甲胺氧化成二甲胺和甲醛的酶，并且该酶在低温下也有活性；其三，食品生产加工过程如高温、蒸煮等，其中的糖与氨基酸会发生美拉德反应，产生甲醛，例如在加工过程中的奶糖。
鉴于以上情况，需要对食品中甲醛含量进行监测，以评估食品的安全风险等级。为此，许多学者对于食品中甲醛含量的检测方法进行探索研究。
一、本文对食品中甲醛含量的检测方法进行综述，为开发重复性好、准确度高、方便快捷的甲醛检测方法提供参考。依据针对甲醛的检测原理，食品中甲醛含量的检测方法主要分为分光光度法、电化学法、色谱法、荧光法等。
1.1分光光度法
分光光度法是食品中甲醛检测的一种常用方法。甲醛由于缺乏发色团，将具有发色团的试剂和甲醛反应，在特定的波长下，甲醛与其衍生剂生成特定的衍生物，其浓度的吸光值符合朗伯比尔定律，以此来间接测量甲醛含量。根据显色剂的不同分为如下几种检测方法。
1.1.1乙酰丙酮法
在过量铵盐的溶液中，提取出的甲醛可以与乙酰丙酮生成黄色稳定的化合物，沸水浴3min后，冷却液可在414nm下比色测定，其检测波长位于可见光，易受反应基质的浊度影响。该方法已有报道应用于多种食品的甲醛含量检测，样品具有色素含量少，提取液浊度小等特点，如白菜中甲醛回收率为95.2%～99.7%，食糖中甲醛回收率为90.4%～98.2%，面食中回收率范围在91.54%～97.26%等。但对于色素含量较多的样品如蔬菜，有学者通过添加壳聚糖进行脱色处理，可有效降低果蔬样品提取液的颜色干扰，且对提取液中的甲醛检测没有影响。该方法的检出限为0.187mg/kg，在0.57～57mg/kg范围内呈良好的线性关系，平均回收率为72.7%～94.5%。同时，现有研究主要关注原料浸泡时间、浸泡温度等对检测结果的影响，而很少有关注磷酸用量对蒸馏效果的影响，有学者优化磷酸使用量以提升甲醛的提取效果，优化乙酰丙酮分光光度法中前处理对于香菇中甲醛含量的提取，确定处理条件为粒径0.710mm、浸泡时间4h、浸泡温度40℃、磷酸使用量5mL，为最佳甲醛提取条件。此方法操作门槛低，回收率高，适合检测无颜色干扰的样品，适宜推广，检测限能满足一般检测机构的要求，但是存有SO2的基质中，需要使用NaHSO3作为保护剂，以防消除其影响，避免产生假阳性。
1.1.2酚试剂法
甲醛和酚试剂反应生成嗪，该物质在酸性的条件下可以还原高价铁离子，生成稳定的化合物，其溶液呈现蓝绿色，检测波长645nm。与乙酰丙酮法类似，均需要提取样品中的甲醛，后加入硫酸铵以及酚试剂，43℃下水浴10min，紫外比对查取含量。该方法常用于空气中甲醛的检测，食品中甲醛含量检测情况较少，仅见在水产品以及豆芽中使用该法，使用范围少，同时，该法显色试剂会被脂肪醛干扰对测定结果产生影响，低温检测显色不完全，且该试剂的稳定性较差，需要现配现用，不适宜作为食品中甲醛检测方法进行推广。
1.1.3 4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4三氮杂茂（AHMT）法
在碱性条件下，甲醛与AHMT缩合，生成的物质会被高锰酸钾氧化呈紫红色，在分光光度计下波长550nm处测定吸光度，经计算确定甲醛含量。有报道该法曾使用在白菜、啤酒中，检测效果好，回收率为91.0%～108.7%，检出限为0.15μg/L，在1～1,000μg/L内线性关系良好。
有学者对比了AHMT法-比色卡法、AHMT法和乙酰丙酮法在银鱼、牛肚、竹笋三种产品中应用，灵敏度≥95％、特异性≥85%、假阴性率≤5%和假阳性率≤15%，三种方法无显著性差异。AHMT检出限低，能准确测定低含量样品，受其他醛类的影响小。同时显色剂性质稳定，可长时间保存，但相比于乙酰丙酮法操作复杂，对试剂纯度要求高，标准溶液以及样品的显色反应时间需要严格控制。
1.1.4品红—亚硫酸法
在浓硫酸存在的情况下，添加0.2～0.4mL品红—亚硫酸，常温下，其可与甲醛的溶液呈现蓝紫色，在波长570nm处有最大吸收。目前该法多应用于食品中甲醇的检测，该法与乙酰丙酮法对于甲醛测定结果相差较大，定量结果不准确。该法中的试剂不与酮和酚反应，但样品中不能存在碱性物质及氧化剂，受温度影响大，重现性不佳，微量甲醛测量时差异较大，所以该方法在食品中甲醛的检测应用比较少。
1.1.5变色酸法
在浓硫酸溶液中，甲醛与1，8-二羟基萘-3，6-二磺酸作用，经沸水浴后可生成结构性质稳定的紫色化合物，570nm有最大吸收峰。目前在食品检测中应用较少，有学者利用该法检测香菇中甲醛，在0.8～4.8mg/L的范围内线性良好，回收率92.7%～105.3%。对比乙酰丙酮法、变色酸法以及AHMT法分别测定水中甲醛含量，其中AHMT法的精密度最好RSD在1.7％，变色酸法相比AHMT法，校准曲线的质量稍差，精密度略低。该法较为快速，但专一性不足，易受醛类、烯类化合物等具有还原性的物质影响，所以该方法在食品中甲醛的检测应用比较少。
1.1.6催化光度法
在硫酸介质中，甲醛对酸性铬蓝K被溴酸钾氧化起到催化剂的作用，常温下，在526nm下溶液的颜色变化速率与催化体系的甲醛含量成正比，依此可以建立测定微量甲醛的催化动力学光度法。该方法近年报道较少，仅见测定酱油中甲醛的含量。该法的优点是抗干扰性强，适用于复杂基质，但灵敏度不如荧光法。
1.1.7间苯三酚法
甲醛和间苯三酚在常温下，碱溶液中缩合成呈现橘红色的稳定化合物，在460nm的吸收峰达到最大。目前该法应用较少，仅见白菜。此方法容易受到溶液中丙醛或乙醛干扰，褪色快，反应速度与溶液中的碱含量有关，通常只能作为定性快速检测方法。有学者通过改良通过使用流动注射分析检测腐竹、海蜇、粉丝等甲醛含量，检测结果具有高度重现性，样品多次测量相对标准偏差仅为0.29%，但是精确度相较于变色酸法差。
1.1.8盐酸苯肼法
常温条件下，盐酸苯肼与甲醛在酸性溶液中，可经铁氰化钾氧化生成苯腙，该物质的最大吸收峰波长位于520nm处。有学者通过检测腐竹中甲醛，RSD为1.99%～3.10%。该方法具有稳定性好、准确度高、操作简单等特点，相比于乙酰丙酮法与盐酸苯肼法，盐酸苯肼法干扰因素少，精确度与准确性高，但是检测试剂有毒，操作繁琐，难以推广。
1.2色谱法
1.2.1液相色谱法
该法是目前最常用的检测方法之一，常用的柱前衍生剂是2，4—二硝基苯肼，因为其与醛酮加成反应的现象非常明显，偶有报道五氟苄基-羟基胺盐作为水产品的衍生剂，2-硫代巴比妥酸作为酒精饮料的衍生剂。常使用甲醇：水或者乙腈：水作为流动相，乙腈洗脱能力强，但价格高。通常乙腈∶水的比例在70∶30～60∶40左右，出峰时间约在4min左右，检测波长在355～365nm，重复性好，分离效果明显，被广泛应用于多种食品检测之中，如乳制品、牛奶、蔬菜、啤酒、烟熏肉、芒果等。该法优点是样品要求低且检测准确性好，同时具有检出限低且线性关系良好等优点，缺点是设备昂贵，现阶段难以普及。
1.2.2气相色谱法
气相色谱法是以惰性气体为流动相的色谱分析方法，主要是气体携带样品，从而对样品进行分析的方法。该法目前主要应用在食品添加剂的检测以及农药残留量的检测。有学者利用柱前还原衍生－顶空气相色谱法测定冰冻鱼和虾中甲醛含量，回收率为87.3%～107.3%，检出限为0.4mg/kg，RSD＜8.1%，而牛乳中回收率在94%～105%之间，RSD＜4.3％，利用该法水产品的检测效果较差。此方法的杂峰少，样品基质的影响相对较小，与其他方法相比，该法可以同时检测甲醛和乙醛含量，且具有灵敏度高、检出限低等优点。
1.3荧光法
乙酰丙酮和甲醛可以生成具有荧光强度的吡啶物质，在特定的荧光条件下，检出限是0.10mg/kg。山萌［50］通过沸水浴5min，测得吡啶荧光物质强度Ex=350nm，Em=510nm，在0～0.4μg/L时线性关系良好，并通过该法对鲜鱿鱼丝、干鱿鱼丝、腐竹中甲醛进行分析，其回收率位于98.7%～104.5%之间。该法具有高灵敏度及高选择性，可作为痕量甲醛的检测方法，但检测仪普及不广，应用受阻。
1.4其他检测方法
以生物传感器为基础，识别生物信号转化为电信号，最后将电信号放大。宗杰制备了聚多巴胺功能化的中孔介孔二氧化硅球用于香菇、白菜等食品的检测，其回收率处于90.8%～99.5%之间，该检测方法可在30s内快速出结果，具有高灵敏度（100ppb）。有报道利用电子鼻在检测章鱼中甲醛含量同时检测食品是否变质，但是方法的稳定性较差，仅可用于定性分析。此外，利用生物比色膜作为反应器，基于不同浓度的甲醛和膜内物质反应呈现梯度黄色，用手机即可进行色彩分析，简单易行。可以检测甲醛浓度范围于0～25mg/L之间，该法报道应用于鱿鱼中甲醛含量快检，其结果相对标准差RSD＜8％，具有价廉、快速、便捷的特点。
三、结论
本文总结了近年来报道的食品中甲醛的定性和定量方法。利用基于各种试剂与甲醛反应产生特定波长吸收物质的分光光度和色谱法报道较多，由于食品中基质成分复杂多样，不同类型食品干扰因素不同，导致不同方法的检出限、线性范围、回收率等差异很大，因此，进一步的研究需要从食品基质分类思考，探究食品基质成分对甲醛定性、定量的影响并总结出规律，以便开发Additives针对不同类别食品中甲醛含量更为精准的方法。目前报道许多的甲醛检测方法文献中，对方法的专属性研究验证较少，会出现假阳性和/或假阴性结果的可能，这方面有待加强。随着人们对食品安全日益重视，常规检测方法如分光光度法、色谱法等，尽管准确度较高、耐用性尚可，但是需要稳定的实验环境、固定的精密仪器条件，限制较多，对于需要快速获取结果的使用场景并不能满足要求，如生鲜食品市场快检。一些新型的方法如传感器法、比色膜法具有快速、便捷、灵敏的优势，因此，如何改进这类方法提高准确性也是未来研究的一个方向。
四、文献出处及鸣谢
本文主要内容出自于：食品中甲醛含量的检测方法研究进展，赵云鹏1，徐晓飞2，刘星汶1，张尚微1，沈艺楠1，杨继国1，中图分类号：TS202.3/TS207.3文献标识码：A文章编号：1006-2513（2020）12-0112-05
doi：10.19804/j.issn1006-2513.2020.12.018
感谢以上科研工作者的成果分享与交流！
