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【学术速递】基于预测模型的半定量研究 ----让食品监测中无标准品的定量分析成为可能

Food  Chemistry、FoodControl   


作者: 海外食品华人协会 王婷婷


本篇是 “海外食品学术速递” 平台启动以来第二篇文章,作者为海外食品华人协会成员王婷婷,丹麦科技大学食品分析化学博士,丹麦奥胡斯大学法律医学系博士后。以第一作者发表SCI 论文多篇。欢迎大家踊跃投稿!您的成果将同时在食品加及协会平台得到曝光。



创新性/应用前景

本研究探究和验证了在食品监测中在不使用标准品的情况下,应用半定量预测模型对食品污染物和农残进行定量的可行性,其结果实现了在蜂蜜和谷物中吡咯里西啶生物碱和农残4倍以下的预测误差。该研究也第一次实现了在不同质谱仪间半定量结果的转化,其结果具有高度相关性。该结果可以作为在食品监测中标准品不存在情况下而初步实现定量分析的工具。其预测模型的应用性和准确性在食品监测非靶向研究的定量分析中跨出了重要的一步,具有广阔应用前景。



研究背景

食品安全问题近年来得到了越来越多的重视, 尤其在三氯氰胺事件后,不局限于指定食品安全标准的中指定需检测化合物的非靶向筛选相对于传统靶向定性定量研究对食品监测和食品安全具有更加重要的意义。液相色谱-电喷雾-质谱联用(LC/ESI/MS)是食品检测中定性定量研究的首选技术。液相色谱-电喷雾-质谱联用使得对不同食品中大量化合物的检测(农药,霉菌毒素,兽药等其他食品污染物及残留) 成为可能,然而,在食品非靶向筛选研究中,大量所检测到的化合物的定量仍需用到标准物质(对应单体化合物,俗称标准品)。例如对于食品农残的检测,一个定量的方法很可能要涉及几百个农药化合物,也就意味着此定量方法需要购置对应的几百个农药单体化合物以实现对这些农药的定量研究,这消耗了大量的人力物力和财力。在食品监测中,有时也会面对因为各种原因,标准品难以获得或不存在。因此,在不使用标准品的情况下实现对大量农品农残和污染物的定量(半定量)对食品监测具有十分重要的意义。本研究以蜂蜜中的吡咯里西啶生物碱和谷物中的农药残留为研究对象探究半定量预测方的实用性和可能性。     


研究方法  

在电喷雾离子源中,不同化合物通常具有不同的电离效率,不同化合物的电离效率与其理化性质存在一定关系,以此为基础,研究通过建立预测模型的方式,在化合物的LC/ESI/MS电离效率和其化合物本身的理化性质之间建立关系,应用到多元线性回归和随机森林两种模型,以验证半定量研究的可行性和预测误差。在此基础上,对不同质谱仪器间的结果转化方法的可行性也进行了探究。     



研究结果 

通过对建立多元线性回归模型对蜂蜜中吡咯里西啶生物碱进行半定量预测,用交叉验证和未包含在预测模型建立中的吡咯里西啶生物碱进行结果验证,在不使用标准品的情况下,其最大预测误差为1.5倍。通过建立随机森林模型对谷物中134种农药残留化合物进行半定量预测验证,在电喷雾离子源三重四级杆质谱仪结果中,134种农残在6种不同谷物中的平均预测误差为3.8倍,在电喷雾离子源四级杆飞行时间质谱仪结果中,其平均预测误差仅为2.4倍。两种不同质谱仪的预测结果相关性高达0.85(R2)。






原文链接

https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2018.11.033     

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126460


参考文献

T. Wang, H. L. Frandsen, N. R. Christiansson, S.E. Rosendal, M. Pedersen, J. Smedsgaard, Pyrrolizidine alkaloids in honey: Quantification with and without standards, Food Control, 2019, 98, 227-237.     

T. Wang, J. Liigand, H. L. Frandsen, J. Smedsgaard, A. Kruve*, Standard substances free quantification makes LC/ESI/MS non-targeted screening of pesticides in cereals comparable between labs. Food Chemistry , 2020, 318, 126460     

J. Liigand, T. Wang, J. J. Kellogg, J. Smedsgaard, N. B. Cech, A. Kruve*, Quantifying the unquantifiable: Quantification for nontargeted LC/MS screening without standards. Scientific Reports, 2020, 10, 5808



专家简介

王婷婷,女,丹麦奥胡思大学博士后。海外食品华人协会会员。

2012-2015就读于天津大学药学院,硕士研究课题为药食同源的传统中药的化学成分分析和体内外活性研究,同时涉及降血糖功能保健食品开发;2016-2020在丹麦科技大学攻读食品分析化学博士学位,研究课题为食品监测中非靶向筛选的半定量研究,涉及非靶向筛选分析及数据处理方法的优化,食品监测中半定量模型的建立、验证和应用,高分辨质谱食品分析方法的优化和验证。目前在2020-~奥胡思大学法律医学系从事博士后研究,研究课题为毒品非靶向代谢组学的高分辨质谱数据分析。以第一作者发表SCI 论文多篇,第一学生作者授权发明专利4个。Email: ttwang1125@hotmail.com







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