王彦力，宁德娇，牙 禹，谢丽萍，蒋翠文，梁 静，李焘，闫飞燕，唐 莉

（1.广西壮族自治区农业科学院农产品质量安全与检测技术研究所，广西 南宁 530007；2.农业农村部甘蔗品质监督检验测试中心（南宁），广西 南宁 530007）

1 前言

甘蔗是我国最主要的糖料作物［1］，也是人们喜爱食用的一种冬春季上市的水果。近年来，随着农产品加工业的快速发展，各种甘蔗饮品也迅速进入市场，并受到了消费者的青睐。但是南方高温高湿的天气，使甘蔗在储藏、运输过程中容易滋生甘蔗节陵孢和蔗生节陵孢，进而生成一种有毒的代谢产物3-硝基丙酸（3-Nitropropionic Acid，3-NPA）［2］。除霉变甘蔗外，3-NPA也存在于一些高等植物中［3］，还可由曲霉属和青霉属的部分菌种产生［4］。作为一种强烈的神经毒素，3-NPA能抑制线粒体琥珀酸脱氢酶，且不可逆转，因而会阻碍三羧酸循环［5-6］。3-NPA可穿过血脑屏障从而损害中枢神经系统，若人体过量摄入3-NPA，会出现呕吐、眩晕、肌张力障碍、肌痉挛等急性中毒症状，严重损害健康，甚至危及生命［7］，我国曾报道过多起因食用含有3-NPA的甘蔗而引起中毒的事件［8-10］。因此，甘蔗及其制品中3-NPA含量的监测不仅有利于保障消费者的身体健康，对于促进甘蔗及其加工产业的有序发展也具有重要的现实意义。

当前文献报道的3-NPA检测方法主要为色谱法，也是当前国家标准使用的检测方法，其灵敏度高、结果可靠。但色谱仪购置和使用成本高昂、操作繁琐、使用和维护需要很强的技术性，难以实现智能化、低成本快速检测，在农产品生产基地和中小企业并不具很好的普及性。近年来，3-NPA的快速检测技术受到研究者越来越多的关注，随着新技术的开发和新材料的应用，荧光和电化学传感技术在3-NPA检测方面展示出强大的分析性能和广阔的应用前景。本文主要介绍国内外甘蔗及其制品中3-NPA检测方法的研究进展，着重介绍各种方法的优缺点及发展方向，为构筑更为精准、灵敏、高效的3-NPA的检测方法提供参考。

2 检测方法

2.1 色谱法

2.1.1 薄层色谱法

3-NPA检测早期使用较多的是薄层色谱法［11-12］，样品经过提取、净化后，3-NPA在薄层色谱板上与显色剂反应形成荧光产物，使用荧光扫描仪测定其含量，方法检出限为2 mg/kg。因为灵敏度和准确度上的不足，及近年来色谱技术的快速发展，薄层色谱法已经很少被用于3-NPA的测定。

2.1.2 气相色谱法

气相色谱法和气相色谱-质谱联用法分离3-NPA的效果好，检测也较灵敏。汪儆等［13］分别使用气相色谱和气质联用对豆科植物中3-NPA进行定量和定性分析，并对4种不同牧草产生3-NPA的风险进行了评估；刘勇等［14］使用气相色谱-热能检定器测定大鼠血浆内的3-NPA的含量，灵敏度可达4 ng/mL。目前未见利用气相色谱和气相色谱联用质谱对甘蔗及其制品中3-NPA含量测定的相关研究报道。

2.1.3 高效液相色谱法

高效液相色谱是目前实际应用和研究报道较多的3-NPA检测技术。2022年国家市场监督管理总局发布的食品补充检验方法BJS 202205《甘蔗及甘蔗汁中3-NPA的测定》［15］中3-NPA的检测方法为高效液相色谱，使用的是二极管阵列检测器，当取样量为2 g时，方法的检出限和定量限分别为0.3 mg/kg和1.0 mg/kg。吴越等［16］采用C18色谱柱，以乙腈-KH2PO4溶液为流动相，等度洗脱，在210 nm波长下检测霉变甘蔗样品中的3-NPA，外标法定量，线性范围为0.5~20.0 mg/kg，检出限为0.05 mg/kg，加标回收率为91.7%~99.4%。高效液相色谱法不受3-NPA挥发性的限制，准确度高，且当以空白基质加标配制标准溶液时可消除基质干扰。

2.1.4 高效液相色谱—质谱联用法和超高效液相色谱—质谱联用法

高效液相色谱—质谱联用法和超高效液相色谱—质谱联用法是将液相色谱仪与质谱仪分别作为分离系统和检测系统的方法，结合了液相色谱分离待测组分和质谱鉴定结构的功能。刘红河等［17］采用超高效液相色谱联用质谱测定甘蔗和甘蔗渣中3-NPA的含量，线性范围为1.0~50μg/kg，甘蔗和甘蔗渣的方法检出限分别为0.30μg/kg和0.06μg/kg，加标回收率为86.9%~102.0%。付云等［18］采集湖州地区市售甘蔗进行3-NPA的检测，并进行统计学分析，比较了不同时间段市售甘蔗所含3-NPA的量，该方法的回收率在86.2%~105.3%，线性范围为10~500 μg/kg，检出限为0.03μg/kg。液质联用与液相色谱相比，具有灵敏度高、样品不需衍生且用量少、分析快速准确等优点。

2.1.5 离子色谱法

离子色谱法是根据待测物中的离子与离子交换柱的电荷作用力的差异对离子进行分离，依靠光学或电化学仪器检测物质的方法。邵国健等［19-20］先后采用了免试剂离子色谱法和固相萃取—离子色谱法对甘蔗中的3-NPA进行测定，在0.1~50μg/mL线性良好，样品平均加标回收率为89.2%~102%，检出限为0.03 mg/kg。离子色谱法操作较简便，结果准确，但灵敏性相对较差。

总体来说，色谱法检测甘蔗及其制品中的3-NPA含量，准确度佳，但方法灵敏度不一，受前处理影响较大。色谱法的样品前处理过程一般采用液—液萃取［12，15］或固相萃取［21-24］，步骤繁琐，对3-NPA分离纯化的效果因萃取剂或固相萃取柱填料而异，且均需要使用大量有机溶剂，不利于环保，也会损害操作人员的健康。新型前处理技术如凝胶渗透色谱［16］和分子印迹［25-26］用于分离纯化甘蔗中的3-NPA，分析速度快，回收率高，有机溶剂用量少，尤其是采用分子印迹材料作为固相萃取柱填料，能选择性吸附3-NPA，极大地提高了分离纯化效率。

2.2 毛细管电泳法

毛细管电泳法是应用高电压在散热效率很高的毛细管内进行的电泳［27］，适合极性小分子分析，分离效率高，且样品前处理简单。解娜等［28］使用毛细管电泳分离结合二极管阵列检测器检测甘蔗中的3-NPA，在优化的实验条件下，3-NPA的质量浓度在1.0~100.0 mg/L范围内与其对应的校正峰面积呈良好的线性关系，方法检出限为0.3 mg/L，回收率为95.2%~103.9%。此法无需有机溶剂，样品基质干扰小，准确度和精密度高，且毛细管柱易清洗和再生，但是方法的灵敏度难以满足检测样品中微量3-NPA的需求。此外，电渗可能改变样品组成，从而影响分离重现性。

2.3 荧光法

发光金属有机框架材料是近些年兴起的一种荧光材料，具有较高的孔隙率和较大的比表面积、多样的结构及高度可调的发光性能等优点，非常适于作为探针检测有机小分子及离子［29-32］。最近，有多篇相类似的关于此类材料作为荧光探针检测3-NPA的研究报道［33-36］，方法上都是合成得到在一定范围内对pH敏感的发光金属有机框架材料，当向溶液加入3-NPA后pH值发生变化，引起荧光信号的改变，从而建立3-NPA的荧光分析方法。此类检测3-NPA的方法，材料可经适当处理后重复利用，响应迅速，有的方法甚至能实现可视化检测，但检测灵敏度普遍不高（检出限最低也只能达到1.0μmol/L），当前并不具备很好的推广应用价值。

2.4 电化学传感技术

电化学传感分析具有操作简便、成本低廉、灵敏快速、适合现场在线监测等特点，与其他方法相比，在分析速度、检测成本及灵敏度上具有较大优势。本课题组［37］利用3-NPA对乙酰胆碱酯酶活性的抑制作用制备了一种稳定、灵敏的乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器，在最佳条件下，抑制率与3-NPA浓度的对数在0.10~30μg/L范围内线性良好，检测限为0.05μg/L，用于甘蔗样品中3-NPA测定加标回收率在88.8%~98.2%之间，检测灵敏度远优于标准检测方法。但是常见的Cd2+、Cr3+、Hg2+等重金属离子和吡虫啉等农药同样对乙酰胆碱酯酶具有抑制作用，对检测产生明显的干扰。为此，如何提升传感器件的选择性，构建兼具高灵敏度和高选择性的3-NPA传感器，对促进电化学传感技术在3-NPA检测的进一步应用具有重要意义。

3 总结与展望

本文主要介绍了甘蔗及其制品中3-NPA检测方法的相关研究进展。液相色谱法和液相色谱-质谱联用是检测3-NPA最常用的方法，技术比较成熟，准确度和灵敏度较高，基本可以满足各种不同样品的分析要求。但其使用成本高昂、需要专业的技术人员和固定的检测场所，且几乎都需要进行复杂的前处理过程，操作繁琐费时，在样品的快速筛查上并不具备优势。荧光法和电化学法在成本、分析速度及仪器的微型化上具有很好的优势，在3-NPA的快速分析上显示出巨大的潜力，但要投入实际应用仍需解决方法的灵敏度、选择性及复现性等问题。

为了提高3-NPA的检测效率、灵敏度和准确性，一方面可以开发选择性高、分离速度快的材料，如分子印迹聚合物、磁性材料等，提升3-NPA的分离纯化效率。另一方面，可进一步探索设计灵敏度更高、选择特异性更为优异的新材料与荧光、电化学等分析方法相结合，提升方法的灵敏性和选择性，为构建3-NPA的现场快速筛查提供有力的技术支持。此外，目前有关3-NPA检测的研究基本集中在甘蔗及其制品，但食物中毒事件发生后，食物样本往往没有保存，因此，建立人体血液、呕吐物、排泄物等样本中3-NPA的检测方法，对于中毒原因的诊断至关重要。