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水產品中氯霉素藥物殘留檢測方法研究進展

2013-08-07 09:03:12湯軼偉勵建榮孟良玉鐘克利徐永霞
食品科學 2013年11期
關鍵詞:檢測方法

湯軼偉,勵建榮*,孟良玉,鐘克利,徐永霞

(渤海大學化學化工與食品安全學院,渤海大學食品研究院,遼寧省食品安全重點實驗室,遼寧 錦州 121013)

氯霉素(chloramphenicol,CAP)又叫左旋霉素,是一種用于治療傷寒、腦膜炎和尿路感染等疾病的酰胺醇類抗生素類藥物,其結構式見圖1,該藥物能有效抑制炭疽桿菌、肺炎球菌、鏈球菌、李斯特菌、葡萄球菌以及衣原體、立克次氏體等病原微生物。由于CAP殺菌廣譜,我國自20世紀80年代開始用于水產品養殖病害防治過程中。毒理學研究表明,CAP對人體具有較大的毒副作用,主要表現為:抑制骨髓造血功能,引起再生障礙性貧血、細胞減少性貧血、血小板減少和粒狀白細胞減少[1]。另外,該藥物理化性質極為穩定,可通過食物鏈在人體內蓄積,從而對人體健康造成嚴重損害。CAP對人類健康的危害已引起國際組織和多個國家或地區的高度重視,中國、美國、歐盟、韓國、日本等都已對該藥物在水產品中的殘留做出了禁用和不得檢出的規定。

為了保證人體健康和有效監管水產品質量安全,綜述和分析當前水產品中CAP藥物殘留檢測方法具有重要意義。本文將從樣品前處理方法和水產品中CAP殘留檢測方法兩方面進行詳細闡述,以期對保證水產品安全提供一定的技術保證。

圖 1 氯霉素結構式Fig.1 Structure of chloramphenicol

1 樣品前處理方法

樣品前處理是指樣品的制備和對樣品中的待測目標物進行提取、凈化以及濃縮富集的過程,目的是消除基質影響,提高檢測方法的靈敏度、準確度和選擇性[2]。常用的樣品前處理方法有:液液萃取(liquid-liquid extraction,LLE)、索氏提取、柱層析技術、凝膠色譜、固相萃取(solid-phase extraction,SPE)和超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,SFE)等方法。液液萃取通常對極性較低的物質具有較好的選擇性、凈化效果好、操作過程簡單,但對極性較高的化合物分配系數不能滿足要求。索氏提取是用溶劑長時間浸潤樣品將目標物提取出來的方法,此法耗時、溶劑用量大、效率低。柱層析技術、凝膠色譜和SPE 3種方法類似,需要手工將填料裝入萃取管中,過程繁瑣,主要使用的填料有C18、硅膠、氧化鋁、硅酸鎂和弗羅里硅土等,對于CAP常利用C18凈化。超臨界流體萃取是一種新型高效提取方法,該方法在一定壓力和溫度條件下進行,具有有機溶劑用量少,萃取劑(CO2)穩定、無毒、不污染環境,分離和富集自動化能減少人為誤差等優點。

1.1 樣品制備和提取

水產品中CAP檢測主要以魚類和蝦類為主,樣品采集后在0~5℃條件下送樣,―18℃以下冷凍保存,取魚、蝦的肌肉部分作為檢測部位[3]。根據CAP的理化性質,水產品中CAP提取方法多采用乙酸乙酯[4-5]溶劑或乙酸乙酯-氨水混合溶劑[6]萃取。

1.2 凈化和濃縮富集

樣品提取過程中,與待測目標物結構或化學性質相近的干擾物質常常被一起提取出來,這些物質可能對檢測儀器的穩定性和檢測結果的準確性產生影響。所以,需要根據檢測方法的要求對提取液進行凈化處理。

水產品肌肉組織中的脂類會隨CAP提取過程一起提取出來,故要對提取液進行脫脂凈化。目前,主要凈化和濃縮富集的方法步驟為:將原始提取液蒸干,然后用甲醇[7]或水-乙腈[8]溶解提取物,再用正己烷脫脂,最后經C18柱凈化富集后經檢測方法進行定性或定量檢測。Liu Wenlin等[9]優化了SFE方法對蝦中CAP的提取,該方法以乙酸乙酯為夾帶劑,CO2為萃取劑,15min完成提取過程,為其他水產品中CAP殘留的快速提取奠定了基礎。液-液萃取和傳統的固相萃取是利用待測物的物理化學性質達到分離、凈化、富集的目的,方法操作簡單但沒有特異性。所以對一些較為復雜的樣品,傳統的分離方法很難將干擾物質有效分離。以分子印跡聚合物為填料的固相萃取柱能特異吸附目標物,可最大程度凈化待測物,提高檢測結果的準確性。梁冰[10]、唐仕榮[11]等分別采用沉淀聚合和本體聚合方法制備了CAP分子印跡聚合物,為發展新型水產品CAP殘留檢測方法的樣品前處理奠定了基礎。

2 檢測方法

食品中CAP檢測方法主要包括:微生物法、免疫分析法、色譜分析法、電化學分析法、生物芯片檢測技術[12]等。近年來,隨著水產品在食品中所占比例的日趨增加和人們對水產品質量安全的高度重視,水產品中CAP殘留檢測分析方法的研究取得了較快發展。

2.1 發光細菌法

發光細菌與外來毒物接觸后會對發光細菌細胞代謝產生影響,進而影響細菌的發光強度。發光細菌法就是利用發光細菌的發光強度或抑菌圈的大小與毒物濃度之間的關系來定量或定性分析樣品中毒物濃度的新型檢測方法,該方法操作方便、靈敏度高、檢測快速。

Shakila等[4]利用Photobacterium leiognathi L-2發光細菌建立了平板法檢測蝦肌肉組織中CAP殘留的新方法。結果顯示在最優條件下,CAP含量為100μg/kg時,抑菌圈直徑為23.0mm,含量為1μg/kg時,抑菌圈直徑為9.3mm;蝦肌肉組織中的CAP添加含量為1~100μg/kg時,回收率可達95.63%。該方法通過觀察抑菌圈的大小來判斷蝦肌肉組織中的CAP殘留狀況,測定結果直觀,適合基層檢測和初步篩選。但是該方法不能對CAP殘留進行精確定量,檢測結果也易受其他抗生素類藥物的影響。為了實現利用發光細菌精確定量水產品中CAP殘留的目的,文獻[13-14]從青島近海分離出對CAP敏感的鰒發光桿菌Photobacterium leiognathi YL,通過控制菌體起始發光強度、菌液與氯霉素作用時間,建立了發光細菌檢測水產品中CAP體系。結果顯示,檢測的最佳條件為菌體起始發光強度在(2.0~4.0)×105cd、菌液與氯霉素的最佳作用時間為30min,該條件下所建立方法的線性范圍為0.1~1.0ng/mL,在魚肉的CAP加標回收(0.1~1.0ng/g)實驗中,回收率在40.34%~114.26%。該方法能定量分析魚肉中CAP殘留,且檢出限將至0.1ng/mL,大大促進了微生物檢測CAP殘留方法的發展。

2.2 色譜和色譜-質譜聯用技術

隨著接口技術的成熟,色譜-質譜聯用技術逐漸應用于水產品CAP藥物殘留分析中。該技術既保留了色譜的高分離能力、高分析速度、高靈敏度,又結合了質譜對化合物的強結構鑒定能力,提高了檢測的選擇性和靈敏度。然而因色譜-質譜聯用儀價格昂貴而限制了該方法在一般實驗室的普及應用。

我國國家標準GB/T 22338—2008《動物源性食品中氯霉素類藥物殘留量測定》[15]規定了水產品中氯霉素類(CAP、氟甲砜霉素和甲砜霉素)殘留的氣相色譜-質譜(GC-MS)和液相色譜-質譜/質譜(HPLC-MS/MS)的測定方法。GC-MS法的樣品用乙酸乙酯提取,4%氯化鈉溶液和正己烷液-液分配凈化,經Florisil柱凈化后,以甲苯為反應介質,用N,O雙(三甲基硅基)三氟乙酰胺-三甲基氯硅烷于70℃烷基化,用氣相色譜/負化學電離源質譜測定,內標工作曲線法定量,對CAP的檢出限為0.1μg/kg;HPLCMS/MS法的樣品用飽和乙腈正己烷提取,提取液用LC-Si固相萃取柱進行凈化,CAP采用內標法定量分析,對CAP的檢出限為0.1μg/kg。另外,我國國家標準BG/T 20756—2006《可食動物肌肉、肝臟和水產品中氯霉素、甲砜霉素和氟苯尼考殘留量的測定》、GB/T 22959—2008《河豚魚、鰻魚和烤鰻中氯霉素、甲砜霉素和氟苯尼考殘留量的測定》、農業部781號公告-2—2006《動物源食品中氯霉素殘留量的測定》,出入境檢驗檢疫行業標準SN/T 1864—2007《進出口動物源食品中氯霉素殘留量的檢測方法》也對水產品中CAP殘留的HPLC-MS檢測方法做了相關規定。

為了節省檢測時間,將樣品凈化處理同檢測儀器聯用是目前研究的熱點。Lu Yanbin等[16]建立了海龜中氯霉素藥物殘留的基質固相分散-高效液相色譜-質譜(MSPDHPLC-MS/MS)聯用快速檢測方法。該方法中的樣品凈化裝置(核殼型C18硅膠柱)與檢測儀器聯用,在多反應檢測(MRM)定量模式條件下對CAP進行檢測。最優條件下該方法的線性范圍0.01~100ng/mL,日內和日間的變異系數(RSD)分別為2.05%~8.33%和3.05%~10.17%,4個水平(1、5、7.5、10ng/g)樣品的添加回收率在92.05%~98.07%之間(RSD≤4.20%)。該檢測方法在線富集和凈化CAP,回收率高、重現性好,并提高了檢測效率,為縮短儀器檢測方法中樣品處理時間奠定了基礎。

與GC-MS聯用方法相比,HPLC-MS方法無需對CAP進行衍生化,可以縮短總檢測時間。李資玲等[8]建立了快速測定魚肉中CAP殘留的HPLC-MS測定方法。樣品中的CAP殘留用乙酸乙酯提取濃縮,正己烷脫脂凈化后,用反相液相色譜分離,采用外標法使用HPLC-MS方法定量分析。最優條件下方法的線性范圍為0.04~1.0μg/kg (R2=0.9999),3個添加水平范圍(0.10、0.20、0.40μg/kg)內的回收率為91.0%~100.1%(RSD:2.6%~4.1%),檢測限為0.01μg/kg,定量限為0.02μg/kg。

超高效液相色譜具有更快的分析速度、更高的分辨率和靈敏度。張小軍等[5]建立了水產品中CAP殘留的超高效液相色譜-串聯四極桿質譜(UHPLC-MS)法測定方法。樣品中CAP用乙酸乙酯提取,正己烷脫脂或固相萃取柱凈化后,采用同位素內標法UHPLC-MS定量分析。方法在0.05~1.0μg/kg的添加范圍內平均回收率為84.9%~103.3%(RSD為3.2%~5.2%),定量檢測限為0.02μg/kg。該方法適用于各種水產品基質的氯霉素殘留檢測。為了滿足超痕量CAP殘留檢測的需要,藯慧等[17]研究了蝦中CAP殘留的UHPLC-MS/MS檢測方法。提取樣品中CAP藥物的乙酸乙酯蒸干后用蒸餾水溶解殘渣,Oasis HLB柱凈化,洗脫液氮氣吹干后用流動相定容后,采用UHPLC-MS/MS測定。結果顯示該方法對蝦肉中CAP殘留的最低檢測限為0.1ng/L,是目前水產品中CAP殘留檢測限最低的檢測方法。

我國水產行業標準SC/T 3018—2004《水產品中氯霉素殘留量的測定》[18]規定了水產品中CAP殘留的GC測定方法。標準規定樣品經乙酸乙酯提取并濃縮,提取物溶于水,用正己烷脫脂,C18固相萃取柱凈化,硅烷化試劑衍生化后,用配有電子捕獲檢測器的氣相色譜儀測定,外標法定量,方法的檢測限為0.3μg/kg。我國農業部958號公告-13—2007《水產品中氯霉素、甲砜霉素、氟甲砜霉素殘留量的測定 氣相色譜法》也規定了水產品中CAP殘留的GC檢測方法。氣相色譜法-電子捕獲檢測器(GCECD)檢測方法是CAP測定的經典方法。王鋒等[7]在建立蝦中CAP殘留的GC-ECD檢測方法中,通過改進蝦樣品的前處理方法(增加提取時間和超聲波輔助手段)來提高方法的檢測結果,表明方法的檢測限可達0.1μg/kg,定量限達到0.5μg/kg,在一定程度上改善了檢測結果。我國農業部958號公告-14—2007《水產品中氯霉素、甲砜霉素、氟甲砜霉素殘留量》[19]規定了水產品中CAP等3種氯霉素類藥物殘留的GC-MS檢測方法。標準規定試樣中殘留的CAP以乙酸乙酯超聲波提取,正己烷液-液萃取去脂,固相萃取柱凈化,硅烷化衍生后用GC-MS測定,方法的檢出限為0.3μg/kg。為了改善GC-MS檢測方法、縮短檢測時間,Liu Wenlin等[9]建立了蝦中CAP、氟苯尼考和甲砜霉素3種氯霉素類藥物殘留的SFE原位衍生(NCI)GC-MS檢測方法。該方法以SFE為樣品提取方法,結果顯示SFE提取方法的線性范圍為20~5000pg/g,檢測限為8.7~17.4pg/g(RSD≤15.3%)。SFE提取方法縮短了蝦中CAP提取和衍生時間,是一種快速、自動化程度高的檢測方法。

2.3 免疫分析法

酶聯免疫吸附分析方法具有簡單、快速、靈敏和花費低等特點,包括板式檢測、試紙條檢測和儀器免疫法等,常被用于水產品中CAP藥物的快速檢測方法的建立。

我國農業部1025號公告-26—2008《動物源食品中氯霉素殘留檢測酶聯免疫吸附法》[20]規定了使用酶聯免疫吸附測定魚和蝦中CAP殘留的篩選檢驗方法。標準規定魚、蝦中的CAP使用乙酸乙酯提取,再用正己烷除雜,然后進行測定,方法的檢出限為50.0ng/kg。該標準從樣品提取到檢測結束最多需要3h,是一種靈敏度高并且快速的篩選方法。

譚慧等[21]建立了水產品中CAP殘留的間接酶聯免疫檢測(ELISA)方法。結果顯示該方法的檢測限為0.01μg/kg,樣品在2個添加水平(0.5、2.0μg/kg)的回收率分別為72%~116%和86%~108%,該方法適用于水產品中CAP殘留的快速檢測。馬玲等[22]為了縮短檢測時間,在常規兩步式化學發光酶免疫法(CLEIA)基礎上,同時加入一抗和二抗,優化了包被條件、競爭反應時間的實驗參數,建立了一步式CAP檢測方法;最優條件下,該方法的最低檢測限為0.01μg/L,與常規兩步法相比,可縮短檢測時間1.5h,更符合快速檢測的要求。王瑋[23]利用膠體金標記快速檢測技術對氯霉素藥物殘留快速檢測方法進行了系統研究,建立了滲透式和層析式兩種金標記免疫競爭快速篩選方法。該方法以CAP與固相膜上的包被原(CAP-OVA)競爭結合金標記抗CAP多克隆抗體,通過膠體金顯色達到快速檢測樣品中CAP殘留的目的。結果顯示,滲透式試紙條檢出限為0.8μg/L、層析式試紙條的檢出限為1μg/L。在對魚和蝦樣品的實際測定中亦表現出良好特性,該方法能在10min內顯示測定結構,并可通過顏色的變化進行半定量測定,是目前食品安全快速檢測常用的方法之一。張燦等[24]建立了CAP殘留的毛細管電泳免疫分析法。該方法對CAP檢測的線性范圍為0.008~5μg/L,最低檢測限為0.0016μg/L,實際樣品魚肉的檢測限為0.035μg/L。毛細管電泳免疫分析方法結合了免疫分析的特異性和毛細管電泳快速高效分離分析的優勢,具有檢測結果直觀的優點。

2.4 磁減量檢測法

磁減量檢測法(immunomagnetic reducation,IMR)是利用帶有生物探針的納米磁珠與待測物分子結合后,使磁珠聚集變大變重,再通過測定納米磁珠磁性大小的改變情況,進而得出待測物分子濃度的新型檢測方法。與傳統的免疫分析法相比,該方法免洗、操作簡單、特異性好且只需要一種抗體[25-26]。

Yang等[6]首次建立了蝦中CAP殘留的免疫磁珠磁減量檢測方法。該方法以表面帶有CAP抗體的磁性納米粒子為探針(圖2),樣品中的CAP與探針上的CAP抗體結合后改變納米磁珠的大小、質量,從而影響納米磁珠的磁交流信號。結果表明該方法操作簡單,不易受基質影響,檢測限可達0.1μg/L,其中的納米磁珠既能在樣品提取液中特異吸附目標物,又是檢測信號的目標物,是一種簡單、準確、有效的新型檢測方法。

圖 2 CAP磁性納米粒子探針示意圖Fig.2 Schematic of magnetic nanoparticle with antibody against CAP

2.5 傳感器檢測法

傳感器檢測方法是檢測方法研究的熱點。按照檢測原理的不同,可以分為:熒光傳感器[27]、光化學傳感器[28]、化學傳感器[29]、電化學傳感器[30]、表面等離子共振傳感器[31]等。但是,傳感器檢測方法的低重現性問題依然有待解決。

張麗君等[32]結合分子印跡技術和傳感器技術建立了檢測CAP的分子印跡電化學傳感器方法。該方法以鄰苯基酚為功能單體,CAP為模板分子,通過電化學聚合方法在Pt電極上制備CAP分子印跡聚合物(MIP)膜,并以此為修飾電極優化實驗條件。結果表明在最優條件下,該方法對CAP檢測的線性范圍為4.33×10-8~3.09×10-6mol/L,檢出限為2.5×10-8mol/L。該研究為水產品中CAP殘留的電化學檢測方法的建立奠定了基礎。分子印跡電化學傳感器具有操作簡便、靈敏度高和特異性好等優點,然而制備性能一致的分子印跡Pt電極難道較大,這是限制該方法推廣應用的瓶頸所在。武會娟等[33]利用pH敏感型熒光指示劑F1300可以量化ATP合成酶的特點,建立了快速檢測CAP殘留的納米生物傳感器。結果顯示,該方法的檢測限為1×10-11mg/mL,檢測時間僅需35min,具有較好的應用前景。Chullasat等[34]建立了蝦中CAP殘留電阻型免疫傳感器檢測方法。與其他修飾方法的傳感器相比,免疫傳感器具有更寬的線性范圍為(0.50~10)×10-16mol/L和更低的測定限。重復性實驗表明該傳感器能重復使用45次(RSD<4%);實際樣品(蝦)中CAP殘留檢測結果與HPLC方法相符。Sun等[35]建立了實時檢測樣品中CAP的石英晶體微量天平(QCM)傳感器檢測方法。該研究以電紡技術(electrospinning)將纖維狀的聚苯乙烯膜嫁接到QCM電極表面,然后用金覆蓋電極,再用抗CAP抗體修飾電極表面。結果顯示,該檢測方法的線性范圍為5~100μg/L,能在2~3s內得出檢測結果。

3 結 語

我國已成為世界淡水養殖規模最大、水產消費市場容量最大的國家。水產品中CAP殘留可能對我國的水產品貿易及消費者的身體健康帶來嚴重的影響。所以,研究CAP殘留檢測方法具有重要的現實意義。儀器法和免疫檢測法是水產品中CAP殘留檢測和篩查的常用方法。儀器檢測法具有高效、靈敏、準確的特點,但是需要昂貴的實驗儀器和復雜的樣品前處理,不適合現場快速檢測的需要;免疫分析法操作方便、檢測時間短,能滿足現場快速檢測的需要,但是免疫分析法易受環境條件影響產生假陽性結果。所以,針對上述問題,今后水產品中CAP殘留檢測方法的研究可以從以下幾方面深入探索:1)建立簡單、有效、自動化程度高的提取方法,減少樣品提取和凈化步驟,降低由于樣品處理步驟繁瑣和人為因素造成的檢測誤差,提高檢測結果的準確性、一致性,降低檢測方法的檢出限;2)研制小型、便攜式檢測儀器,促進儀器檢測方法的應用簡便性和降低儀器檢測方法的成本;3)分子印跡聚合物具有類似生物抗體的識別特性,被稱為“塑料抗體”,研究代替CAP生物抗體的分子印跡聚合物仿生抗體建立仿生免疫分析方法,可能是降低免疫分析中出現假陽性結果機率的方法之一。

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