頂空氣相色譜法測定食品添加劑中15種有機溶劑殘留量

曹淑瑞，朱 明，高小麗，文 瑤，程妮酈，郗存顯，唐柏彬，鄭小玲

(1.重慶出入境檢驗檢疫局 檢驗檢疫技術中心，重慶 400020；2.貴州出入境檢驗檢疫局 檢驗檢疫技術中心，貴州 貴陽 550004；3.重慶市化工職業技術學院，重慶 400020；4.重慶醫科大學 藥學院，重慶 400016)

食品添加劑是一種為了改善食品色、香、味等品質而加入食品中的物質[1]。它不僅可以防止食物的腐敗變質，保持食物的營養，而且方便供應和加工，給人們的日常生活帶來了極大便利[2]。目前多數食品添加劑為人工合成，在其合成工藝中，選擇合適的溶劑可提高產量或決定添加劑的性質，因此有機溶劑是人工合成食品添加劑中必不可少的關鍵物質[3]。若食品添加劑中的有機溶劑達到一定的殘留量，長期食用添加了此類添加劑的食品會引起慢性中毒，對人體或環境產生危害，因此對有機溶劑殘留的控制越來越受到人們的關注[4]。

目前對于有機溶劑殘留的檢測方法主要有頂空氣相色譜法、頂空氣相色譜-質譜法和頂空固相萃取/氣相色譜-質譜法等。這些方法均采用氣體進樣，可專一性收集易揮發性物質，降低共提物的干擾[5-6]，已廣泛用于食品包裝材料、藥物、涂料、食品添加劑產品中殘留溶劑的檢測分析[7-16]，其中食品添加劑中殘留溶劑的檢測應用最多的是氣相色譜法。如俞燕君[13]采用頂空氣相色譜法測定食品添加劑中乙酸乙酯殘留；劉波平等[14]用頂空氣相色譜法測定茶多酚中4種有機溶劑殘留；呂志華等[15]用頂空氣相色譜法測定幾丁糖酯中有機溶劑殘留；張艷紋等[16]用頂空氣相色譜法測定葉黃素中有機溶劑殘留。這些方法多是對一類食品添加劑中少數幾種殘留溶劑進行檢測。本研究采用頂空氣相色譜法，建立了同時測定多種食品添加劑中甲苯、甲醇等15種有機溶劑殘留的分析方法，并對提取溶劑、提取方式等進行了考察，優化后的方法準確，靈敏度高，重現性好，適用于食品添加劑中甲苯、甲醇、正己烷等15種殘留溶劑的檢測分析。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890氣相色譜儀配FID檢測器、Agilent 7697頂空進樣器(美國Agilent公司)，DB-WAX毛細管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)，20 mL頂空進樣瓶。

15種殘留溶劑(詳見表1)標準品(純度≥99%，重慶尋根生物科技有限公司)；N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)、甲醇(色譜純，美國Tedia公司)；實驗用水為Milli-Q超純水系統(美國Millipore公司)制備的超純水。樣品：苯甲酸鈉、谷氨酸鈉、乙基香蘭素、糖精鈉、黃原膠、瓜爾膠、聚氧乙烯山梨糖醇酐單油酸酯(吐溫80)、乳酸、聚二甲基硅氧烷、白油均購自當地市場。

1.2 標準溶液的配制

標準儲備液：準確稱取適量各標準品于50 mL容量瓶中，用DMF定容至刻度，配制成質量濃度為10 000 mg/L的標準儲備液，于4 ℃冰箱中保存。

混合標準工作液：分別取適量各標準儲備液于50 mL容量瓶中，用DMF配制質量濃度為500 mg/L的混合標準中間液,再用DMF逐級稀釋成2、4、10、20、40、100、200 mg/L的混合標準工作液，于4 ℃保存。

1.3 樣品前處理

稱取2.0 g樣品于50 mL具塞塑料離心管中，加入10.0 mL DMF溶液(苯甲酸鈉樣品中加10.0 mL 98%DMF溶液)振蕩溶解2 min，然后以7 000 r/min離心2 min，移取5 mL樣液于頂空瓶中密封，置于頂空裝置中，供氣相色譜儀分析。

1.4 頂空-氣相色譜條件

頂空條件：頂空平衡溫度：80 ℃；平衡時間：40 min；定量環溫度：90 ℃；傳輸線溫度：105 ℃；進樣時間：0.5 min；定量環：1 mL。

氣相色譜條件：色譜柱：DB-WAX毛細管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)；進樣口溫度：220 ℃；檢測器溫度：240 ℃；程序升溫：初溫40 ℃，保持5 min，然后以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min；進樣方式：分流進樣；分流比：10∶1。

圖1 不同提取溶劑對15種有機溶劑的回收率Fig.1 The effect of extraction solutions on recoveries of 15 residual organic solvents in lactic acid sample

2 結果與討論

2.1 溶解介質的選擇

甲苯、甲醇等有機溶劑在使用頂空進樣法進樣時最常用的溶解介質有水、DMF、DMSO等。本研究對水、DMSO、DMF的溶解提取效果進行了比較。結果表明：部分有機溶劑不溶于水或微溶于水，用水作溶解介質，提取效率不高，部分有機溶劑的回收率偏低；DMSO和DMF為極性很大的非質子溶劑，沸點高，熱穩定性好。以乳酸為例，DMSO和DMF作為溶劑時的提取回收率見圖1，由圖可知，用DMSO溶解有機溶劑所檢測出的回收率部分偏高或偏低，用DMF作溶解介質時的回收率為92.0%～108.8%。為了能同時檢測多種有機溶劑殘留，實驗選擇DMF作為溶解介質。

2.2 提取溶劑加水的考察

將10種食品添加劑分別用DMF溶解，發現苯甲酸鈉微溶于DMF，且呈現半固體糊狀，不利于樣品中有機溶劑的檢測，為保證苯甲酸鈉殘留溶劑的有效檢測，比較了不同體積比的DMF和水(H2O∶DMF為100∶0、80∶20、50∶50、20∶80、10∶90)對苯甲酸鈉中殘留溶劑的提取效率。結果表明：DMF加水的回收率高于不加水的回收率，并且H2O∶DMF=10∶90時各有機溶劑的提取效果較好，回收率為80.2%～105.4%，但正己烷和環己烷的回收率偏低，考慮到這兩種溶劑不溶于水的性質，在H2O∶DMF=10∶90的基礎上進一步優化加水比例，對H2O∶DMF=10∶90、8∶92、5∶95、2∶98的各溶劑回收率進行比較分析。結果表明：當H2O∶DMF=2∶98時各有機溶劑的提取效果較好，回收率為90.7%～107.5%，這可能是由于加入適當比例的水后使苯甲酸鈉更好地溶解，從而有利于苯甲酸鈉內殘留溶劑的提取。因此，選擇H2O∶DMF(2∶98)作為最終的提取溶劑。

2.3 提取方式的選擇

圖2 混合標準溶液(10 mg/L)在不同流速下的色譜圖Fig.2 Chromatograms for mixture standard solution(10 mg/L) at different flow rates the corresponding organic solvents numbers are provided in Table 1

目前應用較為普遍的提取方法有兩種：一種是頂空瓶直接稱樣，加入提取溶劑和標準溶液后密封，振蕩置于頂空裝置中，供氣相色譜分析；另一種是稱樣于塑料離心管，加入提取溶劑和標準溶液，振蕩，離心，取一定量樣液于頂空瓶密封，置于頂空裝置中，供氣相色譜分析。實驗考察了以上兩種方法對食品添加劑中有機溶劑的提取回收率。結果表明：離心管提取法的回收率為91.0%～106.5%，高于頂空瓶稱樣法，其原因在于樣品在離心管中充分溶解，加入頂空瓶的樣液是提取過的，避免了振蕩后部分樣液粘附于頂空瓶蓋，導致提取效率不高的弊端，并且離心管提取法頂空瓶上方的氣體體積比頂空瓶稱樣法大，從而影響瓶內氣壓，影響回收率，所以實驗選擇離心管提取法作為提取方法。

2.4 載氣(N2)流速選擇

載氣流速對目標組分的分離度有一定影響。實驗考察了載氣流速(3.0、4.0、4.5 mL/min)對各有機溶劑的分離效果。結果表明：當載氣流速為4.5 mL/min時，各有機溶劑分離效果好，且出峰時間短，所以選擇載氣流速為4.5 mL/min(圖2)。

2.5 柱溫程序的優化

根據15種有機溶劑極性和沸點的區別，本實驗嘗試了不同柱溫對色譜分離的影響，結果表明：選擇初始溫度為40 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升溫至250 ℃，并保持5 min的升溫程序，可使15種有機溶劑完全分離。

2.6 頂空條件的優化

頂空平衡溫度和平衡時間對各有機溶劑的回收率有一定影響。實驗考察了不同平衡溫度(60、70、80、90 ℃) 和平衡時間(20、30、40、50 min) 下各有機溶劑的峰面積響應。結果表明：當加熱溫度超過80 ℃時，各待測組分在頂空氣體中的濃度已趨于平衡，不再增加；當平衡時間超過40 min后，各待測組分峰面積基本不再增加，此時各組分已達到平衡，因此選擇最佳的平衡溫度80 ℃，平衡時間40 min。

2.7 方法學驗證

2.7.1線性范圍與定量下限取系列混合標準工作液，按優化的條件分別進樣，以各有機溶劑的峰面積(y)為縱坐標，對應質量濃度(x,mg/L)為橫坐標繪制標準曲線。結果顯示，15種有機溶劑在2～200 mg/L(相當于10～1 000 mg/kg) 范圍內呈良好的線性關系，相關系數(r)不小于0.999 8。同時根據本實驗室內平行測定結果，以基質匹配曲線最低點濃度為定量下限，三氯甲烷和吡啶的定量下限(LOQ)為20.0 mg/kg，其余13種有機溶劑的LOQ均為 10.0 mg/kg。實驗結果見表1。

表1 15種有機溶劑的線性方程、相關系數與定量下限Table 1 Calibration curve，correlation coefficient and limit of quantitation of 15 organic solvents

圖3 空白乙基香蘭素樣品添加水平為10 mg/kg的氣相色譜圖Fig.3 Chromatogram of blank ethyl vanillin sample with spiked level of 10 mg/kg

2.7.2方法回收率與精密度采用加標回收的方法，即通過在食品添加劑樣品中分別添加不同水平的有機溶劑混合標準溶液，測定其回收率和精密度。根據有機溶劑殘留的限量要求，各樣品做4個加標水平(定量下限、2倍定量下限、限量、5/2限量)，每個加標水平做6個平行試驗，計算加標回收率和精密度。表2為空白乙基香蘭素樣品中各有機溶劑的平均回收率與精密度，由表2可知，回收率為90.6%～109.1%，RSD為0.1%～7.2%。該空白樣品加標10 mg/kg的氣相色譜見圖3。

表2 15種有機溶劑的回收率與精密度(n=6)Table 2 The recovery and precision for the determination of 15 organic solvents(n=6)

(續表2)

AnalyteSpiked(mg/kg)Measured(mg/kg)Recovery(%)RSD(%)Trichloroethylene10，20，200，5009 932，20 28，211 4，494 199 3，101 4，105 7，98 82 3，3 5，0 8，1 1Acetonitrile10，20，200，5009 891，18 74，218 2，484 598 9，93 7，109 1，96 92 6，2 4，0 7，2 5Chloroform20，40，200，50019 84，38 36，207 1，510 599 2，95 9，103 5，102 14 8，2 6，2 9，2 6Toluene10，20，200，5009 943，19 46，218 4，505 599 4，97 3，109，101 14 3，6 9，2 2，0 7Butanol10，20，2000，50009 871，19 21，2054，454598 7，96，102 7，90 92 4，3 1，0 2，0 4Pyridine20，40，200，50021 74，36 96，203 2，472 5108 7，92 4，101 5，94 50 4，0 6，1 1，0 4

3 結 論

本文建立了同時檢測谷氨酸鈉、乙基香蘭素、糖精鈉等食品添加劑中15種有機溶劑的頂空氣相色譜方法。通過對溶解介質、提取方法、N2流速等因素的考察，確定了最優的實驗條件。該方法操作簡單，結果準確，靈敏度高，可用于食品添加劑中有機溶劑的檢測，為今后在食品添加劑中有機溶劑殘留檢測領域的研究提供了數據。

[1] Wang J,Sun B G.ChinSci.Bull.(王靜,孫寶國.科學通報),2013,58(26):2619-2625.

[2] Yang X Q,Tian H Y,Chen Z B,Jiang Z Q,Peng X C,Zhang Y L.Curr.Biotechnol.(楊新泉,田紅玉,陳兆波,江正強，彭喜春，張亞黎.生物技術進展),2011,1(5):305-311.

[3] Sun J Y,Sun B G.J.Agric.Sci.Technol.(孫金沅,孫寶國.中國農業科技導報),2013,15(4):1-7.

[4] Hong H,Wang L,Wu Z P,Gu A Q,Wang W.FoodSci.(洪華,王莉,武中平,顧愛國，王偉.食品科學),2014,35(18):167-171.

[5] Yu J M,Huang J D,Li S X,Li X G.LightInd.Technol.(余覺明,黃金丹,李韶熊,李曉光.輕工科技),2013(7):23-24.

[6] Kong X H,Liu X Z,He Q,Ye H.Phys.Test.Chem.Anal.:Chem.Anal.(孔祥虹,劉學芝,何強,葉宏.理化檢驗-化學分冊),2013,(8):924-927.

[7] Cardador M J,Gallego M.J.Chromatogr.A,2016,(1454):9-14.

[8] Fliszar K,Wiggins J M,Pignoli C M,Martin G P,Li Z.J.Chromatogr.A,2004,(1027):83-91.

[9] Medley C D,Kay J,Li Y,Gruenhagen J,Yehl P,Chetwyn N P.Anal.Chim.Acta，2014,(850):92-96.

[10] Jin Y C,Cui Z W,Kong W S,He B,Liu W,Yang G Y.Phys.Test.Chem.Anal.:Chem.Anal.(金永燦,崔柱文,孔維松,賀兵,劉巍,楊光宇.理化檢驗-化學分冊)，2011,47(12):1424-1426.

[11] Liu Y M,Lu Q H,Zhuang M Z,Lai Y J,Ma G,Zhu X Y.J.Instrum.Anal.(劉玉敏,路慶華,莊明珠,賴奕堅,馬鋼,朱新遠.分析測試學報),2007,26(1):122-124.

[13] Yu Y J.Chin.J.Chromatogr.(俞燕君.色譜),1986,4(6):377-379.

[14] Liu B P,Zhou Y,Luo X,Cao S W,Wang J D.Chin.J.Anal.Lab.(劉波平,周妍,羅香,曹樹穩,王俊德.分析試驗室),2007,26(4):69-72.

[15] Lü Z H,Wang Y H,Zhao X,Xia Y Q,Xu J M.Chin.J.Pharm.Anal.(呂志華,王遠紅,趙峽,夏蘊秋,徐家敏.藥物分析雜志),2001,21(4):276-278.

[16] Zhang Y W,Zhang L H,Ma J P,Sun X X,Xu X D.ChinaFoodAddit.(張艷紋,張莉華,馬金萍,孫曉霞,許新德.中國食品添加劑),2014,(2):243-245.