肉制品中多環芳烴檢測方法研究進展

朱姍姍，王 磊，李 利，郝麗威，連玉晶,5，鄭振佳,*

（1.山東農業大學食品科學與工程學院，山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室，山東泰安 271018；2.春雪食品集團股份有限公司，山東煙臺 265200；3.山東省昌邑市漁業技術推廣站，山東濰坊 261300；4.山東安譜檢測科技有限公司，山東泰安 271000；5.山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，山東濟南 250100）

肉制品中含有豐富的脂肪、蛋白質等營養成分，在加工過程中受溫度、時間及烹飪方式等條件的影響會產生多環芳烴等多種有害物質[1]。多環芳烴（PAHs）是由多種不同的有機化合物構成的一大類化合物，其分子中具有兩個或多個稠合的苯環且環之間共享一對碳原子[2]。基于多環結構中所包含的稠合環的數量，可分為輕質和重質PAHs，輕質PAHs 包含等于或少于4 個的稠合環，而重質PAHs 包含大于4 個的稠合環[3]。多數為無色、白色或淺黃色固體具有易揮發且難溶于水的特征，揮發性和溶解度會隨其結構中環數的增加而降低，且隨分子量增加，其抗氧化、還原能力以及非極性相應增加[2-5]。此外，PAHs 還表現出高度親脂性，因此多存在于煙熏的肉類和肉類產品中，很難被生物降解[6]。

食品中的多環芳烴多來自包裝材料、工業加工和烹飪例如烘烤、燒烤、油炸和煙熏，在食品加工和烹飪過程中，PAHs 的產生取決于加工溫度和時間、使用的燃料、與熱源的距離以及材料的成分等因素[7]。多數PAHs 已被證明具有致畸性、致癌性、致突變性以及遺傳毒性，且重質PAHs 較輕質PAHs毒性更高，對人類健康構成了巨大威脅，因此它們是迄今為止已知的世界上最大的致癌物類別，其研究也受到越來越多的關注[2,8]。中國、德國以及歐盟等國家對PAHs 進行限量，其中中國國家食品安全標準GB 2762-2017 對肉類產品中苯并芘的限量為5.0 μg/kg；德國對肉制品中苯并芘的限量為1 μg/kg；歐盟對熏制肉和肉制品中苯并芘的限量為2.0 μg/kg，總PAHs 限量為12.0 μg/kg[7]。美國環境保護局（EPA）定義了PAH16，將其作為優先的環境污染物[6]，PAH16的主要信息如表1 所示[8-11]。國際癌癥研究機構（IARC）將部分PAHs 分在組2A 和組2B 中，將苯并（a）芘分在組1（對人類致癌）中，歐盟將苯并（a）蒽、苯并[a]菲（1,2-苯并菲，?）、苯并（b）熒蒽和苯并（a）芘四種多環芳烴之和作為食物中PAHs 指標（∑4PAHs）[8]。鑒于PAHs 的毒性以及在肉制品中存在的廣泛性，準確分析肉制品中PAHs 的含量，降低食品安全風險顯得尤為重要。本文對2016～2020 年間國內外用于肉制品中PAHs 的前處理方法和檢測方法進行論述，以期為開發準確、快速、高效和綠色的檢測分析方法提供參考。

表1 16 種多環芳烴化合物基本信息Table 1 Basic information of 16 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbon compounds

續表 1

1 肉制品中多環芳烴的前處理方法

由于肉及肉制品基質的高度復雜性，通常需要大量的凈化提取程序以破壞其脂質組分并促進目標分析物的提取，因此它們的前處理比其他非脂肪食品樣品的預處理更加困難[12-14]。常用于肉制品中提取凈化PAHs 的前處理方法包括固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）、QuEChERS、凝膠滲透色譜法（GPC）以及加壓流體萃取（PFE）技術，此外，通過輔助手段以及將兩種或多種前處理手段組合使用也取得了較好的結果。幾種常用于肉制品中多環芳烴檢測的樣品前處理方法比較見表2。

表2 肉制品中多環芳烴檢測的樣品前處理方法比較Table 2 Comparison of sample preparation methods for detection of PAHs in meat products

1.1 固相萃取技術

固相萃取技術通過固體吸附劑吸附目標化合物來富集溶液中的分析物，適當選擇吸附劑對于提高SPE 的選擇性、吸附能力和效率至關重要，因此開發高效的吸附劑是該技術一直以來的研究重點[19]。常用于檢測肉品中多環芳烴的固相萃取技術有：在線固相萃取技術、磁性固相萃取技術、分子印跡固相萃取技術以及超聲輔助萃取與固相萃取技術相結合等。Tania 等[20]通過在線固相萃取（SPE）耦合液相色譜檢測牛組織中的多環芳烴，該技術通過簡單的步驟將采樣、提取和預濃縮集成在一起。結果顯示，多環芳烴的檢出限（LOD）和定量限（LOQ）分別為0.012 和0.04 ng/g，目標物回收率高，且可將基質的干擾降到最低，綜合考慮成本與靈敏度比率，該技術與其他的分析系統（HPLC/MS/MS-LODs 0.03 ng/g）相比，有一定的優勢。林亞楠等[21]利用分子印跡固相萃取結合液質聯用檢測煙熏鱘魚中的苯并芘，結果顯示，LOD 為0.98 μg/kg，LOQ 為3.16 μg/kg，日內和日間精密度的相對標準偏差分別為3.26%～4.77%和3.78%～5.26%，回收率為89.7%～95.3%，RSD 為2.89%～3.44%，符合痕量分析的要求，與其他常規填料的固相萃取柱相比，該萃取柱的選擇性、回收率以及穩定性更好。李娜[22]利用磁性固相萃取與液質聯用相結合檢測香腸和烤肉中的11 種多環芳烴，所制得的Fe3O4@COFs（共價有機骨架）納米復合材料的比表面積高達122.43 m2/g，且其飽和磁化強度高達61.1 emu/g 具有超順磁性，Fe3O4@COFs 的合成過程及其應用在MSPE 的示意圖如圖1 所示，檢測結果顯示回收率為83.2%～119.3%，RSD 為1.6%～5.4%。隨分子印跡、納米以及石墨烯等新型吸附材料的研發以及自動化水平的提高，固相萃取技術的萃取時間縮短，萃取效率大大提高，且通過與超聲、微波等輔助手段相結合，其萃取能力有效提高，但尚未達到全面的自動化水平，有必要對其進一步探索。

圖1 Fe3O4@COFs 的合成過程及其應用在MSPE 的示意圖[22]Fig.1 Schematic diagram of the synthesis process of Fe3O4 @ COFs and its application in MSPE[22]

1.2 固相微萃取技術

固相微萃取技術是一種基于目標分析物在樣品基質與固定相之間分配平衡的無溶劑樣品前處理技術，已被公認是最流行的綠色方法之一，該方法將采樣、分離和分析濃縮成一個步驟，具有簡便、綠色和高效的特點[22-24]。萃取相的性質是影響SPME 效率的重要因素，因此萃取相的選擇是SPME 的關鍵[19,25]。Ma 等[26]將共價有機骨架材料TpBD 固定在不銹鋼線上用于固相微萃取烤肉中16 種多環芳烴，結果顯示LOD 為0.02～1.66 ng/L，LOQ 為0.07～5.52 ng/L，此外，所開發的TpBD 粘合SPME 纖維可經受至少200 次吸附/解吸循環，且不會顯著降低提取效率，TpBD 粘合纖維的高熱穩定性還允許使用最高380 ℃的高溫從纖維中高效解吸高沸點的PAHs。Yuan 等[27]制造了一種鋯金屬有機骨架/二硫化鉬（UiO-66/MoS2）復合材料并將其涂覆在SPME 箭頭上用于魚樣品中PAHs 的頂空固相微萃取（HSSPME），其制備流程如圖2 所示，結果顯示LOD 為0.11～1.40 ng/kg，LOQ 為 0.36～4.61 ng/kg，UiO-66/MoS2涂層對PAHs 的吸附能力高于UiO-66 涂層（1.5～2.1 倍）或MoS2涂層（2.3～3.5 倍），可以進行約80 次的連續提取且提取性能沒有明顯變化，UiO-66/MoS2涂層具有良好的可重復使用性和穩定性且成本低。Liu 等[28]在不銹鋼線上制備MAF-66（偶氮金屬骨架）涂層用于頂空固相微萃取烤豬肉中的PAHs，結果顯示PAHs 的回收率為91%～115%，且由于π-π 相互作用和疏水相互作用，MAF-66 包覆的纖維表現出壽命長、檢測限低、線性范圍寬以及重現性好等特點，此外即使經過270 次萃取/解吸循環，在MAF-66 涂層的纖維上也未見PAHs萃取效率明顯降低，這表明該纖維具有良好的可重復性。固相微萃取技術非常適合在脂質等物質中提取疏水性化合物，且具有溶劑用量少、萃取效率高等特點，但其萃取相制備成本較高且萃取體積會受萃取相性質的限制，因此開發新型低成本、萃取體積大的新型萃取材料仍然是該方法發展的重要方向。

圖2 SPME 及其涂層制備方法[27]Fig.2 SPME and its coating preparation method[27]

1.3 QuEChERS 技術

QuEChERS 技術通過鹽析萃取進行分配來促進水層和有機層之間的平衡，再通過分散固相萃取（d-SPE）步驟來去除基質干擾物，使用的溶劑較少且省時，是一種有效的樣品前處理方法[29-30]，其簡化流程如圖3 所示[31]。Tereza 等[8]利用QuEChERS 萃取；EMR-Lipid（增強型脂質去除材料）凈化；DLLME（分散液液微萃取）預濃縮結合氣質聯用對熏制脂肪產品（魚和香腸）中的PAHs 進行檢測，結果顯示所有化合物的相對標準偏差（RSD）值均低于16.7%，且回收率均在50%～120%之間，這種組合不僅具有良好的回收率，且凈化效果較好。Kre?imir 等[6]利用QuECh-ERS 技術結合氣質聯用對傳統香腸中的多環芳烴進行檢測，該方法包括在無水硫酸鎂和無水乙酸鈉存在下，使用乙腈進行萃取，其準確度為81.5%～100%，所得的LOD 為0.29～0.5 μg/kg，LOQ 為1.05～2 μg/kg。Niladri 等[32]利用進行兩步分散固相萃取步驟的QuEChERS 技術與氣質聯用相結合對魚樣品中的PAHs進行測定，回收率在60%～115%之間，RSD 小于15%，分析物的LOD 和LOQ 分別為0.001～0.004 mg/kg和0.002～0.013 mg/kg，遠低于PAHs的最大殘留限量，且3 h 內可檢測約20 個樣品。QuEChERS 技術因其極大的靈活性以及綠色簡便的特性適合于多類化合物的分析，隨著近年來自動化水平的提高，該技術在肉制品中PAHs 的前處理上必將具有更廣闊的前景。

圖3 QuEChERS 流程簡化圖[31]Fig.3 Simplified diagram of QuEChERS process[31]

1.4 凝膠滲透色譜法術

凝膠滲透色譜基于體積排阻原理，以樣品中各組分在分離柱上按分子流體力學體積大小進行分離[18]，因此對于體積差距較大的物質分離效果較好，且該色譜分離時不依靠分子間作用力，不具備吸附作用，所以一般柱子的使用壽命較長。徐志華等[18]利用索氏抽提-凝膠滲透色譜法結合氣質聯用對草魚、羅氏沼蝦、中華絨螯蟹等水產品中的16 種PAHs 進行檢測，通過凝膠滲透色譜凈化，旋轉蒸發無需蒸干后進行溶劑轉換，留部分原有提取溶劑后定容，提取效率可以達75%以上，結果顯示回收率達到87.9%～126.4%，相對標準偏差為0.14%～8.91%，LOD 為0.017～0.171 μg/kg。王溪等[33]采用裝有Bio-Beads S-X3 填料的凝膠滲透色譜結合高效液相色譜熒光法對生魚肉、雞肉、豬肉和牛肉中的PAHs 進行檢測，該方法 LOD為 0.04～0.49 μg/kg，LOQ 為 0.12～1.51 μg/kg，平均回收率為61.0%～101.7%，RSD 為0.4%～11.5%。沈習習等[34]利用裝有Agilent DB-5 色譜柱的凝膠滲透色譜結合氣質聯用對烤鴨鴨皮中的16 種多環芳烴進行檢測，結果表明16 種PAHs的LOD 為0.08～0.39 μg/kg，LOQ 為0.25～1.29 μg/kg，回收率為66.2%～108.3%。

1.5 加壓流體萃取技術

加壓流體萃取技術是一種通過提高壓力和溫度來提高萃取效率的自動化流線型樣品制備技術，可以從各種固體基質中高效、快速地提取分析物，大大縮短了萃取時間且有效減少了萃取溶劑用量[15,35]。陳飛龍等[35]利用加壓流體萃取結合氣質聯用技術，在載氣壓力0.8 MPa，加熱溫度110 ℃，萃取池壓力10.0 MPa 的條件下對海洋生物體樣品中的苯并芘進行檢測，結果顯示檢出限為0.40 μg/kg，精密度為2.34%～4.15%，準確度為95.8%～99.2%，可以看出該方法速度快且回收率高。此外，加壓流體萃取與凝膠滲透色譜相結合對肉制品進行前處理也取得了較好的結果。何健等[36]利用加壓流體萃取與凝膠滲透色譜相結合凈化萃取煙熏臘肉中24 種多環芳烴，其中使用加壓流體技術進行萃取、凝膠滲透色譜除去油脂、SPE 凈化小柱去除極性成分最后進行氣相色譜分離，結果顯示回收率為70.4%～118.5%，相對標準偏差為5.43%～9.74%，且方法的精密度和準確度良好。周蕾等[37]利用加壓流體萃取與凝膠滲透色譜相結合凈化萃取煙熏臘肉中16 種多環芳烴，在萃取溫度為120 ℃，壓力為10.34 MPa 的條件下PAHs的回收率為60.3%～93.2%，相對標準偏差為4.06%～11.60%，滿足國標對方法回收率的要求。加壓流體萃取技術在高溫高壓的條件下有助于提高擴散速率和分析物在溶劑中的溶解度且有助于破壞由范德華力、氫鍵等作用引起的分析物與樣品基質的相互作用，從而提高提取效率，大大減少了萃取時間，但由于肉制品基質的復雜性與凝膠滲透色譜或SPE 相結合將更有助于其在肉制品中提取富集PAHs。

2 多環芳烴的檢測分析方法

目前檢測分析食品中PAHs 的方法主要包括氣相色譜-質譜法、液相色譜串聯熒光（FLD）或紫外（UV）檢測器法、拉曼光譜法、傳感器法以及酶聯免疫技術[38]等，但在肉及肉制品中PAHs 的檢測上以氣質和液質聯用最為廣泛，本章節總結了2016～2020 年間色譜法在檢測肉及肉制品中PAHs 的應用。

2.1 氣相色譜-質譜法

多環芳烴易揮發，汽化效果較好，適合通過氣相色譜-質譜法進行分離，且氣相色譜串聯質譜法可以有效消除肉制品中脂質的干擾并提高重質PAHs 的分離度，且在許多國家和地區均被制定為檢測多環芳烴的標準方法[7]。Andrés 等[14]利用超聲輔助提取和固相萃取相結合來凈化樣品提取物并預濃縮目標化合物，采用裝有DB-5MS 毛細管柱的GC-MS 技術對肉類中的PAHs 進行檢測（其流程圖如圖4 所示），研究了七種不同類型的肉類，除雞大腿中的PAH 含量低外，其他所有肉類均被發現含有PAHs，其含量范圍為15～290 ng/kg，所獲得的平均回收率為85%～105%，LOD 為3～70 ng/kg 優于其他文獻報道的肉類（100～1100 ng/kg）和魚類（110～430 ng/kg）中PAHs 的GC-MS 測定值[39-40]。Lee 等[41]利用GCMS 檢測肉及肉制品中的多環芳烴，結果顯示LOD為0.12～0.20 μg/kg，LOQ 為0.36～0.61 μg/kg，回收率為88.75%～102.44%。John 等[42]采用裝有毛細管柱的GC-MS 技術對熏制和曬干魚樣品中PAHs進行檢測，其中輕質PAHs 的濃度占所有PAHs 濃度的58%，所有熏制魚樣品中苯并芘的濃度均超過了歐盟的最大允許水平（0.002 mg/kg），但在曬干魚樣品中通常低于此限值，且所有魚類中熏制魚樣品中的總PAHs 濃度均高于曬干樣品中的PAHs 濃度。Niladri 等[32]利用裝有毛細管色譜柱的GC-QTOFMS 對魚樣中PAHs 進行檢測，通過GC 和四極桿飛行時間質譜根據物質的準確質量進行鑒定，回收率在60%～120%范圍內，RSD＜11%。

圖4 肉和魚樣品中多環芳烴的測定方法[14]Fig.4 Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in meat and fish samples[14]

2.2 液相色譜法

液相色譜與熒光檢測器（FLD）檢測器耦合通常用于復雜樣品中PAHs 的分析[20]。Demetris 等[12]使用HPLC-FLD 檢測熏制肉制品和烤肉中的PAHs，結果顯示96%的樣品被至少一種PAHs 污染，熏制火雞樣品中BaA、Chry、BaP 和BbF 的LOD 值分別為0.17、0.16、0.15 和0.15 μg/kg，而LOQ 值分別為0.56、0.52、0.48 和0.48 μg/kg，LOD 和LOQ 值低于歐洲法規中設定的標準值（LOD ≤0.3 μg/kg，LOQ ≤0.9 μg/kg）。Ledesma 等[13]利 用UHPLCFLD 對克羅地亞地區180 多種肉類和貝類中PAHs的含量進行檢測，結果顯示所檢測的熏魚、貝類和熏肉 中PAH4的LOD 和LOQ 分別為0.02～0.06 和0.06～0.26 μg/kg，在熏魚、貝類和熏肉中PAH4的總平均回收率分別為77%～108%、84%～104%和82%～99%。Alicja 等[43]利用HPLC-FLD 檢測熏制肉和魚產品中的PAHs，其中BaP、BaA、BbF 以及Chry 的LOD 和LOQ 分別為0.18 μg/kg 和0.25 μg/kg，平均回收率為83.33%～100.94%。Lu 等[44]利用HPLC-FLD 對11 種即食肉制品中PAHs 的含量進行測定，結果顯示BaA 和BaP 的回收率分別為55.86%±6.37%和 57.91%±8.42%，BaP 的范圍為0?1.09±0.11 ng/g，其中烤培根中BaP 含量最高，其次是脆皮培根（0.71±0.12 ng/g）、豬肉香腸（0.21±0.03 ng/g）和瑞典肉丸（0.18±0.11 ng/g），炭烤雞肉中的總PAHs 含量最高。

由表3 可以看出，PAHs 多存在于熏制和烤制的肉類樣品中，在色譜法檢測肉及肉制品中PAHs 的應用上前處理方法以SPE 和QuEChERS 技術為主，液相色譜串聯熒光檢測器與氣相色譜串聯質譜技術應用最多，此外，氣相色譜串聯質譜方法上色譜柱以毛細管柱為主而液相色譜法中C18色譜柱使用最為廣泛，液相色譜法中流動相以乙腈和水為主，氣相色譜質譜法中氦氣使用最多。在檢測結果上回收率均大于50%，符合標準要求，方法的檢出限與定量限均較低。

表3 色譜法檢測肉及肉制品中PAHs 的應用Table 3 Application of chromatography to detect PAHs in meat and meat products

2.3 其他分析方法

拉曼光譜法主要是指單色光與樣品分子之間的非彈性散射，隨著納米技術和材料表面科學的發展，表面增強拉曼光譜技術（SERS）迅速發展，拉曼信號增強的能力主要是與小金屬或其他物體周圍的電磁場增強有關，該物體通過強烈而尖銳的偶極共振激發[50-51]。近年來SERS 也應用在肉及肉制品中PAHs的檢測上。項晨[52]利用表面增強拉曼光譜對肉制品中苯并芘進行檢測，結果顯示，苯并芘的回收率為84.9%～96.7%，相對標準偏差為2.8%～7.7%，與HPLC-FLD 等[53]其他方法結果相近，但測樣時間短僅需30 s，且拉曼光譜技術測量所需的樣品量極少，只需覆蓋激光點直徑，該檢測方法經濟節約。

電化學發光通過在電極表面施加電壓使產生的發光體經歷高能電子轉移反應，從而產生電子激發態，發出發光信號，該技術已成為傳感器和生物傳感器設計中最強大的分析工具之一，可用于肉及肉制品中PAHs 的檢測[54]。孫苗等[55]利用電化學發光傳感器檢測烤肉樣品中的苯并芘，將1,3,5-三醛基間苯三酚（CTp）與2,5-二甲基對苯二胺(Pa-2)經縮合反應形成的共價有機骨架材料CTpPa-2，通過滴涂法修飾于電極表面，建立了一種新型的基于共價有機骨架的BaP 電化學發光傳感器（玻碳電極GCE），其制備過程如圖5 所示，結果顯示LOD 為5.60 nmol/L，且結果與高效液相色譜（HPLC）法相近，此外本實驗分別將0.1 mol/L 的沒食子酸丙酯、特丁基對苯二酚及維生素E 與BaP 一同放入電解液中進行電化學發光檢測，實驗結果顯示BaP 的相對電化學發光強度值分別變化了2.4%、3.9%和5.0%，說明上述抗氧化劑未對BaP 的電化學發光檢測產生明顯干擾，本文制備的電化學發光傳感器具有較好的抗干擾性。

圖5 CTpPa-2/GCE 的制備過程及檢測示意圖[55]Fig.5 CTpPa-2/GCE preparation process and detection schematic[55]

綜上，高效液相色譜法及氣相色譜質譜法為肉制品中檢測多環芳烴的常用方法。其中氣相色譜質譜法方法是檢測易揮發性物質的高靈敏度方法，可同時進行定性、定量分析，較氣相色譜法對樣品定性分析效果好，但該檢測方法對PAHs 中同分異構體的有效分離效果不佳。此外，高效液相色譜法對大分子、熱穩性差的化合物其分離效果明顯優于氣相色譜法。其他儀器檢測方法如拉曼光譜法以及電化學發光檢測法均具有靈敏度高、操作簡單的特點，但這兩種方法均易受外界環境影響，誤差較大，有效減少外界環境因素的影響將有助于該方法的發展。

3 結論與展望

隨著人們對食品安全重視程度的增加，對檢測技術的要求逐步提高。肉及肉制品作為消費者喜愛的食品在日常飲食中必不可少，在其加工過程中產生的PAHs 已成為威脅人體健康的重要因素，因此在其加工過程中應注重加工的溫度和時間、熱源的距離與材質以及烹飪方式等條件，減少肉制品中PAHs 的產生。此外，努力開發準確、快速、高效和綠色的檢測分析方法，提高其檢測水平具有重要意義。

在肉制品中PAHs 檢測的前處理方法上，首先因其基質復雜通常需要多種前處理方法相結合，導致處理時間大大延長，開發一體化、自動化的前處理方法將有助于該物質的快速檢測。其次，在前處理過程中存在溶劑消耗過多不環保的情況，開發綠色高效、定向吸附的新材料是重要發展方向。在肉制品中PAHs 檢測分析上，液相色譜、氣相色譜與質譜聯用技術是目前用來檢測肉制品中PAHs 含量的標準方法，這些方法選擇性好、靈敏度高，但操作難度較高且檢測費用高昂，因此開發新型快速高效的檢測技術是很好的發展方向。此外，肉制品中部分PAHs 含量較少，有必要提高其痕量分析檢測水平，以確保肉制品的安全性。