熱加工肉制品中多環(huán)芳烴的檢測技術(shù)研究進(jìn)展

林菊，馬陽陽，黃昊龍，趙莉君，朱瑤迪，祝超智，李苗云，趙改名

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州，450002)

多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)為煤、石油、木材和煙草以及高分子化合物等中的有機(jī)物不完全燃燒或在還原性條件下經(jīng)熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠衔铮瑢Νh(huán)境和人類健康帶來嚴(yán)重的危害[1]，得到了世界各國的共同關(guān)注。PAHs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是分子中含有2個或2個以上苯環(huán)，可分為芳香稠環(huán)型和芳香非稠環(huán)型兩類[2]，廣泛存在環(huán)境、食品和生物體中。肉制品是人類日常飲食的重要組成部分，然而，肉制品在加工過程中常伴隨有毒、有害物質(zhì)的產(chǎn)生，其中最典型的有害物如PAHs，肉制品在熱加工過程中，尤其是燒烤、煙熏、油炸等熱加工肉制品中檢測出PAHs類致癌物含量較多[3]，由PAHs引起的食品安全問題屢見不鮮，嚴(yán)重危害人類健康。研究結(jié)果表明，肉制品中的組分如蛋白質(zhì)、脂類物質(zhì)的裂解以及糖類物質(zhì)的不完全燃燒均會導(dǎo)致PAHs等有害物質(zhì)的生成[4]。另外，不同的加工方式、熱加工溫度、肉制品中的脂肪類型及含量等也會影響PAHs的生成[5]。因此，研究肉制品中PAHs的生成過程以及其控制措施，對提升食品安全、保障國民健康具有重要的意義。

目前國內(nèi)外對食品中PAHs的檢測做了大量研究，把PAHs列為食品安全監(jiān)測的重點(diǎn)對象[6]。然而，食品本身基質(zhì)復(fù)雜，組分多且含量高，對目標(biāo)物PAHs的檢測存在較大干擾；選擇合適的前處理方法和檢測方法，排除干擾，對食品中PAHs檢測分析尤為關(guān)鍵[7]。因此，快速、便捷、高效的樣品前處理方法是建立準(zhǔn)確、可靠的PAHs分析方法的基礎(chǔ)。本文首先對PAHs的性質(zhì)、危害進(jìn)行簡要介紹，主要對熱加工食品中PAHs的前處理和檢測方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)、評述，為開發(fā)出更加快捷、靈敏、高效的PAHs新型檢測技術(shù)提供參考。

1 PAHs的危害與種類

1.1 PAHs毒性

世界衛(wèi)生組織分支部門——國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer, IARC)發(fā)布調(diào)查報告，將加工肉制品列為“Ⅰ類”人類致癌物，其中最典型的有害物包括PAHs等[8]。PAHs具有“三致效應(yīng)”：強(qiáng)致畸、致癌和致突變性，能夠引起生物體多個器官部位的腫瘤和癌變[9-10]。研究發(fā)現(xiàn)，非基因毒性疾病與2型糖尿病有可能由PAHs引發(fā)[11-13]。小鼠生殖能力會被B(a)P等PAHs損害，推測PAHs很可能對人體有生殖毒性[14-15]。

1.2 PAHs種類

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)有200多種PAHs，食品中常見的有20種左右。在PAHs 類化合物中，3, 4-苯并芘，簡稱苯并(a)芘[B(a)P]，其致癌性強(qiáng)、分布范圍廣，占全部致癌性PAHs的1%～20%，且性質(zhì)穩(wěn)定，與其他PAHs有一定的相關(guān)性，常被作為食品中PAHs檢測的特征化合物[16-17]。由于食品內(nèi)部成分復(fù)雜多樣，PAHs相關(guān)毒理學(xué)尚處于研究階段，美國環(huán)境保護(hù)局(Environmental Protection Agency, EPA)總結(jié)出16種PAHs，依據(jù)其強(qiáng)致癌、致突變的能力，作為監(jiān)測的重點(diǎn)指標(biāo)，簡稱EPA16[18]，16種PAHs的具體名稱及致癌、致突變性如表1所示。隨后，歐盟食品安全局(European Food Safety Authority, EFSA)提出PAH4、PAH8的概念，即分別測定16種PAHs中的4種[B(a)P、Chr、B(a)A和B(b)F]的含量，PAH8[PAH4、B(k)F、BghiP、DahA、InP]的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為PAH4和PAH8是判定肉制品中PAHs含量最合適的指標(biāo)[19]。并且歐盟(European Union, EU)對不同食品中的B(a)P和PAH4作出最大限值規(guī)定，對煙熏肉和煙熏肉制品中B(a)P含量限量規(guī)定為2 μg/kg，PAH4的最大殘留量為12 μg/kg[20]。我國食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中對熏燒烤肉及肉制品中的苯并(a)芘限量規(guī)定為5.0 μg/kg[21]。

表1 EPA16毒性Table 1 Toxicity of EPA16

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 前處理方法

食品中PAHs的含量一般較低，且食品本身基質(zhì)復(fù)雜，干擾較多，難以直接測定，必須經(jīng)過提取、凈化等前處理過程，提高PAHs的提取效率。研究表明提取方法、試劑的選擇、凈化的程度等提取技術(shù)的差異對于檢測結(jié)果的差異非常顯著，因此，提取效率高、分離效果好的前處理方法對下一步PAHs含量分析至關(guān)重要。傳統(tǒng)的樣品前處理方法如液液萃取、索氏提取法等，操作繁瑣，費(fèi)時費(fèi)力，且提取效率相對較低[22-23]。近年來，新興樣品前處理技術(shù)如超聲波提取、加速溶劑萃取、微波輔助萃取、固相萃取技術(shù)、固相微萃取技術(shù)、凝膠滲透色譜法、QuEChERS等因簡便、快捷、高效，可以與多種分離技術(shù)連用等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展迅速。

2.1.1 超聲波提取

超聲波提取是利用超聲波輻射樣品，產(chǎn)生的強(qiáng)烈機(jī)械振動使分子做無規(guī)則運(yùn)動的速率加快，目標(biāo)成分溶解到溶劑中，實現(xiàn)快速提取。潘峰等[24]采用超聲波提取PAHs，發(fā)現(xiàn)PAHs總量與提取時間在一定階段內(nèi)成反比，由于超聲空化效應(yīng)，使萘、苊等小分子質(zhì)量PAHs被攻擊逸出，而未檢出。陽文武等[25]通過超聲提取，采用高效液相色譜-熒光檢測法同時測定烤肉中15種PAHs，結(jié)果顯示PAHs的線性關(guān)系良好，平均回收率為71.1%～98.8%，檢出限(limit of detection, LOD)為0.33～3.30 μg/kg，定量限(limit of quantitation, LOQ)為1.0～10.0 μg/kg。超聲波提取效率較好，但在實際提取過程中可能產(chǎn)生空化效應(yīng)，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1.2 加速溶劑萃取

2.1.3 微波輔助萃取

微波輔助萃取(microwave-assisted extraction, MAE)主要是利用微波能輻射加熱的特性，根據(jù)萃取物料內(nèi)部對不同微波的熱敏感性不同，使被萃取物質(zhì)通過加熱分離出來的過程；該法僅適用于微波條件下不易降解的組分。PURCARO等[28]采用MAE，結(jié)合反相高效液相色譜和熒光光譜優(yōu)化了煙熏肉中PAHs的測定，與超聲輔助萃取相比，提取率更高。將優(yōu)化后的技術(shù)用于意大利市場不同煙熏肉制品中PAHs的含量測定，回收率可達(dá)77%～103%。GHASEMZADEH等[29]采用MAE和分散液-液微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜的方法，對熏魚中16種PAHs進(jìn)行了提取和定量。結(jié)果顯示，檢出限在0.11～0.43 ng/g，回收率為82.1%～105.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.8%～9%，重復(fù)性較好。

2.1.4 固相萃取技術(shù)

第二種情況是對正當(dāng)利益的保護(hù)有名無實。2011年修訂的《非法金融機(jī)構(gòu)和非法金融業(yè)務(wù)活動取締辦法》第1條明確了其以“保護(hù)社會公眾利益”為目標(biāo)。從文義看，融資主體的正當(dāng)利益可以包括在社會公眾利益之內(nèi)，但因為該辦法主要是取締未經(jīng)監(jiān)管者批準(zhǔn)的非法金融機(jī)構(gòu)和非法金融業(yè)務(wù)活動，實際上是壓制融資自由，正當(dāng)利益保護(hù)名存實亡。

2.1.5 固相微萃取技術(shù)

固相微萃取技術(shù)(solid phase microextraction extraction, SPME)屬于非揮發(fā)性溶劑型選擇性萃取的方法，其根據(jù)相似相容原理，利用具有不同涂層的萃取頭，對樣品中的目標(biāo)分析物進(jìn)行萃取，能夠?qū)崿F(xiàn)集提取、富集、凈化、進(jìn)樣為一體的全過程。MA等[32]將共價有機(jī)骨架材料TpBD固定在不銹鋼線上為固相微萃取纖維用于SPME，并用GC-MS法檢測烤肉中16種PAHs，結(jié)果顯示，檢出限為0.02～1.66 ng/L，定量限為0.07～5.52 ng/L，回收率為85.1%～102.8%。康迪等[33]采用新型活性炭纖維作為SPME的萃取纖維與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測烤肉中的PAHs。結(jié)果表明，16種PAHs的線性范圍為1～1 000 μg/L，檢出限在0.1～50 μg/kg。SPME技術(shù)效率高且無需使用有機(jī)溶劑，同時可與儀器直接聯(lián)用，因此得到廣泛的應(yīng)用。但是目前大多數(shù)萃取涂層材料價格昂貴，且選擇性較差，開發(fā)高選擇性、高穩(wěn)定性的涂層材料對SPME技術(shù)發(fā)展尤為關(guān)鍵。

2.1.6 凝膠滲透色譜法

凝膠滲透色譜法(gel permeation chromatography, GPC)主要是通過化學(xué)性質(zhì)相似但分子體積不同而進(jìn)行分離，即大分子物質(zhì)先流出，小分子后流出，可去除大分子物質(zhì)。且對于分子體積相差較大的物質(zhì)分離效果較好。LUCIA等[34]通過ASE提取，GPC純化，GC-MS檢測技術(shù)對藍(lán)貽貝、鮭魚魚片、魚油和魚飼料中24種PAHs進(jìn)行定性與定量分析，結(jié)果顯示，小分子苊(Ace)、芴(Fl)、芘(Py)和苯并(a)蒽(BaA)的定量受到了限制，苯并(a)芘(BaP)的檢出限和定量限分別為1.7 pg/g和0.44 pg/g。該方法可用于海洋基質(zhì)中石油類化合物的定性鑒別。于徊萍等[35]利用GPC凈化，GC-MS分析食用油脂中16種PAHs，回收率在80.6%～106.7%，檢出限為0.11～1.1 μg/kg。

2.1.7 QuEChERS

不同的前處理方法，優(yōu)缺點(diǎn)不一，同時對PAHs提取效率和分析檢測結(jié)果都可能造成不同程度的影響，不同前處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。針對不同樣品特性，選擇最適合的樣品前處理方法，可以提高提取效率，從而保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

表2 多環(huán)芳烴前處理方法比較Table 2 Comparison of pretreatment methods for PAHs

2.2 檢測方法

PAHs的檢測分析方法較多，主要涉及高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、毛細(xì)管電泳法、酶聯(lián)免疫法、表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)等。

2.2.1 高效液相色譜法

GB 5009.265—2016中明確指出，高效液相色譜法是測定食品中PAHs的第一種方法。王春蕾等[40]通過在線固相萃取/高效液相色譜-紫外/熒光(Online-SPE/HPLC-UV/FLD)檢測方法，對熏烤魚和熏烤肉制品中15種PAHs進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，標(biāo)曲線性良好，熏烤魚的回收率為67.4%～107.2%，熏烤肉制品的回收率為71.8%～110.5%。KHOSROWSHAHI等[41]利用一種由向日葵莖和石墨化氮化碳納米片組成的綠色生物復(fù)合材料為固相萃取吸附劑，采用高效液相色譜結(jié)合紫外檢測，最佳條件下5種PAHs的檢出限和定量限分別可達(dá)0.4～32 ng/g和1.2～95 ng/g。另外，該方法也可應(yīng)用于烤肉等PAHs的測定。HPLC檢測存在分析時間長、基線易漂移等缺陷，今后發(fā)展關(guān)鍵在于提高其檢測效率和結(jié)果準(zhǔn)確性。

2.2.2 氣相色譜-質(zhì)譜法

氣相色譜-質(zhì)譜法是國家標(biāo)準(zhǔn)第二法，具有高分辨性和高靈敏度的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于PAHs檢測分析中。劉笑笑等[42]比較中性氧化鋁柱、HLB小柱、分子印跡技術(shù)、GPC凝膠色譜凈化技術(shù)、QuEChERS法5種不同萃取凈化法結(jié)合氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測烤肉中14種PAHs含量的效果，結(jié)果表明，分子印跡柱穩(wěn)定性更好，成本更低，更適用于烤肉中14種PAHs殘留的檢測，分子印跡柱和GPC方法在烤肉制品中平均回收率為80%～100%。周華等[43]建立了一種快速、高效、準(zhǔn)確的SPE聯(lián)合GC-MS，測定煙熏、烘烤食品中16種PAHs，檢出限0.03～0.10 μg/kg，定量限0.10～0.30 μg/kg。WICKRAMA等[44]采用高分辨率GC-MS測定了3種金槍魚組織中鹵代多環(huán)芳烴的含量，這是第一次在生物樣品中發(fā)現(xiàn)大量的鹵代多環(huán)芳烴，HPAHs可能對食用金槍魚的消費(fèi)者健康產(chǎn)生不利影響。GC-MS是目前分析復(fù)雜組分最有效的檢測方法之一。是目前最常用的檢測易揮發(fā)和半揮發(fā)性有機(jī)物的方法，可同時進(jìn)行定性和定量分析。

2.2.3 毛細(xì)管電泳法

毛細(xì)管電泳法(capillary electrophoresis, CE)是一類以毛細(xì)管為分離通道、以高壓直流電場為驅(qū)動力的新型液相分離分析技術(shù)，主要依據(jù)樣品中各組分之間淌度和分配行為的差異來實現(xiàn)分離。CE是色譜和電泳相結(jié)合的分離分析技術(shù)。潘紅等[45]建立了3種CE分析烤肉中PAHs，實驗表明，膠束電動色譜-場放大樣品堆積法檢出限較低，能夠應(yīng)用于烤肉中多種痕量PAHs的快速富集和檢測。FEREY等[46]優(yōu)化了環(huán)糊精修飾的毛細(xì)管區(qū)帶電泳分離方法，首次在CE中實現(xiàn)所有19種PAHs的完全分離，分析時間<18 min；優(yōu)化后的CE可用于植物油等復(fù)雜基質(zhì)的樣品中PAHs的檢測分析。

2.2.4 酶聯(lián)免疫分析法

酶聯(lián)免疫分析法主要是利用樣品中抗原與抗體的可逆性結(jié)合這一特性，通過調(diào)控反應(yīng)過程實現(xiàn)檢測目的。KNOPP等[47]研究了ELISA直接測定樣品PAHs的結(jié)果可行性，并在精確度和結(jié)果可靠性方面與HPLC進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，ELISA的選擇性和靈敏度要顯著優(yōu)于HPLC，極大程度縮短了測定時間。BARCELO等[48]采用ELISA測定水中的PAHs，回收率為70%～95%。ELISA基于的原理是抗體的特異性，一般只適用于單一PAHs的檢測，開發(fā)具有相對普適性，提高檢測通量是ELISA技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

2.2.5 拉曼光譜技術(shù)

隨著納米技術(shù)和表征技術(shù)的發(fā)展，以拉曼光譜為基礎(chǔ)發(fā)展起來的表面增強(qiáng)拉曼光譜(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)以超高的靈敏度在分析檢測領(lǐng)域引起人們廣泛的關(guān)注。肖旺等[49]利用硫醇修飾的銀納米點(diǎn)陣列作為SERS活性基底，SERS結(jié)合分子印跡技術(shù)快速檢測食用油中的苯并(a)芘，檢出限達(dá)5.0 ng/mL，回收率在93%～100%。王炬勇等[50]以銀納米粒子為SERS基底，結(jié)合液液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)與流動注射分析(flow injection analysis, FIA)技術(shù)，發(fā)展了LLE-SERS與FIA-SERS兩種檢測方法，最終研發(fā)了一套船載式PAHs檢測儀，為PAHs的現(xiàn)場檢測提供了新的技術(shù)。

食品種類多樣，組成成分以及加工工藝的不同都可能會增加PAHs的檢測難度。因此，在實際檢測過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測需要，結(jié)合檢測方法的技術(shù)特點(diǎn)及待檢樣本的特性進(jìn)行選擇。不同檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表3。

表3 多環(huán)芳烴檢測技術(shù)方法比較Table 3 Comparison of polycyclic aromatic hydrocarbon detection techniques

3 總結(jié)

隨著科技的發(fā)展，多學(xué)科、多領(lǐng)域的新技術(shù)逐漸應(yīng)用于PAHs檢測分析，如何在國際上建立并統(tǒng)一高效、快速、可靠的PAHs在線分析檢測技術(shù)是目前亟需研究和完成的熱點(diǎn)。PAHs檢測技術(shù)發(fā)展方向主要涉及簡化樣品前處理以及改進(jìn)儀器，提高檢測效率和準(zhǔn)確度。近年來，樣品前處理技術(shù)發(fā)展迅速，其核心在于萃取材料的制備與選擇，新型的吸附材料如磁納米粒子、分子印跡聚合物、金屬有機(jī)框架化合物、碳納米管等受到極大關(guān)注。選擇性高、穩(wěn)定性好的吸附材料對前處理具有決定性作用。

中國是肉類生產(chǎn)和消費(fèi)大國，人們對安全健康食品的追求逐年上升，食品安全越來越受到廣泛關(guān)注。聯(lián)合多種先進(jìn)新技術(shù)，構(gòu)建在線富集、凈化、檢測等一體化分析技術(shù)，實現(xiàn)PAHs檢測分析的高靈敏度、高通量、便攜化、智能化是未來技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。