低共熔溶劑在食品分析中的應(yīng)用

◎ 鄭鴻濤，柯堅(jiān)燦，劉子雄，謝國(guó)丹，董 海

（中山市食品藥品檢驗(yàn)所，廣東 中山 528437）

食品一般由水、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、纖維素和礦物質(zhì)等多種化合物構(gòu)成，是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。食品安全關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，與人們的生活息息相關(guān)，把好食品安全關(guān)，檢測(cè)分析是關(guān)鍵。由于食品基質(zhì)復(fù)雜，有毒有害污染物含量相對(duì)較小，針對(duì)痕量物質(zhì)很難直接分析，通常需經(jīng)蒸餾、萃取、抽提、濃縮等一系列提純和凈化處理后，才能進(jìn)行有效分析。傳統(tǒng)的處理方法通常需要消耗大量有毒有害的有機(jī)溶劑，過程煩瑣冗雜，既污染環(huán)境又易對(duì)分析工作者身體造成二次傷害。鑒于此，尋找綠色高效的溶劑替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑成為分析工作者一個(gè)新的研究方向。2003年英國(guó)萊斯特大學(xué)ABBOTT 教授等[1]首次報(bào)道用氯化膽堿和尿素以1 ∶2 的摩爾比合成一種新的混合溶劑，因其熔點(diǎn)（12 ℃）遠(yuǎn)低于兩種合成原材料的熔點(diǎn)（302 ℃和113 ℃）而被定義為低共熔溶劑（Deep Eutectic Solvent，DES），這種由氫鍵供體和氫鍵受體組成的混合物在氫鍵的相互作用下，其熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于任一單體的熔點(diǎn)。

不同的氫鍵供體與受體可合成不同的DES，根據(jù)陰離子和陽離子的類型，目前已報(bào)道的DES 大致可分為季銨鹽與金屬鹽、季銨鹽與含水金屬鹽、季銨鹽與氫鍵供體、金屬氯化物水合物與氫鍵供體、有機(jī)酚類與有機(jī)醇類5 種類型，如表1 所示。其中Ⅴ類，即由有機(jī)酚類與有機(jī)醇類合成的混合溶劑是ABRANCHES等[2]提出的又一類新的DES，這類DES 不含金屬陽離子和鹵素陰離子，是對(duì)ABBOT 提出的DES 的一種補(bǔ)充，使DES 的應(yīng)用得到了進(jìn)一步拓展。DES 因可設(shè)計(jì)、可組合而具備多樣性的特點(diǎn)，種類繁多，理論上DES 有1.0×106種[3]，其中第Ⅲ類在食品分析中應(yīng)用最多，主要應(yīng)用于萃取食品中的有毒有害物質(zhì)。

表1 DES 的種類表

DES 的制備方法比較簡(jiǎn)單，通常有直接加熱法、研磨法、真空蒸發(fā)法、冷凍干燥法等，其中直接加熱法是最簡(jiǎn)單的一種制備方法，制備時(shí)只需按一定摩爾比例稱取氫鍵受體和氫鍵給體所需試劑于雞心瓶中，如制備摩爾比為1 ∶2 的氯化膽堿-尿素合成的DES，可分別稱取氯化膽堿139.92 g 和尿素120.12 g，稱樣量可根據(jù)需求同比例縮小或放大，并置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上（常壓下，80 ℃）水浴旋轉(zhuǎn)攪拌至澄清透明均一液體后，冷卻至室溫再轉(zhuǎn)移至棕色玻璃試劑瓶貯存即可。DES 在使用過程中因比傳統(tǒng)有機(jī)溶劑使用量少，且本身具有可生物降解等特點(diǎn)，可大大降低環(huán)境污染，減少對(duì)分析工作者的傷害，是繼水、超臨界液體、離子液體、生物質(zhì)溶劑后又一綠色溶劑，在食品分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 DES 在檢測(cè)合成色素預(yù)處理方法上的應(yīng)用

食用色素一般可分為人工合成色素和天然色素，因人工合成色素價(jià)格較天然色素低，增色效果又比天然色素強(qiáng)，作為增色劑被廣泛添加到各類食品中，然而這些人工合成色素多為偶氮類化合物，多數(shù)具有致癌、致畸作用，如果長(zhǎng)期過量攝入，易對(duì)人體造成傷害[4]。因此，必須采用科學(xué)有效的檢測(cè)手段對(duì)食品添加合成色素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止超標(biāo)超量使用。隨著綠色化學(xué)發(fā)展，研究學(xué)者對(duì)方法的綠色度關(guān)注日益增強(qiáng)。周佳等[5]將四丁基氯化銨和辛酸以摩爾比為1 ∶2 合成的一類DES，成功提取和富集到飲料和配制酒中11 種人工合成色素，采用高效液相色譜DAD 檢測(cè)分析。方法與現(xiàn)行測(cè)定合成色素的國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行比較，具有耗時(shí)更短、消耗有機(jī)試劑更少、成本更低、可同時(shí)檢測(cè)色素?cái)?shù)量較國(guó)標(biāo)方法更多的優(yōu)勢(shì)。另有文獻(xiàn)[6]報(bào)道采用四丁基氯化銨∶辛酸以1 ∶2 摩爾比合成的DES 萃取不同飲料中檸檬黃等8 種常見的合成色素，結(jié)合高效液相色譜可同時(shí)快速測(cè)定，得到準(zhǔn)確度高、精密度高、線性寬、回歸方程系數(shù)高的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。KANBEROGLU 等[7]將氯化膽堿-苯酚以摩爾比為1 ∶4 合成DES，輔以超聲提取，結(jié)合高效液相色譜法成功應(yīng)用于糖漿和水樣中專利藍(lán)V 的檢測(cè)。不同組合的DES 可針對(duì)性對(duì)各種色素進(jìn)行快速富集和萃取，較傳統(tǒng)的萃取方法更高效、更綠色，在合成色素分析領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 DES 在檢測(cè)重金屬預(yù)處理方法上的應(yīng)用

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，空氣、水體、土壤受重金屬污染越來越嚴(yán)重，大大增加了食品受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，亟需提高食品中重金屬的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的重金屬檢測(cè)方法通常需先酸化消解，效率低下，既污染環(huán)境又易對(duì)分析工作者的身心健康造成傷害。探索綠色高效的重金屬檢測(cè)方法是廣大科技工作者努力的方向。KARIMI 等[8]用氯化膽堿-尿素合成的DES 和2%硝酸經(jīng)渦旋振蕩提取，再經(jīng)高速離心后收集DES 相，從食用植物油中成功萃取富集到鉛和鎘兩種重金屬元素供電熱原子吸收光譜分析。兩種目標(biāo)金屬元素在不同加標(biāo)濃度下的回收率為95.3%～104.9%，方法準(zhǔn)確高效，綠色環(huán)保。另外，ABDUL 等[9]采用氯化膽堿-苯酚、三辛基氯化銨-癸酸、四丁基氯化銨-癸酸3 種不同組合制備的DES，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氯化膽堿-苯酚在摩爾比為1 ∶3 組合成的DES 萃取效率最高，將其確定為樣品中硒與3,3’-二氨基聯(lián)苯胺疏水螯合的萃取劑，萃取樣品中的硒元素，通過電熱原子吸收光譜儀測(cè)定DES 富集到的硒元素，方法準(zhǔn)確高效，并被成功應(yīng)用于牛奶、果汁、魚、雞蛋等多種實(shí)際樣品的測(cè)定。更多的DES 在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例如表2所示。由表2 不難發(fā)現(xiàn)DES 通過簡(jiǎn)單的樣品前處理步驟可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜食品基質(zhì)中重金屬元素的富集和提取，在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域具有重要的實(shí)用意義。

表2 DES 在食品重金屬檢測(cè)分析中的部分應(yīng)用實(shí)例表

3 DES 在檢測(cè)非法添加藥物上的應(yīng)用

從蘇丹紅“紅心蛋”事件、粉絲“吊白塊”事件、多寶魚“磕藥”風(fēng)波、“廋肉精”中毒事件、三聚氰胺毒奶粉事件等多起食品安全事件頻發(fā)以來，三聚氰胺、蘇丹紅、吊白塊、瘦肉精等化工原料正逐漸被人們所熟悉。這類化工原料雖然也具有增稠、增色、漂白等功能，但與食品添加劑本質(zhì)上是有區(qū)別的，不宜食用，但由于價(jià)格低廉，存在部分不法生產(chǎn)商在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，置消費(fèi)者身心健康于不顧，用三聚氰胺、蘇丹紅、吊白塊這些具有增稠、增色、漂白功能的化工原料代替食品添加劑非法添加到各類食品中，以牟取暴利。針對(duì)食品中非法添加藥物的檢測(cè)，傳統(tǒng)分析方法普遍存在效率不高，消耗傳統(tǒng)有機(jī)溶劑大等缺陷，眾多專家學(xué)者潛心研究，努力尋找綠色環(huán)保高效的檢測(cè)方法。袁琳等[16]發(fā)現(xiàn)了一種基于DES 漩渦輔助分散液-液微萃取技術(shù)與高效液相色譜聯(lián)用測(cè)定食品中非法添加蘇丹紅類化工染料的方法。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)辛酸-己醇（摩爾比為1 ∶1）所合成的DES 對(duì)蘇丹紅的萃取效果最佳，以番茄醬、甜辣醬、西瓜味芬達(dá)飲料在加標(biāo)濃度下對(duì)蘇丹紅進(jìn)行測(cè)定，得到滿意的加標(biāo)回收率，方法具有較好的重現(xiàn)性，可應(yīng)用于食品樣品中蘇丹紅的檢測(cè)。另有文獻(xiàn)[17]報(bào)道，用氯化膽堿和乙二醇合成的DES 可快速富集萃取到調(diào)味油中酸性橙Ⅱ、堿性橙21 和堿性橙22 等3 種工業(yè)染料，經(jīng)超高效液相檢測(cè)，3 種目標(biāo)化合物在6 min 內(nèi)可得到有效分離，既高效又準(zhǔn)確。DES 在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域中，隨著研究的深入可為市場(chǎng)監(jiān)管部門打擊食品非法添加違法行為提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，在分析食品非法添加藥物方面具有良好的應(yīng)用前景。

4 DES 在萃取富集農(nóng)藥獸藥殘留方面的應(yīng)用

農(nóng)藥、獸藥殘留主要是因?yàn)檗r(nóng)藥、獸藥的濫用或使用不當(dāng)而在食品或動(dòng)物機(jī)體中殘留下來，因其易對(duì)人們的飲食健康造成危害，必須加強(qiáng)對(duì)農(nóng)藥獸藥殘留監(jiān)測(cè)工作。最有效的方法就是加強(qiáng)對(duì)食品中農(nóng)藥獸藥殘留的檢測(cè)，但這類藥物殘留量相對(duì)較少，難以直接被檢測(cè)到。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法通常需先用大量有機(jī)溶劑對(duì)其進(jìn)行富集、萃取和濃縮，過程煩瑣復(fù)雜，效率低下，已逐漸被綠色環(huán)保的現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)所替代。DES作為一種新型的綠色溶劑，結(jié)合多種萃取技術(shù)在藥物殘留分析中應(yīng)用廣泛。王素利等[18]用摩爾比為1 ∶2的氯化膽堿-乙二醇合成的DES，結(jié)合高效液相色譜法，成功開發(fā)出快速測(cè)定食用油中的4 種新煙堿類殺蟲劑的檢測(cè)方法。鄭書展等[19]采用氯化膽堿和苯酚合成的DES 作為萃取劑，成功萃取馬肉中10 種非甾體抗炎藥，供超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定分析，得到高回收、高精度和良好線性及較寬的線性范圍的方法學(xué)數(shù)據(jù)，說明該方法可滿足動(dòng)物源性食品質(zhì)量監(jiān)測(cè)需求，為DES 在獸藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用提供了新的思路。

劉子雄等[20]曾以摩爾比為1 ∶4 的氯化膽堿-丙三醇合成的DES，在含水量為90%、含甲酸為0.1%的條件下采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法分析，四環(huán)素、土霉素、金霉素和強(qiáng)力霉素4 種藥物均得到較好的分離。用所建方法從市售的13 批水產(chǎn)品中篩檢出1 批蝦肉含有土霉素和強(qiáng)力霉素，分別為64.8 μg·kg-1、25.4 μg·kg-1，同時(shí)用1 批質(zhì)控樣品以及1 批國(guó)際能力驗(yàn)證樣品加以驗(yàn)證，均得到滿意結(jié)果，充分證明該方法在分析四環(huán)素類藥物殘留的可行性。更多的DES 在農(nóng)藥獸藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例如表3 所示，由此可見DES 在檢測(cè)分析農(nóng)藥殘留、藥物殘留方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

表3 DES 在食品農(nóng)藥獸藥殘留檢測(cè)分析中的部分應(yīng)用實(shí)例表

5 結(jié)語

DES 作為一類新型的綠色溶劑，在萃取分離目標(biāo)化合物上所展現(xiàn)出來的優(yōu)越性，已引起眾多研究學(xué)者廣泛關(guān)注。DES 因具有綠色化學(xué)的特點(diǎn)、優(yōu)良的富集與分離性能，相比于其他萃取劑更具優(yōu)勢(shì)，在食品前處理-萃取分離中正扮演著越來越重要的角色。相信隨著研究的深入，DES 在食品分析領(lǐng)域必將展現(xiàn)出更廣闊的應(yīng)用前景。