食品中多環芳烴檢測方法的研究進展

秦正波， 汪橋林， 王 林， 王 晨， 楊新艷， 鄭賢鋒， 崔執鳳

(安徽師范大學 物理與電子信息學院 光電材料科學與技術安徽省重點實驗室，安徽 蕪湖 241000)

多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是指含有兩個(含兩個)以上苯環的芳烴[1]，是一類具有毒性的環境污染物和食品加工污染物，是最先被發現的有“致畸、致癌、致突變”效應的持久型有機污染物之一。其中含有4～6 個苯環的多環芳烴是最常見的容易致癌的化合物[2]。PAHs主要來源于有機物的熱解或不完全燃燒[3]，由人為產生和自然環境產生，自然源主要來自陸地、水生植物和微生物的生物合成過程，另外天然火災及火山的噴發物和從化石燃料、木質素還有底泥中也會產生多環芳烴；人為源主要是由各種礦物燃料(如煤、石油和天然氣等)、木材、紙以及其他含碳氫化合物的不完全燃燒或在還原條件下熱解形成的[4]。而食品中的多環芳烴污染物來源于環境和食品加工過程的污染。食品的加工過程被認為是食品中PAHs的主要來源，其加工過程包括烘干、煙熏、烹調等[5]。

1976年美國環境保護(Environmental Protection Agency，EPA)根據環境中存在的PAHs致癌性和種類優先監測了16個PAHs，分別是Ant、Flt、Pyr、BaA、Chr、NaP、Anl、Ane、Flu、Phen、BbF、BkF、BaP、InP、DahA、BghiP，簡稱EPA16[6]。食品中致癌物質PAHs發生的標志物苯并(a)芘(benzo(a)pyrene，BaP)是歐盟食品安全局(European Food Safety Authority，EFSA)于2002年所規定[7]。我國現行的GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》也把BaP作為食品中PAHs發生的致癌標志物就是依據于此[8]。六年后EFSA表示食品中PAHs出現的標識物BaP不再是一個合適的代表。隨后引用了3種新的標識物，分別是PAH2(Chr、BaP)、PAH4(PAH2、BbF、BaA)、PAH8(PAH4、BghiP、BkF、InP和DahA)[9]。并且提出了不同于EPA16的16種食品中的PAHs，簡稱EFSA16(BbF、BaA、Chr、InP、DahA、BkF、BaP、BghiP、BjK、DBahP、CPP、DBaeP、DBaiP、5-MeCh、DBalP和BcF)[10]。在檢測方面，我國同歐盟對食品中的PAH4和BaP做了各自的最大限值規定，限量值見表1[8, 11-12]。表中加入了暫未實行的GB 2762—XXXX《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(征求意見稿)[11]，征求意見稿的發布日期是2020年8月31日。從表1中不難發現，與現行版本比，目前的征求意見稿僅僅修改了谷物及其制品中BaP限量要求，尚未建立較為完整的食品中BaP含量評價標準。相比于國際上對食品中PAHs的研究和日益完善的評價標準，我國還處于停滯狀態，國內目前對食品中PAHs的危害性評價還處于依據單一的BaP作為標識物[13]。無論是檢測的食品種類，還是檢測標識物以及標識物的限量要求都同歐盟有所差距。究其原因是社會對食品中PAHs的危害意識不夠，缺乏重視，致使相關的檢測研究相較于歐美國家較為滯后，有所空缺。因此，為了更好的保障食品安全，嚴格控制PAHs在食品中的含量，建立完善的評價標準，發展和探索更為精確實用的檢測手段就顯得十分有意義。因此，本文對目前的檢測方法及其檢測限等內容做了探討。

表1 食品中PAH4和BaP最大限值的國內外比對[8, 11-12]

1 食品中多環芳烴的提取

食品一般由脂肪類化合物、芳香烴、有機酸和水等成分構成，多環芳烴是非極性物質，能使用石油醚、醇類、氯仿、苯、丙酮等有機溶劑進行提取。目前PAHs的主要提取方法有索氏提取法、超聲波提取法、超臨界流體萃取法、微波輔助萃取等。

1.1 索氏提取法

索氏提取法是一種傳統提取方法。樣品使用的種類多，樣品的提取量大，需要純化。其最大的優點是回收提取的效率較高。缺點是通常需要連續提取，耗時長，并且溶劑的使用量大，需要嚴格控制溫度，使用大量有毒的有機溶劑[14]。因此，索氏提取法通常用于其它方法提取效果的評價參考，是因其耗時長，提取效率相對比較高等特點[15-16]。

1.2 超聲波提取法

超聲波提取法的原理是利用超聲波產生的強烈振動和高加速度等效應加速提取物進入萃取溶劑的方法。對于提取結構不穩定的化合物，其結構可能會被超聲波破壞，用此方法是不恰當的[17]。采用超聲波提取方法操作簡單，提取速度快，溶劑使用量少，且具有較高的回收率。加之PAHs結構比較穩定，所以食品中多環芳烴的提取采用超聲波提取法較為常見[18-19]。雖然超聲波常常用于廢水中污染物質的降解[20]，但是對于多環芳烴這一類相對穩定的化合物其影響可以忽略。

1.3 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法(supercritical fluid extraction，SFE)是指利用超臨界流體高擴散性和良好的溶解能力來實現對實際樣品中目標化合物的萃取分離，具有操作簡單，回收率相對較高，提取速度快等特點[21]。并且能夠聯用各種當代分析儀器，如高效液相色譜、氣相色譜、氣相色譜-質譜等[22-23]。

1.4 微波輔助萃取法

微波輔助萃取法是指用微波對樣品進行加熱,其加熱一些極性溶劑的方法是利用極性分子可迅速吸收微波能量的特點。此方法可以對萃取物質的不同組分進行選擇性加熱，選擇性好，速度快。常用于分析土壤中的有機污染物[24-25]。

對于提取到的試樣，一般需要根據PAHs具有的脂溶性和芳香性等特點進行濃縮或純化。因為一定量的非芳烴雜質會不可避免的存在于用有機溶劑提取的PAHs物質中，這對定量檢測PAHs會帶來一定的干擾。這里不在贅述純化方法。

2 食品中PAHs的檢測

提取和純化后得到的試樣，需要借助一些專業儀器進行分析。目前，測定食品中多環芳烴含量的方法主要有高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)法、氣相色譜-質譜(gas chromatography mass spectrometry，GC-MS)法以及氣相色譜(gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID)法等。通過調研國內對食品中多環芳烴的檢測，自2018年以來，部分研究者們用HPLC法和GC-MS法測定PAH4的定量限和檢出限見表2。

表2 GC-MS法和HPLC法測定PAH4的檢出限、定量限和平均回收率

從表2我們可以看出，在烤肉的PAH4的測定中，HPLC和GC-MS的檢測效果相差不大，有的化合物(苯并(b)熒蒽(BbF))GC-MS法的效果較優于HPLC，但是總體上HPLC稍好一些。但在植物油的PAH4檢測中，HPLC法檢出限和定量限分別為(0.05～0.1)μg/kg和(0.17～0.33)μg/kg，GC-MS法檢出限和定量限分別為(0.21～0.52)μg/kg和(0.70～1.74)μg/kg，GC-MS法比HPLC法高了近一個數量級。顯然，在測定植物油中PAH4時HPLC-FLD法的靈敏度優于GC-MS法。從三個加標(5.0、10.0、20.0μg/kg)下的平均回收率來看，兩種方法的準確度均滿足分析的要求。康翠欣[31]等人用以上兩種方法測定食用油中的PAH4含量也得到了上述結論。下面分別對兩種常用方法進行介紹。

2.1 高效液相色譜法

高效液相色譜法是PAHs的常規檢測方法。王鐘等[19]建立了水果和蔬菜中15種歐盟優控多環芳烴(European priority controlled polycyclic aromatic hydrocarbons，EU-PAHs)時采用了高效液相色譜-熒光檢測技術的同時測定方法。利用超聲波輔助乙腈提取蔬菜和水果中的15種歐盟優控多環芳烴。用乙腈-水作流動相梯度洗脫，采用熒光檢測器進行測定，按照選定的色譜條件，15種EU-PAHs 在50min內達到基線分離，方法的精密度為4.2%～12.0%，方法回收率83.6%～97.2%。15種EU-PAHs 的線性范圍為0.2～8.0μg/kg，相關系數均大于0.999。

王溪等[33]采用裝有Bio-Beads S-X3填料的凝膠滲透色譜凈化分離柱，建立了生肉中歐盟優控15種多環芳烴的檢測方法。采用PAH C18反相鍵合固定相色譜柱分離，也采用水和乙腈進行梯度洗脫，高效液相色譜熒光檢測器檢測。結果表明15種多環芳烴在0.2～20.0ng/mL質量濃度范圍內[苯并(j)熒蒽：0.5～20.0ng/mL]線性良好(R>0.998)，該方法定量限為0.12～1.51μg/kg，檢出限為0.04～0.49μg/kg。分別添加3個水平混合標準溶液(0.5、2.0、10.0μg/kg)在雞肉、生魚肉、牛肉和豬肉4種基質中，平均回收率為61.0%～101.7%，相對標準偏差為0.4%～11.5%(n=6)。

綜上，高效液相色譜法無論是針對水果、蔬菜還是肉類都取得了良好的結果，滿足定量分析的要求。也是目前較為主流的檢測方法之一。

2.2 氣相色譜-質譜法、氣相色譜法

近年來色譜-質譜聯用技術日益完善，已經成為食品中PAHs檢測的常用方法。在某些國家，常規的多環芳烴檢測分析手段就是GC-MS法，在定性定量分析食品中PAHs中該方法已成為有效的手段之一。質譜法的優點就是可在多種有機化合物同時存在的情況下對其進行定性定量分析，尤其適合于多環芳烴分析。王國慶等人[26]通過檢測食用植物油中三十種多環芳烴建立了冷凍除脂-氣相色譜-串聯質譜的方法。選用6種氘標記PAHs為內標，樣品經乙腈-丙酮溶液于離心管中渦旋提取，以二氯甲烷復溶，氣相色譜-串聯質譜多反應監測方式進行檢測。結果表明，在相應質量濃度范圍內30種PAHs均有良好線性(R2>0.998)，檢出限為0.10～1.83μg/kg，定量限為0.35～6.11μg/kg，在5、20和50μg/kg添加水平下的回收率為67.77%～119.28%，相對標準偏差為1.18%～12.47%。用此方法對市售11類38個食用植物油樣品的檢測也取得了良好的效果。

毛婷等[34]建立了一種用氣相色譜-質譜法測定燒烤肉制品中15種歐盟優控多環芳烴的方法。對目標化合物使用氣相色譜-質譜法進行定量和定性檢測。用環己烷作溶劑，使用凝膠凈化萃取液去除大分子脂肪酸，進一步凈化是通過硅膠固相萃取柱，經環己烷洗脫。方法的檢出限為0.20～0.91μg/kg。對所有目標化合物，方法線性關系均良好(R>0.99)，日內精密度和日間精密度均小于10%。在10μg/kg和20μg/kg添加水平下，15種PAHs平均回收率為72.6%～96.9%。用此方法對市售的5個燒烤肉制品進行檢測，樣品中PAHs濃度為0.87～19.52μg/kg。

此外，食品中常見的檢測方法還有熒光光譜法、酶聯免疫分析方法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)以及氣相色譜-三重四極桿串聯質譜(GC-MS/MS)技術等。某些物質受可見光或紫外光照射激發后能發射出波長較長的光。即某些化學物質能從外界吸收并儲存能量(如光能、化學能等)從而到達激發態，當其從激發態落回基態時，剩余的能量以電磁輻射的形式放射(即發光)這便產生了熒光，也就是熒光光譜法的原理。熒光光譜法在食品分析中的應用已有報道[35-36]。但熒光光譜法常常與高效液相色譜聯用，用于測定土壤中的多環芳烴[37]，用于食品中PAHs檢測有快速、可靠等優點，但檢測限過高[38]。酶聯免疫分析方法雖然靈敏度較好，準確性較高；但是相對于GC-MS方法，后者的重現性較好，檢測更為穩定。近年來，ELISA更多的是用在食品中的農藥殘留等檢測上[39-40]。氣相色譜-三重四極桿串聯質譜技術常用于檢測農藥殘留[41-42]，在近年的文獻報道中該技術在檢測食品中的多環芳烴時取得了不錯的效果，邢燕等[43]測定方便面中十六種多環芳烴建立了固相萃取-氣相色譜-三重四極桿質譜法。在試驗濃度范圍內定量限在0.03～0.54μg/kg之間。許婷等[44]測定食用油中18種多環芳烴建立了同位素稀釋氣相色譜-三重四極桿串聯質譜的方法，線性范圍為1～200μg/kg時，該方法線性關系良好(R2=0.999)，檢出限為0.03～0.27μg/kg，定量限為0.10～0.89μg/kg。添加水平在5、10、50μg/kg時，前處理回收率為67.9%～100.8%，精密度(n=3)為0.5%～8.7%。說明氣相色譜-三重四極桿串聯質譜技術在檢測食品中的多環芳烴時效果良好。但該方法會受限于溫度的影響。

2.3 PAHs的檢測難點

綜上所述，食品中的PAHs的檢測難點主要集中在三個方面。首先是食品的種類繁多。食品中肉類、谷物、水果、油脂等食物，由于其物質屬性的不同，在使用檢測方法上就不能一概而論。表2我們類比了兩種不同的食品(烤肉和植物油)在幾種不同的PAHs檢測方法下的檢出限和定量限，顯而易見的是HPLC法在測定植物油中PAH4時的靈敏度遠優于GC-MS法。但HPLC-FLD也存在缺陷，某些多環芳烴不適用于熒光吸收，從而導致HPLC-FLD法只能夠測定有限種類的多環芳烴[45]。這也就是檢測難點的第二點，PAHs的種類也較多[10]，沒有一種方法能良好的應對所有的PAHs。再者是基質復雜，PAHs不易提取，誤差大。不同的檢測方法需要配合不同的前置提取方法才能發揮一個較好的效果，沒有一個較為統一的處理程序。在實際實驗中，盡管國標采用的是高效液相色譜法和氣相色譜-質譜法，其測量精度高，易于重現，相對穩定等優點十分有優勢，適合于多環芳烴分析。但是兩種方法的缺點體現在靈敏度受檢測儀器所限，樣品前期處理相對復雜，對基層進行便捷快速的檢測十分不利。因此，熒光光譜法、酶聯免疫分析法也就具有了一席之地，前者靈敏度高，所以受干擾因素也多，溶劑不純會帶入較大誤差。后者存在重現性和準確定量方面不及其他方法的問題。

3 總結

多環芳烴已成為世界各國共同關注的有機污染物，越來越多的人開始重視食品中PAHs的含量。為保障食品安全，對食品中PAHs含量的測定顯得非常重要。本文概述了食品中PAHs檢測的常見前處理方法，對比了我國同歐美國家關于食品中PAHs的含量限值、以及各種PAHs測定方法的優劣。PAHs較為穩定，結合各個提取方法的優缺點來看，超聲波提取法是當前行之有效的方法，具有操作簡單，回收相對較高等特點，其容易破壞物質結構的缺點又對PAHs的影響可忽略，也是當下比較常用的PAHs提取辦法。

在測定環節，盡管現有的檢測方法繁多，但又各自存在短板。需要根據不同測定目的和測定目標，選用適宜的檢測方法，這給檢測的高效、便捷帶來了阻礙。盡管高效液相色譜法和氣相色譜-質譜法是當下定性定量分析食品中PAHs的有力工具，但同時也存在短板，因此在沒有新方法面世之前，多種檢測手段互補，是較好的應對途徑。綜上，關于PAHs的檢測國內現有的研究還是較少，為我國建立較為權威的食品中PAHs限制標準及標識物帶來了困難。隨著人們對食品中PAHs更多的關注，發展和探尋新技術、建立新標準具有很大前景和實際意義。