多环芳烃(PAHs)是环境常见的污染物之一，其来源于有机物热解和不完全燃烧, 在空气、水、土壤中广泛分布。
由于食品产地环境受到污染, 致使PAHs在食品中存在,同时加工方式不同, 也会影响食品中PAHs的含量。
长期食用含有PAHs的食物对健康将产生潜在威胁[2-5]。
不同国家和地区, 烹饪方法和饮食习惯不同,从食品中摄入的PAHs量也不相同。
不同食品中含有不同种类和浓度的多环芳烃,其主要来源有以下3方面: (1)自然界天然存在的,如植物、细菌、藻类的内源性合成,使得森林、土壤、海洋沉积物中存在多环芳烃类化合物; (2)环境污染造成的,现代工业生产和其它许多方面要使用和产生多环芳烃类化合物;这些物质难免会有一些排放到食品的生产环境如水源、土壤、空气、海洋中,从而对食品造成污染,这是目前食品中多环芳烃最主要的来源;(3)食品加工和包装过程中产生的,如食品的烤、炸、熏制和包装材料、印刷油墨中多环芳烃污染,这也是食品中多环芳烃的重要来源。
目前,各类食品已检测出20余种PAHs,其中以熏烤类食品污染最严重:如熏肉吉有屈、苯并[b]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、1,2,5,6-二苯并蒽、茚[1,2,3-cd]并芘等PAHs。
王绪卿评价了14种熏烤肉中PAHs的污染水平,并在19份腊昧肉中全部测出屈、苯并[e]芘、苯并[k]荧蒽,其中9份样品苯并[a]芘量为0.34~27.56μg/kg。
另据报道,尼日利亚各种熏烤鱼中均含有PAHs。
比较了现代烤炉与传统烤炉熏烤物中13种PAHs含量,前PAHs<4.5μg/kg。
后者苯并[a]芘为0.2~4.1μg/kg(湿质量)。
食用植物油及其加热产物中均含有PAHs[6-7],而且加热后PAHs含量显著增加。
实验表明,食用植物油加温后B(a)P含量是加温前的2.33倍,1,2,5,6-二苯并蒽为4.17倍,而且油烟雾中其含量更高,厨房空气气态样品中PAHs种类与含量均大于颗粒物,说明厨房空气中PAHs可能主要是由于食品,特别是动植物蛋白以热油烹炸过程中形成。
近年来在各种酒样中也发现了PAHs,但这方面研究尚待深入,Moret等在所有白酒和啤酒中都检出苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、1,12-苯并苝、茚[1,2,3-cd]并芘以及芴、苯并a蒽、1,2,5,6-二苯并蒽,其PAHs总量<0.72μg/kg。
目前, 各种蔬菜亦受到不同程度PAHs污染, 其来源可能是根系吸收及叶面吸附。
国际癌症研究机构(IARC,1973)曾报道西红柿中苯并[a]芘为0.2pg/kg,王爱玲等测定白菜和西红柿中苯并[a]芘分别为1.310~12.316μg/kg和0.841~4.335μg/kg[8]。
在食品制作的过程中,有许多制作方法是不可取的, 例如油煎、油炸、烟熏、烧烤等。
因为脂肪高温状态下可裂解产生苯并[a]芘及其它衍生物,冰岛居民喜欢吃烟熏食品, 填埋的胃癌标化死亡率达125.5/10万(人数)。
有人做过实验:经过烟熏达数周之久的羊肉,苯并[a]芘的含量达23~46μg/kg,用它在动物身上作实验也发生恶性肿瘤。
由于多环芳烃类化合物的毒性,应严格控制其在食品中的含量,因此食品中的多环芳烃监测十分重要。
本文对目前国内外食品中PAHs的提取、纯化机理和监测方法予以概述,以期更好地研究建立食品中PAHs的监测分析技术和为食品中多环芳烃的轮廓分析,调查我国传统食品中多环芳烃的污染状况、制定相应的卫生标准打下基础。
1 样品前处理技术食品中的成分大致有水、脂肪类化合物、芳香烃、有机酸等,其中多环芳烃是非极性物质, 可以用多种有机溶剂如丙酮、苯、环己烷、氯仿、醇类、石油醚、二氯甲烷和四氢呋喃等提取。
研究表明有机溶剂多环芳烃的提取能力的序列为喹啉- 乙醇>吡啶乙醇>丙酮>乙醇>二氯甲烷>苯>环己烷>石油醚>丙酮-乙醇- 环己烷>氯仿>四氢呋喃。
目前,提取多环芳烃的主要方法有索氏提取法、超声波提取法、超临界流体萃取法、固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、微波辅助萃取(MAE)等。
索氏提取法比较经典,超声波提取法的应用越来越广泛, 固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、微波辅助萃取(MAE)、超临界流体萃取法和快速溶剂萃取系统是新出现的提取方法,速度快,回收率高。
1.1索氏提取法索氏提取的样品量大,回收率高,使用的样品种类多,需要进一步的纯化。
而且,索氏提取法一般需要连续提取,提取时间长,溶剂的使用量大,操作也比较麻烦, 且需要使用大量有毒的有机溶剂。
食品中多环芳烃的索氏提取一般以20～30次的提取效果比较好[9]。
尽管索氏提取法提取效率相对比较高,但是由于提取速度慢、时间长,现在用于食品中多环芳烃的测定中并不多见。
1.2超声波提取法超声波提取法是EPA(美国环境保护局)推荐的PAHs提取方法之一(EPASW-846-3550)。
但由于超声波可能会破坏不稳定化合物的结构,对于提取结构不稳定的化合物是不适宜的[10]。
PAHs结构比较稳定,采用超声波提取方法简单、速度较快,同时具有较高的回收率。
目前, 在食品中多环芳烃的提取中,多采用超声波提取法。
1.3超临界流体萃取法超临界流体萃取法(Supercriticalfluidextraction,SFE)是目前比较先进的方法。
在文献报道过的所有方法中最简便快速, 回收率相对较高[11]。
它不仅能够满足理想萃取方法的需要,同时还能够与各种现代分析仪器联机使用,如GC、GC/MS、HPLC和超临界流体色谱SFC。
用SFE动态萃取,只需要40min即可完成。
1.4 固相萃取固相萃取技术是20世纪70年代发展起来的一种样品富集技术,特别适用于水样处理。
其原理是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附,与样品基体和干扰化合物分离,然后再利用洗脱液洗脱或加热解吸,达到分离和富集目标化合物的目的。
根据待测食品性质、样品种类等选择合适的萃取柱和洗脱液及其他优化条件后, 可使萃取、富集、净化一步完成。
SPE克服了液/液萃取(LLE)技术及一般柱层析的缺点,较LLE可节省时间和溶剂约90%,萃取过程简单快速、节省溶剂、重现性好、回收率高, 减少杂质的引入,减轻了有机溶剂对实验人员和环境的影响[12]。
1.5 固相微萃取固相微萃取是在固相萃取基础上发展起来的萃取分离技术,1990年由加拿大Waterloo大学Pawliszyn首创。
它是利用涂有吸附剂的熔融石英纤维吸附样品中的有机物质而达到萃取浓缩的目的,集萃取、富集和解吸于一体,具有无溶剂、可直接进样、操作简便快捷、灵敏的特点,克服了固相萃取回收率低、吸附剂孔道易堵塞等缺点。
SPME与气相色谱(GC)或GC/MS联用主要用于直接分析均相样品(如水样)中挥发性和半挥发性有机物质;非均相样品如土壤、蔬菜,则须先将其转化为浆状再分析。
对于非挥发性或半挥发性物质,SPME/HPLC联用技术更具优势。
1.6 微波辅助萃取微波辅助萃取技术是对样品进行微波加热,利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些极性溶剂, 辅之精确的温度、压力控制, 达到萃取样品中目标化合物、杂质分离的目的, 具有高效、安全、快速、试剂用量小和易于自动控制等优点,是分析土壤中有机污染物的好方法[13]。
1.7加速溶剂萃取[14]1996年Rethter等介绍了一种适合于固体和半固体样品前处理的新技术——加速溶剂萃取(AcceleratedSolventExtraction, 简称ASE)。
其基本原理是利用升高温度和压力,增加物质溶解度和溶质扩散效率,提高萃取的效率。
与传统萃取方式相比,具有如下的显著特点:快速(仅用12~20min)、溶剂少(15~45mL)、萃取效率高、可实现全自动安全操作。
ASE是一种极具吸引力的样品前处理新技术,可同时使用4种溶剂进行提取, 已在食品、农业环境、药物、化工等方面得到了广泛应用,并被美国国家环保局批准为EPA3545号标准方法。
2 纯化用有机溶剂提取得到的提取液中,不可避免地含有一定量的非芳烃杂质,这些杂质可能干扰PAHs的定量分析,因此提取后均需要浓缩和纯化。
一般是根据PAHs具有的两个特征:脂溶性和芳香性进行浓缩或纯化的。
2.1 亲水与亲脂性化合物的分离亲水与亲脂性化合物的分离,是利用两种物质在同一种溶剂中的分配系数(K)不同实现的。
K值越大,需要的分配次数越少,当分配系数在1.5~2之间,必须经过4~5次分配方可达到99%的萃取率;当分配系数大于4时,提取2次就可以达到96%以上。
所用的溶剂主要有环己烷、二氯甲烷、丙酮、石油醚和乙烷等, 其中, 以环己烷和二氯甲烷的使用较普遍。
2.2 脂肪族与芳香族的分离目前分离脂肪族与芳香族的主要方法为吸附柱层析法,吸附分离是根据各种溶质(如PAHs)与吸附剂的亲合力和洗脱剂(或流动相)的解吸作用的强弱,通过反复吸附和解吸,将不同特性的化合物分离开来。
常用的填充物有氧化铝、硅胶、SephadexLH-20或LH-60分子筛凝胶和硅镁型吸附剂等。
2.2.1硅胶柱层析该方法在PAHs的纯化分离中的应用最为广泛。
硅胶需要先活化,可以采用250℃下活化6h,也可采用在130℃活化16h。
硅胶具有多孔性,比表面积约为400m2/g,具有良好的吸附性能。
进行层析的提取液须用环己烷或正己烷等弱极性的有机物作溶剂,提取物转移至层析柱中后,先用正戊烷、石油醚等洗脱饱和烃类化合物, 再用环己烷或苯等洗脱PAHs,最后用二氯甲烷和甲醇洗脱。
2.2.2氧化铝柱层析层析用的氧化铝吸附剂是三水合氧化铝(A12O3·3H2O)在低于700℃下脱水而成的。
一般在170~400℃之间活化,具有很强的吸附能力。
所有的有机溶质,除了脂肪烃外,都可能被极性氧化铝表面基团有一定程度的吸附。
PAHs或BaP是非极性的,它们被氧化铝的吸附是借助氧化铝表面晶体破损,与铝原子带的π电子形成较强的范德华力。
氧化铝填充柱不利之处是洗脱时间长,某些化合物在该吸附剂上有一定的分解作用, 重现性较差。
因此,一般不单独使用氧化铝作层析柱填充物, 而是用以一定比例混合的硅胶和氧化铝柱。
2.2.3弗罗里矽土硅镁型吸附剂将经过干燥(常用无水硫酸钠)的提取液直接倾入弗罗里矽土上,提取液中的PAHs及其他干扰组分都被吸附在弗罗里矽土中, 然后用洗脱剂如二氯甲烷/丙酮(1∶1)浸泡, 洗脱,洗脱液经浓缩后进行分析。
弗罗里矽土层析法操作简单, 重现性较好,较适合分析PAHs,但是环数较少的PAHs有可能丢失。
3 定性和定量分析目前广泛采用HPLC、GC、薄层扫描分析法和纸层析法分离PAHs。