保障食品安全:三聚氰胺和二噁英實(shí)驗(yàn)室快速精確分析工具

簡(jiǎn)介：

最近幾年，眾多食品污染事件的頻頻發(fā)生引起了人們對(duì)食品安全前所未有的關(guān)注，這說明全球相互依賴的食品生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管系統(tǒng)正受到日益明顯的挑戰(zhàn)，同時(shí)消費(fèi)者對(duì)食品安全也開始提出質(zhì)疑。于是，有關(guān)政府部門對(duì)相應(yīng)的規(guī)定做了修訂和提高，食品供應(yīng)商也著手尋找新的檢測(cè)方法。鑒于公眾對(duì)食品安全的關(guān)注，特別是愛爾蘭二噁英污染豬肉事件和中國嬰幼兒奶粉三聚氰胺事件之后，相關(guān)政府部門和食品供應(yīng)商都正忙于選擇能夠?qū)θ�球食品供�?yīng)鏈中污染物進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定的儀器方法。本文將討論食品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室方法的選擇結(jié)果，并通過三聚氰胺和二噁英這兩種物質(zhì)的分析來說明該方法的高效性。

面對(duì)檢測(cè)要求列表的不斷完善和充實(shí)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和工作流程逐步淘汰。2006年，日本有關(guān)農(nóng)業(yè)化學(xué)殘?jiān)鼫?zhǔn)許進(jìn)口的肯定列表中規(guī)定了最低檢出限（MRLs）的化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量從238種 提高到 758種，時(shí)至今日，數(shù)量將近900種。單對(duì)萵苣而言，歐盟規(guī)定其中最低檢出限（MRLs）的化學(xué)物質(zhì)數(shù)量從1999年的102種提高到2008年的435種。因此，為了滿足日益增長(zhǎng)的需求，食品生產(chǎn)供應(yīng)商希望工作流程方法能夠滿足更多的需求，如較低的檢測(cè)限、高的掃描通量、操作靈活、應(yīng)用方便、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大、方便命名等等。

三聚氰胺和二噁英污染分析：

最近最引人注目的兩個(gè)食品安全事件是有關(guān)三聚氰胺和二噁英的，這兩種物質(zhì)都在成品食物中被發(fā)現(xiàn)。三聚氰胺是一種化學(xué)物質(zhì)，它作為黏合劑和阻燃劑在烹飪工具和用具中廣泛使用，其中含氮量高達(dá)66%。因此，在一些國家有人用它做化學(xué)肥料。2008年10月之前，中國一些生產(chǎn)商將它作為一種廉價(jià)的蛋白來源加入到動(dòng)物飼料中，還有一些不法生產(chǎn)廠商有目的的將它加入到寵物飼料和嬰幼兒奶粉中，以此提高牛奶中蛋白質(zhì)含量檢測(cè)結(jié)果。由于人體和動(dòng)物體并不能代謝三聚氰胺和三聚氰酸，它們會(huì)在腎臟中結(jié)晶，從而導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生，在中國已經(jīng)因此而引發(fā)了人的死亡。

三聚氰胺的毒性是由于在三聚氰胺和三聚氰酸（三聚氰胺的副產(chǎn)品）之間形成了不溶性晶體，從而在動(dòng)物和嬰兒體內(nèi)形成腎結(jié)石。除三聚氰胺和三聚氰酸而外，兩種三聚氰胺相關(guān)的化合物--三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺也在寵物摻假食物中發(fā)現(xiàn)。由于在牛奶制品中三聚氰胺摻假具有嚴(yán)重后果，全球食品安全相關(guān)的政府部門，包括中國AQSIQ、美國FDA、歐盟FSA都對(duì)嬰幼兒食品和乳制品中三聚氰胺的MRL值做了相應(yīng)規(guī)定，嬰幼兒食品中MRL值為1 mg/kg ，乳制品中MRL值為2.5 mg/kg 。

既然三聚氰胺曾做肥料使用，并添加到動(dòng)物飼料中，那么其它產(chǎn)品也可能污染有三聚氰胺， 例如，曾報(bào)道的有關(guān)從中國內(nèi)地出口到香港的雞蛋中三聚氰胺污染事件。因此，三聚氰胺檢測(cè)范圍現(xiàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了奶制品或與奶粉有關(guān)聯(lián)的肉、家禽、雞蛋和蔬菜等產(chǎn)品范圍。

二噁英是食品安全工業(yè)另一個(gè)引起人們高度關(guān)注的化學(xué)物質(zhì)，它是在燃燒的過程中形成的，例如廢物焚化過程，長(zhǎng)期接觸會(huì)大大增加患癌癥的機(jī)率。2008年12月6日，繼愛爾蘭政府發(fā)現(xiàn)其豬肉產(chǎn)品受到高濃度二噁英污染后，便迅速召回所有愛爾蘭污染豬肉。12月9日，中國政府緊急要求暫停進(jìn)口愛爾蘭的污染豬肉產(chǎn)品，召回和退運(yùn)9月1日后生產(chǎn)的愛爾蘭輸華豬肉產(chǎn)品。

歐盟委員會(huì)（EC）和美國環(huán)保署（EPA）已經(jīng)規(guī)定了食品中二噁英的最大殘留水平，而通過對(duì)大量愛爾蘭污染豬肉抽樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其中二噁英含量甚至比該規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的200倍還要高。有關(guān)愛爾蘭污染豬肉檢測(cè)要求的定量限（LOQ）比美國環(huán)保署（EPA）在1613 Rev.B [3-7]中報(bào)道的檢測(cè)方法的定量限（LOQ）最低水平還要低80％。這就對(duì)檢測(cè)過程乃至數(shù)據(jù)處理等很多方面提出了比先前檢測(cè)更高的要求，如檢測(cè)限、選擇性、靈敏度，并通過檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)使人們?cè)谡麄�(gè)食品檢測(cè)過程中更早的發(fā)現(xiàn)并處理好有關(guān)污染問題。

三聚氰胺和二噁英分析工具：

選擇合適的方法對(duì)獲得正確的結(jié)果來說是至關(guān)重要的。如果一個(gè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)大量樣本，高通量和快速掃描分析方法將成為首選。如果需要檢測(cè)有毒或者致命性化合物，方法的選擇性將成為至關(guān)重要的。如下是兩個(gè)利用三聚氰胺和二噁英分析來闡述根據(jù)具體情況選擇方法和應(yīng)用合適技術(shù)中的眾多考慮因素。

三聚氰胺分析方法：

美國FDA已經(jīng)公布的六種三聚氰胺分析方法如下：
• LC-UV (FCC HPLC-UV method)
• GC-MS or GC-MS/MS (FDA LIB 4423)
• LC-MS/MS (FDA LIB 4396, 4421 and 4422)
• ELISA（利用抗原－抗體特異性反應(yīng)的酶聯(lián)免疫反應(yīng)）：該方法已經(jīng)用來進(jìn)行牛奶和奶制品中三聚氰胺的檢出。

表1 各種三聚氰胺檢測(cè)分析方法比較

注：a LOQ為定量限，b LOD為檢出限。

在所有FDA公布的方法中，LC-MS/MS方法具有最低的定量限（LOQ），為10-50 µg/kg。優(yōu)異的定量限（LOQ）緣于采用了高度選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)（H-SRM）技術(shù)，該技術(shù)大大降低了本底效應(yīng)，產(chǎn)生較為清晰的質(zhì)譜譜圖和相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)分析物具有無比的專屬性。三聚氰胺LC-MS/MS分析方法包含固相萃取（SPE）技術(shù)，它可以從一些復(fù)雜的樣本，如海產(chǎn)品和肉類中移走一些干擾物質(zhì)。LC-MS/MS分析方法的精確性和準(zhǔn)確性可以為FDA分析方法的發(fā)展和完善提供依據(jù)和指導(dǎo)。

GC-MS方法在某提取步驟中要求將三聚氰胺和它的衍生物―――三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性狀態(tài)。選擇性離子監(jiān)測(cè)(SIM) 模式GC-MS方法檢測(cè)三聚氰胺定量限（LOQ）為100 µg/kg。選擇性反應(yīng)監(jiān)測(cè)(SRM) 模式GC-MS/MS具有更低的定量限（LOQ），為10 µg/kg。

LC-UV方法是快速的，在對(duì)奶制品中三聚氰胺檢測(cè)過程中不需要進(jìn)行樣品的凈化。如果聯(lián)接升級(jí)為UHPLC的話，LC-UV方法運(yùn)行一個(gè)LC樣品僅僅只需2分鐘。

雖然ELISA方法有可能發(fā)生交叉反應(yīng)，但該方法具有快速、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。使用ELISA微孔板，可以在2小時(shí)內(nèi)完成96個(gè)樣品的檢測(cè)分析。如果可以不必進(jìn)行檢測(cè)和進(jìn)一步深入分析，或是檢測(cè)的目的只是為了滿足規(guī)定需求有或是確保發(fā)生交叉反應(yīng)的化合物無響應(yīng)，其它檢測(cè)也可以運(yùn)行。

二噁英分析方法：

二噁英又名氯代二苯并二噁英(PCDDs)，是一種有機(jī)化合物，聯(lián)苯分子被1-10個(gè)不等的氯原子所取代（化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1）。理論上講，該結(jié)構(gòu)式有209個(gè)二噁英異構(gòu)體，所有異構(gòu)體中TCDD（2,3,7,8-四氯二苯-p-二噁英）對(duì)人的毒性最大。二噁英是氯化物焚燒過程中產(chǎn)生的一種環(huán)境污染物，例如垃圾焚燒。人長(zhǎng)期接觸二噁英會(huì)引起癌癥、嚴(yán)重的再生性和發(fā)育問題。鑒于二噁英的毒性，EPA規(guī)定固體物中其MRLs為1-5 µg/kg，提取物中MRLs為0.5- 5 µg/kg。

上圖 二噁英的化學(xué)結(jié)構(gòu)式（n + m =10）

關(guān)于二噁英分析有三種方法，它們?cè)?0-12 g范圍內(nèi)都有LOD，二噁英專屬性檢測(cè)性能滿足歐盟委員會(huì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)2002/70/EC。各種方法相互比較詳見表2。
• 高分辨率 GC/MS (HRGC/HRMS)
• 低分辨率MS (LRMS) ，如離子阱和三級(jí)四極MS
• 利用細(xì)胞的生物檢驗(yàn) (EPA method 4425)

表2各種二噁英分析方法比較

在以上提供的這些方法當(dāng)中，LRMS不能分離二噁英異構(gòu)體及其類似物PCBs（多氯聯(lián)苯）。就確認(rèn)而言，HRGC/HRMS (EPA 1613B)是可以滿足EPA和EU規(guī)定的唯一選擇。因此，如果要進(jìn)行二噁英確認(rèn)，選擇EPA 1613B（規(guī)定HR GC-HRMS）方法或是和其等效的方法。

利用細(xì)胞生物檢驗(yàn)方法的原理是：二噁英會(huì)激發(fā)帶有報(bào)告基因的人細(xì)胞系（101L）產(chǎn)生熒火蟲熒光素酶，該酶與熒光素發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中會(huì)發(fā)出熒光，通過光度計(jì)檢測(cè)熒光有無或強(qiáng)弱可對(duì)二噁英進(jìn)行檢出和確認(rèn)。此檢測(cè)方法中，需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)制備人細(xì)胞系101L，然后將制備樣品與之在一個(gè)培養(yǎng)平板上溫育16小時(shí)。

對(duì)食品安全實(shí)驗(yàn)室來說，選擇一種合適的方法以滿足實(shí)驗(yàn)室高效、低耗的需求是非常重要的。大多數(shù)情況下，看上去有許多方法都是可選擇的，但最終選擇還是依賴于特定的選擇性和最終的分析目標(biāo)。例如，當(dāng)大量的樣品需要進(jìn)行潛在污染物檢測(cè)時(shí)，樣品檢測(cè)通量是首要考慮的因素，因此，快速掃描方法會(huì)成為首選。

然而，當(dāng)一個(gè)樣品被懷疑混有孔雀綠等不法化合物污染時(shí)，準(zhǔn)確性是檢測(cè)的最高需求，選擇性也是關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。在本實(shí)例中，要求該方法能夠?qū)�孔雀綠進(jìn)行檢出和確認(rèn)。而大多數(shù)情況下，檢出和確認(rèn)是同步進(jìn)行的。

當(dāng)所有的這些分析圖譜、結(jié)果要被儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)食品質(zhì)量和安全、實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)、分析的質(zhì)量進(jìn)行智能診斷。任何不合格（Out of Specification ，OOS）結(jié)果：包括所有超出標(biāo)準(zhǔn)或由法規(guī)、法定方法或制造商規(guī)定的可接受限度的所有可疑的結(jié)果都會(huì)被標(biāo)注出來，所有數(shù)據(jù)被集中在一起以方便調(diào)取。

結(jié)論：

食品供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和食品安全標(biāo)準(zhǔn)日趨全球化，食品安全的最終責(zé)任將落在終產(chǎn)品生產(chǎn)商的肩上。那么許多新的集樣品制備、數(shù)據(jù)的分析提取、方法的選擇于一體的流線型解決方案應(yīng)運(yùn)而生，成為檢測(cè)人員理想的選擇，進(jìn)一步滿足日益嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn)。

三聚氰胺和二噁英兩例已經(jīng)說明了食品安全檢測(cè)的重要性，它對(duì)保護(hù)公眾健康是非常重要的。面對(duì)當(dāng)前的一些技術(shù)，仔細(xì)選擇合適的方法保證實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)達(dá)到高效的分析目的。在食品安全檢測(cè)需求的驅(qū)動(dòng)下，技術(shù)和技巧都會(huì)逐步完善和發(fā)展以提高準(zhǔn)確性和生產(chǎn)力，從而確保消費(fèi)者的安全。

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