多环芳烃

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