食品中二噁英類化合物痕量檢測研究進(jìn)展

廖楨葳，羅明標(biāo)，李建強，彭真，常陽

（東華理工大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)系，江西 撫州 344000）

目前，食品安全是一個世界性問題，隨著瘋牛病、二噁英、蘇丹紅、問題奶粉、毒豆角、地溝油等一系列食品不安全事件的發(fā)生，人們越來越關(guān)注食品安全。由食品污染所導(dǎo)致的疾病已成為全世界最為廣泛關(guān)注的安全衛(wèi)生問題之一，食源性疾病的發(fā)病率在發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家都呈現(xiàn)出上升態(tài)勢。從20世紀(jì)60年代至今，由有“世紀(jì)之毒”、“隱形殺手”多種惡名的二噁英引起的污染事件大家都耳熟能詳，像美國雛雞浮腳病事件、越戰(zhàn)落葉劑事件、日本米糠油事件、意大利二噁英中毒事件、我國臺灣省的二噁英污染事件、比利時肉雞污染事件及烏克蘭總統(tǒng)尤先科“變臉”被確診為二噁英中毒所致，全球幾乎每一個地方都暴露在它的污染之下，連加拿大北極地區(qū)的生物都受過二噁英污染[1-2]。因此，清楚認(rèn)識和了解二噁英并采取有效防治措施刻不容緩。

1 二噁英類化合物的性質(zhì)及來源

1.1 性質(zhì)

二噁英類化合物[3]（DLCs）是指那些能與芳香烴受體（Ah-R）結(jié)合，并且導(dǎo)致機體產(chǎn)生各種生物化學(xué)變化的一大類物質(zhì)的總稱，主要包括：多氯代二苯并二噁英（PCDDs）、多氯代二苯并呋喃（PCDFs）、共平面多氯聯(lián)苯（簡稱Co－PCBs）及多溴代二苯并二噁英（PBDDs）[4]。該類物質(zhì)通常為固體，極難溶于水和酸堿、可溶于大部分有機溶劑，是無色無味的脂溶性和親脂性物質(zhì)[5]。他們是目前已知的環(huán)境荷爾蒙中毒性最大的一種，毒性因結(jié)構(gòu)不同而有差異，迄今為止發(fā)現(xiàn)毒性最強的化合物是2，3，7，8－四氯代二苯并二噁英（簡稱2，3，7，8－TCDD），它比氰化鉀要毒100倍以上，已被世界衛(wèi)生組織判定為一級致癌物[6-8]。

1.2 來源

工業(yè)生產(chǎn)過程中副產(chǎn)品的產(chǎn)生及廢物焚燒是其主要來源，森林大火和火山爆發(fā)為可能的天然來源。二噁英在環(huán)境中不容易降解，并具有半揮發(fā)性，能夠通過大氣、沉積物、土壤、食物鏈傳到動物或人類，從而產(chǎn)生“全球蒸餾效應(yīng)”，也稱“蚱蜢跳效應(yīng)”，被二噁英污染的牧草、谷物或飲水被動物采食后蓄積于動物的脂肪組織里，人吃了受二噁英污染的食品，則對身體有危害，人體攝入的二噁英約90%來自受環(huán)境污染的食物，皮膚和呼吸道吸收也是二噁英進(jìn)入人體的重要途徑，固體垃圾焚燒產(chǎn)生的二噁英伴隨著可吸入顆粒進(jìn)入呼吸道，可經(jīng)過肺的吸收進(jìn)入機體[9-11]。

2 二噁英類化合物的檢測方法

2.1 提取方法

食品中二噁英類化合物的檢驗屬于超痕量級、多組分和前處理復(fù)雜的技術(shù)，對特異性、選擇性和靈敏度的要求極高，因此成為當(dāng)今食品分析領(lǐng)域的難點。其分析通常分為樣品采集、提取、凈化和富集、分離和定量分析5個步驟。常用的提取方法可以分為磺化法、堿解法、層析法、索氏提取法、溶劑提取法等。近年來，常用超聲提取、超臨界流體萃取、加速溶劑萃取、微波提取法代替索式提取技術(shù)，不僅縮短提取時間，而且減少有毒溶劑的使用量[12-13]。

將干燥后的樣品旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并將旋轉(zhuǎn)液溶于正己烷中，用無水硫酸鈉干燥，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)，接著進(jìn)行凈化步驟。萃取和凈化流程分別如圖1和圖2所示[14]。

提取液的凈化大多采用柱色譜法，目前主要采用的色譜柱有復(fù)合硅膠柱、堿性氧化鋁柱和活性炭柱。柱層析往往采取幾根層析柱串聯(lián)或多種填料填柱的方法[15]。近年來也有用薄層色譜來凈化提取物。

2.2 測定方法

1941年Adams等最早報道了二噁英類化合物檢測方法，用于大白兔皮膚檢測。他們將2，3，7，8－TCDD涂布于大白兔內(nèi)耳皮膚，觀察它們的炎癥反應(yīng)。1962年Jones和Krizek拓展了該方法[14]。根據(jù)檢測原理不同，可將二噁英類化合物的檢測方法分為化學(xué)分析法、生物檢測法、免疫學(xué)方法、電化學(xué)及激光技術(shù)等，其中色譜法是主要的化學(xué)分析方法。

2.2.1 色譜法

色譜法有氣相色譜法、液相色譜法、膠束電動色譜法、質(zhì)譜法和及其聯(lián)用技術(shù)。色譜學(xué)方法是目前國際認(rèn)可的檢測二噁英類化合物分析的標(biāo)準(zhǔn)方法，主要以高分辨氣相色譜與高分辨質(zhì)譜（HRGC/HRMS）聯(lián)用技術(shù)為主。20世紀(jì)60年代起人們開始使用氣相色譜測定實際樣品的檢測方法。該方法可以分為內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法和同位素稀釋法。與內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法相比，同位素稀釋法具有檢出限低、選擇性好、特異性強，還可以分離該類物質(zhì)的同分異構(gòu)體等很多優(yōu)點，能消除內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法響應(yīng)不同所帶來的誤差。但是其樣品前處理復(fù)雜，樣品測試周期長，對操作人員要求高，檢測成本高的缺點。另外，檢測的方法必須使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，但目前還有部分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)國內(nèi)外都沒有[16-17]。全球只有少數(shù)實驗室具備二噁英檢測能力，1996年我國建立第一個二噁英研究實驗室。世界上某些國家建立了自己的檢測方法，如表1所示[18-19]。

表1 二噁英類化合物的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測方法Table 1 Regulatory methods for the analysis of dioxins

2.2.2 生物檢測法

生物檢測法（BDMs）[20-21]是依據(jù)二噁英的毒性作用機制，基于一些關(guān)鍵生物分子（如受體、酶等）識別二噁英類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，或細(xì)胞或生物體對二噁英類物質(zhì)的特殊反應(yīng)能力。最早建立的生物檢測方法是在20世紀(jì)70年代，通過熒光定量來檢測被二噁英誘導(dǎo)產(chǎn)生的多環(huán)芳烴酶活力的增加。2000年美國環(huán)保局規(guī)定了生物篩選方法；2001年美國食品及藥品管理局把該方法應(yīng)用到食品中的二噁英的檢測。2002年7月歐盟將利用細(xì)胞和利用試劑盒的生物檢測法作為篩選方法。2004年日本國土交通省首次公布了河流及湖泊底泥二噁英檢測中采用生物檢測技術(shù)并于2005年發(fā)布二噁英檢測的生物分析方法的檢測細(xì)節(jié)。生物學(xué)檢測方法雖不能檢測二噁英類化合物的各個成分，但它簡便、快速、費用低，并且能更準(zhǔn)確地反映二噁英類化合物對生物體當(dāng)前以及潛在的作用。由于生物檢測方法在靈敏度和精確度上較傳統(tǒng)方法稍低，適合于大量樣品的篩選和快速半定量檢測。常見的生物分析法如表2所示[22-27]。

表2 二噁英類化合物的生物檢測方法Table 2 Bioassay methods for the analysis of dioxins

2.2.3 免疫學(xué)方法

免疫法[28-30]是從二噁英的致毒機理出發(fā)，當(dāng)二噁英類化合物與細(xì)胞接觸時，首先會與細(xì)胞內(nèi)的芳香烴受體相結(jié)合，然后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)。二噁英類化合物在體內(nèi)和芳香烴受體結(jié)合，結(jié)合的緊密程度決定其毒性水平。因芳香烴受體是二噁英類化合物發(fā)揮毒性作用機制的基礎(chǔ)物質(zhì)，它的被活化程度與該物質(zhì)毒性一致。用芳香烴受體法測定的是二噁英與芳香烴受體的結(jié)合程度，通過芳香烴活化程度的測定來間接的表達(dá)二噁英的TEQ。芳香烴受體是TEQ的生物學(xué)基礎(chǔ)，所以用芳香烴受體法更適用于健康評價。2002年美國食品及藥品管理局規(guī)定把酶免疫分析法用于土壤中的二噁英測定。常見的方法有EROD細(xì)胞培養(yǎng)法、熒光素酶法、EIA酶免疫法、時間分析熒光免疫法（DELFIA）和通訊基因檢測法等，DELFIA是目前最先進(jìn)的免疫方法。免疫法具有簡便快速的優(yōu)點，但是抗體難于獲得且不能檢測所有同系物，還可能出現(xiàn)假陽性和假陰性問題，適合于作現(xiàn)場研究，特別是需要得到快速結(jié)果的場合。

根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)報道總結(jié)了化學(xué)分析法、生物分析法及免疫學(xué)方法的優(yōu)缺點，如表3所示。

表3 化學(xué)法、生物法、免疫法的優(yōu)缺點比較Table 3 Comparison of chemical analysis with bioassay and immunoassay

由上表可知，化學(xué)分析法、生物學(xué)方法和免疫學(xué)方法各自具有優(yōu)缺點，可互補使用，以滿足定量篩選、常規(guī)檢測和認(rèn)證分析等各個層次的需要。因此，工作人員可以根據(jù)檢測目的確定檢測方法，如僅需定性結(jié)果，則采用生物學(xué)檢測法或免疫分析法。如需準(zhǔn)確定量結(jié)果，則也可以首先用生物學(xué)檢測方法或免疫分析法初步檢測，對于有二噁英存在的可疑樣本再采用化學(xué)分析法進(jìn)一步分析，靈活運用3種方法可提高工作效率。

2.2.4 其他方法

電化學(xué)方法用于研究二噁英的電化學(xué)性質(zhì)也有報道，日本學(xué)者用電解的方法電解二噁英實驗獲得成功。二噁英的主要成份氯經(jīng)電解后，在溶液中形成氯化物或氯離子，該方法簡單，使用電壓低、生成物的毒性較弱，如進(jìn)一步電解，可達(dá)到無毒化，因而具有廣泛應(yīng)用的可能性。日本大阪大學(xué)和大阪激光技術(shù)綜合研究所開發(fā)了激光快速測定的儀器來檢測二噁英，利用低能量的激光將食品中的二噁英變成氣態(tài)，然后再利用高能量的激光讓二噁英分子帶電，最后根據(jù)這些分子在測試裝置內(nèi)移動的時間就可以計算出食品中二噁英的含量[31-33]。

3 結(jié)論與展望

隨著二噁英的毒性對人體健康的影響越來越受到科學(xué)家的重視，而傳統(tǒng)的分析方法在選擇性和靈敏度上遠(yuǎn)不能滿足對現(xiàn)代食品質(zhì)量監(jiān)測的需要。因此，二噁英的分析方法面臨著重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，建立快速、準(zhǔn)確、靈敏的檢測方法是迫切需要解決的難題。化學(xué)分析法、生物學(xué)方法、免疫學(xué)方法及這些方法的聯(lián)用技術(shù)仍然需要完善與創(chuàng)新。直接實時分析－質(zhì)譜（DART－MS）技術(shù)自2005年發(fā)明以來因具有快速、實時、綠色的優(yōu)點而得到迅速發(fā)展，已經(jīng)作為一種新的分析技術(shù)被快速的應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)與開發(fā)、司法鑒定、材料分析等領(lǐng)域[34-39]。根據(jù)需要改進(jìn)DART-MS技術(shù)，可以將該方法運用到食品中二噁英類化合物的檢測。

[1]周莉菊,馮家滿,趙由才.二噁英的毒性及環(huán)境來源[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2006,11(32):49-51

[2]Sorg O，zennegg M，Schmid P，et al.2,3,7,8-tetrachlorodibenzop-dioxin(TCDD)poisoning in Victor Yushchenko:identification and measurement of TCDD metabolites[J].The Lancet,2009,374(9696):1179-1185

[3]王連生,鄒惠仙,韓朔睽.多環(huán)芳烴分析技術(shù)[M].南京:南京大學(xué)出版社,1988.1-5

[4]繩珍,關(guān)江,曹先仲,等.二噁英的理化參數(shù)及其對人體健康的危害[J].山東化工,2008,37(7):12-14

[5]Takumi Ishida,Eri Naito,Junpei Mutoh.The Plant Flavonid,Quercetin,Reduces Some Forms of Dioxin Toxicity By Mechanism Distinct form Aryl Hydrocarbon Receptor Activation,Heat-Shock Protein Induction Nd Quenching Oxidative Stress[J].Journal of health science,2005,51(4):410-417

[6]徐旭,嚴(yán)建華,池勇,等.二噁英的理化特性及分析方法[J].能源與環(huán)境,2003,21(6):24-27

[7]仲維科,李翔,李淑娟.食品中二噁英的超痕量分析[J].檢驗檢疫科學(xué),2004,14(4):13-15

[8]廖濤,熊關(guān)權(quán),林若泰,等.食品中二噁英類化合物的污染與分析[J].食品與機械,2008,24(4):153-165

[9]程永友,王迪,王慧文,等.二噁英分子生物學(xué)檢測方法[J].中國畜牧獸醫(yī),2007,34(6):71-75

[10]Gouin T,Macky D,Jones K C，et a1.Evidence for the“grasshopper”effect and fractionation during long-range atmospheric transport of organic contaminants[J].Environmental pollution,2004,128(12):139-148

[11]Stanmore B R.The formation of dioxins in combustion systems[J].Combustion and flame,2004,136(3):398-427

[12]劉靜,崔兆杰,許宏宇,等.類二噁英類多氯聯(lián)苯的雙柱氣相色譜分析方法研究[J].山東大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版,2008,38(4):116-122

[13]趙毅,張秉建,賀鵬.二噁英類化合物檢測方法的研究及展望[J].電力環(huán)境保護(hù),2008,24(6):44-47

[14]金軍等.環(huán)境有機化學(xué)與毒理-二噁英篇[M].北京:中央名族大學(xué)出版社,2006：99-129

[15]佟璐,劉然,肖明乾,等.二噁英及其類似物[J].食品研究與開發(fā).2000,(21):38-39

[16]Srogi K.Levels and congener distributions of PCDDs,PCDFs and dioxin like PCBs in environmental and human samples:a review[J].Envirommental chemistry letters,2008,6:1-28

[17]姜欣.日本對二噁英的研究現(xiàn)狀[J].皮革化工,2006,23(4):39-42

[18]Eric J Reiner,Ray E Clement,Allan B Okey,et al.Advances in analytical techniques for polychlorinated dibenzo-p-dioxins,polychlori-nated dibenzofurans and dioxin-like PCBs[J].Analytical and bioanaltical chemistry,2006,386(4):791-806

[19]王承智,石榮,祁國恕,等.二噁英類物質(zhì)檢測分析技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù)技術(shù),2006,32(2):30-33

[20]王承智,胡筱敏,石榮,等.二噁英類物質(zhì)的生物檢測方法[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2006,16(5):135-140

[21]鄭明輝,楊柳春,張兵,等.二噁英類化合物分析研究進(jìn)展[J].分析測試學(xué)報,2002,21(4):91-93

[22]程永友,楊曙明.食品及飼料中二噁英類物質(zhì)快速檢測研究進(jìn)展[J].中國飼料,2007,16(13):36-38

[23]孫晞,歐仕益,彭喜春.二噁英類化學(xué)物質(zhì)生物檢測方法研究進(jìn)展[J].環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué),2007,24(2):218-221

[24]李瑩,金一和.二噁英類污染物的CALUX測定法[J].環(huán)境與健康雜志,2004,21(3):168-169

[25]Hidetaka Takigami,Go Suzuki,Shin-ichi Sakai.Application of Bioassays for Detection of Dioxins and Dioxin-like Compounds in Wastes and the Environment[J].Biological respnses to chemical pollutants,2001,27(6):87-94

[26]MichaelS Denison，EvelineFYao.Characterization of the Interaction of Transformed Rat Hepatic Cytosolic Ah Receptor with a Dioxin Responsive Transcriptional Enhancer[J].Archives of biochemistry and biophsics,1991,284(1):158-166

[27]Sun X,Li F,Wang Y J,et al.Development of an exonuclease protection mendiated PCR bioassay for sensitive detection of Ah receptor agonists[J].Toxicological sciences,2004,80(1):49-53

[38]彭潔,高洪.二噁英中毒對AhR基因表達(dá)和自由基水平的影響[J].中國畜牧獸醫(yī),2009,36(12):36-41

[29]吳廣楓,孫晨星,石英.食品中二噁英檢測方法的研究進(jìn)展[J].食品科技,2007,30(11):23-28

[30]Keiji Komura,Shin-ichi Hayashi,Isao Makino,et al.Aryl hydrocarbon receptor/dioxin receptor in human monocytes and macrophages[J].Molecular and cellular biochemistry,2001,226(2):107-117

[31]袁倬斌,李珺.二噁英類分析研究進(jìn)展及展望 [J].分析化學(xué),2001,29(10):1222-1227

[32]丁鋒.食品中二噁英污染的危害性及其預(yù)防措施[J].糧油食品科技,2006,14(3):51-52

[33]馬靖,丁蕾,顧學(xué)軍,等.激光質(zhì)譜法對氯代烯烴的痕量快速檢測研究[J].中國激光,2005,32(9):1202-1206

[34]Chen Huanwen,Zheng Jian,Luo Mingbiao,et al.Surface desorption atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry for direct ambient sample analysis without toxic chemical contamination[J].Journal of mass spectrometry,2007,42(8):1045-1056

[35]Chris Petucci,Jason Diffendal,David Kaufman,et al.Direct Analysis in Real Time for Reaction Monitoring in Drug Discovery[J].Analytical Chemistry,2007,79(13):5064-5070

[36]HyeJinKim,Young PyoJang.Direct Analysis of Curcuminin Turmeric by DART-MS[J].Phytochemical analysis,2009,20(5):372-377

[37]Lukas Vaclavik,Tomas Cajka,Vojtech Hrbek,et al.Ambient mass spectrometry employing direct analysis in real time（DART）ion source for olive oil quality and authenticity assessment[J].Analytica chimica acta,2009,645(1/2):56-63.

[38]Block E,Dane AJ,Thomas S,et al.Applications of direct analysis in real time mass spectrometry（DART－MS）in Allium chemistry.2－propenesulfenic and 2-propenesulfinic acids,diallyl trisulfane S-oxide,and other reactive sulfur compounds from crushed garlic and other Alliums[J].Journal of agricultural and food chemistry,2010,58(8):4617-25

[39]Luo Mingbiao,Hu Bin,Zhang Xie,et al.Extractive Electrospray Ionization Mass Spectrometry for Sensitive Detection of Uranyl Species in Natural Water Samples[J].Analytical chemistry,2010,82(1):282-289