頂空氣相色譜法測(cè)定食品添加劑中15種有機(jī)溶劑殘留量

曹淑瑞，朱 明，高小麗，文 瑤，程妮酈，郗存顯，唐柏彬，鄭小玲

(1.重慶出入境檢驗(yàn)檢疫局 檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，重慶 400020；2.貴州出入境檢驗(yàn)檢疫局 檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，貴州 貴陽 550004；3.重慶市化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 400020；4.重慶醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，重慶 400016)

食品添加劑是一種為了改善食品色、香、味等品質(zhì)而加入食品中的物質(zhì)[1]。它不僅可以防止食物的腐敗變質(zhì)，保持食物的營養(yǎng)，而且方便供應(yīng)和加工，給人們的日常生活帶來了極大便利[2]。目前多數(shù)食品添加劑為人工合成，在其合成工藝中，選擇合適的溶劑可提高產(chǎn)量或決定添加劑的性質(zhì)，因此有機(jī)溶劑是人工合成食品添加劑中必不可少的關(guān)鍵物質(zhì)[3]。若食品添加劑中的有機(jī)溶劑達(dá)到一定的殘留量，長(zhǎng)期食用添加了此類添加劑的食品會(huì)引起慢性中毒，對(duì)人體或環(huán)境產(chǎn)生危害，因此對(duì)有機(jī)溶劑殘留的控制越來越受到人們的關(guān)注[4]。

目前對(duì)于有機(jī)溶劑殘留的檢測(cè)方法主要有頂空氣相色譜法、頂空氣相色譜-質(zhì)譜法和頂空固相萃取/氣相色譜-質(zhì)譜法等。這些方法均采用氣體進(jìn)樣，可專一性收集易揮發(fā)性物質(zhì)，降低共提物的干擾[5-6]，已廣泛用于食品包裝材料、藥物、涂料、食品添加劑產(chǎn)品中殘留溶劑的檢測(cè)分析[7-16]，其中食品添加劑中殘留溶劑的檢測(cè)應(yīng)用最多的是氣相色譜法。如俞燕君[13]采用頂空氣相色譜法測(cè)定食品添加劑中乙酸乙酯殘留；劉波平等[14]用頂空氣相色譜法測(cè)定茶多酚中4種有機(jī)溶劑殘留；呂志華等[15]用頂空氣相色譜法測(cè)定幾丁糖酯中有機(jī)溶劑殘留；張艷紋等[16]用頂空氣相色譜法測(cè)定葉黃素中有機(jī)溶劑殘留。這些方法多是對(duì)一類食品添加劑中少數(shù)幾種殘留溶劑進(jìn)行檢測(cè)。本研究采用頂空氣相色譜法，建立了同時(shí)測(cè)定多種食品添加劑中甲苯、甲醇等15種有機(jī)溶劑殘留的分析方法，并對(duì)提取溶劑、提取方式等進(jìn)行了考察，優(yōu)化后的方法準(zhǔn)確，靈敏度高，重現(xiàn)性好，適用于食品添加劑中甲苯、甲醇、正己烷等15種殘留溶劑的檢測(cè)分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890氣相色譜儀配FID檢測(cè)器、Agilent 7697頂空進(jìn)樣器(美國Agilent公司)，DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)，20 mL頂空進(jìn)樣瓶。

15種殘留溶劑(詳見表1)標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99%，重慶尋根生物科技有限公司)；N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)、甲醇(色譜純，美國Tedia公司)；實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國Millipore公司)制備的超純水。樣品：苯甲酸鈉、谷氨酸鈉、乙基香蘭素、糖精鈉、黃原膠、瓜爾膠、聚氧乙烯山梨糖醇酐單油酸酯(吐溫80)、乳酸、聚二甲基硅氧烷、白油均購自當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：準(zhǔn)確稱取適量各標(biāo)準(zhǔn)品于50 mL容量瓶中，用DMF定容至刻度，配制成質(zhì)量濃度為10 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于4 ℃冰箱中保存。

混合標(biāo)準(zhǔn)工作液：分別取適量各標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于50 mL容量瓶中，用DMF配制質(zhì)量濃度為500 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液,再用DMF逐級(jí)稀釋成2、4、10、20、40、100、200 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，于4 ℃保存。

1.3 樣品前處理

稱取2.0 g樣品于50 mL具塞塑料離心管中，加入10.0 mL DMF溶液(苯甲酸鈉樣品中加10.0 mL 98%DMF溶液)振蕩溶解2 min，然后以7 000 r/min離心2 min，移取5 mL樣液于頂空瓶中密封，置于頂空裝置中，供氣相色譜儀分析。

1.4 頂空-氣相色譜條件

頂空條件：頂空平衡溫度：80 ℃；平衡時(shí)間：40 min；定量環(huán)溫度：90 ℃；傳輸線溫度：105 ℃；進(jìn)樣時(shí)間：0.5 min；定量環(huán)：1 mL。

氣相色譜條件：色譜柱：DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.53 mm×1.0 μm)；進(jìn)樣口溫度：220 ℃；檢測(cè)器溫度：240 ℃；程序升溫：初溫40 ℃，保持5 min，然后以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣；分流比：10∶1。

圖1 不同提取溶劑對(duì)15種有機(jī)溶劑的回收率Fig.1 The effect of extraction solutions on recoveries of 15 residual organic solvents in lactic acid sample

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解介質(zhì)的選擇

甲苯、甲醇等有機(jī)溶劑在使用頂空進(jìn)樣法進(jìn)樣時(shí)最常用的溶解介質(zhì)有水、DMF、DMSO等。本研究對(duì)水、DMSO、DMF的溶解提取效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：部分有機(jī)溶劑不溶于水或微溶于水，用水作溶解介質(zhì)，提取效率不高，部分有機(jī)溶劑的回收率偏低；DMSO和DMF為極性很大的非質(zhì)子溶劑，沸點(diǎn)高，熱穩(wěn)定性好。以乳酸為例，DMSO和DMF作為溶劑時(shí)的提取回收率見圖1，由圖可知，用DMSO溶解有機(jī)溶劑所檢測(cè)出的回收率部分偏高或偏低，用DMF作溶解介質(zhì)時(shí)的回收率為92.0%～108.8%。為了能同時(shí)檢測(cè)多種有機(jī)溶劑殘留，實(shí)驗(yàn)選擇DMF作為溶解介質(zhì)。

2.2 提取溶劑加水的考察

將10種食品添加劑分別用DMF溶解，發(fā)現(xiàn)苯甲酸鈉微溶于DMF，且呈現(xiàn)半固體糊狀，不利于樣品中有機(jī)溶劑的檢測(cè)，為保證苯甲酸鈉殘留溶劑的有效檢測(cè)，比較了不同體積比的DMF和水(H2O∶DMF為100∶0、80∶20、50∶50、20∶80、10∶90)對(duì)苯甲酸鈉中殘留溶劑的提取效率。結(jié)果表明：DMF加水的回收率高于不加水的回收率，并且H2O∶DMF=10∶90時(shí)各有機(jī)溶劑的提取效果較好，回收率為80.2%～105.4%，但正己烷和環(huán)己烷的回收率偏低，考慮到這兩種溶劑不溶于水的性質(zhì)，在H2O∶DMF=10∶90的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化加水比例，對(duì)H2O∶DMF=10∶90、8∶92、5∶95、2∶98的各溶劑回收率進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：當(dāng)H2O∶DMF=2∶98時(shí)各有機(jī)溶劑的提取效果較好，回收率為90.7%～107.5%，這可能是由于加入適當(dāng)比例的水后使苯甲酸鈉更好地溶解，從而有利于苯甲酸鈉內(nèi)殘留溶劑的提取。因此，選擇H2O∶DMF(2∶98)作為最終的提取溶劑。

2.3 提取方式的選擇

圖2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 mg/L)在不同流速下的色譜圖Fig.2 Chromatograms for mixture standard solution(10 mg/L) at different flow rates the corresponding organic solvents numbers are provided in Table 1

目前應(yīng)用較為普遍的提取方法有兩種：一種是頂空瓶直接稱樣，加入提取溶劑和標(biāo)準(zhǔn)溶液后密封，振蕩置于頂空裝置中，供氣相色譜分析；另一種是稱樣于塑料離心管，加入提取溶劑和標(biāo)準(zhǔn)溶液，振蕩，離心，取一定量樣液于頂空瓶密封，置于頂空裝置中，供氣相色譜分析。實(shí)驗(yàn)考察了以上兩種方法對(duì)食品添加劑中有機(jī)溶劑的提取回收率。結(jié)果表明：離心管提取法的回收率為91.0%～106.5%，高于頂空瓶稱樣法，其原因在于樣品在離心管中充分溶解，加入頂空瓶的樣液是提取過的，避免了振蕩后部分樣液粘附于頂空瓶蓋，導(dǎo)致提取效率不高的弊端，并且離心管提取法頂空瓶上方的氣體體積比頂空瓶稱樣法大，從而影響瓶?jī)?nèi)氣壓，影響回收率，所以實(shí)驗(yàn)選擇離心管提取法作為提取方法。

2.4 載氣(N2)流速選擇

載氣流速對(duì)目標(biāo)組分的分離度有一定影響。實(shí)驗(yàn)考察了載氣流速(3.0、4.0、4.5 mL/min)對(duì)各有機(jī)溶劑的分離效果。結(jié)果表明：當(dāng)載氣流速為4.5 mL/min時(shí)，各有機(jī)溶劑分離效果好，且出峰時(shí)間短，所以選擇載氣流速為4.5 mL/min(圖2)。

2.5 柱溫程序的優(yōu)化

根據(jù)15種有機(jī)溶劑極性和沸點(diǎn)的區(qū)別，本實(shí)驗(yàn)嘗試了不同柱溫對(duì)色譜分離的影響，結(jié)果表明：選擇初始溫度為40 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升溫至250 ℃，并保持5 min的升溫程序，可使15種有機(jī)溶劑完全分離。

2.6 頂空條件的優(yōu)化

頂空平衡溫度和平衡時(shí)間對(duì)各有機(jī)溶劑的回收率有一定影響。實(shí)驗(yàn)考察了不同平衡溫度(60、70、80、90 ℃) 和平衡時(shí)間(20、30、40、50 min) 下各有機(jī)溶劑的峰面積響應(yīng)。結(jié)果表明：當(dāng)加熱溫度超過80 ℃時(shí)，各待測(cè)組分在頂空氣體中的濃度已趨于平衡，不再增加；當(dāng)平衡時(shí)間超過40 min后，各待測(cè)組分峰面積基本不再增加，此時(shí)各組分已達(dá)到平衡，因此選擇最佳的平衡溫度80 ℃，平衡時(shí)間40 min。

2.7 方法學(xué)驗(yàn)證

2.7.1線性范圍與定量下限取系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，按優(yōu)化的條件分別進(jìn)樣，以各有機(jī)溶劑的峰面積(y)為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)質(zhì)量濃度(x,mg/L)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示，15種有機(jī)溶劑在2～200 mg/L(相當(dāng)于10～1 000 mg/kg) 范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(r)不小于0.999 8。同時(shí)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室內(nèi)平行測(cè)定結(jié)果，以基質(zhì)匹配曲線最低點(diǎn)濃度為定量下限，三氯甲烷和吡啶的定量下限(LOQ)為20.0 mg/kg，其余13種有機(jī)溶劑的LOQ均為 10.0 mg/kg。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 15種有機(jī)溶劑的線性方程、相關(guān)系數(shù)與定量下限Table 1 Calibration curve，correlation coefficient and limit of quantitation of 15 organic solvents

圖3 空白乙基香蘭素樣品添加水平為10 mg/kg的氣相色譜圖Fig.3 Chromatogram of blank ethyl vanillin sample with spiked level of 10 mg/kg

2.7.2方法回收率與精密度采用加標(biāo)回收的方法，即通過在食品添加劑樣品中分別添加不同水平的有機(jī)溶劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定其回收率和精密度。根據(jù)有機(jī)溶劑殘留的限量要求，各樣品做4個(gè)加標(biāo)水平(定量下限、2倍定量下限、限量、5/2限量)，每個(gè)加標(biāo)水平做6個(gè)平行試驗(yàn)，計(jì)算加標(biāo)回收率和精密度。表2為空白乙基香蘭素樣品中各有機(jī)溶劑的平均回收率與精密度，由表2可知，回收率為90.6%～109.1%，RSD為0.1%～7.2%。該空白樣品加標(biāo)10 mg/kg的氣相色譜見圖3。

表2 15種有機(jī)溶劑的回收率與精密度(n=6)Table 2 The recovery and precision for the determination of 15 organic solvents(n=6)

(續(xù)表2)

AnalyteSpiked(mg/kg)Measured(mg/kg)Recovery(%)RSD(%)Trichloroethylene10，20，200，5009 932，20 28，211 4，494 199 3，101 4，105 7，98 82 3，3 5，0 8，1 1Acetonitrile10，20，200，5009 891，18 74，218 2，484 598 9，93 7，109 1，96 92 6，2 4，0 7，2 5Chloroform20，40，200，50019 84，38 36，207 1，510 599 2，95 9，103 5，102 14 8，2 6，2 9，2 6Toluene10，20，200，5009 943，19 46，218 4，505 599 4，97 3，109，101 14 3，6 9，2 2，0 7Butanol10，20，2000，50009 871，19 21，2054，454598 7，96，102 7，90 92 4，3 1，0 2，0 4Pyridine20，40，200，50021 74，36 96，203 2，472 5108 7，92 4，101 5，94 50 4，0 6，1 1，0 4

3 結(jié) 論

本文建立了同時(shí)檢測(cè)谷氨酸鈉、乙基香蘭素、糖精鈉等食品添加劑中15種有機(jī)溶劑的頂空氣相色譜方法。通過對(duì)溶解介質(zhì)、提取方法、N2流速等因素的考察，確定了最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件。該方法操作簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，靈敏度高，可用于食品添加劑中有機(jī)溶劑的檢測(cè)，為今后在食品添加劑中有機(jī)溶劑殘留檢測(cè)領(lǐng)域的研究提供了數(shù)據(jù)。

[1] Wang J,Sun B G.ChinSci.Bull.(王靜,孫寶國.科學(xué)通報(bào)),2013,58(26):2619-2625.

[2] Yang X Q,Tian H Y,Chen Z B,Jiang Z Q,Peng X C,Zhang Y L.Curr.Biotechnol.(楊新泉,田紅玉,陳兆波,江正強(qiáng)，彭喜春，張亞黎.生物技術(shù)進(jìn)展),2011,1(5):305-311.

[3] Sun J Y,Sun B G.J.Agric.Sci.Technol.(孫金沅,孫寶國.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)),2013,15(4):1-7.

[4] Hong H,Wang L,Wu Z P,Gu A Q,Wang W.FoodSci.(洪華,王莉,武中平,顧愛國，王偉.食品科學(xué)),2014,35(18):167-171.

[5] Yu J M,Huang J D,Li S X,Li X G.LightInd.Technol.(余覺明,黃金丹,李韶熊,李曉光.輕工科技),2013(7):23-24.

[6] Kong X H,Liu X Z,He Q,Ye H.Phys.Test.Chem.Anal.:Chem.Anal.(孔祥虹,劉學(xué)芝,何強(qiáng),葉宏.理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)),2013,(8):924-927.

[7] Cardador M J,Gallego M.J.Chromatogr.A,2016,(1454):9-14.

[8] Fliszar K,Wiggins J M,Pignoli C M,Martin G P,Li Z.J.Chromatogr.A,2004,(1027):83-91.

[9] Medley C D,Kay J,Li Y,Gruenhagen J,Yehl P,Chetwyn N P.Anal.Chim.Acta，2014,(850):92-96.

[10] Jin Y C,Cui Z W,Kong W S,He B,Liu W,Yang G Y.Phys.Test.Chem.Anal.:Chem.Anal.(金永燦,崔柱文,孔維松,賀兵,劉巍,楊光宇.理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè))，2011,47(12):1424-1426.

[11] Liu Y M,Lu Q H,Zhuang M Z,Lai Y J,Ma G,Zhu X Y.J.Instrum.Anal.(劉玉敏,路慶華,莊明珠,賴奕堅(jiān),馬鋼,朱新遠(yuǎn).分析測(cè)試學(xué)報(bào)),2007,26(1):122-124.

[13] Yu Y J.Chin.J.Chromatogr.(俞燕君.色譜),1986,4(6):377-379.

[14] Liu B P,Zhou Y,Luo X,Cao S W,Wang J D.Chin.J.Anal.Lab.(劉波平,周妍,羅香,曹樹穩(wěn),王俊德.分析試驗(yàn)室),2007,26(4):69-72.

[15] Lü Z H,Wang Y H,Zhao X,Xia Y Q,Xu J M.Chin.J.Pharm.Anal.(呂志華,王遠(yuǎn)紅,趙峽,夏蘊(yùn)秋,徐家敏.藥物分析雜志),2001,21(4):276-278.

[16] Zhang Y W,Zhang L H,Ma J P,Sun X X,Xu X D.ChinaFoodAddit.(張艷紋,張莉華,馬金萍,孫曉霞,許新德.中國食品添加劑),2014,(2):243-245.