鄭 嘉,王紅旗,劉繼紅,王俊艷,曹 成,尹海燕
(1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所,河南 鄭州 450002;2. 河南省糧食質(zhì)量安全與檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450002;3. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450002)
伏馬毒素于1988 年被首次發(fā)現(xiàn)[1?2],LAURENT等[3]從伏馬菌素中分離出伏馬毒素B1(FB1)和伏馬毒素B2(FB2)。伏馬毒素是由一類串珠鐮刀菌、多育鐮刀菌、輪狀鐮刀菌和尖孢鐮刀菌等在一定溫度和濕度條件下產(chǎn)生的水溶性次級(jí)代謝產(chǎn)物,主要污染玉米及其制品[4?6]。伏馬毒素類似物有28種,分為A、B、C、P 等4 組,以B 組的FB1、FB2和伏馬毒素B3(FB3)為主要存在形式,這3 種毒素的結(jié)構(gòu)非常相似[7]。其中,F(xiàn)B1毒性最強(qiáng),廣泛存在于玉米及其制品中,約占伏馬毒素總量的70%[8]。在我國(guó)西南山地玉米種植區(qū),如四川、云南、貴州等地,全年降雨較多,玉米飼料原料中伏馬毒素檢出率高,污染嚴(yán)重[9?10]。前人研究表明,伏馬毒素毒性具有種屬、性別的特異性,不同種屬動(dòng)物對(duì)伏馬毒素的敏感性不同,同一種動(dòng)物不同性別對(duì)伏馬毒素的敏感性也不同[7]。FB1可引起馬腦白質(zhì)軟化癥(ELEM)[11]、豬肺水腫綜合征(PPE)[12]以及小鼠、羔羊、小牛不同程度肝細(xì)胞凋亡和腎毒性,誘發(fā)靈長(zhǎng)類動(dòng)物動(dòng)脈粥樣硬化[13]和食道癌[14],對(duì)動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)及人類健康有較大影響。
由于FB1和FB2在天然食品中含量高于FB3,且FB1和FB2的毒性比FB3強(qiáng),目前的檢測(cè)方法和限量標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)FB1和FB2。歐盟對(duì)玉米中伏馬毒素(FB1+FB2)進(jìn)行限量:玉米為4 mg/kg,嬰幼兒玉米制品為0.2 mg/kg,玉米基質(zhì)早餐及點(diǎn)心為0.8 mg/kg,其他用于人類直接消費(fèi)的玉米及玉米食品為1 mg/kg。瑞士規(guī)定食物中伏馬毒素限量為1 mg/kg[15];美國(guó)FDA 規(guī)定直接食用玉米和玉米產(chǎn)品中伏馬毒素(FB1+FB2+FB3)限量為2 mg/kg。我國(guó)雖然制定了食品、糧食及飼料中伏馬毒素的檢驗(yàn)方法,但并無(wú)明確的限量規(guī)定[16]。
隨著人們對(duì)食品安全越來(lái)越關(guān)注,農(nóng)產(chǎn)品及食品中伏馬毒素的檢測(cè)逐漸引起了人們的重視。因伏馬毒素化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)紫外吸收基團(tuán),無(wú)熒光特性基團(tuán),現(xiàn)有的伏馬毒素色譜檢測(cè)方法大多需要使用合適的衍生劑,增加了檢測(cè)過(guò)程的煩瑣性。另外,關(guān)于伏馬毒素的提取與凈化,現(xiàn)有的伏馬毒素檢測(cè)方法如液相色譜法、氣相色譜法、氣-質(zhì)聯(lián)用法、液-質(zhì)聯(lián)用法[17?21]等,大多數(shù)需要使用免疫親和柱或者陰離子固相萃取柱,檢測(cè)成本高且只能檢測(cè)1 種或2 種伏馬毒素。魏云計(jì)等[20]報(bào)道的方法能夠同時(shí)檢測(cè)3 種伏馬毒素,但是需要用PRIME HLB 固相萃取柱對(duì)樣品進(jìn)行凈化前處理,檢測(cè)成本高,操作相對(duì)煩瑣。
2012 年,我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部依法建立國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制度,并按年組織實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,產(chǎn)品涵蓋小麥、玉米、花生、茶葉、稻米等,需要評(píng)估的真菌毒素項(xiàng)目有20多種。每年需要評(píng)估的玉米樣品超過(guò)1 000 份,需要評(píng)估的真菌毒素種類有十幾種,其中包括FB1、FB2、FB3。根據(jù)索萊寶生物科技有限公司、北京博爾西科技有限公司、武漢華美生物工程有限公司3 家公司的報(bào)價(jià),伏馬毒素免疫親和柱均價(jià)約為160 元/支。按照每份玉米樣品做3 個(gè)平行進(jìn)行檢測(cè)成本核算,不包括過(guò)柱子消耗的人力成本和時(shí)間成本,每年僅完成國(guó)家玉米風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目需要支付的伏馬毒素免疫親和柱試驗(yàn)耗材費(fèi)用就高達(dá)48萬(wàn)元。
真菌毒素種類繁多且存在毒性協(xié)同疊加效應(yīng)。為準(zhǔn)確、全面、快速掌握糧油產(chǎn)品及其制品中真菌毒素的污染情況,急需建立一種非免疫親和柱依賴型簡(jiǎn)單、快速、靈敏、準(zhǔn)確的糧油產(chǎn)品多種真菌毒素篩查方法。為此,采用輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法,在不使用免疫親和柱和陰離子固相萃取柱的前提下,通過(guò)優(yōu)化提取液組分、色譜分離條件和高分辨質(zhì)譜檢測(cè)條件,同時(shí)測(cè)定玉米中3 種伏馬毒素(FB1、FB2、FB3)的含量,為建立滿足大批量樣品中伏馬毒素篩查分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的多種真菌毒素檢測(cè)方法奠定基礎(chǔ),為我國(guó)糧油產(chǎn)品中伏馬毒素殘留檢測(cè)與限量制定提供技術(shù)支撐。
料理機(jī)(WBL25B36,廣東美的生活電器制造有限公司)、多管旋渦振蕩器(UMV-2,北京優(yōu)晟聯(lián)合科技有限公司)、高速冷凍離心機(jī)(5804R,德國(guó)艾本德公司)、高分辨質(zhì)譜儀(Ultimate 3000-Q Exactive,美國(guó)賽默飛世爾科技公司)、加熱板(EH35S,北京萊伯泰科儀器股份有限公司)、天平(ME802/02,梅特勒-托利多儀器有限公司)、數(shù)控超聲波清洗器(KQ-500DE,昆山市超聲儀器有限公司)、0.22 μm濾膜(浙江哈邁科技有限公司)、超純水儀(Milli-Q,美國(guó)密理博公司)。
色譜級(jí)甲醇(CH3OH)、乙腈(C2H3CN)、甲酸(HCOOH)、分析純乙酸銨(CH3COONH4)(德國(guó)默克公司);FB1、FB2和FB3標(biāo)準(zhǔn)品(規(guī)格1 mg,純度≥98%,普瑞邦生物工程有限公司)。
國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,隨機(jī)從河南玉米主產(chǎn)縣采集160 份代表性玉米籽粒樣品,每份樣品的質(zhì)量約為2 kg。將每份玉米樣品按四分法縮分至500 g,全部用粉碎機(jī)磨碎至粒度小于1 mm,于密封袋中-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
樣品前處理:用天平準(zhǔn)確稱取5.00 g 的玉米樣品于50 mL 具塞離心管中,加入20 mL 乙腈-水-甲酸溶液(50:49:1);用渦旋振蕩器振蕩約15 min,使其充分混勻;然后于高速冷凍離心機(jī)中以5 000 r/min 離心5 min;離心后取2.0 mL 上清液于干凈的小燒杯中,將小燒杯置于45 ℃加熱板上加熱蒸干;隨后向蒸干的小燒杯里加入2 mL 的乙腈-水溶液(1∶1),超聲使其充分溶解;最后用0.22 μm 濾膜過(guò)濾,將濾液置于色譜進(jìn)樣小瓶中上機(jī)測(cè)定。
混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制:FB1、FB2和FB3標(biāo)樣分別加入1 mL 乙腈溶解,配制成質(zhì)量濃度為1 g/L 的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。再分別吸取100 μL 的FB1、FB2和FB3標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,混合均勻,用乙腈定容到10 mL,配制成質(zhì)量濃度為10 mg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,密封于棕色試劑瓶中,于-20 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>
混合標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制:(1)溶劑空白工作液。取適量體積的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,逐級(jí)稀釋至終質(zhì)量濃度分別為1、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000 μg/L。(2)玉米空白基質(zhì)工作液。取玉米空白樣品,按照1.2 中的前處理方法制備玉米空白基質(zhì)溶液,然后按照溶劑空白工作液的配制方法配制。4 ℃儲(chǔ)存,上機(jī)備用。
在色譜儀Ultimate 3000(美國(guó)賽默飛世爾科技公司)上進(jìn)行,色譜柱為C18 反相色譜柱(Hypersil Gold,100 mm×2.1 mm,1.9 μm,美國(guó)賽默飛世爾科技 公 司)。 流 動(dòng) 相A:CH3OH-H2O(98∶2)+5 mmol/L CH3COONH4+1% HCOOH;流 動(dòng) 相B:CH3OH-H2O(2∶98)+5 mmol/L CH3COONH4+1%HCOOH;流速為0.20 mL/min,柱溫設(shè)定為40 ℃,自動(dòng)進(jìn)樣室設(shè)為室溫,進(jìn)樣量為10 μL,儀器控制及數(shù)據(jù)處理通過(guò)Xcalibur 軟件(美國(guó)賽默飛世爾科技公司)執(zhí)行;流動(dòng)相梯度洗脫程序見(jiàn)表1。
表1 流動(dòng)相梯度洗脫條件Tab.1 Gradient elution conditions of mobile phase
正離子掃描模式(ESI+),選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(SRM),噴霧電壓3.0 kV,輔助氣(N2)壓力為10 Arb,鞘氣(N2)壓力為30 Arb,離子源加熱溫度為310 ℃,離子傳輸管溫度為320 ℃,分辨率設(shè)為17 500 FWHM,自動(dòng)增益值為2e5,最大注入時(shí)間為100 ms。
提取溶劑的選擇直接影響回收率,廣泛查閱檢測(cè)伏馬毒素的相關(guān)文獻(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn),常用的伏馬毒素提取溶劑為甲醇、乙腈、甲酸和水。考慮到伏馬毒素為兩性化合物,極性較強(qiáng),增加提取液中極性溶劑的含量可能有助于改善伏馬毒素的提取效率。甲醇、乙腈和水的極性大小順序?yàn)樗炯姿幔疽译妫炯状肌>C合考慮以上情況,排除對(duì)單一成分提取液(純乙腈/甲醇)的考察,選擇文獻(xiàn)中報(bào)道的6 種真菌毒素提取組合溶劑進(jìn)行驗(yàn)證分析及組分優(yōu)化。這6種組合溶劑分別為甲醇-水(75∶25)、甲醇-水-甲酸(75∶24∶1)、乙腈-水(80∶20)、乙腈-水(50∶50)、乙腈-水-甲酸(50∶49∶1)、乙腈-水(40∶60)。優(yōu)化過(guò)程中,每種提取溶劑做5 次平行試驗(yàn)。制備30 份玉米空白樣品,分別加入1 mL的100 μg/L 伏馬毒素混合標(biāo)準(zhǔn)液,混勻,然后分別用6種組合溶劑振蕩提取,取5次平行試驗(yàn)的峰面積均值作為最終提取效果評(píng)判依據(jù),試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1 可以看出,與其他混合溶劑比較,用乙腈-水-甲酸(50∶49∶1)混合溶劑提取3種伏馬毒素FB1、FB2、FB3均能獲得最大面積的色譜峰,因此選擇乙腈-水-甲酸(50∶49∶1)混合溶劑作為最佳提取溶劑。
2.2.1 流動(dòng)相組分的優(yōu)化 大多數(shù)液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)方法以甲醇或乙腈為流動(dòng)相,甲酸、乙酸、甲酸銨和乙酸銨作為常用的流動(dòng)相調(diào)節(jié)劑。質(zhì)譜檢測(cè)器設(shè)置為正離子檢測(cè)模式時(shí),通常檢測(cè)的母離子為[M+H]+離子。流動(dòng)相中加酸主要是向化合物提供H+以提高該化合物在正離子模式下的離子化效率,同時(shí)有助于減少色譜峰拖尾,改善峰形;而流動(dòng)相中添加揮發(fā)性銨鹽有助于減少前延峰,起到改善峰形的作用[22]。對(duì)流動(dòng)相A 和流動(dòng)相B 進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。從圖2 可以看出,以流動(dòng)相A:CH3OH-H2O(98∶2)+5 mmol/L CH3COONH4+1% HCOOH 和 流 動(dòng) 相B:CH3OH-H2O(2∶98)+5 mmol/L CH3COONH4+1%HCOOH 為流動(dòng)相,進(jìn)行梯度洗脫(洗脫程序見(jiàn)表1),能夠?qū)崿F(xiàn)3 種伏馬毒素的基線分離,出峰順序依次為FB1、FB3和FB2。
2.2.2 梯度洗脫條件的優(yōu)化 FB2和FB3屬于同分異構(gòu)體不易分離,優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)置了3 組梯度洗脫程序,洗脫程序a、b、c 的起始流動(dòng)相比例(A∶B)分別為20∶80、30∶70、40∶60,詳見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示,采用梯度洗脫程序a 時(shí),以0.2 mL/min 的流速,在8 min內(nèi)流動(dòng)相A∶B的比例從開(kāi)始的20∶80增加到100∶0,F(xiàn)B1、FB2、FB3之間的分離度最大只有0.5,無(wú)法實(shí)現(xiàn)基線分離。采用梯度洗脫程序b 時(shí),由于起始流動(dòng)相中A 流動(dòng)相占比較大,即起始流動(dòng)相中甲醇含量較高,有利于3種毒素的洗脫,從而縮短了保留時(shí)間;以0.2 mL/min 的流速,在8 min 內(nèi)流動(dòng)相A∶B 的比例從起始的30∶70 增加到90∶10,流動(dòng)相比例變化相對(duì)較為溫和,在此條件下,F(xiàn)B1、FB2、FB3實(shí)現(xiàn)了基線分離。進(jìn)一步優(yōu)化,采用梯度洗脫程序c 時(shí),流動(dòng)相A∶B 的起始比例為40∶60,在此條件下,雖然FB2和FB3色譜峰保留時(shí)間進(jìn)一步縮短,但二者的分離度也隨之降低,無(wú)法實(shí)現(xiàn)基線分離。綜上所述,梯度洗脫程序b較為理想,作為最佳梯度洗脫條件。
表2 不同的梯度洗脫程序Tab.2 Different gradient elution procedures
伏馬毒素為兩性化合物,本研究分別在正、負(fù)離子模式下對(duì)FB1、FB2和FB3進(jìn)行了全掃質(zhì)譜分析,結(jié)果顯示,正離子模式下的信號(hào)強(qiáng)度更好,故采用正離子掃描模式。以[M+H]+作為母離子,選擇色譜峰無(wú)干擾的特征碎片離子作為定量離子,其他離子為定性離子,優(yōu)化3 種伏馬毒素產(chǎn)生的二級(jí)質(zhì)譜碎片的碰撞能量等參數(shù),使其相應(yīng)的分子離子峰和特征離子對(duì)峰的相對(duì)豐度達(dá)到最大,優(yōu)化后的最佳伏馬毒素質(zhì)譜檢測(cè)條件如表3 所示。分別選取352.315 0、336.320 3 和336.320 1 作 為FB1、FB2和FB3的定量離子。
表3 FB1、FB2和FB3的質(zhì)譜參數(shù)Tab.3 Mass spectrum parameters for FB1,F(xiàn)B2 and FB3
準(zhǔn)備適量玉米空白樣品,按照方法1.2 前處理制備玉米空白基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,依次稀釋成質(zhì)量濃度為1、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,以定量離子峰面積(Y)對(duì)質(zhì)量濃度(X,μg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,相應(yīng)的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4。結(jié)果表明,在玉米空白基質(zhì)工作液和溶劑空白工作液中,F(xiàn)B1、FB2和FB3在1~1 000 μg/L 線性關(guān)系均良好。為避免玉米空白基質(zhì)效應(yīng)對(duì)后續(xù)試驗(yàn)的影響,均采用玉米空白基質(zhì)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,進(jìn)行外標(biāo)法定量校正。
表4 在2種工作液中伏馬毒素的線性回歸方程Tab.4 Linearity equation of fumonisins in two fluids
向空白樣品中添加FB1、FB2和FB3混合標(biāo)準(zhǔn)液,在最佳試驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)定,分別以3 倍信噪比(S/N=3)和10倍信噪比(S/N=10)確定方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。檢測(cè)結(jié)果如表5 所示,F(xiàn)B1的LOD、LOQ 分別為0.16 μg/kg 和0.52 μg/kg,F(xiàn)B2的LOD、LOQ 分別為0.16 μg/kg 和0.52 μg/kg,F(xiàn)B3的LOD、LOQ分別為0.31 μg/kg和1.01 μg/kg。
表5 伏馬毒素的檢出限及定量限Tab.5 LOD and LOQ for fumonisins μg/kg
選定一個(gè)空白玉米試樣進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),選擇50、1 000、2 000 μg/kg 分別為低、中、高3 個(gè)添加量,每個(gè)添加量設(shè)6個(gè)平行,考察本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法測(cè)定FB1、FB2和FB3的平均回收率和精密度,結(jié)果如表6 所示。由表6 可知,3 種伏馬毒素的回收率均在77.72%~102.79%,對(duì)應(yīng)的相對(duì)偏差在1.07%~8.92%。由此說(shuō)明,本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法可以用于玉米中FB1、FB2和FB3的準(zhǔn)確測(cè)定。
表6 建立檢測(cè)方法的回收率與精密度Tab.6 Investigation of the recovery and precision of the investigated method
為了進(jìn)一步驗(yàn)證本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法的可行性,對(duì)2020 年160 份來(lái)自汝南縣、夏邑縣、鄲城縣、方城縣和延津縣等玉米主產(chǎn)地的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估樣品進(jìn)行伏馬毒素污染情況風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估驗(yàn)證分析,結(jié)果顯示,160份玉米樣品伏馬毒素檢出率高達(dá)82.5%,伏馬毒素(FB1+FB2+FB3)含量為4.17~12 056.15 μg/kg,其中17 份超過(guò)國(guó)際食品法典委員會(huì)(CAC)限量(4 mg/kg),超標(biāo)率達(dá)10.63%。通過(guò)對(duì)該批次玉米樣品的成功分析,進(jìn)一步驗(yàn)證了本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法在國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中具有一定的應(yīng)用前景。
本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法在1~1 000 μg/L 的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)具有較好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r>0.999。加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果顯示,50、1 000、2 000 μg/kg 3 個(gè) 加 標(biāo) 量 的 回 收 率 為77.72%~102.79%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.07%~8.92%。與已經(jīng)報(bào)道的液相色譜法、氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法、液質(zhì)聯(lián)用法等伏馬毒素檢測(cè)方法相比,本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法免去了免疫親和柱、陰離子固相萃取柱的使用,具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、靈敏度高、檢測(cè)成本低等優(yōu)點(diǎn),且可以實(shí)現(xiàn)玉米中FB1、FB2、FB33 種伏馬毒素的同時(shí)定量檢測(cè)。此外,通過(guò)對(duì)160份玉米風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估樣品的分析,進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的可靠性。
玉米在生長(zhǎng)、收獲和儲(chǔ)藏的過(guò)程中極易受伏馬毒素污染[23],對(duì)人畜造成一定種屬、性別差異性毒害。連續(xù)多年的國(guó)家玉米產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示,玉米受伏馬毒素污染相當(dāng)普遍,以河南、山東為例,2020 年玉米伏馬毒素超標(biāo)率超過(guò)40%,應(yīng)當(dāng)引起監(jiān)管部門的重視。因此,持續(xù)開(kāi)展玉米伏馬毒素污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,及時(shí)掌握全國(guó)大宗糧油農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全狀況,加強(qiáng)監(jiān)管具有重要意義。建議盡快制定我國(guó)玉米中伏馬毒素限量,加快抗性玉米品種的選育,強(qiáng)化玉米綠色栽培和儲(chǔ)藏技術(shù)的培訓(xùn)與示范。本研究建立的輕簡(jiǎn)化液質(zhì)聯(lián)用法為大批量樣品中伏馬毒素篩查分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了可選技術(shù),為我國(guó)大宗糧油產(chǎn)品中伏馬毒素污染監(jiān)測(cè)與限量制定提供了技術(shù)支撐。