[原創]食品中殘留物分析

一、簡介

食品是人們所必需的基本生活資料，產品衛生和質量的好壞，直接關系到人民身體健康。這里說的食品是廣泛意義上的食品，包括初級農產品，如：糧谷、油料籽、蔬菜、水產品、畜禽產品、水果等，也包括加工后的食品，如：罐頭、火腿腸、食用油、方便面、醬菜、調味品等。

隨著我國人民生活水平的提高，食品安全越來越受到人們和政府的關注。近年來食品安全問題多次在媒體上曝光，如：面制品和豆制品中添加吊白塊（甲醛次硫酸鈉），辣椒制品中添加蘇丹紅染料，將蘇丹紅染料拌到飼料中喂養紅心鴨蛋等等。這一方面說明我國的食品安全仍存在一些問題，而從另一方面也說明現在對食品安全問題更加關注。其實以前食品安全問題要比現在多，只是沒有像現在受重視罷了。在“十五”期間，國家首次將食品安全問題作為科技攻關項目提出來，并投入了幾千萬的資金。在“十一五”國家還將繼續投入資金，完善食品安全體系。

在國際上，食品安全工作是由世界糧農組織（FAO）/世界衛生組織（WHO）下屬的食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission，CAC ）負責協調。委員會下還設分會，包括：食品添加劑、農殘、獸殘、微生物。

我國食品衛生法由衛生部主持制定，食品執行的衛生項目及限量由衛生部制定強制國家標準。食品衛生項目的檢測方法由衛生部、農業部和質檢總局制定相應的國家推薦性標準。農業部、商務部和質檢總局還可以根據各自的產品特點制定相應的行業標準。

分類

食品中需要分析的殘留物種類可概括為以下幾大類：分析測試百科網l|A/s&S.EN%dJ

1. 農藥

按功效分有殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、植物激素等。

按化學結構分為機氯(六六六、DDT、艾氏劑、狄氏劑等)，有機磷(敵敵畏、馬拉硫磷、樂果、敵百蟲等)，氨基甲酸酯(殺蟲威、滅草靈、殘殺威、呋喃丹等)等。這3類農藥占到全部農藥的約95%。

2. 獸藥

按功效分有抗菌素、抗寄生蟲劑、促生長劑等。

獸藥的化學結構比較多，比如:抗菌素類藥物有β-內酰胺類、氨基糖苷類、四環素類、氯霉素類、大環內酯類、磺胺類、喹諾酮類、硝基呋喃類、硝基咪唑類等，抗寄生蟲類藥物有苯并咪唑類、阿維菌素類、咪唑并噻唑類等，促生長劑類藥物有甾類同化激素、二苯乙烯類激素、β-激動劑類等。

3. 食品添加劑

食品添加劑分天然和合成兩大類。但食品衛生更多關注的是合成添加劑。按功效分有色素、調味劑、防腐劑、抗氧化劑等。

色素：檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅、靛藍等。

調味劑：糖精鈉、甜蜜素、琥珀酸鹽等。

防腐劑：苯甲酸、山梨酸、尼伯金質等。

抗氧化劑：沒食子酸酯、丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯等。

需要說明的是前一時期出現的蘇丹事件、吊白塊事件中的蘇丹（染料）、吊白塊（漂白劑）并不屬添加劑范疇，而是將非食用化工原料非法添加到食品中。
|r(`RC0

4. 毒素、化學污染物

黃曲霉毒素、二噁英、多氯聯苯、重金屬等。

     在這些被分析的殘留物中，農藥、獸藥、食品添加劑理論上是可以控制的，只要不使用、不添加就不會有。所以，法律法規健全，監管到位，這些問題是完全可以解決的。

     而毒素是無法控制的，食品運輸和儲存過程中，在一定的環境溫濕度下就會產生。在工業化社會的今天，化學污染物也很難控制，這些化學污染物可以通過大氣、水源等途徑進入到人類的食物鏈中。因而，毒素、化學污染物檢測則是長期的。

 

二、殘留物分析步驟

殘留物分析屬痕量分析技術，由于被測物的含量較低，在分析時有其特定的分析步驟，即：提取、凈化、濃縮、檢測。

1．提取：充分的提取是殘留物分析的前提。

圖1   索氏提取器

1）索氏提取法——最經典、常用的方法，應用索氏提取器（見圖1）提取效率高，操作簡單，但提取時間太長。比較適合用于脂溶性物質的提取。

圖2   高速均質器

2）搗碎、高速均質法——采用高速均質器（見圖2）提取效率高，適用范圍廣，操作簡便，時間短，但對樣品的性狀有要求。AOAC方法中常采用此法。

3）振搖法——廣泛用于提取樣品表面殘留成分。

4）浸漬法——常用于提取易乳化樣品中的殘留成分。

5）溶劑加速提取——根據加溫加壓可以提高萃取效率的原理，設計制造的儀器（見圖3）。該儀器可以將原來用索氏提取器需4~6小時的提取時間，縮短為0.5~2小時。而且高度的自動化可節省人力。

圖3    溶劑加速提取儀

6）微波提取——利用微波技術，使樣品萃取管內產生溫度和壓力，從而提高萃取效率。在原微波消解儀的基礎上，稍加改進，即可實現微波萃取。微波萃取的效率更高，因為一次萃取操作只需30~40分鐘，且一次最多可以萃取40個樣品。存在的不足是樣品管體積有限，對樣品量大不適用。

7）超聲提取——利用超聲技術，使樣品萃取管內產生溫度和壓力，從而提高萃取效率。

          提取溶劑的選擇原則是結構相似相溶原理。通常提取：

• 脂溶性物質——使用石油醚、正己烷、己烷等提取油脂的溶劑。
• 水溶性物質——使用極性溶劑或含水極性溶劑，如甲醇、乙腈等。

        常用溶劑依極性由強到弱順序排列的順序是：

水、乙腈、甲醇、乙酸、乙醇、異丙醇、丙酮、二氧六環、正丁醇、正戊醇、乙酸乙脂、乙醚、硝基甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、二硫化碳、環己烷、正己烷（石油醚）、正庚烷。

2．凈化：消除對定性、定量結果的干擾是目的。

1）液-液分配——傳統凈化方法。

         利用被測物與干擾物在兩相不相溶的溶劑中不同的溶解度將其分析，從而達到凈化的效果。優點是：選擇合適的試劑組后，凈化效果好、回收率高、操作簡單。缺點是溶劑量大污染環境，對被測物的性質有一定要求，因而適用范圍有限。

2）柱層析——使用最多的凈化方法。

圖4   自裝填層析柱

圖5   固相萃取柱及固相萃取器

圖6   自動固相萃取儀

         利用色譜分離原理將被測物與干擾物進行分離，并對被測物進行富集。早期層析柱是將填料裝入玻璃、塑料等材質的柱體內（見圖4）。隨著使用的普及，推出了商品化的固相萃取柱，這類柱子配合專用的固相萃取器，使用方便、重現性好，現在多數殘留分析實驗室都在使用（見圖5）。但由于基質的復雜性，以及固相萃取柱在裝填時的差異，所以如果沒用經驗的話回收率的重現性比較差。為克服這一不足，儀器公司開發出商品化的自動固相萃取儀（見圖6）。自動固相萃取儀在工作站的控制下準確地工作，提高了重現性。

3）免疫親合柱——應用生化抗原抗體技術的高選擇性吸附性，吸附被測物，然后再用洗脫劑解析被測物，實現凈化、濃縮。對于單一（或一類）物質的分析而言，免疫親合柱凈化濃縮效果非常好。唯一的缺點是免疫親合柱的成本比較高。

分析測試百科網:bA.w4{5Q-|6V
4）分子印跡材料填裝的凈化柱——用合成的分子印跡材料裝填制成凈化柱，其性能類似免疫親合柱，有非常好的選擇性吸附凈化效果。其缺點是目前合成工藝還難以控制合成出性能完全一樣的原料，這就使填料的吸附、洗脫性能難以保持完全的一致，因此還不能商品化。

5）凝膠滲透色譜——根據化合物的分子量將被測物與基質中的干擾物分離。現在為提高分析效率，多采用高壓儀器法（見圖7）。該方法凈化效果的好壞取決于被測物與干擾物的分子量差，分子量相差越大凈化效果越好。另外，分離過程溶劑的消耗量比較大。

圖7     凝膠滲透色譜儀

6）液相色譜——該方法的凈化原理很好理解，就是利用色譜分離技術。該技術多與色譜儀聯用，現在已有儀器公司將其商品化與液相色譜質譜聯用儀聯用。這種技術與氣相色譜聯用還存在一定的技術難度。而且商品化裝置價格也較高。

 

3. 濃縮：提高檢測靈敏度的措施。

自然揮發法——最簡單、且對低沸點化合物濃縮最有效的方法。但這種方法濃縮效率低，而且溶劑一般只能采用低沸點的有機溶劑，如：乙醚、丙酮等。

吹掃法——為提高效率，當被測物不是沸點很低的物質時，更廣泛采用。為操作方便，儀器公司將其商品化，稱為“氮吹儀”（見圖8）。氮吹儀一次最多可處理48個樣品，效率非常高。一般溶劑量不能太大。

圖8     氮吹儀

K-D濃縮器濃縮法——傳統揮發或半揮發性物質的濃縮方法（見圖9）。優點是回收率高，缺點是效率低。儀器公司根據K-D濃縮器的原理，推出商品化的“快速旋流儀”（見圖10）。無論是K-D濃縮器還是快速旋流儀，對于高、低沸點化合物的濃縮，均能得到較好的回收率。

圖9       K-D濃縮器

圖10    快速旋流儀

真空旋轉蒸發器——殘留分析實驗室最常用的濃縮裝置，優點是對大溶劑量的濃縮效率較高，缺點是對低沸點化合物的濃縮回收率較低。

超臨界萃取——集萃取、凈化、濃縮為一體，效率非常高。但應用該技術要想得到好的重現性，必須嚴格地控制操作過程的各個參數。而食品本身就很復雜，所以，要得到好的重現性需針對每一種商品開發一個對應的方法，除非是商品簡單，批次非常多。否則，前期工作量太大了。這也是為什么這個技術一直沒有推廣開的原因之一。

固相微萃取——也是一個集萃取、凈化、濃縮為一體技術。該技術特別適合于分析水溶液中的揮發或半揮發有機物，操作簡單。但該技術的最大問題是定量重現性差，所以只適用于半定量或初篩。

 

4. 檢測：得到定性、定量分析的最終結果

定量分析——常用的儀器有：氣相色譜儀(GC)、液相色譜儀(HPLC)、紫外/可見光光度計(UV/VIS)、熒光分光光度計(FL)等。

GC常用檢測器包括：電子俘獲檢測器(ECD)——有機鹵；氮磷檢測器(NPD)——有機磷、有機氮；火焰光度檢測器(FPD)——有機磷、有機硫；脈沖火焰光度檢測器(PFPD)——有機磷、有機硫等12種元素。以上這些檢測器都是選擇性檢測器。質譜檢測器(MS)——通用檢測器。

HPLC常用檢測器包括：紫外/可見檢測器(UV/VIS)——190～700 nm有吸收的物質；二極管陣列檢測器(PAD)——190～700 nm有吸收的物質；熒光檢測器(FLU)——有熒光的物質。以上這些檢測器都是選擇性檢測器。質譜檢測器(MS)——通用檢測器。

GC還常用的一種通用型檢測器氫火焰檢測器（FID）。HPLC常用的一種通用型檢測器蒸發光散射檢測器（ELSD）。由于這兩種通用型檢測器靈敏度不高，所以在食品中殘留物分析中應用較少。

半定量分析——高效薄層色譜（HPLTC）、 酶聯免疫法（ELISA）（見圖11）、放射免疫法（RIA）（見圖12）。這些技術更多的是用來食品中殘留物的快速篩選。此外，這幾年膠體金試紙條法在快速檢測、篩選檢測應用方面發展迅速，受到人們的關注。

圖11    酶聯免疫儀

圖12    放射免疫儀

定性分析——在殘留分析中應用最多、定性結果最為可靠的是質譜檢測器(MS，對于色譜儀而言，MS就是一個檢測器)。在歐盟2002/657/EC指令中，對于禁用物質（A組藥物）只有給出準確的物質分子信息，才可作為禁用藥物檢出的判定依據。公認定性最好的儀器是質譜儀、紅外光譜儀、核磁共振譜儀。而能夠滿足殘留分析檢測靈敏度的只有質譜儀。這就是為什么目前殘留分析定基本上只采用質譜儀的原因。另外，從廣義上而言質譜是一個通用型檢測器，而當采用SIM或MRM檢測方式時，它又像一個選擇型檢測器，能夠提高檢測的信噪比，滿足殘留分析的需要。

對于歐盟指令中的限用物質（B組藥物），可以采用PAD、FLD等，也可以采用不同色譜技術來互為補充確證。

 

三、殘留分析面臨的問題

1. 檢測項目不斷增加

隨著人民生活水平的不斷提高，對食品安全也越來越重視。各國政府也制定相關的法律加強對食品安全的管理。據不同來源的統計：

• 我國標準：農藥136項，獸藥46項。
• 食品法典委員會：農藥197 項，獸藥54項
• 美國：農藥261項，獸藥90項
• 歐盟：農藥400 多項，獸藥200多項（因歐盟各國之間標準存在差異，數據統計的不是很準確）。
• 日本：農藥515 項，獸藥228項（其中31項既是農藥也是獸藥）。

從這些檢測項目的數量可以看到，與上世紀各國殘留檢測項目相比有了較大的增加。所以傳統的單一或一類幾種殘留項目的檢測已很難適應如此多項目檢測的要求。

在上個世紀只有歐盟對獸藥檢測有比較嚴格的要求，而其他國家包括美國、日本，要求檢測的不過十幾種，我國只有幾種。現在要求檢測的已經上百種。

2. 檢出限量不斷降低

過去農藥的限量多是mg/kg（ppm）水平。而現在日本肯定列表規定：對于沒有建立限量的多有化學物質，限量值均不允許超過10 μg/kg。這一下使檢出限降低了2個數量級，增加了分析難度，提高了分析成本。

獸藥限量的變化也很大，最典型的例子是氯霉素（CAP），最早氯霉素的限量是50 μg/kg，隨后不斷降低，直至降到現在的0.1 μg/kg。獸藥檢測還有一個變化是過去只檢測母體，現在有一些獸藥開始檢測代謝物，如：硝基呋喃、卡巴氧、喹乙醇等。這些都給獸藥殘留分析增加了難度，對從事相關分析的實驗室也提出了更高的要求。過去獸藥分析多采用液相色譜法，現在則必須采用液相色譜-串聯質譜法。

分析測試百科網|0o8x"z&q;\aA*y-X
四、殘留分析技術展望

前面談到殘留分析面臨的問題，如何有效地解決這些問題，也就成為殘留分析工作者及相關領域公司正在研究開發新技術、新儀器的努力方向。

為了加強監管力度，國家制定了殘留監控計劃，檢測批次和檢測項目數都非常大。所以，需要解決高通量的問題。

        為解決檢驗批次多的問題，現在更多借助生物、生化技術，如： ELISA、RIA、免疫親和柱、膠體金試紙條法等。這些技術用于檢測食品中單一殘留物（如氯霉素、黃曲霉毒素B1等）或一類幾種殘留物（如磺胺類、沙星類、黃曲霉毒素總量等），處理量大、快速、靈敏。當初篩檢測發現陽性結果后，再采用儀器法進行定性、定量。這種模式國內外近幾年都廣泛采用。

        為解決檢測項目多的問題，現在更多的是采用色譜-質譜聯用技術。隨著色譜-質譜聯用儀性能的不斷提高，功能的不斷完善，已經可以很好地適應多殘留分析的需要。現在用GC-MS分析農藥多殘留最多可達500多種。獸藥多殘留分析以HPLC-MS-MS分析為主，但由于獸藥化學結構和性質差異較大，而且要求的限量值更低，所以，還不能像農藥那樣同時檢測上百種。

        對于痕量和超低痕量分析除了要求儀器具有高性能外，先進的前處理技術的是很重要的。例如：利用免疫親合柱對被測物進行高選擇性、高倍富集凈化，使方法的檢出限可達到ng/kg（ppt）水平。

         對于分析儀器，除了不斷提高檢測性能外，還附加一些前處理功能，如：大體積進樣、固體或乳液直接進樣、在線固相萃取、在線凝膠凈化等。

        而前處理設備則應具有多功能、聯用、自動化、智能化等特性，如：集快速溶劑萃取儀/自動固相萃取儀/自動濃縮儀于一體。