随着人们对食品安全关注度的提高, 腌制肉品产生的N-亚硝胺类化合物已被国际癌症研究中心判定为2A类致癌物[1], 即动物致癌证据明确, 但人类致癌证据不充分。另有流行病学研究表明[2]N-亚硝胺类化合物与消化系统癌症有明显的相关性。腌制肉制品中的N-亚硝胺类化合物主要是由胺类(主要为仲胺和芳香族的叔胺)和亚硝酸盐在酸性条件下经过亚硝基化反应生成[3, 4]。目前许多国家均有对食品中N-亚硝胺类化合物的限量标准, 2005年美国农业部规定总挥发性N-亚硝胺类化合物不能超过10 μg/kg[5]; 我国《食品中污染物限量》(GB 2762-2012) 规定肉制品及水产制品中N-亚硝基二甲胺(N-nitrosodimethylamine, NDMA)的限量分别为3.0 μg/kg和4.0 μg/kg。
酸肉是广西侗族、瑶族少数民族地区居民长期食用的民族特色食品, 沿袭先腊后腌的传统工艺, 将猪肉、鱼、鸭等原料盐浸风干后, 拌上甜酒、糯米饭, 放入坛内3~5个月后即成。本研究以酸肉中的N-亚硝胺类化合物为研究对象, 分析潜在的安全隐患, 保障少数民族地区人们的饮食安全。
近年来, N-亚硝胺类化合物的检测方法日益成熟。Herrmann等[6]以乙腈为提取溶剂, 经冷冻、离心等简单的前处理操作, 建立了液相色谱-大气压化学电离源/电喷雾电离源-串联质谱(LC-APCI/ESI-MS/MS)同时测定加工肉制品中挥发性和非挥发性N-亚硝胺类化合物的方法, 该方法对13种N-亚硝胺类化合物均取得了满意的测定结果, 但对N-亚硝基羟基脯氨酸(N-nitrosohydroxyproline, NHPRO)和本文检测的N-亚硝基二苄胺(N-nitrosodibenzylamine, NDBzA)、N-亚硝基二苯胺(N-nitrosodiphenylamine, NDPhA)的测定结果不理想; 赵博等[7]和余卫军等[5]以乙腈为提取溶剂, 经QuEChERS技术净化, 采用气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)对动物源性食品中的9种挥发性N-亚硝胺类化合物进行了测定。
本文以民族特色食品酸肉中的10种挥发性N-亚硝胺类化合物为研究对象, 以乙腈为提取溶剂, 利用QuEChERS技术对样品进行提取及净化, 并针对酸肉脂肪含量高的特点, 引入正己烷除脂, 采用GC-MS/MS对N-亚硝胺类化合物进行分析测定, 外标法定量。所建立的方法取得了与其他文献方法中采用同位素内标法定量[5, 7, 8]相同的效果。本文还对基质效应进行了探讨, 分析了在QuEChERS提取净化过程中引入除脂步骤的意义, 验证了QuEChERS技术在样品净化中的重要作用。
TSQ8000 Evo质谱仪、Trace 1300气相色谱仪(美国Thermo Fisher公司); G560E快速混匀器(美国Scientific Industries公司); S120H超声波发生器(德国Elma公司); 3-30K冷冻离心机(德国Sigma公司)。
乙腈、正己烷(色谱纯)购自美国Thermo Fisher公司; 无水硫酸镁、氯化钠、氯化钙(分析纯)和弗罗里硅藻土(硅镁型吸附剂, 100~200目)均购自国药集团化学试剂有限公司; 十八烷基硅烷键合硅胶(octadecyl silane, C18) 和N-丙基乙二胺(primary secondary amine, PSA)吸附剂均购自上海安谱科学仪器有限公司。
10种N-亚硝胺混合标准储备液包括NDMA、N-亚硝基甲乙胺(N-nitrosoethylmethylamine, NEMA)、N-亚硝基二乙胺(N-nitrosodiethylamine, NDEA)、N-亚硝基二丙胺(N-nitrosodipropylamine, NDPA)、N-亚硝基二丁胺(N-nitrosodibutylamine, NDBA)、N-亚硝基哌啶(N-nitrosopiperidine, NPIP)、N-亚硝基吡咯烷(N-nitrosopyrrolidine, NPYR)、N-亚硝基吗啉(N-nitrosomorpholine, NMOR)、NDPhA和NDBzA, 纯度均大于97.0%, 质量浓度均为100 mg/L, 购自上海安谱实验科技股份有限公司。
酸肉样品均采集自广西境内融水苗族自治县、三江侗族自治县、龙胜各族自治县、融安县等少数民族聚集区, 采样时间为2016年2月。共采集代表性样品63批(其中酸猪肉28批、酸鸭肉22批、酸鱼肉13批), 均为小作坊或家庭自制。
取N-亚硝胺类化合物混合标准储备液, 用乙腈稀释并配制成质量浓度为10 mg/L的混合标准中间液, 置于棕色储液瓶中, 于-18 ℃冰箱中保存。取上述混合标准中间液, 用乙腈稀释成质量浓度为1 mg/L的混合标准工作液, 用时根据需要, 将混合标准工作液用乙腈逐级稀释为系列混合标准溶液, 现用现配。
称取10 g(精确至0.001 g)均质好的酸肉样品, 置于50 mL离心管中, 加入20 mL乙腈、4 g无水硫酸镁和1 g氯化钠, 在混匀器上涡旋1 min后, 超声提取15 min(保持温度在35 ℃以下), 然后在室温下以5 000 r/min的转速离心5 min, 残渣再用10 mL乙腈重复提取2次, 合并乙腈提取液于100 mL离心管中; 加入10 mL乙腈饱和的正己烷溶液, 涡旋1 min, 在室温下以5 000 r/min的速率离心3 min, 弃去正己烷层, 重复上述操作2次; 将乙腈层转入150 mL鸡心瓶中, 于40 ℃水浴中减压旋蒸至0.2~0.5 mL, 用乙腈转移至2.0 mL容量瓶中并定容至刻度, 摇匀, 待净化。
准确量取1.5 mL待净化溶液, 置于装有C18吸附剂150 mg、PSA吸附剂50 mg和无水硫酸镁100 mg的2 mL离心管中, 涡旋30 s, 混匀, 以12 000 r/min离心3 min, 上清液供GC-MS/MS测定。
取3种空白基质样品, 按1.3.1节方法进行提取, 减压旋蒸至近干后, 加入2.0 mL质量浓度分别为1、5、10、20、40、50和100 μg/L的系列混合标准溶液复溶, 涡旋混匀, 准确量取1.5 mL复溶后的溶液, 按1.3.2节所述进行QuEChERS净化, 即可获得空白基质匹配混合标准溶液。
色谱柱:DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm); 进样口温度:250 ℃。程序升温条件:起始温度35 ℃, 保持3 min; 以10 ℃/min升温至100 ℃, 保持5 min; 以20 ℃/min升温至220 ℃, 保持7 min; 以10 ℃/min升温至240 ℃, 保持5 min。载气:He(纯度>99.999%); 载气流速:1.0 mL/min; 隔垫吹扫流量:3 mL/min; 进样模式:不分流进样; 进样量:1.0 μL。
离子源:EI源; 离子源温度:300 ℃; 传输线温度:280 ℃; 电子能量:70 eV; 采集模式:选择反应监测(SRM)模式; 溶剂延迟:4 min。10种挥发性N-亚硝胺类化合物的保留时间、前体离子、产物离子和其他质谱参数见表 1。
对1 mg/L的N-亚硝胺类化合物混合标准工作液进行分析, 考察弱极性TG-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)和强极性DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)对10种目标化合物分离效果的影响(见图 1)。结果表明, 采用弱极性的TG-5MS色谱柱时, N-亚硝胺类化合物的保留效果较差, 特别是NDMA和NEMA的保留时间较短,容易产生与溶剂或基质等分离不完全的现象, 且NEMA在TG-5MS色谱柱中呈双峰。采用强极性DB-WAX色谱柱时, 10种N-亚硝胺类化合物的保留时间均增加5 min以上, NEMA在DB-WAX色谱柱中呈单峰; 在TG-5MS色谱柱中保留时间间隔小于0.1 min的NPYR、NMOR、NDPA在DB-WAX色谱柱中均得到了良好的分离。因此, 本实验选择DB-WAX色谱柱。
对1 mg/L的N-亚硝胺类化合物混合标准工作液进行全扫描(Full scan), 用仪器自带的Xcalibur软件将全扫描谱图中色谱峰的背景扣除后, 在关联的NIST(National Institute of Standards and Technology)数据库中进行搜索比对, 确定目标N-亚硝胺类化合物的保留时间及前体离子; 用软件的自动优化功能, 输入目标化合物的名称、保留时间和前体离子(一般选择全扫描谱图中响应最高的2~3个), 在指定1 mg/L的N-亚硝胺类化合物混合标准工作液在进样盘中的位置后, 仪器自动对10个目标化合物的前体离子进行二级质谱扫描, 得到相应的产物离子并优化其碰撞电压; 自动优化完成后, 对每次优化的谱图和参数进行确认和比对, 选择响应最好的2~4个产物离子作为候选离子, 再根据各候选离子在空白基质加标溶液中的响应高低和基质干扰情况, 选定其中的2对作为目标化合物的定量离子和定性离子。优化得到的质谱参数见表 1。
根据日常工作的经验, 按照GB 5009.26-2016标准, 采用水蒸气蒸馏法对N-亚硝胺类化合物进行提取的操作繁琐,耗时长。本文选用文献报道[9, 10]的溶剂超声提取法, 弥补了上述缺陷, 在保证准确度和精密度的同时提高了检测效率。
本文根据文献[5, 7],采用乙腈进行提取, 发现将乙腈蒸除后, 鸡心瓶壁内留有大量的油状残留物, 用1~2 mL乙腈复溶不能将其完全溶解, 如加大溶剂量则导致方法的检出限降低; 同时, 大量的油脂使得C18粉末和PSA填料无法将样品净化干净, 导致出现色谱基线响应高、回收率差、杂质峰明显、仪器污染、信号下降等问题。原因可能是酸肉直接经发酵腌制而成, 不经烘烤或日晒等工序, 导致其油脂含量高于腊肉、腊肠等制品。于是, 参考Chatterjee等[11]和Xu等[12]的工作, 在原有的乙腈提取过程中加入正己烷溶液(乙腈饱和)进行除脂, 考察净化效果, 并与未经除脂或QuEChERS净化的效果进行对比。
取空白酸猪肉样品, 分别制备3种供试品溶液:(1) 不经正己烷除脂、不经QuEChERS净化; (2) 经正己烷除脂、不经QuEChERS净化; (3) 经正己烷除脂、经QuEChERS净化。将制备的3种供试品溶液进行仪器分析, 扫描方式为全扫描(m/z 50~500), 各自的色谱图见图 2。
从图 2中可以看出, 经正己烷除脂和QuEChERS净化后, 明显降低了20~22 min(NIST数据匹配为十八碳一烯酸, 即油酸, 可能性为27.70%)、24~25 min(NIST数据匹配为十八碳二烯酸, 即亚油酸, 可能性为11.42%)和30~31 min(NIST数据匹配为十六碳酸和十六碳一烯酸, 即棕榈酸和棕榈一烯酸, 可能性分别为46.77%和47.95%)的基质响应, 净化效果显著。
同时, 通过回收率考察发现, 极性的N-亚硝胺类化合物在非极性的正己烷层中几乎没有分配, 用正己烷多次除脂不会影响乙腈提取液中N-亚硝胺类化合物的含量。因此本文确定采用正己烷除去乙腈层中的油脂。
酸肉样品中含有水、脂肪酸、色素等复杂基质, C18和PSA是QuEChERS方法中最常用的两种吸附剂。C18疏水性极强, 能够有效去除脂肪酸和色素, 同时对非极性化合物具有较强的吸附作用; PSA对有机酸、色素、糖和脂肪酸等干扰物质具有较强的吸附能力[13]; 无水MgSO4主要用于吸收样品中的水分, 确保吸附剂的效果。本实验根据何淑娟等[14]的研究, 初步采用质量分别为150、50和100 mg的C18、PSA和MgSO4吸附剂组合进行净化。此外, 氯化钙(CaCl2)在QuEChERS中可用于去除游离脂肪酸[15], CaCl2具有吸湿作用, 能与水生成CaCl2\52H2O; 弗罗里硅藻土(Florisil)与PSA类似, 其碱性表面能够去除酸性的游离脂肪酸成分[11]。因此本文同时分别用CaCl2、Florisil代替上述吸附剂组合中的无水MgSO4, 针对空白酸猪肉样品, 按前文所述进行前处理和仪器分析, 扫描方式为全扫描(m/z 50~500), 考察不同的吸附剂组合对空白基质样品的净化效果(见图 3)。
从图 3中可以看出, 采用C18-PSA-MgSO4的净化剂组合的净化效果最好。用CaCl2和Florisil代替MgSO4时, 待净化液中的微量水分去除不完全, 影响了吸附剂对杂质的吸附。因此本文确定采用C18、PSA和MgSO4作为QuEChERS净化的吸附剂,用量分别为150、50和100 mg。
基质效应是采用质谱分析时普遍遇到的问题, 基质效应可增强或减弱目标物的信号, 从而影响仪器的灵敏度和重复性, 影响检测结果的准确度。本文参考Gomez Pere等[16]的方法, 通过基质加标曲线与溶剂标准曲线两者斜率的比值, 考察基质效应(见表 2)。
按1.4节所述, 配制质量浓度为1、5、10、20、40、50和100 μg/L的酸猪肉、酸鱼肉和酸鸭肉基质加标曲线, 同时配制相应浓度的溶剂标准曲线, 根据基质加标曲线与溶剂标准曲线斜率的比值计算基质效应。当基质效应为0.8~1.2时, 表示基质效应较弱,可忽略; 当基质效应<0.8或>1.2时, 表明存在很强的基质抑制或增强效应, 需要用基质匹配曲线进行校正。
从表 2可以看出, 除酸猪肉基质中的NDPA、NPYR和酸鸭肉基质中的NPYR存在较强的基质抑制效应, 其他物质的基质效应并不明显。但为尽可能地降低基质效应的干扰, 获得更加准确的定量结果, 本文仍然采用空白基质加标曲线对目标物进行定量分析。
以油脂含量最高的酸猪肉为代表进行分析, 采用基质加标曲线外标法定量。按1.4节方法配制质量浓度分别为1、5、10、20、40、50和100 μg/L的酸猪肉空白基质匹配混合标准溶液, 进行气相色谱-串联质谱测定。以目标物定量离子的峰面积(Y)对其质量浓度(X, μg/L)进行线性回归, 得到10种N-亚硝胺类化合物的线性回归方程(见表 3)。由表 3可知, 10种N-亚硝胺类化合物的线性关系良好, 相关系数(r)为0.995 8~0.999 9。以定量离子信噪比(S/N)为3和10时的响应定义方法的检出限(LOD)和定量限(LOQ), 10种N-亚硝胺类化合物的检出限和定量限分别为0.04~0.3 μg/kg和0.1~1 μg/kg。本方法线性范围广, 灵敏度高。
取空白酸肉样品(包括酸猪肉、酸鱼肉和酸鸭肉), 制备含量分别为0.5、1.0和2.0 μg/kg的加标样品(其中, NPIP的加标水平为1.0、2.0和4.0 μg/kg), 按1.3节所述进行加标回收率试验, 每个添加水平做6次平行测定, 结果见表 4。10种N-亚硝胺类化合物的平均加标回收率为79.8%~115.3%, 相对标准偏差(RSD)为0.6%~22.9%, 符合痕量分析的要求。空白和加标(2.0 μg/kg)酸猪肉样品在SRM模式下的总离子流色谱图见图 4。
采用本文建立的方法, 对采集的63批酸肉样品中的10种N-亚硝胺类化合物进行测定。结果表明, 其中1份样品中检出NDMA, 含量为0.11 μg/kg; 2份样品中检出NMOR, 含量分别为1.4 μg/kg和0.18 μg/kg, 其余样品均无N-亚硝胺类化合物检出。
本文采用改进的QuEChERS方法, 建立了GC-MS/MS同时测定酸肉中10种N-亚硝胺类化合物的分析方法。该法操作简便、快速、准确, 灵敏度、准确度和精密度均符合检测技术的要求。本工作对广西地区少数民族特色食品酸肉代表性样品中的10种N-亚硝胺类化合物进行测定, 结果均未超过限值, 提示传统工艺制作下的酸肉制品可能由于未使用亚硝酸盐等食品添加剂, N-亚硝胺类化合物含量在安全区间, 不构成安全风险。该方法也可以应用于高油脂含量的各类食品中N-亚硝胺类化合物的测定。