食品中呋喃的前处理与检测方法研究

李拥军

(甘肃省疾病预防控制中心，兰州 730000)

0 引言

呋喃是一种无色易挥发的亲脂性杂环化合物，具有芳香性，沸点为31.4℃，容易通过生物膜被肺或肠吸收，在人体中引起肿瘤或癌变。国际癌症研究机构(IRAC)将呋喃归类为可能使人类致癌的物质2B组[1]。瑞典公共健康管理局和加拿大等许多学者也发现呋喃潜在的致癌危险[2-3]。2004年，美国食品药品监督管理局(FDA)的科学家意外地从一些食品中检测出了呋喃[4]。2004年5月，FDA发布:在很多经过加热处理的食品中检出了污染物呋喃之后，欧盟食品安全局(EFSA)等也都报道从11大类的受检食品中发现呋喃[5-6]。鉴于食品中存在的呋喃可能会引起潜在的消费恐慌，2005年9月1日FDA出台行动纲要，对食品中呋喃的暴露情况及其对人体的潜在影响进行深入研究。通过研究，FDA与EFSA得出一致结论，呋喃可能对人体致癌，为此启动了一系列的研究计划。现已有文献资料表明，在热加工食品中，有多种途径可以形成呋喃[7]。最早在食物中发现呋喃可追溯到1979年，Maga在咖啡中发现有呋喃存在[8]。FDA的研究发现在很多经过加热处理的食品中检出了污染物呋喃，这些被检食品主要是婴幼儿食品、罐装蔬菜、豆类、水果、罐装肉和鱼、罐装酱、营养饮料、蜜饯、咖啡和啤酒等。国外一些研究学者对热加工食品中呋喃的提取与检测方法等方面进行了大量研究，并已取得一定的研究成果。根据已有文献，目前有关食品中呋喃检测的方法主要有三种：顶空-气相色谱-质谱法(HS-GC-MS)[9]、固相微萃取-气相色谱-质谱法(SPME-GC-MS)[10-12]和顶空-固相微萃取-气相色谱-火焰离子化法(HS-SPME-GC-FID)[13]。

1 顶空进样-气相色谱-质谱法

1.1 样品前处理

顶空进样是分析强挥发性化合物最合适的方法。2004年5月，美国FDA 最初发布了应用顶空进样-气相色谱-质谱法(HS-GC-MS)测定食品中呋喃的检测方法。由于呋喃的易挥发性，液上气体取样是呋喃分析的最好方法。为了减少损失，食品样品在处理前需要在4℃条件下冷却，并且需要在冰浴上用一个冷的搅拌器有效地进行均质化。纯液体试样在加入内标物之前，称量后直接加入到顶空容器中，固体样品需要加冷水进行匀浆化。此方法简便快捷，应用广泛。在进行均质化时，加入一定的无机离子，对挥发性有机物的溶解性质有影响，它们通过提高溶液的离子强度，从而降低有机化合物在水中的溶解度，提高挥发性有机物从水溶液进入顶空相的比例，从而提高分析方法的灵敏度。黄军根[7]研究了相同浓度的Na2SO4、NaCI、Na2CO3、CH3COONa、KCI溶液作为样品基质时对峰面积响应值的影响，通过分析发现，以NaCI溶液作为样品基质时，呋喃峰面积响应最高，因此，选择该溶液作为样品基质比较理想。

1.2 仪器条件

美国FDA的顶空条件是：进样针100℃，传输线130℃，烘箱60℃；时间：注射0.2min，加压0.5min，热平衡30min；气相色谱条件：HP-PLOTQ石英毛细管柱作为分析柱，GC 烘箱50℃，从10℃/min加热到225℃ 运行30min；气相色谱柱流量为1.7mL/min(不断流)；GC进样口温度200℃；分流比2:1，气体保护程序-关闭。MS源温度230 ℃，MS四级杆温度150℃，扫描范围m/z 35 ～150，扫描时间2.5～25min。通过加入内标物d4-呋喃并应用标准加入法进行定量。由于呋喃会在加热恒温的过程中不断形成，HASN IP等[14]采用50℃顶空恒温条件，d4-呋喃作为内标物，利用外标校准曲线定量分析食品中呋喃含量。此方法经过不断的应用与完善，孙健等[15]采用顶空平衡温度50℃，样品瓶低速振摇平衡时间30min，进样针温度100℃，传输线温度130℃，进样速度30 mL/min，进样量1mL。使用J&W-PLOTQ 毛细管色谱柱(30m×0.32mm×25μm)；进样口温度200℃；接口温度230℃；用程序升温50℃保持1min，以10℃ /min速度升至225℃，保持12.5min；氦气为载气，流速1.7mL/min；分流进样，分流比2:1，此条件下呋喃和d4-呋喃的出峰时间在6.5min左右。在质谱条件中，使用电子轰击(EI)离子源，电子能量70eV；离子源温度230℃；传输线温度225℃；采用选择离子监测(SIM)扫描，检测呋喃的分子离子m/z 68和碎片离子[C3H3]+m/z 39，监测d4-呋喃的分子离子m/z 72 和碎片离子m/z 42。

本方法呋喃在5～1000ng范围内线性良好，方法检测限(S/N≥3)为2.0ng/g；不同基底样品的加标回收率为86.1%～97.4%，相对标准偏差(RSD)均<10%，此方法简便易行，线性范围宽，检出限较低，在多种食品的检测中得到应用。

2 固相微萃取-气相色谱-质谱法

2.1 样品前处理

固相微萃取技术(SPME)是在固相萃取技术基础上发展起来的一种新的萃取分离技术，固相微萃取-气相色谱-质谱法与顶空进样-气相色谱-质谱法的主要不同之处是进样方式的不同，固相微萃取试验是用萃取纤维头进行的，SPME纤维头上薄膜由极性的聚丙烯酸酯、聚乙二醇、或非极性的聚二甲基硅氧烷组成。使用SPME时，先使纤维头缩进不锈钢管内，使不锈钢针管穿过盛装待测样品瓶的隔垫，插入瓶中并推手柄杆使纤维头伸出针管，纤维头可以浸入待测样品中或置于样品顶空，使待测物吸附于纤维涂膜上，通常2～30min吸附达到平衡，缩回纤维头，然后将针管推出样品瓶。最后，将SPME针管插入GC进样器，被吸附物经热解吸后进入气相色谱柱，开启流动相通过解吸池洗脱样品进样。本方法不仅样品处理简单，抗干扰能力强，而且准确性好，灵敏度高，可以满足我国市售热加工食品中呋喃污染状况的调查工作要求。

2.2 仪器条件

刘晓毅等[16]称取样品之前将未打开包装的样品在冰箱中冷藏4h以上，固体样品打碎后称取0.200～2.000g(液体样品直接称量2.000g)，然后加入2.0g氯化钠，再加入100μL D4-呋喃标准工作溶液(1.0mg/L)，用蒸馏水定容至5.0mL，快速封好瓶口，待上机测定。使用固相微萃取头顶空气体萃取，萃取温度60℃，热平衡时间40min，液体振荡速度600r/min，萃取时间2.0min，解析时间2.0min。 使用HP-PLOTQ石英毛细管色谱柱(30m×0.32 mm×25μm)，进样口温度200℃，顶空进样。应用程序升温，初始柱温45℃，保持1min；以5℃/min的速率升至135℃，保持5min；再以10℃/min的速率升至200℃保持5min。载气为高纯氦气(纯度>99.999%)。使用电子轰击(EI)离子源，EI源温度230 ℃；电子能量70eV；接口温度280℃；电子倍增器电压1288V；呋喃选择离子监测方式(SIM)，监测离子：68、39，定量离子68；D4-呋喃选择离子监测方式(SIM)，监测离子：72、42，定量离子72；溶剂延迟5min。

本试验确定的固相微萃取法检出限低，适合对酒类、酱油、奶粉和米粉等各类液体、固体食品中呋喃含量的测定。方法最低定量检出限0.5μg/kg，加标回收率78.0%～106.0%，相对标准偏差RSD 2.81%～9.63%。

3 顶空-固相微萃取-气相色谱-火焰离子化法

3.1 样品前处理

Ali Sarafraz-Yazdi等人[13]使用纤维探测器(由聚乙二醇和聚乙二醇多壁碳纳米管组成)[17-18]，样品中加入氯化钠和适当量的水，然后转移到小瓶。插入PTFE涂层磁性搅拌棒，将样品瓶沉浸在冰/水浴(4℃)，以防止可能发生的呋喃损失，小瓶用橡胶隔膜和封口膜密封。磁搅拌3min，然后将样品瓶在室温下放置5min。将固相微萃取的样品立即插入GC进样器，在230℃热解吸后进入气相色谱柱。

3.2 仪器条件

Ali Sarafraz-Yazdi等使用顶空-固相微萃取-气相色谱-火焰离子化检测器(HS-SPME-GC-FID)进行检测。不分流进样，氦气(99.999%)作载气，载气流量为0.5mL /min，选用CP-WAX 52 CB色谱柱(15m×0.25m×25μm)，使用程序升温，35℃保持5min，再以50℃/min上升到200℃，保持2min。FID检测器温度250℃，空气流速为250mL /min和氢气流速为25mL /min。

在优化条件下，用聚乙二醇和聚乙二醇/碳纳米管采集测定呋喃[l9]，线性范围0.0005～10 ng/mL，检测限(S/N=3)为0.001和0.00025ng/mL，定量限(LOQ)为0.005和0.0005ng/mL。PEG和PEG/碳纳米管纤维，可重复性(N=5)为6.2%和4.9%，加标样品的相对回收率从92%～103%不等。此方法密闭性好，损失小，适合应用于微量的呋喃检测。

4 展望

随着科技的发展和前处理设备的不断改进，对于食品中呋喃的前处理和检测技术将会有更大的进步。顶空、微萃取、气相色谱和质谱等的联用技术的发展和仪器自动化程度的不断提高，在样品前处理方面可以简化预处理过程，减少人力和物力消耗。通过质谱选择特定的离子进行定性定量分析，具有很高的特异性，可以排除样品中其他物质的干扰，准确性好，灵敏度高，达到快速检测的目的，满足各种食品中呋喃的检测需求。

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