氯丙醇和氯丙醇脂肪酸酯检测方法研究进展

JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE 检验检疫学刊Vol.29No.62019年第6期
第一作者E-mail:liheli1234@126
项目基金:中国检验检疫科学研究院科研基金项目(2017JK015)收稿日期:2019-11-26
排水沟
1
前言
丙醇和氯丙醇脂肪酸酯是近年来发现的在
食品中广泛存在的一类污染物,它们引起的健康风险不容忽视。氯丙醇可以分为以下4种:3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)、2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD)、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)、2,3-二氯-1-丙醇
(2,3-DCP),前2种属于单氯取代的化合物,后2种属于双氯取代的化合物,其化学结构详见图1。氯丙醇类物质常温下为液体,一般溶于水、苯、甘油乙醇、丙酮、四氯化碳、乙醚或互溶。用盐酸水解工艺生产的水解植物蛋白(HVP)中往往会形成3-氯-1,2-丙二醇和1,3-二氯-2-丙醇。3-MCPD 可以作为二氯丙醇(1,3-DCP 和2,3-DCP)的前体,在3-MCPD 浓度达到一定数值时,会进一步形成1,3-DCP 和2,3-DCP,故而检测出3-MCPD 含量高的食品中常有可能伴有1,3-DCP 和2,3-DCP。
氯丙醇和氯丙醇脂肪酸酯检测方法研究进展
李荷丽1罗季阳1
苗虹2吴永宁2李立1
(1.中国检验检疫科学研究院北京100176;2.国家食品安全风险评估中心)
非煤矿山六大系统摘要氯丙醇和氯丙醇脂肪酸酯是近年来发现的在食品中广泛存在的一类污染物,它们引起的健康风
险不容忽视,因此,氯丙醇和氯丙醇脂肪酸酯测定方法的研究已成为当今食品安全检测的一大热点。检测方法的研究为探索食品中氯丙醇和氯丙醇酯的污染水平、膳食暴露风险及其毒性作用具有重要的意义。本文主要从国外通用的检测方法、中国国家检测方法和其他检测技术3个方面系统地介绍氯丙醇和氯丙醇酯的检测技术进展。
关键词氯丙醇;氯丙醇脂肪酸酯;检测方法中图分类号
TS227
Progress on Determination Methods of Chloropropanol and Chloropropanol Fatty Acid Esters
LI Heli 1,LUO Jiyang 1,MIAO Hong 2,WU Yongning 2,Li Li 1
(1.Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing,100176,China;
2.China National Center for Food Safety Risk Assessment)
Abstract :It ’s reported that there are a wide contamination level of chloropropanols and its esters in foods,which causes risks to human ’s health and cannot be ignored.Therefore,the research on the determination methods of chloropropanols and its fatty acid esters has become a hot topic in food safety,because of its great significance for exploring the pollution level in food,the dietary exposure risk and their toxic effects.This paper systematically introduces the progress of the detection methods of chloropropanol and its ester from three aspects:the abroad common detection methods,the national detection methods in China and other detection technologies.
Key Words :Chloropropanol;Chloropropanol Fatty Acid Esters;Determination Methods 3-氯-1,2-丙二醇2-氯-1,3-丙二醇
1,3-二氯-2-丙醇
2,3-二氯-1-丙醇
图1氯丙醇的化学结构
2019年第6期Vol.29No.6检验检疫学刊JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE
氯丙醇酯的生成与油脂的精炼过程直接相关。文献表明,3-氯-1,2-丙二醇脂肪酸酯(3-MCPD酯)是目前食品中污染水平较高的氯丙醇酯。如3-MCPD 酯在含有可食用油和盐的加工食品中含量较高,因为精炼植物油是3-MCPD酯的主要来源,如饼干、油脂、小吃和糕点。2-MCPD酯的污染水平相对来说比3-MCPD酯低。目前,关于1,3-DCP酯和2,3-DCP 酯检测方法及污染水平的报道相对较少。
鉴于以上基本情况,系统地梳理食品中的氯丙醇和氯丙醇酯灵敏、便捷、准确、高效的分析检测方法具有重要意义。本文主要从国外通用的检测方法、国标检测方法和其他检测技术3个方面系统地介绍氯丙醇和氯丙醇酯的检测技术进展。
2国内外氯丙醇的检测技术
氯丙醇类物质的检测多采用气相谱-质谱法,但因氯丙醇的极性较大,沸点较高,相对分子质量较小,故需进行衍生后生成挥发性高的物质以提高其检测的灵敏度。
2.1美国官方分析化学师协会(AOAC)方法AOAC认可的氯丙醇检测方法,源于英国中央实验室制定的3-MCPD氘代稳定性同位素稀释技术结合气相谱质谱(GC-MS)的检测方法,获得国际公认,被世界
各国普遍采用。此方法在试样中加入
3-MCPD-d5内标溶液,以硅藻土(ExtrelutTM20)为吸附剂,正己烷与乙醚混合溶剂(体积比为9∶1)为洗脱剂,HFBI作衍生化试剂,气相谱质谱联用法进行定量分析,检测限为0.005mg/kg。AOAC的方法适用于水解植物蛋白、汤、原料、酱油、麦芽提取物、香肠、鱼、奶酪、面粉、淀粉、谷物和面包中3-MCPD的测定。
2.2中国国家标准方法
2017年6月23日开始实施的食品安全国家标准GB/T5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的测定》[1]代替了GB/T5009.191—2006《食品中氯丙醇含量的测定》、GB/T18782—2002《调味品中3-氯-1,2-丙二醇的测定》、SN/T0548.1—2002《出口酱油中1,3-二氯-2-丙醇和2,3-二氯-1-丙醇的检验方法》。与旧法相比,新的标准第一法优化了样品前处理的步骤,具有较低的检测限和定量限;第二法增加D5-2-MCPD、D5-2,3-DCP作为内标物质,将净化步骤由手填的硅藻土层析柱净化改为硅藻土小柱净化;并删除了原标准的第3法。这2种方法
氯丙醇脂肪酸酯(即氯丙醇酯)是氯丙醇类物质与脂肪酸进行酯化反应所形成的化合物,其种类较多。根据氯原子位置的不同,氯丙醇酯可以分为单氯取代的氯丙醇酯(MCPD酯)和双氯取代的氯丙醇酯
(DCP酯)。单氯丙醇脂肪酸酯(MCPD酯)中的羟基与脂肪酸缩合时个数不同,MCPD酯又分为MCPD 单酯和MCPD双酯。由于结构的特殊性,3-MCPD单酯可进一步形成SN1和SN22种取代类型。氯丙醇酯理论上又可以分为7类化合物,包括单氯丙醇酯(包括单氯丙醇单酯3种和单氯丙醇双酯2种)及
2种双氯丙醇酯。其结构与分类详见图
2。
图2氯丙醇酯的结构与分类
3-氯丙醇双酯SN1-3-氯丙醇单酯SN2-3-氯丙醇单酯2-氯丙醇双酯2-氯丙醇单酯1,3-二氯丙醇酯2,3-二氯丙醇酯
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分别适用于食品中3-氯-1,2-丙二醇含量的测定和食品中氯丙醇多组分含量的测定。
2.3其他检测方法
根据氯丙醇及其衍生物的性质,一般采用气相谱串联电子捕获检测器(ECD)或氢火焰离子化检测器(FID)进行检测。采用ECD 测定时,一般用苯基硼酸、HFBI 或三氟乙酸酐(Trifluoroacetic Anhydride,TFAA)进行氯丙醇的衍生。由于HFBI 衍生物的电负性较强、检测时灵敏度较高,因此,ECD 检测更常用。Van Bergen 等[2]曾报道GC-EC 的检测方法,氯丙醇的检测限为0.05~0.1mg/kg。
毛细管电泳法等方法也有报道。刑晓平等[3]运用毛细管电泳法测定水解植物蛋白液中3-MCPD 的检测
限为0.22mg/L。申中兰等[4]建立了快速高效的酱油中3-MCPD 的固相萃取-气相谱-串联质谱法测定方法,方法检出限为0.005mg/kg。易青等[5]建立了在线凝胶渗透谱-气相谱-串联质谱(Online GPC-GC-MS/MS)测定方法,目标化合物包括3-MCPD、2-MCPD、1,3-DCP 和2,3-DCP。样品中加入同位素内标后,经过净化除杂萃取,萃取液经浓缩后测定。此种方法并未进行衍生化,前处理过程相对简单。4种氯丙醇的检出限范围为0.002~0.005mg/kg,定量限为0.005~0.01mg/kg。
3国内外氯丙醇酯的检测技术目前,氯丙醇酯检测主要有直接测定法和间接
测定法2种。
间接法采用气相谱质谱(GC-MS)法,原理是首先将样品中目标化合物在酸、碱或酶作用下水解转化为游离的氯丙醇,然后对氯丙醇进行衍生测定。此法测定的是氯丙醇酯的总含量,不能对氯丙醇酯单体的含量及种类进行表征。常用的衍生化试剂有酮类、硼酸类、三氟乙酸酐和七氟丁酰类等。其中,又
以七氟丁酰化试剂(HFBI、HFBA)和硼酸类(苯基硼酸,Phenylboronic Acid,PBA 或丁基硼酸,Butylboronic Acid,BBA)为最常用的衍生化试剂。七氟丁酰化试剂能同时与3-MCPD、2-MCPD、1,3-DCP 和2,3-DCP 发生衍生化反应,所以能同时测定样品中所有种类的氯丙醇酯。PBA 只能衍生3-MCPD 和2-MCPD,因而只能测定3-MCPD 酯和2-MCPD 酯,不能对1,3-DCP 酯和2,3-DCP 酯的实际
污染状况进行监测。网络新闻评论
监狱法全文
而直接测定法则是直接测定一种或几种不同的氯丙醇酯,不需要进行衍生反应,大多采用液相谱-质谱法(LC-MS)进行测定。因此,LC-MS 的测定方法又可以称作直接测定法。受市场上流通标准品种类的影响,直接测定法只能测定某个或某几种氯丙醇酯,容易低估样品中氯丙醇酯的含量。
3.1德国脂肪科学学会(DGF)和美国油脂化学学会(AOCS)方法
目前,大多数文献报道的检测方法均源自德国脂肪科学学会(DGF)油脂中氯丙醇酯测定的标准方法C-III 18(09)和(DGF)C-VI 18(10)。C-III 18(09)这一方法首先将样品中缩水甘油酯去除,然后将目标化合物水解除杂,之后衍生,最后进行测定。研究表明,在特定条件下酯键断裂过程中3-MCPD 和缩水甘油可以相互转化。另外,此方法在采用PBA 衍生后,GC-MS 检测时灵敏度受到很大影响,故此法检测的特异性不强,不能准确地表征食品中氯丙醇酯的实际含量。后续改进的(DGF)C-VI 18(10)测定氯丙醇酯的标准方法中,将氯丙醇酯在碱性条件下进行水解,生成氯丙醇,之后将氯丙醇与衍生剂PBA 反应,再进行GC-MS 检测,使测定结果偏大的问题得以改善。近年来,GC-MS 的检测方法在前处理技术上也有所改进和发展。氯丙醇酯常见间接测定方法详见表1。
表1
氯丙醇酯的间接测定方法
测定条件目标物内标物
衍生剂参考文献酸性条件
3-MCPD 酯d 5-3-MCPD 棕榈酸双酯PBA [6]、[7]3-MCPD 酯2-MCPD 酯d 5-3-MCPD 棕榈酸双酯PBA [8]、[9]碱性条件
3-MCPD 酯
d 5-3-MCPD 棕榈酸双酯PBA [10]
3-MCPD 酯2-MCPD 酯1,3-DCP 酯
2,3-DCP 酯
d 5-3-MCPD、d 5-2-MCPD、d 5-1,3-DCP 和d 5-2,3-DCP HFBI [8]、[11]、[12]酶作用
3-MCPD 酯
d 5-3-MCPD 和d 5-3-MBPD
PBA
[13]
美国油脂化学学会(AOCS)目前报道了3种测定氯丙醇酯的方法。Pinkston 等[14]对植物油样品直接稀释并进样,用在电喷雾电离(Electrospray Ionization,
ESI)模式下采用LC-MS/MS 方法,测定了5种3-MCPD 单酯和9种3-MCPD 二酯,定量限分别为0.02~0.05mg/kg、0.05~0.1mg/kg,个别二酯类定量限较高,
达到0.5~1mg/kg。MacMahon等[15]建立了可食用油中的22种3-MCPD二酯的测定方法,样品采用硅胶柱进行净化后,采用大气压化学电离(APCI)源正离子模式,LC-MS/MS方法进行测定。Dubois等[16]建立了可食用油中的7种3-MCPD单酯和7种3-MCPD 二酯的LC-TOFMS的测定方法,3-MCPD单酯采用固相萃取(Solid-Phase Extraction,SPE)、C18和硅胶柱的净化,3-MCPD二酯采用SPE和硅胶柱净化。
Yamazaki K.等[17]采用LC-MS/MS直接测定了油脂中10类3-MCPD酯的含量,检出限为0.02~0.08mg/kg。与气相谱或气相质谱法不同,液相质谱法测定样品前处理过程简单,不需进行衍生化反应。但同时这种方法也有缺点,如前文所述,以液相质谱法所测定的只是某些氯丙醇酯含量,不能测得其总含量。鉴于此,以液相质谱法所测得的含量不适合进行食品中氯丙醇酯膳食暴露风险评估,但可用于氯丙醇酯的毒理学研究以及评价油脂质量。
3.2中国国家标准方法
2017年6月23日开始实施的食品安全国家标准GB/T5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的测定》第三法改为“食品中氯丙醇脂肪酸酯含量的测定气相谱-质谱法”,适用于食品中4种氯丙醇酯含量的测定,检出限为0.005~0.01mg/kg,定量限的范围为0.01~0.025mg/kg,弥补了之前国家标准方法中没有氯丙醇酯检测方法的空白。
3.3其他方法
随着近年来检测设备的普及,目前多采用气相谱和液相谱串联质谱检测技术进行氯丙醇酯的检测,基本未见GC法检测技术的报道。除了李荷丽等[18]建立了稳定性同位素稀释的超高效液相谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)测定动物组织与生物体液中氯丙醇脂肪酸酯的方法之外,目前基于LC-MS 技术的检测方法,样品基质几乎全部是植物油样品。使用液相谱-飞行时间质量分析仪(LC-TOFMS)或高分辨Exactive Orbitrap质谱仪测定植物油中3-MCPD酯的直接检测方法也已有报道。前处理方法中MCPD单酯和二酯的分离也还仅仅限于使用制备的硅胶柱。与植物油样品“直接稀释和注入仪器”的方法”[19]相比,使用硅胶柱和C18固相萃取SPE柱净化分析3-MCPD单酯和二酯[20]能获得更低的基质干扰和检出限(LOD)。对单酯和二酯单独分析可以详细地提供单个酯类的信息,这对于了解不同MCPD酯的污染状况具有重要的意义。
氯丙醇酯易受到酸碱度、盐和添加物等因素的影响,故在液相谱条件下离子化程度一般不高。钠离
子的存在有利于化合物的电离,提高化合物的响应值,但很容易造成离子源和质谱仪的污染,对仪器设备的损害程度较高,需要频繁进行清洗。再者,氯丙醇酯种类繁多,在目前的液相谱条件下的可能不能实现包括同分异构体(如SN1-3-MCPD-棕榈酸单酯、SN2-3-MCPD-棕榈酸单酯、2-MCPD-棕榈酸单酯等)在内的全部氯丙醇酯的分离,这也成为限制氯丙醇酯液相谱-质谱联用(LC-MS)法发展的因素。目前,除了MacMahon报道分离了2对3-MCPD单酯和2-MCPD单酯的同分异构体和3对3-MCPD二酯和2-MCPD二酯的同分异构体和李荷丽等报道分离了2对3-MCPD二酯和2-MCPD二酯的同分异构体外,其他直接测定3-MCPD酯的方法均未实现3-
MCPD酯和2-MCPD酯的分离。
4结语
目前,中国食品中氯丙醇的检测方法研究较多,但氯丙醇酯特别是双氯取代的氯丙醇酯检测方法的研究还处于空白阶段,并且食品加工过程中对每个环节所产生氯丙醇及其酯类的快速监测手段还很有限。因此,开展食品中氯丙醇酯检测方法的探索研究,可为以后研究氯丙醇酯的形成机制、代谢途径、毒理学性质及企业改进加工工艺和条件等控制措施方面提供技术支持。
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