气相色谱-质谱法同时测定果蔬清洗剂中12种防腐剂和抗氧化剂

蔡立鹏, 吕晓飞, 张 蓓, 李小英, 赵晓甫

(河北省环保产品质量监督检验研究院, 国家环保产品质量监督检验中心, 河北 石家庄 050091)

果蔬清洗剂属于A类洗涤剂[1],可以直接接触食品。现在市面上的果蔬清洗剂很多宣称具有抗菌、抑菌等作用[2],防腐剂和抗氧化剂作为低成本的抗菌剂和抑菌剂常被用来添加到果蔬清洗剂中。《食品用洗涤剂原料(成分)名单(第一批)》中规定:列入《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》(GB 2760-2014)的食品添加剂可以作为食品用洗涤剂的辅助成分原料。但规定中没有明确使用限量,目前也没有果蔬清洗剂中防腐剂和抗氧化剂的检测标准。因此,研究并建立该检测方法十分必要。

目前关于防腐剂和抗氧化剂检测方法的研究,文献报道大多是关于化妆品、食品及食品相关产品的。一般采用样品溶液直接进样[3,4]、稀释进样[5]或固相萃取柱净化后进样[6],然后采用GC[7-10]、GC-MS[11,12]、HPLC[13-16]和HPLC-MS/MS[17-20]等进行检测。但果蔬清洗剂一般采用复配高效表面活性剂[21,22],基质复杂,前处理提取、净化难度大;采用HPLC或GC检测,干扰峰较多,易产生假阳性现象也易造成色谱系统的污染;采用HPLC-MS/MS检测,表面活性剂成分会严重干扰电喷雾电离(ESI)源的离子化效率[23],因此这些方法不适于果蔬清洗剂中目标化合物的提取、净化和检测。

本研究采用溶剂替换法除去果蔬清洗剂中的水分,再使用有机溶剂提取,大大降低了乳化效应;使用GC-MS检测,通过保留时间和定性离子定性,进一步提高了方法的灵敏度与定性的准确度。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

气相色谱-质谱联用仪(7890B-7000C,美国Agilent公司),配电子轰击(EI)源;超声波清洗器(KQ 5200B,中国昆山超声仪器有限公司);旋转蒸发仪(RV 10数控型)、快速混匀器(GENIUS 3)(德国IKA公司);电子分析天平(MS105DU,感量0.01 mg/0.1 mg,瑞士Mettler Toledo公司)。

防腐剂和抗氧化剂标准品分别购自北京百灵威公司、上海安普公司和山东西亚化工公司。防腐剂包括:对羟基苯甲酸甲酯(MP)、对羟基苯甲酸乙酯(EP)、对羟基苯甲酸丙酯(PP)、对羟基苯甲酸丁酯(BP)、对羟基苯甲酸异丁酯(IBP)、甲基异噻唑啉酮(MIT)、苯甲醇(BA)和苯氧乙醇(PE);抗氧化剂包括叔丁基对羟基茴香醚(BHA)、2,6-二叔丁基对甲基苯酚(BHT)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、2,6-二叔丁基-4-羟甲基苯酚(Ionox-100)。无水乙醇、甲醇、乙腈和正己烷均为色谱纯试剂;水为屈臣氏蒸馏水;氯化钠(NaCl)为分析纯试剂。

标准溶液的配制:称取各防腐剂和抗氧化剂标准品约0.05 g(精确至0.000 01 g),用甲醇定容至50 mL,配制成1 000 mg/L的混合标准储备液,于4 ℃避光保存;再用甲醇逐级稀释成0.1、0.5、1、2、5和10 mg/L的系列混合标准溶液。

1.2 样品前处理

除水:称取果蔬清洗剂样品约1 g(精确至0.000 1 g),置于50 mL圆底烧瓶中,加入10 mL无水乙醇,用快速混匀器充分涡旋溶解,于50 ℃、真空度1×104Pa的条件下以45 r/min的转速旋转蒸发至干(蒸发瓶与水接触深度约为1 cm,如有残留水分,再加入5 mL无水乙醇进行溶剂替换,直至蒸干为止,蒸干后立即停止加热和抽真空)。

提取:在蒸发残渣中加入20 mL正己烷饱和的乙腈溶液,充分振荡溶解,超声提取20 min,转移至50 mL离心管中,以8 000 r/min离心5 min,上清液转移至另一50 mL离心管中,待净化。

净化:在上清液中加入5 mL饱和NaCl溶液,充分振荡,以8 000 r/min离心5 min,转移上清液至另一50 mL离心管中,再加入5 mL饱和氯化钠溶液净化一次,将上清液转移至50 mL圆底烧瓶中,于50 ℃旋转蒸发至干,准确加入2 mL乙腈,充分溶解残渣,取1 mL过0.22 μm有机系滤膜,进行GC-MS分析。

1.3 分析条件

色谱柱:HP-5MS UI柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气:氦气;进样口温度:260 ℃。程序升温:初始温度80 ℃,保持5 min;然后以20 ℃/min的速率升至150 ℃,保持5 min;再以10 ℃/min的速率升至210 ℃,保持1 min。后运行温度：300 ℃；后运行时间：5 min；柱流量:1 mL/min;进样量:1 μL;进样模式:脉冲不分流；脉冲压力：2×105Pa;不分流时间:0.5 min。

离子源:EI源;离子源温度:280 ℃;传输线温度:280 ℃;离子电压:70 eV;扫描方式:选择离子监测(SIM)模式;溶剂延迟:5 min。12种防腐剂和抗氧化剂的保留时间、定量离子和定性离子见表1。

表 1 12种防腐剂和抗氧化剂的保留时间、定量离子和定性离子Table 1 Retention times, quantitative ions and qualitative ions of the 12 preservatives and antioxidants

2 结果与讨论

2.1 提取方法的选择

果蔬清洗剂中含有大量的表面活性剂,有水存在时,几乎加入任何有机试剂都不会出现分层,有机溶剂提取难度较大。采用水或有机试剂稀释后直接检测会对色谱进样系统和色谱柱造成严重的污染并且会降低灵敏度。实验采用溶剂替换法,利用减压蒸馏除去样品中的水分后,再加入有机试剂,使表面活性剂大量析出,从而降低干扰和污染。

实验比较了乙腈和乙醇作为除水剂时的除水效果。结果表明,乙腈除水后,表面活性剂吸附在蒸发瓶内壁,很难进行下一步有机溶剂的充分提取,而乙醇除水后则无此现象,故选择乙醇作为替换溶剂,经减压蒸馏除水后,再用有机溶剂提取。

2.2 提取溶剂及其用量的选择

防腐剂易溶于水、乙醇、甲醇、乙腈和乙醚,抗氧化剂易溶于甲醇、乙醇、乙醚、乙腈和苯类溶剂。乙醚和苯类溶剂毒性较大,故不采用。实验比较了甲醇、乙醇和乙腈3种溶剂的提取效果,甲醇和乙醇会溶解更多的表面活性剂,选择性不如乙腈,并且在净化时不容易分层,乙腈则分层清晰。在乙腈中加入正己烷至饱和后,提取效率更高。因此本实验采用饱和的乙腈溶液作为提取溶剂。

提取溶剂用量小,难以将被测物质全部提取出来,净化时还会有较多损失;提取溶剂用量大,虽然会提高提取效率,但会溶解更多的表面活性剂,对测定造成干扰。实验比较了提取溶剂为5、10、15、20、25和30 mL时目标化合物的加标回收率(见图1a)。可以看出,提取效率随提取溶剂用量的增加而提高,但用量达到20 mL后,变化趋势明显降低，故提取溶剂用量选择20 mL。

图 1 (a)提取溶剂和(b)净化溶剂用量对目标 化合物提取效率的影响Fig. 1 Influences of dosages of (a) extraction solvent and (b) purification solvent on the extraction efficiencies of the target compounds

2.3 净化溶液及其用量的选择

除去水分后仍有一部分表面活性剂会溶解在有机溶剂中,需要进一步净化。实验比较了水、饱和NaCl溶液和正己烷的净化效果。加入水后分层效果较差,而加入饱和NaCl溶液和正己烷后样品分层明显,但用正己烷洗涤后,抗氧化剂的提取效率明显下降,饱和NaCl溶液洗涤两次后能有效降低杂峰的强度和个数,并且保持提取效率在78%以上。故采用饱和NaCl溶液作为净化溶液。

实验考察了不同净化溶液的用量对目标化合物加标回收率的影响(见图1b)。在保证净化效果的同时,发现净化溶剂的用量超过5 mL时目标化合物的回收率明显降低，故净化溶液量选择5 mL。

2.4 方法学验证

2.4.1线性关系和定量限

按1.1节方法配制防腐剂和抗氧化剂的系列混合标准溶液,按1.3节条件进行测定,以各组分定量离子的峰面积(Y)对其质量浓度(X, mg/L)绘制标准曲线(见表2)。结果表明,12种防腐剂和抗氧化剂在0.1～10 mg/L范围内线性关系良好,相关系数(r2)均大于0.999。

根据3倍和10倍信噪比(S/N)计算方法的检出限和定量限, 12种防腐剂和抗氧化剂的检出限和定量限分别为0.010～0.030 mg/kg和0.030～0.090 mg/kg。

12种防腐剂和抗氧化剂混合标准溶液(10 mg/L)在选择离子监测模式下的总离子流色谱图见图2。

表 2 12种防腐剂和抗氧化剂的线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限Table 2 Linear ranges, linear equations, correlation coefficients (r2), limits of detection (LODs) and limits of quantification (LOQs) of the 12 preservatives and antioxidants

Y: peak area;X: mass concentration, mg/L.

表 3 12种防腐剂和抗氧化剂的加标回收率和精密度(n=7)Table 3 Spiked recoveries and precisions of the 12 preservatives and antioxidants (n=7)

图 2 12种防腐剂和抗氧化剂混合标准溶液(10 mg/L) 的总离子流色谱图Fig. 2 Total ion current chromatogram of the 12 preservatives and antioxidants in mixed standard solution

2.4.2回收率和精密度

对阴性样品进行 3个不同水平(0.2、2.0和10 mg/kg)的加标回收试验，每个水平进行7次平行测定,计算方法的平均回收率和精密度,结果见表3。12种目标化合物的平均回收率为68.3%～115.3%, RSD为3.1%～11.3%。表明该方法的准确度和精密度良好,能满足果蔬清洗剂中12种防腐剂和抗氧化剂的检测要求。

2.5 实际样品检测

按1.2节及1.3节的描述对河北省内抽取的11批次果蔬清洗剂样品进行检测,其中2批次检出BA(16.7 mg/kg和10.3mg/kg); 1批次检出MIT(18.5 mg/kg); 1批次检出TBHQ(10.2 mg/kg)。说明果蔬清洗剂中存在添加防腐剂和抗氧化剂的情况。

表 3 (续)Table 3 (Continued)

3 结论

本研究建立了气相色谱-质谱同时检测果蔬清洗剂中12种防腐剂和抗氧化剂的分析方法。该方法操作简单,经济安全,适用于果蔬清洗剂中防腐剂和抗氧化剂的检测。