三种咪唑物质检测技术研究进展

程利侠, 郝华玲, 吕长平, 崔倩

三种咪唑物质检测技术研究进展

程利侠, 郝华玲, 吕长平, 崔倩

(甘肃烟草工业有限责任公司 技术研发中心, 甘肃 兰州, 730050)

咪唑、2-甲基咪唑及4-甲基咪唑是一类五元杂环小分子化合物, 2-甲基咪唑和4-甲基咪唑是同分异构体, 常是氨(铵)法生产食品添加剂—焦糖色素的副反应产物, 是影响食品添加剂安全性的重要因素。其中4-甲基咪唑会抑制细胞色素P450同功酶, 引起人体畸变、癌变等症状, 危害人体健康。近年来, 有文献先后报道了咪唑及(2-或4-)甲基咪唑的测定方法。因此, 就近年来常用的咪唑和(2-或4-)甲基咪唑检测技术进行了较全面的综述, 对各种检测技术的检测原理及各自的优缺点进行了比较分析, 并进一步展望了咪唑类物质检测技术的发展方向, 为咪唑类物质的研究提供新的思路和方法。

咪唑; 同分异构体; 添加剂; 焦糖色素

近年来, 食品安全受到全世界人们的关注, 我国对食品添加剂的使用卫生标准做出规定, 规定不同种类添加剂的使用量[1]。焦糖色素是最常用的添加剂, 被广泛应用于香料、酱油、料酒、饮料等, 它是一种浓黑褐色粘稠物[2], 因其生产方法的不同而产生的副产物不同, 而2-甲基咪唑和4-甲基咪唑是最可能产生的副产物[3–4], 其中, 4-甲基咪唑被世界卫生组织国际癌症研究机构公布列为2B类致癌物[5]。为了管控4-甲基咪唑, 各国均制定了焦糖色素中4-甲基咪唑的限量指标, 我国规定了焦糖色素中4-甲基咪唑的含量不得超过200 mg/kg[6], 对咪唑及2-甲基咪唑的含量没有规定, 但其对人体的危害不容忽视。当前, 烟草行业要求监控烟用香料中咪唑类物质的含量。为了更准确的测定烟用香料中咪唑类物质, 本文简要综述了常用的咪唑类物质的检测方法, 以便为相关研究提供新的思路和方法。

咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑都是分子量比较小的化合物, 在样品中含量较低, 基质复杂, 干扰物质多, 很难直接测定, 要求其测定技术具有灵敏度高, 选择性强、快速高效等优点。近年来, 咪唑类物质的检测方法多种多样, 主要可分为传统检测方法和新型检测方法两类。

1 传统检测方法

传统检测方法主要有滴定法、紫外可见光谱法、气相色谱法、液相色谱法、薄层法和毛细管等速电泳法, 这些方法应用范围广, 已被广泛应用于不同样品中咪唑及(2-或4-)甲基咪唑的测定。

1.1 VOLHARD法

VOLHARD法又称佛尔哈德法, 有直接滴定和返滴定两种方式, 属于沉淀滴定法[7], 该方法用Fe3+为指示剂(如铁铵矾NH4Fe(SO4)2·12H2O)), 再用硫氰酸铵作标准溶液滴定含有银离子的溶液。在滴定过程中, 首先析出白色硫氰酸银沉淀, 当接近滴定终点时, 硫氰酸铵标准溶液与Fe3+生成红色配位化合物, 从而指示滴定终点, 其反应原理如图1。施先义[8]利用VOLHARD法化学反应原理, 采用过量的硝酸银溶液与2-甲基咪唑反应生成不溶性的银盐, 然后以铁铵矾作指示剂, 用硫氰酸铵标准溶液滴定剩余的的硝酸银。该法操作简单, 对仪器要求不高, 但终点的判断会给实验带来较大的误差, 灵敏度不高。

图1 VOLHARD法反应原理图

1.2 紫外可见光谱法

紫外可见光谱法是利用某些物质的分子在10～800 nm紫外-可见光谱区有特征吸收峰, 在根据紫外可见吸收光谱图上的位置和强度对其进行测定。这一方法的应用局限于在紫外可见光谱区有吸收的化合物的检测。紫外可见光谱法常用于共轭体系的定量分析。李继民等[9]利用紫外可见光谱法测定酱油中的4-甲基咪唑含量; 陈岩等[10]采用紫外可见光谱法测定食醋中4-甲基咪唑含量; 该方法操作比较简单, 但灵敏度低, 容易出现假阳性的结果。

1.3 气相色谱法

气相色谱法采用惰性气体作为流动性, 当样品通过进样系统进入不同极性的色谱柱中, 利用流动相和固定相间分配系数的差异, 在载气的作用下, 不同组分在反复多次分配后依次分离, 根据组分的物理及化学性质, 并结合各组分的保留时间及标准曲线来进行定性和定量分析。气相色谱又细分为气相色谱[11]、毛细管气相色谱[12]、选择离子气质联用[13]和气相色谱串联质谱[14]。在实际应用中, 对于易挥发、易分离、组分简单的样品, 该方法能准确分析样品; 但对于组分复杂难分离的样品, 该方法很难准确分析样品, 而且样品前处理方法也会比较复杂, 影响重复性。

1.4 液相色谱法

液相色谱法与气相色谱法原理类似, 只是流动相为液体, 常用的流动相为甲醇、乙腈、水等混合溶剂, 当样品通过进样系统进入不同极性的色谱柱(填充柱)中, 由于流动相和固定相间分配系数的差异, 在液体流动相的洗脱作用下, 不同组分在反复多次分配后依次分离。再根据组分的物理及化学性质, 通过荧光、紫外或串联质谱进行测定, 并结合各组分的保留时间及标准曲线来进行定性和定量分析。现在常用的液相色谱大多为高效液相色谱, 又分为高效液相法[15]、液相-串联质谱法[16], 适用与热敏感、受热分解, 难挥发以及气相色谱难分离的化合物, 对于分子量较小的咪唑类化合物如果直接测定, 可能会受到流动相的影响, 所以在样品前处理时对其进行衍生化, 使其转变成易于测定具有荧光性的衍生物, 王妙飞等[17]采用柱前衍生化测定饮料中的4-甲基咪唑, 程利侠等[18]采用柱前衍生化测定烟用添加剂中的咪唑。这类方法选择性比较强, 灵敏度高, 但缺点是操作比较复杂。

1.5 薄层法

薄层法又称薄层色谱法, 属于固-液吸附色谱, 该法利用自制或市售的薄层板, 将待分离的样品用毛细管点在薄层板的一端, 凉干后将薄层板置于展开容器中(注意展开剂一定要低于薄层板点样位置), 利用不同组分在展开剂中吸附能力不同的原理, 经过多次吸附和解吸附, 从而将样品中各组分分离, 再通过紫外灯、加热或喷洒显色剂来观察组分的分离情况。该方法操作简单便捷、设备简单、分离速度快、显色方法多样、灵敏度高, 特别适合样品量少, 挥发性小, 高温不稳定的化合物分离; 也可用于跟踪化学反应, 快速鉴别样品中是否含有某种已知成分。赵丽[19]曾用该法测定食品中4-甲基咪唑, 快速区分酱油、醋、可乐等食品是天然酿造还是人工配制。但该方法的缺点是不适合生物大分子物质的分离, 定量也比较困难, 可结合薄层扫描仪进行定量分析。

1.6 毛细管等速电泳法

毛细管等速电泳法是根据样品的有效淌度的差别对其进行分离的方法。基本原理为: 当试样通过进样阀或微量注射器, 加到前导电解质和结尾电解质之间的毛细管中时, 由于前导离子、尾随离子和待分离组分都带有同样的电荷, 泳动方向一致而得以分离[20]。该方法具有分析速度快, 试样用量少, 多组分可同时进行。1989年Kvasnicka F[21]提出了毛细管等速电泳法测定焦糖色素中的4-甲基咪唑。但该方法的缺点是操作繁琐, 分离效率低, 定量比较困难。

2 新型检测方法

2.1 拉曼光谱法

拉曼光谱法是利用分子振动光谱来分析物质含量的方法, 但由于物质的拉曼散射面小, 拉曼光谱强度不高, 难以准确检测, 需要进行增强效应后对物质进行分析。因此, 将通过表面增强拉曼散射效应的分析方法称作表面增强拉曼光谱法, 该方法利用金、银、铜等粗糙表面分子拉曼信号增强效应, 建立一种选择性好, 快速无损且灵敏度高, 可实现原位实时检测的分析方法, 并已逐步发展成为一种具有广泛应用前景的分析检测手段, 在食品安全检测领域显示出巨大的应用潜力。陈小曼等[22]采用表面增强拉曼光谱法检测饮料中4-甲基咪唑和2-甲基咪唑, 为4-甲基咪唑和2-甲基咪唑的检测提供了新方法。但该方法容易受荧光现象或其它物质的干扰而影响样品分析。

2.2 电化学传感器法检测4-甲基咪唑

电化学传感器法是以2, 5-二巯基-1, 3, 4-噻二唑、乙酰丙酮和MnCl2为原料, 采用简单的溶液反应合成了水溶性的锰配合物, 并将该配合物自组装在金电极表面上, 制备的一种能够对咪唑类化合物选择性响应的新型的电化学阻抗传感器, 利用该传感器建立了一种选择性测定饮料中4-甲基咪唑的方法。该方法专一性强、灵敏度高。李伟等[23]已采用该方法测定饮料中的4-甲基咪唑, 结果非常满意。

3 结论与展望

近年来, 人们对食品的安全性要求越来越高, 促使咪唑及甲基咪唑检测技术迅速发展。新的分析手段的出现和多种分析手段的互补性应用正逐步解决咪唑类物质含量低, 基质复杂, 样品量大等难点。目前, 国家对食品的监控不断加强, 对数据的准确性要求越来越高, 监控范围越来越大, 对检测结果的时效性要求越来越快, 这都要求食品中咪唑类物质的检测技术进一步发展以满足需求, 而其发展方向主要可以概括为以下几点: (1) 更高的灵敏度、更低的检出限和定量限。(2) 高效, 快速, 在更短的时间内检测的样品数更多, 用时更短。(3) 更高的选择性、特异性和抗干扰的能力。(4) 分析仪器更自动化, 微型化, 便携化。(5) 减少污染, 对环境更绿色环保。可见, 咪唑类物质的检测技术尚有很大的发展空间, 需要人们建立更系统更全面的分析技术来满足样品的检测需求。

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Recent advances in analytical methods of three imidazole substances

Cheng Lixia, Hao Hualing, Lv Changping, Cui Qian

(Technology R&D Center, Gansu Tobacco Industrial Co Ltd, Lanzhou 730050, China)

Imidazole, 2-methylimidazole and 4-methylimidazole are five-element heterocyclic small molecule compounds containing two nitrogen atoms. 2-methylimidazole and 4-methylimidazole are isomers, which are side products of caramel pigment produced by ammonia (ammonium) method, and important factors affecting the safety of food additives. In addition, 4-methylimidazole can inhibit the isoenzyme of cytochrome P450, cause human body distortion, cancer or other symptoms, and then endanger people's health. In recent years, a method for the determination of imidazole and (2- or 4-) methylimidazole has been reported. Therefore, the detection techniques of imidazole and (2- or 4-) methylimidazole are comprehensively reviewed, the detection principles, advantages and disadvantages of various detection techniques are analyzed and compared. Possible future directions of the detection techniques are also outlined in order to provide new ideas and methods for the research of imidazoles.

imidazole; isomers; additives; caramel pigment

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.01.018

S 572

A

1672–6146(2021)01–0086–04

程利侠, chenglx609@163.com。

2020–04–20

(责任编校: 郭冬生)