肉制品中多环芳烃检测方法研究进展

朱姗姗，王 磊，李 利，郝丽威，连玉晶,5，郑振佳,*

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室，山东泰安 271018；2.春雪食品集团股份有限公司，山东烟台 265200；3.山东省昌邑市渔业技术推广站，山东潍坊 261300；4.山东安谱检测科技有限公司，山东泰安 271000；5.山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，山东济南 250100）

肉制品中含有丰富的脂肪、蛋白质等营养成分，在加工过程中受温度、时间及烹饪方式等条件的影响会产生多环芳烃等多种有害物质[1]。多环芳烃（PAHs）是由多种不同的有机化合物构成的一大类化合物，其分子中具有两个或多个稠合的苯环且环之间共享一对碳原子[2]。基于多环结构中所包含的稠合环的数量，可分为轻质和重质PAHs，轻质PAHs 包含等于或少于4 个的稠合环，而重质PAHs 包含大于4 个的稠合环[3]。多数为无色、白色或浅黄色固体具有易挥发且难溶于水的特征，挥发性和溶解度会随其结构中环数的增加而降低，且随分子量增加，其抗氧化、还原能力以及非极性相应增加[2-5]。此外，PAHs 还表现出高度亲脂性，因此多存在于烟熏的肉类和肉类产品中，很难被生物降解[6]。

食品中的多环芳烃多来自包装材料、工业加工和烹饪例如烘烤、烧烤、油炸和烟熏，在食品加工和烹饪过程中，PAHs 的产生取决于加工温度和时间、使用的燃料、与热源的距离以及材料的成分等因素[7]。多数PAHs 已被证明具有致畸性、致癌性、致突变性以及遗传毒性，且重质PAHs 较轻质PAHs毒性更高，对人类健康构成了巨大威胁，因此它们是迄今为止已知的世界上最大的致癌物类别，其研究也受到越来越多的关注[2,8]。中国、德国以及欧盟等国家对PAHs 进行限量，其中中国国家食品安全标准GB 2762-2017 对肉类产品中苯并芘的限量为5.0 μg/kg；德国对肉制品中苯并芘的限量为1 μg/kg；欧盟对熏制肉和肉制品中苯并芘的限量为2.0 μg/kg，总PAHs 限量为12.0 μg/kg[7]。美国环境保护局（EPA）定义了PAH16，将其作为优先的环境污染物[6]，PAH16的主要信息如表1 所示[8-11]。国际癌症研究机构（IARC）将部分PAHs 分在组2A 和组2B 中，将苯并（a）芘分在组1（对人类致癌）中，欧盟将苯并（a）蒽、苯并[a]菲（1,2-苯并菲，䓛）、苯并（b）荧蒽和苯并（a）芘四种多环芳烃之和作为食物中PAHs 指标（∑4PAHs）[8]。鉴于PAHs 的毒性以及在肉制品中存在的广泛性，准确分析肉制品中PAHs 的含量，降低食品安全风险显得尤为重要。本文对2016～2020 年间国内外用于肉制品中PAHs 的前处理方法和检测方法进行论述，以期为开发准确、快速、高效和绿色的检测分析方法提供参考。

表1 16 种多环芳烃化合物基本信息Table 1 Basic information of 16 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbon compounds

续表 1

1 肉制品中多环芳烃的前处理方法

由于肉及肉制品基质的高度复杂性，通常需要大量的净化提取程序以破坏其脂质组分并促进目标分析物的提取，因此它们的前处理比其他非脂肪食品样品的预处理更加困难[12-14]。常用于肉制品中提取净化PAHs 的前处理方法包括固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）、QuEChERS、凝胶渗透色谱法（GPC）以及加压流体萃取（PFE）技术，此外，通过辅助手段以及将两种或多种前处理手段组合使用也取得了较好的结果。几种常用于肉制品中多环芳烃检测的样品前处理方法比较见表2。

表2 肉制品中多环芳烃检测的样品前处理方法比较Table 2 Comparison of sample preparation methods for detection of PAHs in meat products

1.1 固相萃取技术

固相萃取技术通过固体吸附剂吸附目标化合物来富集溶液中的分析物，适当选择吸附剂对于提高SPE 的选择性、吸附能力和效率至关重要，因此开发高效的吸附剂是该技术一直以来的研究重点[19]。常用于检测肉品中多环芳烃的固相萃取技术有：在线固相萃取技术、磁性固相萃取技术、分子印迹固相萃取技术以及超声辅助萃取与固相萃取技术相结合等。Tania 等[20]通过在线固相萃取（SPE）耦合液相色谱检测牛组织中的多环芳烃，该技术通过简单的步骤将采样、提取和预浓缩集成在一起。结果显示，多环芳烃的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.012 和0.04 ng/g，目标物回收率高，且可将基质的干扰降到最低，综合考虑成本与灵敏度比率，该技术与其他的分析系统（HPLC/MS/MS-LODs 0.03 ng/g）相比，有一定的优势。林亚楠等[21]利用分子印迹固相萃取结合液质联用检测烟熏鲟鱼中的苯并芘，结果显示，LOD 为0.98 μg/kg，LOQ 为3.16 μg/kg，日内和日间精密度的相对标准偏差分别为3.26%～4.77%和3.78%～5.26%，回收率为89.7%～95.3%，RSD 为2.89%～3.44%，符合痕量分析的要求，与其他常规填料的固相萃取柱相比，该萃取柱的选择性、回收率以及稳定性更好。李娜[22]利用磁性固相萃取与液质联用相结合检测香肠和烤肉中的11 种多环芳烃，所制得的Fe3O4@COFs（共价有机骨架）纳米复合材料的比表面积高达122.43 m2/g，且其饱和磁化强度高达61.1 emu/g 具有超顺磁性，Fe3O4@COFs 的合成过程及其应用在MSPE 的示意图如图1 所示，检测结果显示回收率为83.2%～119.3%，RSD 为1.6%～5.4%。随分子印迹、纳米以及石墨烯等新型吸附材料的研发以及自动化水平的提高，固相萃取技术的萃取时间缩短，萃取效率大大提高，且通过与超声、微波等辅助手段相结合，其萃取能力有效提高，但尚未达到全面的自动化水平，有必要对其进一步探索。

图1 Fe3O4@COFs 的合成过程及其应用在MSPE 的示意图[22]Fig.1 Schematic diagram of the synthesis process of Fe3O4 @ COFs and its application in MSPE[22]

1.2 固相微萃取技术

固相微萃取技术是一种基于目标分析物在样品基质与固定相之间分配平衡的无溶剂样品前处理技术，已被公认是最流行的绿色方法之一，该方法将采样、分离和分析浓缩成一个步骤，具有简便、绿色和高效的特点[22-24]。萃取相的性质是影响SPME 效率的重要因素，因此萃取相的选择是SPME 的关键[19,25]。Ma 等[26]将共价有机骨架材料TpBD 固定在不锈钢线上用于固相微萃取烤肉中16 种多环芳烃，结果显示LOD 为0.02～1.66 ng/L，LOQ 为0.07～5.52 ng/L，此外，所开发的TpBD 粘合SPME 纤维可经受至少200 次吸附/解吸循环，且不会显著降低提取效率，TpBD 粘合纤维的高热稳定性还允许使用最高380 ℃的高温从纤维中高效解吸高沸点的PAHs。Yuan 等[27]制造了一种锆金属有机骨架/二硫化钼（UiO-66/MoS2）复合材料并将其涂覆在SPME 箭头上用于鱼样品中PAHs 的顶空固相微萃取（HSSPME），其制备流程如图2 所示，结果显示LOD 为0.11～1.40 ng/kg，LOQ 为 0.36～4.61 ng/kg，UiO-66/MoS2涂层对PAHs 的吸附能力高于UiO-66 涂层（1.5～2.1 倍）或MoS2涂层（2.3～3.5 倍），可以进行约80 次的连续提取且提取性能没有明显变化，UiO-66/MoS2涂层具有良好的可重复使用性和稳定性且成本低。Liu 等[28]在不锈钢线上制备MAF-66（偶氮金属骨架）涂层用于顶空固相微萃取烤猪肉中的PAHs，结果显示PAHs 的回收率为91%～115%，且由于π-π 相互作用和疏水相互作用，MAF-66 包覆的纤维表现出寿命长、检测限低、线性范围宽以及重现性好等特点，此外即使经过270 次萃取/解吸循环，在MAF-66 涂层的纤维上也未见PAHs萃取效率明显降低，这表明该纤维具有良好的可重复性。固相微萃取技术非常适合在脂质等物质中提取疏水性化合物，且具有溶剂用量少、萃取效率高等特点，但其萃取相制备成本较高且萃取体积会受萃取相性质的限制，因此开发新型低成本、萃取体积大的新型萃取材料仍然是该方法发展的重要方向。

图2 SPME 及其涂层制备方法[27]Fig.2 SPME and its coating preparation method[27]

1.3 QuEChERS 技术

QuEChERS 技术通过盐析萃取进行分配来促进水层和有机层之间的平衡，再通过分散固相萃取（d-SPE）步骤来去除基质干扰物，使用的溶剂较少且省时，是一种有效的样品前处理方法[29-30]，其简化流程如图3 所示[31]。Tereza 等[8]利用QuEChERS 萃取；EMR-Lipid（增强型脂质去除材料）净化；DLLME（分散液液微萃取）预浓缩结合气质联用对熏制脂肪产品（鱼和香肠）中的PAHs 进行检测，结果显示所有化合物的相对标准偏差（RSD）值均低于16.7%，且回收率均在50%～120%之间，这种组合不仅具有良好的回收率，且净化效果较好。Krešimir 等[6]利用QuECh-ERS 技术结合气质联用对传统香肠中的多环芳烃进行检测，该方法包括在无水硫酸镁和无水乙酸钠存在下，使用乙腈进行萃取，其准确度为81.5%～100%，所得的LOD 为0.29～0.5 μg/kg，LOQ 为1.05～2 μg/kg。Niladri 等[32]利用进行两步分散固相萃取步骤的QuEChERS 技术与气质联用相结合对鱼样品中的PAHs进行测定，回收率在60%～115%之间，RSD 小于15%，分析物的LOD 和LOQ 分别为0.001～0.004 mg/kg和0.002～0.013 mg/kg，远低于PAHs的最大残留限量，且3 h 内可检测约20 个样品。QuEChERS 技术因其极大的灵活性以及绿色简便的特性适合于多类化合物的分析，随着近年来自动化水平的提高，该技术在肉制品中PAHs 的前处理上必将具有更广阔的前景。

图3 QuEChERS 流程简化图[31]Fig.3 Simplified diagram of QuEChERS process[31]

1.4 凝胶渗透色谱法术

凝胶渗透色谱基于体积排阻原理，以样品中各组分在分离柱上按分子流体力学体积大小进行分离[18]，因此对于体积差距较大的物质分离效果较好，且该色谱分离时不依靠分子间作用力，不具备吸附作用，所以一般柱子的使用寿命较长。徐志华等[18]利用索氏抽提-凝胶渗透色谱法结合气质联用对草鱼、罗氏沼虾、中华绒螯蟹等水产品中的16 种PAHs 进行检测，通过凝胶渗透色谱净化，旋转蒸发无需蒸干后进行溶剂转换，留部分原有提取溶剂后定容，提取效率可以达75%以上，结果显示回收率达到87.9%～126.4%，相对标准偏差为0.14%～8.91%，LOD 为0.017～0.171 μg/kg。王溪等[33]采用装有Bio-Beads S-X3 填料的凝胶渗透色谱结合高效液相色谱荧光法对生鱼肉、鸡肉、猪肉和牛肉中的PAHs 进行检测，该方法 LOD为 0.04～0.49 μg/kg，LOQ 为 0.12～1.51 μg/kg，平均回收率为61.0%～101.7%，RSD 为0.4%～11.5%。沈习习等[34]利用装有Agilent DB-5 色谱柱的凝胶渗透色谱结合气质联用对烤鸭鸭皮中的16 种多环芳烃进行检测，结果表明16 种PAHs的LOD 为0.08～0.39 μg/kg，LOQ 为0.25～1.29 μg/kg，回收率为66.2%～108.3%。

1.5 加压流体萃取技术

加压流体萃取技术是一种通过提高压力和温度来提高萃取效率的自动化流线型样品制备技术，可以从各种固体基质中高效、快速地提取分析物，大大缩短了萃取时间且有效减少了萃取溶剂用量[15,35]。陈飞龙等[35]利用加压流体萃取结合气质联用技术，在载气压力0.8 MPa，加热温度110 ℃，萃取池压力10.0 MPa 的条件下对海洋生物体样品中的苯并芘进行检测，结果显示检出限为0.40 μg/kg，精密度为2.34%～4.15%，准确度为95.8%～99.2%，可以看出该方法速度快且回收率高。此外，加压流体萃取与凝胶渗透色谱相结合对肉制品进行前处理也取得了较好的结果。何健等[36]利用加压流体萃取与凝胶渗透色谱相结合净化萃取烟熏腊肉中24 种多环芳烃，其中使用加压流体技术进行萃取、凝胶渗透色谱除去油脂、SPE 净化小柱去除极性成分最后进行气相色谱分离，结果显示回收率为70.4%～118.5%，相对标准偏差为5.43%～9.74%，且方法的精密度和准确度良好。周蕾等[37]利用加压流体萃取与凝胶渗透色谱相结合净化萃取烟熏腊肉中16 种多环芳烃，在萃取温度为120 ℃，压力为10.34 MPa 的条件下PAHs的回收率为60.3%～93.2%，相对标准偏差为4.06%～11.60%，满足国标对方法回收率的要求。加压流体萃取技术在高温高压的条件下有助于提高扩散速率和分析物在溶剂中的溶解度且有助于破坏由范德华力、氢键等作用引起的分析物与样品基质的相互作用，从而提高提取效率，大大减少了萃取时间，但由于肉制品基质的复杂性与凝胶渗透色谱或SPE 相结合将更有助于其在肉制品中提取富集PAHs。

2 多环芳烃的检测分析方法

目前检测分析食品中PAHs 的方法主要包括气相色谱-质谱法、液相色谱串联荧光（FLD）或紫外（UV）检测器法、拉曼光谱法、传感器法以及酶联免疫技术[38]等，但在肉及肉制品中PAHs 的检测上以气质和液质联用最为广泛，本章节总结了2016～2020 年间色谱法在检测肉及肉制品中PAHs 的应用。

2.1 气相色谱-质谱法

多环芳烃易挥发，汽化效果较好，适合通过气相色谱-质谱法进行分离，且气相色谱串联质谱法可以有效消除肉制品中脂质的干扰并提高重质PAHs 的分离度，且在许多国家和地区均被制定为检测多环芳烃的标准方法[7]。Andrés 等[14]利用超声辅助提取和固相萃取相结合来净化样品提取物并预浓缩目标化合物，采用装有DB-5MS 毛细管柱的GC-MS 技术对肉类中的PAHs 进行检测（其流程图如图4 所示），研究了七种不同类型的肉类，除鸡大腿中的PAH 含量低外，其他所有肉类均被发现含有PAHs，其含量范围为15～290 ng/kg，所获得的平均回收率为85%～105%，LOD 为3～70 ng/kg 优于其他文献报道的肉类（100～1100 ng/kg）和鱼类（110～430 ng/kg）中PAHs 的GC-MS 测定值[39-40]。Lee 等[41]利用GCMS 检测肉及肉制品中的多环芳烃，结果显示LOD为0.12～0.20 μg/kg，LOQ 为0.36～0.61 μg/kg，回收率为88.75%～102.44%。John 等[42]采用装有毛细管柱的GC-MS 技术对熏制和晒干鱼样品中PAHs进行检测，其中轻质PAHs 的浓度占所有PAHs 浓度的58%，所有熏制鱼样品中苯并芘的浓度均超过了欧盟的最大允许水平（0.002 mg/kg），但在晒干鱼样品中通常低于此限值，且所有鱼类中熏制鱼样品中的总PAHs 浓度均高于晒干样品中的PAHs 浓度。Niladri 等[32]利用装有毛细管色谱柱的GC-QTOFMS 对鱼样中PAHs 进行检测，通过GC 和四极杆飞行时间质谱根据物质的准确质量进行鉴定，回收率在60%～120%范围内，RSD＜11%。

图4 肉和鱼样品中多环芳烃的测定方法[14]Fig.4 Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in meat and fish samples[14]

2.2 液相色谱法

液相色谱与荧光检测器（FLD）检测器耦合通常用于复杂样品中PAHs 的分析[20]。Demetris 等[12]使用HPLC-FLD 检测熏制肉制品和烤肉中的PAHs，结果显示96%的样品被至少一种PAHs 污染，熏制火鸡样品中BaA、Chry、BaP 和BbF 的LOD 值分别为0.17、0.16、0.15 和0.15 μg/kg，而LOQ 值分别为0.56、0.52、0.48 和0.48 μg/kg，LOD 和LOQ 值低于欧洲法规中设定的标准值（LOD ≤0.3 μg/kg，LOQ ≤0.9 μg/kg）。Ledesma 等[13]利 用UHPLCFLD 对克罗地亚地区180 多种肉类和贝类中PAHs的含量进行检测，结果显示所检测的熏鱼、贝类和熏肉 中PAH4的LOD 和LOQ 分别为0.02～0.06 和0.06～0.26 μg/kg，在熏鱼、贝类和熏肉中PAH4的总平均回收率分别为77%～108%、84%～104%和82%～99%。Alicja 等[43]利用HPLC-FLD 检测熏制肉和鱼产品中的PAHs，其中BaP、BaA、BbF 以及Chry 的LOD 和LOQ 分别为0.18 μg/kg 和0.25 μg/kg，平均回收率为83.33%～100.94%。Lu 等[44]利用HPLC-FLD 对11 种即食肉制品中PAHs 的含量进行测定，结果显示BaA 和BaP 的回收率分别为55.86%±6.37%和 57.91%±8.42%，BaP 的范围为0˒1.09±0.11 ng/g，其中烤培根中BaP 含量最高，其次是脆皮培根（0.71±0.12 ng/g）、猪肉香肠（0.21±0.03 ng/g）和瑞典肉丸（0.18±0.11 ng/g），炭烤鸡肉中的总PAHs 含量最高。

由表3 可以看出，PAHs 多存在于熏制和烤制的肉类样品中，在色谱法检测肉及肉制品中PAHs 的应用上前处理方法以SPE 和QuEChERS 技术为主，液相色谱串联荧光检测器与气相色谱串联质谱技术应用最多，此外，气相色谱串联质谱方法上色谱柱以毛细管柱为主而液相色谱法中C18色谱柱使用最为广泛，液相色谱法中流动相以乙腈和水为主，气相色谱质谱法中氦气使用最多。在检测结果上回收率均大于50%，符合标准要求，方法的检出限与定量限均较低。

表3 色谱法检测肉及肉制品中PAHs 的应用Table 3 Application of chromatography to detect PAHs in meat and meat products

2.3 其他分析方法

拉曼光谱法主要是指单色光与样品分子之间的非弹性散射，随着纳米技术和材料表面科学的发展，表面增强拉曼光谱技术（SERS）迅速发展，拉曼信号增强的能力主要是与小金属或其他物体周围的电磁场增强有关，该物体通过强烈而尖锐的偶极共振激发[50-51]。近年来SERS 也应用在肉及肉制品中PAHs的检测上。项晨[52]利用表面增强拉曼光谱对肉制品中苯并芘进行检测，结果显示，苯并芘的回收率为84.9%～96.7%，相对标准偏差为2.8%～7.7%，与HPLC-FLD 等[53]其他方法结果相近，但测样时间短仅需30 s，且拉曼光谱技术测量所需的样品量极少，只需覆盖激光点直径，该检测方法经济节约。

电化学发光通过在电极表面施加电压使产生的发光体经历高能电子转移反应，从而产生电子激发态，发出发光信号，该技术已成为传感器和生物传感器设计中最强大的分析工具之一，可用于肉及肉制品中PAHs 的检测[54]。孙苗等[55]利用电化学发光传感器检测烤肉样品中的苯并芘，将1,3,5-三醛基间苯三酚（CTp）与2,5-二甲基对苯二胺(Pa-2)经缩合反应形成的共价有机骨架材料CTpPa-2，通过滴涂法修饰于电极表面，建立了一种新型的基于共价有机骨架的BaP 电化学发光传感器（玻碳电极GCE），其制备过程如图5 所示，结果显示LOD 为5.60 nmol/L，且结果与高效液相色谱（HPLC）法相近，此外本实验分别将0.1 mol/L 的没食子酸丙酯、特丁基对苯二酚及维生素E 与BaP 一同放入电解液中进行电化学发光检测，实验结果显示BaP 的相对电化学发光强度值分别变化了2.4%、3.9%和5.0%，说明上述抗氧化剂未对BaP 的电化学发光检测产生明显干扰，本文制备的电化学发光传感器具有较好的抗干扰性。

图5 CTpPa-2/GCE 的制备过程及检测示意图[55]Fig.5 CTpPa-2/GCE preparation process and detection schematic[55]

综上，高效液相色谱法及气相色谱质谱法为肉制品中检测多环芳烃的常用方法。其中气相色谱质谱法方法是检测易挥发性物质的高灵敏度方法，可同时进行定性、定量分析，较气相色谱法对样品定性分析效果好，但该检测方法对PAHs 中同分异构体的有效分离效果不佳。此外，高效液相色谱法对大分子、热稳性差的化合物其分离效果明显优于气相色谱法。其他仪器检测方法如拉曼光谱法以及电化学发光检测法均具有灵敏度高、操作简单的特点，但这两种方法均易受外界环境影响，误差较大，有效减少外界环境因素的影响将有助于该方法的发展。

3 结论与展望

随着人们对食品安全重视程度的增加，对检测技术的要求逐步提高。肉及肉制品作为消费者喜爱的食品在日常饮食中必不可少，在其加工过程中产生的PAHs 已成为威胁人体健康的重要因素，因此在其加工过程中应注重加工的温度和时间、热源的距离与材质以及烹饪方式等条件，减少肉制品中PAHs 的产生。此外，努力开发准确、快速、高效和绿色的检测分析方法，提高其检测水平具有重要意义。

在肉制品中PAHs 检测的前处理方法上，首先因其基质复杂通常需要多种前处理方法相结合，导致处理时间大大延长，开发一体化、自动化的前处理方法将有助于该物质的快速检测。其次，在前处理过程中存在溶剂消耗过多不环保的情况，开发绿色高效、定向吸附的新材料是重要发展方向。在肉制品中PAHs 检测分析上，液相色谱、气相色谱与质谱联用技术是目前用来检测肉制品中PAHs 含量的标准方法，这些方法选择性好、灵敏度高，但操作难度较高且检测费用高昂，因此开发新型快速高效的检测技术是很好的发展方向。此外，肉制品中部分PAHs 含量较少，有必要提高其痕量分析检测水平，以确保肉制品的安全性。