食品中多环芳烃检测方法的研究进展

秦正波， 汪桥林， 王 林， 王 晨， 杨新艳， 郑贤锋， 崔执凤

(安徽师范大学 物理与电子信息学院 光电材料科学与技术安徽省重点实验室，安徽 芜湖 241000)

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是指含有两个(含两个)以上苯环的芳烃[1]，是一类具有毒性的环境污染物和食品加工污染物，是最先被发现的有“致畸、致癌、致突变”效应的持久型有机污染物之一。其中含有4～6 个苯环的多环芳烃是最常见的容易致癌的化合物[2]。PAHs主要来源于有机物的热解或不完全燃烧[3]，由人为产生和自然环境产生，自然源主要来自陆地、水生植物和微生物的生物合成过程，另外天然火灾及火山的喷发物和从化石燃料、木质素还有底泥中也会产生多环芳烃；人为源主要是由各种矿物燃料(如煤、石油和天然气等)、木材、纸以及其他含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原条件下热解形成的[4]。而食品中的多环芳烃污染物来源于环境和食品加工过程的污染。食品的加工过程被认为是食品中PAHs的主要来源，其加工过程包括烘干、烟熏、烹调等[5]。

1976年美国环境保护(Environmental Protection Agency，EPA)根据环境中存在的PAHs致癌性和种类优先监测了16个PAHs，分别是Ant、Flt、Pyr、BaA、Chr、NaP、Anl、Ane、Flu、Phen、BbF、BkF、BaP、InP、DahA、BghiP，简称EPA16[6]。食品中致癌物质PAHs发生的标志物苯并(a)芘(benzo(a)pyrene，BaP)是欧盟食品安全局(European Food Safety Authority，EFSA)于2002年所规定[7]。我国现行的GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》也把BaP作为食品中PAHs发生的致癌标志物就是依据于此[8]。六年后EFSA表示食品中PAHs出现的标识物BaP不再是一个合适的代表。随后引用了3种新的标识物，分别是PAH2(Chr、BaP)、PAH4(PAH2、BbF、BaA)、PAH8(PAH4、BghiP、BkF、InP和DahA)[9]。并且提出了不同于EPA16的16种食品中的PAHs，简称EFSA16(BbF、BaA、Chr、InP、DahA、BkF、BaP、BghiP、BjK、DBahP、CPP、DBaeP、DBaiP、5-MeCh、DBalP和BcF)[10]。在检测方面，我国同欧盟对食品中的PAH4和BaP做了各自的最大限值规定，限量值见表1[8, 11-12]。表中加入了暂未实行的GB 2762—XXXX《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(征求意见稿)[11]，征求意见稿的发布日期是2020年8月31日。从表1中不难发现，与现行版本比，目前的征求意见稿仅仅修改了谷物及其制品中BaP限量要求，尚未建立较为完整的食品中BaP含量评价标准。相比于国际上对食品中PAHs的研究和日益完善的评价标准，我国还处于停滞状态，国内目前对食品中PAHs的危害性评价还处于依据单一的BaP作为标识物[13]。无论是检测的食品种类，还是检测标识物以及标识物的限量要求都同欧盟有所差距。究其原因是社会对食品中PAHs的危害意识不够，缺乏重视，致使相关的检测研究相较于欧美国家较为滞后，有所空缺。因此，为了更好的保障食品安全，严格控制PAHs在食品中的含量，建立完善的评价标准，发展和探索更为精确实用的检测手段就显得十分有意义。因此，本文对目前的检测方法及其检测限等内容做了探讨。

表1 食品中PAH4和BaP最大限值的国内外比对[8, 11-12]

1 食品中多环芳烃的提取

食品一般由脂肪类化合物、芳香烃、有机酸和水等成分构成，多环芳烃是非极性物质，能使用石油醚、醇类、氯仿、苯、丙酮等有机溶剂进行提取。目前PAHs的主要提取方法有索氏提取法、超声波提取法、超临界流体萃取法、微波辅助萃取等。

1.1 索氏提取法

索氏提取法是一种传统提取方法。样品使用的种类多，样品的提取量大，需要纯化。其最大的优点是回收提取的效率较高。缺点是通常需要连续提取，耗时长，并且溶剂的使用量大，需要严格控制温度，使用大量有毒的有机溶剂[14]。因此，索氏提取法通常用于其它方法提取效果的评价参考，是因其耗时长，提取效率相对比较高等特点[15-16]。

1.2 超声波提取法

超声波提取法的原理是利用超声波产生的强烈振动和高加速度等效应加速提取物进入萃取溶剂的方法。对于提取结构不稳定的化合物，其结构可能会被超声波破坏，用此方法是不恰当的[17]。采用超声波提取方法操作简单，提取速度快，溶剂使用量少，且具有较高的回收率。加之PAHs结构比较稳定，所以食品中多环芳烃的提取采用超声波提取法较为常见[18-19]。虽然超声波常常用于废水中污染物质的降解[20]，但是对于多环芳烃这一类相对稳定的化合物其影响可以忽略。

1.3 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法(supercritical fluid extraction，SFE)是指利用超临界流体高扩散性和良好的溶解能力来实现对实际样品中目标化合物的萃取分离，具有操作简单，回收率相对较高，提取速度快等特点[21]。并且能够联用各种当代分析仪器，如高效液相色谱、气相色谱、气相色谱-质谱等[22-23]。

1.4 微波辅助萃取法

微波辅助萃取法是指用微波对样品进行加热,其加热一些极性溶剂的方法是利用极性分子可迅速吸收微波能量的特点。此方法可以对萃取物质的不同组分进行选择性加热，选择性好，速度快。常用于分析土壤中的有机污染物[24-25]。

对于提取到的试样，一般需要根据PAHs具有的脂溶性和芳香性等特点进行浓缩或纯化。因为一定量的非芳烃杂质会不可避免的存在于用有机溶剂提取的PAHs物质中，这对定量检测PAHs会带来一定的干扰。这里不在赘述纯化方法。

2 食品中PAHs的检测

提取和纯化后得到的试样，需要借助一些专业仪器进行分析。目前，测定食品中多环芳烃含量的方法主要有高效液相色谱(high performance liquid chromatography，HPLC)法、气相色谱-质谱(gas chromatography mass spectrometry，GC-MS)法以及气相色谱(gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID)法等。通过调研国内对食品中多环芳烃的检测，自2018年以来，部分研究者们用HPLC法和GC-MS法测定PAH4的定量限和检出限见表2。

表2 GC-MS法和HPLC法测定PAH4的检出限、定量限和平均回收率

从表2我们可以看出，在烤肉的PAH4的测定中，HPLC和GC-MS的检测效果相差不大，有的化合物(苯并(b)荧蒽(BbF))GC-MS法的效果较优于HPLC，但是总体上HPLC稍好一些。但在植物油的PAH4检测中，HPLC法检出限和定量限分别为(0.05～0.1)μg/kg和(0.17～0.33)μg/kg，GC-MS法检出限和定量限分别为(0.21～0.52)μg/kg和(0.70～1.74)μg/kg，GC-MS法比HPLC法高了近一个数量级。显然，在测定植物油中PAH4时HPLC-FLD法的灵敏度优于GC-MS法。从三个加标(5.0、10.0、20.0μg/kg)下的平均回收率来看，两种方法的准确度均满足分析的要求。康翠欣[31]等人用以上两种方法测定食用油中的PAH4含量也得到了上述结论。下面分别对两种常用方法进行介绍。

2.1 高效液相色谱法

高效液相色谱法是PAHs的常规检测方法。王钟等[19]建立了水果和蔬菜中15种欧盟优控多环芳烃(European priority controlled polycyclic aromatic hydrocarbons，EU-PAHs)时采用了高效液相色谱-荧光检测技术的同时测定方法。利用超声波辅助乙腈提取蔬菜和水果中的15种欧盟优控多环芳烃。用乙腈-水作流动相梯度洗脱，采用荧光检测器进行测定，按照选定的色谱条件，15种EU-PAHs 在50min内达到基线分离，方法的精密度为4.2%～12.0%，方法回收率83.6%～97.2%。15种EU-PAHs 的线性范围为0.2～8.0μg/kg，相关系数均大于0.999。

王溪等[33]采用装有Bio-Beads S-X3填料的凝胶渗透色谱净化分离柱，建立了生肉中欧盟优控15种多环芳烃的检测方法。采用PAH C18反相键合固定相色谱柱分离，也采用水和乙腈进行梯度洗脱，高效液相色谱荧光检测器检测。结果表明15种多环芳烃在0.2～20.0ng/mL质量浓度范围内[苯并(j)荧蒽：0.5～20.0ng/mL]线性良好(R>0.998)，该方法定量限为0.12～1.51μg/kg，检出限为0.04～0.49μg/kg。分别添加3个水平混合标准溶液(0.5、2.0、10.0μg/kg)在鸡肉、生鱼肉、牛肉和猪肉4种基质中，平均回收率为61.0%～101.7%，相对标准偏差为0.4%～11.5%(n=6)。

综上，高效液相色谱法无论是针对水果、蔬菜还是肉类都取得了良好的结果，满足定量分析的要求。也是目前较为主流的检测方法之一。

2.2 气相色谱-质谱法、气相色谱法

近年来色谱-质谱联用技术日益完善，已经成为食品中PAHs检测的常用方法。在某些国家，常规的多环芳烃检测分析手段就是GC-MS法，在定性定量分析食品中PAHs中该方法已成为有效的手段之一。质谱法的优点就是可在多种有机化合物同时存在的情况下对其进行定性定量分析，尤其适合于多环芳烃分析。王国庆等人[26]通过检测食用植物油中三十种多环芳烃建立了冷冻除脂-气相色谱-串联质谱的方法。选用6种氘标记PAHs为内标，样品经乙腈-丙酮溶液于离心管中涡旋提取，以二氯甲烷复溶，气相色谱-串联质谱多反应监测方式进行检测。结果表明，在相应质量浓度范围内30种PAHs均有良好线性(R2>0.998)，检出限为0.10～1.83μg/kg，定量限为0.35～6.11μg/kg，在5、20和50μg/kg添加水平下的回收率为67.77%～119.28%，相对标准偏差为1.18%～12.47%。用此方法对市售11类38个食用植物油样品的检测也取得了良好的效果。

毛婷等[34]建立了一种用气相色谱-质谱法测定烧烤肉制品中15种欧盟优控多环芳烃的方法。对目标化合物使用气相色谱-质谱法进行定量和定性检测。用环己烷作溶剂，使用凝胶净化萃取液去除大分子脂肪酸，进一步净化是通过硅胶固相萃取柱，经环己烷洗脱。方法的检出限为0.20～0.91μg/kg。对所有目标化合物，方法线性关系均良好(R>0.99)，日内精密度和日间精密度均小于10%。在10μg/kg和20μg/kg添加水平下，15种PAHs平均回收率为72.6%～96.9%。用此方法对市售的5个烧烤肉制品进行检测，样品中PAHs浓度为0.87～19.52μg/kg。

此外，食品中常见的检测方法还有荧光光谱法、酶联免疫分析方法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)以及气相色谱-三重四极杆串联质谱(GC-MS/MS)技术等。某些物质受可见光或紫外光照射激发后能发射出波长较长的光。即某些化学物质能从外界吸收并储存能量(如光能、化学能等)从而到达激发态，当其从激发态落回基态时，剩余的能量以电磁辐射的形式放射(即发光)这便产生了荧光，也就是荧光光谱法的原理。荧光光谱法在食品分析中的应用已有报道[35-36]。但荧光光谱法常常与高效液相色谱联用，用于测定土壤中的多环芳烃[37]，用于食品中PAHs检测有快速、可靠等优点，但检测限过高[38]。酶联免疫分析方法虽然灵敏度较好，准确性较高；但是相对于GC-MS方法，后者的重现性较好，检测更为稳定。近年来，ELISA更多的是用在食品中的农药残留等检测上[39-40]。气相色谱-三重四极杆串联质谱技术常用于检测农药残留[41-42]，在近年的文献报道中该技术在检测食品中的多环芳烃时取得了不错的效果，邢燕等[43]测定方便面中十六种多环芳烃建立了固相萃取-气相色谱-三重四极杆质谱法。在试验浓度范围内定量限在0.03～0.54μg/kg之间。许婷等[44]测定食用油中18种多环芳烃建立了同位素稀释气相色谱-三重四极杆串联质谱的方法，线性范围为1～200μg/kg时，该方法线性关系良好(R2=0.999)，检出限为0.03～0.27μg/kg，定量限为0.10～0.89μg/kg。添加水平在5、10、50μg/kg时，前处理回收率为67.9%～100.8%，精密度(n=3)为0.5%～8.7%。说明气相色谱-三重四极杆串联质谱技术在检测食品中的多环芳烃时效果良好。但该方法会受限于温度的影响。

2.3 PAHs的检测难点

综上所述，食品中的PAHs的检测难点主要集中在三个方面。首先是食品的种类繁多。食品中肉类、谷物、水果、油脂等食物，由于其物质属性的不同，在使用检测方法上就不能一概而论。表2我们类比了两种不同的食品(烤肉和植物油)在几种不同的PAHs检测方法下的检出限和定量限，显而易见的是HPLC法在测定植物油中PAH4时的灵敏度远优于GC-MS法。但HPLC-FLD也存在缺陷，某些多环芳烃不适用于荧光吸收，从而导致HPLC-FLD法只能够测定有限种类的多环芳烃[45]。这也就是检测难点的第二点，PAHs的种类也较多[10]，没有一种方法能良好的应对所有的PAHs。再者是基质复杂，PAHs不易提取，误差大。不同的检测方法需要配合不同的前置提取方法才能发挥一个较好的效果，没有一个较为统一的处理程序。在实际实验中，尽管国标采用的是高效液相色谱法和气相色谱-质谱法，其测量精度高，易于重现，相对稳定等优点十分有优势，适合于多环芳烃分析。但是两种方法的缺点体现在灵敏度受检测仪器所限，样品前期处理相对复杂，对基层进行便捷快速的检测十分不利。因此，荧光光谱法、酶联免疫分析法也就具有了一席之地，前者灵敏度高，所以受干扰因素也多，溶剂不纯会带入较大误差。后者存在重现性和准确定量方面不及其他方法的问题。

3 总结

多环芳烃已成为世界各国共同关注的有机污染物，越来越多的人开始重视食品中PAHs的含量。为保障食品安全，对食品中PAHs含量的测定显得非常重要。本文概述了食品中PAHs检测的常见前处理方法，对比了我国同欧美国家关于食品中PAHs的含量限值、以及各种PAHs测定方法的优劣。PAHs较为稳定，结合各个提取方法的优缺点来看，超声波提取法是当前行之有效的方法，具有操作简单，回收相对较高等特点，其容易破坏物质结构的缺点又对PAHs的影响可忽略，也是当下比较常用的PAHs提取办法。

在测定环节，尽管现有的检测方法繁多，但又各自存在短板。需要根据不同测定目的和测定目标，选用适宜的检测方法，这给检测的高效、便捷带来了阻碍。尽管高效液相色谱法和气相色谱-质谱法是当下定性定量分析食品中PAHs的有力工具，但同时也存在短板，因此在没有新方法面世之前，多种检测手段互补，是较好的应对途径。综上，关于PAHs的检测国内现有的研究还是较少，为我国建立较为权威的食品中PAHs限制标准及标识物带来了困难。随着人们对食品中PAHs更多的关注，发展和探寻新技术、建立新标准具有很大前景和实际意义。