龐美蓉，林　欽，戴　明，任小英，張　英*

(1.浙江大學　生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點實驗室，浙江省食品加工技術(shù)與裝備工程中心，浙江　杭州　310058；2.福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院　國家加工食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，福建　福州　350002)

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超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同步檢測食品中的2-甲基咪唑及4-甲基咪唑

龐美蓉1，林欽2，戴明2，任小英2，張英1*

(1.浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點實驗室，浙江省食品加工技術(shù)與裝備工程中心，浙江杭州310058；2.福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院國家加工食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，福建福州350002)

建立了超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)同步檢測食品中2-甲基咪唑(2-MEI)和4-甲基咪唑(4-MEI)的分析方法。大多數(shù)食品超聲提取后可直接進樣，基質(zhì)極其復雜的樣品(如醬油、咖啡、茶葉等)需經(jīng)強陽離子交換柱(PCX)萃取凈化，采用同位素內(nèi)標法定量。在優(yōu)化條件下，2-MEI和4-MEI的檢出限分別可達 0.5 ng/g和1.4 ng/g，回收率分別為82.6%～98.1%和89.5%～108.1%，日內(nèi)相對標準偏差(RSD)分別為1.3%～4.5%和1.0%～5.0%，日間RSD分別為2.0%～5.4%和1.9%～6.5%。采用該方法對市售90余種加工食品進行抽樣檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2-MEI僅在少量食品中存在且含量較低，而4-MEI在多種食品中存在，含量較高的食品包括老抽醬油(3 224.20～18 795.93 ng/g)、咖啡(0～5 554.35 ng/g)、曲奇(63.48～584.78 ng/g)、焦糖色素餅干(373.12～1 899.60 ng/g)、可樂(44.13～342.77 ng/g)、大麥茶(3 131.05～3 335.60 ng/g)等。該文還首次報道了不同品種茶葉(16～761.89 ng/g)中4-MEI的含量。

超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)；2-甲基咪唑(2-MEI)；4-甲基咪唑(4-MEI)；食品

食品的熱加工過程中常伴隨著美拉德反應，而對該反應伴生危害物的研究已成為當前食品安全領(lǐng)域的熱點，熱加工食品中的甲基咪唑主要包括2-甲基咪唑(2-Methylimidazole,2-MEI)和4-甲基咪唑(4-Methylimidazole,4-MEI)。美國國家毒理學計劃(NTP)通過動物實驗證明2-MEI和4-MEI具有致癌性，從而使得食品中的甲基咪唑及其對人類健康的影響得到了各國研究者的廣泛關(guān)注。國際癌癥機構(gòu)(IARC)將二者列為“人類可能的致癌物(2B組)”[1]。2-MEI和4-MEI是氨(銨)法焦糖色素中主要的潛在危害物，歐盟規(guī)定加銨法生產(chǎn)的焦糖色素中4-MEI含量不能超過200 mg/kg，我國標準GB 8817-2001也明確規(guī)定氨(銨)法生產(chǎn)的焦糖色素中4-MEI不得超過200 mg/kg[2]。此外，甲基咪唑也存在于未添加焦糖色素的食品中(如咖啡、曲奇等)。

目前用于檢測2-MEI和4-MEI的方法有液相色譜法(HPLC)[3-4]、氣相色譜法(GC)[5-6]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)[7-9]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[10-17]、二維色譜法(LC-LC)[18]、酶聯(lián)免疫法(ELISA)[19]等。樣品的前處理方法主要有離子對萃取[7-9]、固相萃取[10-13]、超臨界流體萃取[14]、分散固相萃取(QuEChERS)[15]、陽離子交換吸附[20]等，也有研究報道采用直接進樣的方法檢測焦糖色素和飲料[16-17]。

由于采用液相色譜-二極管陣列檢測器或紫外檢測器時，其靈敏度無法滿足痕量分析的需要；而GC-MS法的樣品前處理較為繁瑣且需衍生化；ELISA法易受雜質(zhì)的干擾，產(chǎn)生假陽性。因此，本實驗建立了一種快速、準確、適用性強的UPLC-MS/MS法檢測不同食品中的2-MEI和4-MEI，結(jié)合色譜的分離能力和質(zhì)譜的高鑒別能力，能夠?qū)崿F(xiàn)準確定性定量，選擇性和靈敏度優(yōu)勢明顯，簡化了前處理步驟，提高了效率，降低了成本。文中通過對各類消費量較大的可能含有高含量甲基咪唑的食品進行檢測，為人群甲基咪唑暴露水平及風險評估提供了參考。

1　實驗部分

1.1儀器、材料與試劑

Waters Acquity超高效液相色譜儀、Waters Premier XE 三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀、20位固相萃取裝置(美國Waters公司)；CAPCELLPAK CR色譜柱(SCX∶C18=1∶4,2.0 mm×150 mm×5 μm，日本資生堂投資有限公司)；十萬分之一電子天平、萬分之一電子天平(德國Sartorius公司)；Cleanert PCX固相萃取柱(3 mL，60 mg，天津博納艾杰爾科技有限公司)；渦旋振蕩器、0.2 μm PTFE濾膜(美國Thermo Scientific公司)；DS8510DT超聲波清洗機(上海生析超聲儀器有限公司)；食品粉碎機、氮氣吹干儀均為實驗室常用設備。

1-MEI、2-MEI標準品(99%，美國Sigma公司)；4-MEI標準品(>98.5%，德國Dr.Ehrenstorfer GmbH)；4-MEI-d5同位素內(nèi)標(>99%，加拿大C/D/N ISO Topes公司)；甲醇、乙腈、乙酸銨、甲酸(HPLC級，德國Merck公司)；氨水、三氯乙酸(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；實驗用水為超純水，由美國Millipore公司的Milli-Q型超純水系統(tǒng)制備。

5%三氯乙酸(含20%甲醇)：稱取25 g三氯乙酸，加入400 mL水和100 mL甲醇，溶解混勻；10%乙腈(含0.2%甲酸)：取50 mL乙腈和450 mL水混合，加入1.0 mL甲酸混勻。

各種代表性市售加工食品(調(diào)味品、飲料、咖啡、餅干等)均購自當?shù)爻小?/p>

1.2實驗方法

1.2.1標準溶液的配制分別準確稱取適量的1-MEI，2-MEI，4-MEI和4-MEI-d5標準物質(zhì)，用乙腈配成濃度約為1 mg/mL的標準儲備液，-20 ℃保存。準確移取適量的標準儲備液用乙腈稀釋成約100 μg/mL的混合標準中間液和內(nèi)標中間液。

1.2.2樣品制備固體：準確稱取粉碎混勻的樣品3.0 g(精確至0.01 g)于25 mL具塞比色管中，加入25 μL內(nèi)標中間液，再加入10 mL 5%三氯乙酸(含20%甲醇)，渦旋振蕩混勻，超聲30 min，用水定容至 25 mL，混勻，4 500 r/min 離心3 min。

液體：準確稱取樣品5.0 g(精確至0.01 g)于25 mL具塞比色管中(碳酸飲料、啤酒先超聲1 min脫氣)，加入25 μL內(nèi)標中間液，再加入10 mL 5%三氯乙酸(含20%甲醇)，渦旋振蕩混勻，用水定容至25 mL，混勻，4 500 r/min 離心3 min。

咖啡、醬油、茶葉等基質(zhì)復雜、離子抑制嚴重的樣品需采用固相萃取進一步凈化后檢測，其他樣品經(jīng)上述處理后直接取上清液過0.2 μm PTFE濾膜，進行UPLC-MS/MS分析。

1.2.3固相萃取將PCX固相萃取柱依次用3 mL甲醇和3 mL 0.5%甲酸活化，準確移取2.0 mL上清樣液加至活化后的固相萃取柱中，流速控制在1 mL/min，待樣液流盡后，用3 mL水和3 mL甲醇依次淋洗，真空抽干，再用3 mL 5%氨水甲醇溶液洗脫，洗脫液于40 ℃氮吹至近干，用2 mL 10%乙腈(含0.2%甲酸)定容至2 mL，渦旋混勻后過0.2 μm PTFE濾膜，進行UPLC-MS/MS分析。

1.3UPLC-MS/MS檢測條件

1.3.1液相色譜條件Waters Acquity超高效液相色譜儀；色譜柱：CAPCELLPAK CR色譜柱(SCX∶C18=1∶4,2.0 mm×150 mm,5 μm)；流動相：A為20 mmol/L 乙酸銨(含0.006 7%甲酸)，B為甲醇；梯度洗脫程序：0.0～0.5 min，70%～25%A；0.5～3.0 min，25%A；3.0～6.0 min，25%～70%A；6.0～8.0 min，70%A；流速：0.4 mL/min；柱溫：35 ℃；進樣量：10 μL。

表1　1-MEI，2-MEI，4-MEI和4-MEI-d5的質(zhì)譜分析條件Table 1　Optimized MS/MS parameters for 1-MEI,2-MEI, 4-MEI and 4-MEI-d5

*quantitative ion

1.3.2質(zhì)譜條件Waters Premier XE 三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀；離子源：電噴霧正離子模式(ESI+)；多反應監(jiān)測(MRM)；毛細管電壓：3.5 kV；源溫度：120 ℃；脫溶劑氣溫度：400 ℃；脫溶劑氣流速：700 L/h；反吹氣流速：50 L/h；碰撞室壓力：2.7×10-3mbar；化合物的監(jiān)測離子對(m/z)、錐孔電壓、碰撞電壓等質(zhì)譜參數(shù)見表1。

2　結(jié)果與討論

2.1前處理條件的選擇

目前UPLC-MS/MS檢測采用的前處理方法主要有固相萃取法、QuEChERS分散凈化技術(shù)、超臨界流體萃取等，上述方法凈化后可以減少干擾，提高檢測靈敏度，但增加了時間和成本。本方法簡化了前處理步驟，對于曲奇、焦糖餅干、可樂、黑啤、食醋等樣品，采用三氯乙酸沉淀蛋白，超聲輔助提取，離心后取上清液直接進行UPLC-MS/MS分析，在優(yōu)化條件下，雜質(zhì)干擾小。但直接提取進樣的方法并不適合所有食品，如醬油、咖啡、茶葉等，醬油(尤其是老抽)含有高濃度的鹽和其他有機物，特別是氨基酸和低分子量肽等含氮成分；咖啡中含有多種不同的化合物，焙烤之后成分更加復雜；茶葉中含有大量的色素、油脂等。對于這些基質(zhì)特別復雜的樣品，提取后直接進樣離子抑制比較嚴重，重復性差，因此需進一步凈化。本方法采用強陽離子交換固相萃取凈化方法，有效降低了離子抑制，獲得了較好的凈化效果。

2.2液相色譜條件的優(yōu)化

首先嘗試使用UPLC-PDA對樣品進行檢測，但食品體系基質(zhì)復雜，2-MEI和4-MEI的含量低，即使采用固相萃取凈化樣品后，UPLC-PDA也不能滿足分析需求。因此，改為使用UPLC-MS/MS。

1-MEI是2-MEI和4-MEI的同分異構(gòu)體，雖然目前尚未發(fā)現(xiàn)食品中存在1-MEI，但為了排除其可能對2-MEI和4-MEI檢測的干擾，本方法對1-MEI也同時檢測。3種同分異構(gòu)體具有相同的分子質(zhì)量和離子碎片，需利用液相色譜進行分離，以準確定量?？疾炝薟aters BEH-C18(1.7 μm，2.1 mm×100 mm)，CAPCELL PAK ST(5 μm，2.0 mm×150 mm)和CAPCELL PAK CR(SCX∶C18=1∶4,2.0 mm×150 mm,5 μm)等不同色譜柱的分離情況。由于甲基咪唑的極性較大，出峰太快，采用Waters BEH-C18色譜柱時，3種異構(gòu)體難以達到基線分離。而采用HILIC分離機理的CAPCELL PAK ST色譜柱時，1-MEI和4-MEI難以分離。同時，由于大量極性雜質(zhì)共流出，采用這兩種色譜柱檢測未經(jīng)固相萃取凈化的樣品時，會造成嚴重的離子抑制，大大降低檢測靈敏度。CAPCELL PAK CR色譜柱由十八烷基(C18)和磺酸基(SCX)制成的混合填料填充而成，結(jié)合了C18引起的疏水性相互作用和磺酸基引起的強陽離子交換模式，在此色譜柱上3種甲基咪唑具有良好的保留并可實現(xiàn)完全分離，且峰形和靈敏度良好(如圖1)。

考察了甲醇和乙腈作為流動相的有機相時化合物的響應情況，盡管兩種有機相均能實現(xiàn)目標物的完全分離，但采用乙腈作為流動相時，對2-MEI產(chǎn)生了強烈的干擾。這可能是由于乙腈在ESI源電離下獲取H+，形成[M+H]+，其m/z為42，與2-MEI的定量離子相同，造成基線太高，嚴重干擾了 2-MEI的檢測。而采用甲醇則可避免這一問題，因此選擇甲醇作為流動相。

另外考察了目標化合物在甲醇-乙酸銨流動相體系中的分離情況，結(jié)果表明，乙酸銨的濃度越大，出峰時間越快，峰形越尖銳，但濃度增大也會增強離子抑制且易污染離子源。在ESI+模式下，流動相中加入可提供H+的甲酸或乙酸等會提高目標化合物的離子化效率，提高待測物的響應值。對流動相酸度進行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)酸度越大，色譜柱對甲基咪唑的保留越強，有利于與樣品中雜質(zhì)的分離，但會造成色譜峰峰形展寬，降低靈敏度。通過優(yōu)化流動相中乙酸銨的濃度和甲酸的加入量，最后確定以20 mmol/L乙酸銨(含0.006 7%甲酸)作為A相，甲醇作為B相，采用梯度洗脫，以獲得3種甲基咪唑的良好分離及高靈敏度。

2.3質(zhì)譜條件的優(yōu)化

分別取約10 μg/mL的1-MEI，2-MEI，4-MEI和4-MEI-d5標準溶液，由注射泵直接進樣進行質(zhì)譜條件優(yōu)化。首先作一級質(zhì)譜全掃描，在ESI+模式下，1-MEI，2-MEI，4-MEI的母離子均為m/z82.9，4-MEI-d5的母離子為m/z88.0；再對母離子進行二級質(zhì)譜子離子掃描，碰撞氣和碰撞電壓的作用使化合物發(fā)生斷裂或重排，產(chǎn)生二級特征碎片離子，甲基咪唑分別丟失1個-C2H3和1個-NC2H3，相應產(chǎn)生m/z56和m/z42的碎片離子，對于4-MEI，m/z83→56響應相對較強，2-MEI則是m/z83→42響應較強，以強度高的碎片離子為定量離子，2-MEI和4-MEI的定量離子分別選擇m/z42和m/z56。優(yōu)化后的質(zhì)譜條件見表1。

2.4方法學驗證

2.4.1線性與檢出限由于1-MEI在質(zhì)譜上的響應較差且在食品中均未檢出，因此只對2-MEI和4-MEI進行方法學考察。采用同位素內(nèi)標法定量以消除基質(zhì)效應影響。用20%乙腈配制2-MEI和4-MEI的混合標準溶液，逐級稀釋得到2-MEI濃度分別為5.3，10.6，42.2，84.4，105.5，126.6，168.8，211.0 ng/mL，4-MEI濃度分別為7.1，14.2，56.8，113.7，142.2，170.6，227.4，284.3 ng/mL的系列混合標準溶液，加入適量4-MEI-d5內(nèi)標溶液使?jié)舛染鶠?8.9 ng/mL。在優(yōu)化條件下進行測定，以定量離子峰面積和相應內(nèi)標峰面積的比值(y)為縱坐標，標準溶液濃度(x,ng/g)為橫坐標進行回歸分析。得到2-MEI和4-MEI的標準曲線方程分別為y=2.875x+0.252和y=2.504x+1.895，相關(guān)系數(shù)(r2)均為0.999 5。 以信噪比(S/N)為3時相應的濃度確定方法檢出限(LOD)，S/N=10時相應的濃度確定方法定量下限(LOQ)，得出2-MEI和4-MEI的LOD分別為0.5 ng/g和1.4 ng/g,LOQ分別為1.8 ng/g和4.6 ng/g。

2.4.2回收率與精密度選取醬油、咖啡、碳酸飲料、曲奇樣品，按本方法進行10,50,100 ng/g 3個濃度水平的加標回收實驗，每個濃度平行測定5份，計算回收率和日內(nèi)相對標準偏差(RSD)，依照本方法連續(xù)測定3 d，計算日間RSD，結(jié)果見表2。對于不同食品基質(zhì)，2-MEI的回收率為82.6%～98.1%，日內(nèi)RSD為1.3%～4.5%，日間RSD為2.0%～5.4%；4-MEI的回收率為89.5%～108.1%，日內(nèi)RSD為1.0%～5.0%，日間RSD為1.9%～6.5%，說明方法的適用性良好。

表2　不同樣品中2-MEI和4-MEI的加標回收率及相對標準偏差(RSD)Table 2　Spiked recoveries and RSDs of 2-MEI and 4-MEI in different samples

2.5實際樣品檢測

采用本方法檢測了市售加工食品中2-MEI和4-MEI的含量，結(jié)果見表3。在食品中均未檢測出1-MEI?？傮w上看，2-MEI的含量普遍較低甚至低于檢出限。5種可樂中4-MEI的含量最高為342.77 ng/g。未添加焦糖色素的2種天然釀造醬油中4-MEI的含量極低，1種未檢出，另一種僅為10.3 ng/g，4種老抽醬油中4-MEI的含量最高達到18 795.93 ng/g。5種陳醋中4-MEI的含量最高為10 242.0 ng/g。4種添加焦糖色素的餅干中4-MEI含量為373.12～1 899.60 ng/g，遠高于不添加焦糖色素的餅干。

未添加焦糖色素的曲奇、咖啡和茶葉等食品中也存在甲基咪唑。在24種曲奇餅干中，4-MEI含量小于100 ng/g的有19種(其中2種未檢出)，含量在100～300 ng/g的4種，500 ng/g以上的1種。中式麻花在高溫油炸的條件下也會產(chǎn)生4-MEI。生咖啡豆不含甲基咪唑，但焙烤后的咖啡豆和速溶咖啡中甲基咪唑含量較高，尤其是速溶黑咖啡，4-MEI含量最高達到5 554.35 ng/g，咖啡中2-MEI的含量也較高，為174.36～1 657.34 ng/g。本文還首次報道了不同品種茶葉中4-MEI的含量，其中紅茶中最高含量達761.89 ng/g，大麥茶中4-MEI的含量超過3 000 ng/g。

表3市售各類加工食品中2-MEI和4-MEI的含量(n=3)

Table 3Contents of 2-MEI and 4-MEI in various processed foods(n=3)w/(ng·g-1)

(續(xù)表3)

* no detected

3　結(jié)　論

本文建立并優(yōu)化了UPLC-MS/MS檢測食品中2-MEI和4-MEI的方法，大多數(shù)食品超聲提取后可以直接進樣，節(jié)省了檢測成本和時間，對基質(zhì)極其復雜的樣品(如醬油、咖啡、茶葉等)應采用固相萃取凈化。該方法適用性廣、快速簡單、靈敏度高，能很好地應用于各類食品中2-MEI和4-MEI的檢測。

[1]IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans,IARC Monogr.Eval.Carcinog.Risks Hum.http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol101/mono101-015.pdf,in press.

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Simultaneous Determination of 2-Methylimidazole and 4-Methylimidazole in Various Foods by Ultrahigh Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

PANG Mei-rong1,LIN Qin2,DAI Ming2,REN Xiao-ying2,ZHANG Ying1*

(1.Zhejiang R&D Center for Food Technology and Equipment,Zhejiang Key Laboratory for Agro-food Processing,College of Biosystems Engineering and Food Science,Zhejiang University,Hangzhou310058,China;2.China National Quality Supervision and Testing Center for Processed Food,Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality,Fuzhou350002,China)

An ultrahigh performance liquid chromatography-tandem mass spectrometric(UPLC-MS/MS) method was developed for the simultaneous determination of 2-methylimidazole(2-MEI) and 4-methylimidazole(4-MEI) in various foods.Most of foods could be injected directly after ultrasonic extraction.Solid phase extraction was needed for extremely complex sample matrix(such as sauce,coffee and tea),and the target analytes were quantified by isotope internal standard.Under the optimized conditions,the limits of detection for 2-MEI and 4-MEI were up to 0.5 ng/g and 1.4 ng/g,respectively,the recoveries of the method ranged from 82.6%to 98.1%for 2-MEI and 89.5%to 108.1%for 4-MEI.The intraday RSDs of 2-MEI and 4-MEI were 1.3%-4.5%and 1.0%-5.0%,while their inter-day RSDs were 2.0%-5.4%and 1.9%-6.5%,respectively.The results indicated that the method was suitable for simultaneous determination of 2-MEI and 4-MEI in food matrices.This method was applied in more than 90 kinds of foods,in which 2-MEI was only observed in several samples and the contents were relatively low,whereas 4-MEI was detected in most of the tested foods,including dark soy sauce(3 224.20-18 795.93 ng/g)，coffee(0-5 554.35 ng/g)，cookie(63.48-584.78 ng/g)，biscuit(containing caramel,373.12-1 899.60 ng/g)，cola(44.13-342.77 ng/g) and barley tea(3 131.05-3 335.60 ng/g).This study also reported the contents of 4-MEI in different varieties of tea(16-761.89 ng/g) for the first time.

ultrahigh performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(UPLC-MS/MS);2-methylimidazole(2-MEI);4-methylimidazole(4-MEI)；food

2016-01-19；

2016-03-15

國家“973”計劃項目(2012CB720806)；福建省科技廳民生科技專項(2013Y6003)

張英，教授，研究方向：天然產(chǎn)物與人類健康，Tel：0571-88982164,E-mail:yzhang@zju.edu.cn

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.08.003

O657.63；F407.82

A

1004-4957(2016)08-0943-06