龔 蘭,欒楓婷,溫天銳,陳 明,鄧博文,張澤璟,魏瑞成,王 冉
(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)研究所,省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地-江蘇省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210014)
大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物(MALs)是由鏈霉菌產(chǎn)生的弱堿性抗生素,對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和支原體具有良好的抗菌活性,臨床上廣泛用于治療畜禽動(dòng)物敏感菌引起的呼吸道、消化道和泌尿生殖系統(tǒng)感染[1-3]。MALs在低劑量下具有良好的促生長(zhǎng)作用,可縮短飼養(yǎng)周期、提高飼料回報(bào)率,其中泰樂(lè)菌素、替米考星、吉他霉素等已成為畜禽專(zhuān)用抗生素[2]。近年來(lái),作為飼料添加劑的MALs成為我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)需求量和銷(xiāo)售速度增長(zhǎng)最快的抗生素之一[4]。但長(zhǎng)期使用這類(lèi)抗生素不僅在動(dòng)物體內(nèi)造成殘留,還會(huì)隨糞便排出體外進(jìn)而污染環(huán)境[5],導(dǎo)致微生物菌群的失調(diào)和革蘭氏陽(yáng)性菌耐藥性的增加,對(duì)動(dòng)物及人類(lèi)健康產(chǎn)生危害[6-7]??紤]到MALs抗藥性在動(dòng)物之間以及動(dòng)物和人類(lèi)間的傳遞性,歐盟委員會(huì)規(guī)定所有成員國(guó)禁止使用泰樂(lè)菌素、螺旋霉素、桿菌肽等抗生素飼料添加劑,規(guī)定在豬的肝、腎,家禽的肌肉、皮、脂肪、肝及腎中均不得檢出泰樂(lè)菌素[8]。我國(guó)最新發(fā)布的GB 31650-2019《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中獸藥最大殘留限量》規(guī)定替米考星在動(dòng)物組織和奶中的最大殘留限量(MRL)為50~1 500 μg/kg,泰樂(lè)菌素在動(dòng)物組織、奶和蛋中的MRL為50~300 μg/kg[9]。我國(guó)相繼出臺(tái)了《遏制細(xì)菌耐藥國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃(2016-2020年)》(國(guó)衛(wèi)醫(yī)發(fā)[2016]43號(hào),簡(jiǎn)稱(chēng)行動(dòng)計(jì)劃)和藥物飼料添加劑推出計(jì)劃(中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公告 第194號(hào))等政策,規(guī)定自2020年7月1日起,飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長(zhǎng)類(lèi)藥物飼料添加劑的商品飼料[10-11]。但一些獸藥飼料生產(chǎn)廠家和養(yǎng)殖戶(hù)為了提高經(jīng)濟(jì)效益,違禁在飼料中添加此類(lèi)藥物。
目前,MALs的檢測(cè)方法主要包括微生物法、毛細(xì)管電泳法、紫外分光光度法、液相色譜法(LC)、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)等[1,12-14]。其中,微生物法、毛細(xì)管電泳法、紫外分光光度法由于具有前處理復(fù)雜、靈敏度低、準(zhǔn)確度低、檢測(cè)種類(lèi)受限等缺點(diǎn),鮮有報(bào)道[12]。飼料檢測(cè)的常用方法為電化學(xué)法[14]、LC法[6]、LC-MS/MS法[6],近年來(lái)LC-MS/MS法因靈敏度高、檢出限低、具有確證性等特點(diǎn)被廣泛用于飼料中添加劑的測(cè)定[6]。目前采用LC-MS/MS法測(cè)定MALs的研究主要針對(duì)畜禽肉制品、水產(chǎn)品、牛奶、蜂蜜等動(dòng)物源性食品,而以飼料為分析對(duì)象的相關(guān)研究較少[15-18],其主要困難是源于飼料基質(zhì)的復(fù)雜性和多樣性,以及待測(cè)化合物的含量低[18]。我國(guó)目前尚未制定測(cè)定飼料中MALs的標(biāo)準(zhǔn)方法,因此亟待建立飼料中該類(lèi)抗生素的測(cè)定方法。
本文采用固相萃取(SPE)凈化,高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定飼料中替米考星、羅紅霉素、螺旋霉素、泰樂(lè)菌素、紅霉素、克拉霉素和阿奇霉素7種MALs的殘留量。該方法準(zhǔn)確、實(shí)用、雜質(zhì)干擾小、基質(zhì)效應(yīng)低,能夠檢測(cè)多種飼料(添加劑預(yù)混合飼料、精料補(bǔ)充飼料、配合飼料、濃縮飼料)中目標(biāo)化合物的含量,提高了檢測(cè)范圍和靈敏度,可為我國(guó)飼料質(zhì)量安全檢測(cè)和監(jiān)管提供有力的技術(shù)支撐。
AB 6500高效液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀(美國(guó) SCIEX公司),電子天平(感量0.1 mg,瑞士Mettller-Toledo公司);高速冷凍離心機(jī)(美國(guó)Eppendorf公司);旋渦混合器(德國(guó)IKA公司);超聲清洗儀(昆山超聲儀器有限公司);N-EVAP-24位氮吹濃縮裝置(美國(guó)Organomation公司);Oasis PRiME HLB固相萃取柱(200 mg/6 mL)、20位固相萃取裝置(美國(guó)Waters公司),0.22 μm濾膜(美國(guó)Agilent公司);賽多利斯超純水系統(tǒng)(德國(guó)Sartorius公司)。
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):替米考星(TILM)、羅紅霉素(ROM)、螺旋霉素(SPI)、泰樂(lè)菌素(TYL)、紅霉素(ERM)、克拉霉素(CLA)、阿奇霉素(AZI)(純度均≥95%,德國(guó)Dr.Ehrenstorfer公司)。
甲醇、乙腈(色譜級(jí),Honeywell公司);甲酸(色譜級(jí),Sigma-Aldrich公司);去離子水(屈臣氏公司);氨水、磷酸二氫鉀(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。
樣品:添加劑預(yù)混合飼料、精料補(bǔ)充飼料、配合飼料、濃縮飼料(飼料企業(yè)饋贈(zèng))。
標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1.0 mg/mL):分別準(zhǔn)確稱(chēng)取適量的標(biāo)準(zhǔn)品,用甲醇溶解并定容,配成1.0 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,于-18 ℃下保存,有效期3個(gè)月。
混合標(biāo)準(zhǔn)中間液(10 μg/mL):分別準(zhǔn)確移取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各1.0 mL,置于100 mL容量瓶中,用水-甲醇(體積比9∶1)稀釋至刻度,混勻。4 ℃下避光保存,有效期1周。
混合標(biāo)準(zhǔn)工作液:準(zhǔn)確吸取混合標(biāo)準(zhǔn)中間液(10 μg/mL)適量,用水-甲醇(9∶1)稀釋成質(zhì)量濃度分別為0.25、0.5、1、2、5、10、50 μg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,現(xiàn)用現(xiàn)配。
準(zhǔn)確稱(chēng)取2.00 g飼料樣品(精確至0.01 g)于50 mL離心管中,加入10 mL 1%氨化乙腈,超聲20 min,渦旋振蕩5 min,8 000 r/min離心5 min,取上清液于另一50 mL離心管中;下層殘?jiān)屑尤?0 mL 1%氨化乙腈,重復(fù)提取1次。合并2次上清液,量取1.0~2.0 mL上清液于另一10 mL離心管中,40 ℃氮吹至近干,加入5 mL 0.1 mol/L磷酸緩沖溶液(pH 9.0)溶解殘?jiān)?,待凈化?/p>
Oasis PRiME HLB固相萃取柱依次用5 mL甲醇、5 mL 0.1 mol/L磷酸緩沖溶液(pH 9.0)活化,上清樣液全部過(guò)柱后,用5 mL水淋洗、抽干,6 mL 5%氨化甲醇洗脫并收集洗脫液于10 mL離心管中,45 ℃下氮吹至近干,以1.0 mL水-甲醇(9∶1)復(fù)溶,渦旋30 s后過(guò)0.22 μm濾膜于樣品瓶中,上機(jī)測(cè)定。
色譜條件:ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm,美國(guó)Waters公司);柱溫為40 ℃,流速為0.3 mL/min;流動(dòng)相:A為0.1%甲酸水,B為乙腈;進(jìn)樣量為3 μL。洗脫梯度:0~1 min,10%B;1~2 min,10%~20%B;2~5 min,20%~50%B;5~6 min,50%~90%B;6~7 min,90%B;7.01~10 min,10%B。
質(zhì)譜條件:電噴霧離子源(ESI),正離子模式,氣簾氣(CUR)為45 V,碰撞氣(CAD)為8 V,離子源電壓(IS)為5 500 V,離子源溫度(TEM)為500 ℃,霧化氣(GS1)壓力為344.8 kPa,輔助氣(GS2)壓力為379.2 kPa,掃描方式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM),母離子、子離子、去簇電壓(DP)和碰撞能量(CE)見(jiàn)表1。
表1 7種MALs的MRM質(zhì)譜參數(shù)Table 1 MS parameters in multiple reaction monitoring(MRM) mode for 7 MALs
根據(jù)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物呈弱堿性和脂溶性的特性[16],本實(shí)驗(yàn)選取甲醇、乙腈、1%氨化甲醇、3%氨化甲醇、1%氨化乙腈、3%氨化乙腈、1%甲酸甲醇、3%甲酸甲醇、1%甲酸乙腈、3%甲酸乙腈作為提取溶劑,考察其對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物回收率的影響。
結(jié)果表明,紅霉素、泰樂(lè)菌素和螺旋霉素在不同濃度的酸化溶液中回收率低于70%,這是由于大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物在酸性甲醇和乙腈溶液中呈電離狀態(tài),且不穩(wěn)定所致[2];根據(jù)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物的pKa值,弱堿性環(huán)境更有利于藥物提取,因此以1%氨化有機(jī)溶液作為提取溶劑時(shí),提取效率提高至70%以上,且1%氨化甲醇和1%氨化乙腈的萃取效率高于3%的氨化有機(jī)溶液。進(jìn)一步對(duì)比了1%氨化甲醇和1%氨化乙腈對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物的提取回收率,發(fā)現(xiàn)1%氨化乙腈比1%氨化甲醇更利于沉淀飼料中的蛋白,7種藥物的回收率為80.0%~93.8%,且明顯減少其他雜質(zhì)的干擾[19],所以選定1%氨化乙腈作為提取溶劑。
2.2.1 凈化方法的選擇飼料的常用凈化方法有液液萃取法和固相萃取法,部分文獻(xiàn)采用正己烷液液萃取法進(jìn)行凈化[13],但只能去除部分脂類(lèi),對(duì)飼料中色素、其他脂類(lèi)和小肽等雜質(zhì)的去除效果較差,本實(shí)驗(yàn)采用正己烷直接凈化后質(zhì)譜基線抬高,儀器檢測(cè)靈敏度降低。因此,實(shí)驗(yàn)比較了HLB(200 mg/6 mL)、MCX(150 mg/6 mL)和C18(200 mg/3 mL) 3種固相萃取凈化柱的回收率。結(jié)果顯示,采用HLB柱凈化后7種藥物的回收率為60%~120%,C18柱的回收率為30%~108%,而MCX柱的回收率均低于50%,故實(shí)驗(yàn)選用HLB柱作為固相萃取凈化柱。
進(jìn)一步優(yōu)化了HLB柱規(guī)格,考察了HLB(200 mg/6 mL)、Oasis PRiME HLB(200 mg/6 mL)和HLB(60 mg/3 mL)的回收率,結(jié)果表明TILM和SPI經(jīng)HLB(60 mg/3 mL)凈化后的回收率低于70%,可能是由于該柱的填料量較少,易造成其他雜質(zhì)和目標(biāo)物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性相互作用,影響固相萃取柱的保留和洗脫;HLB(200 mg/6 mL)和Oasis PRiME HLB(200 mg/6 mL)對(duì)7種目標(biāo)物的回收率均高于70%,其中后者的回收率相對(duì)較高,且可去除更多的脂類(lèi)等雜質(zhì),因此最終選擇Oasis PRiME HLB(200 mg/6 mL)作為凈化柱。
2.2.2 pH值的影響在上樣過(guò)程中,目標(biāo)物的離子化程度影響其在SPE的吸附效率,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),pH≤4和pH≥10的情況均不利于藥物在固相萃取柱上的保留。比較了不同pH值(5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)的0.1 mol/L磷酸緩沖液對(duì)7種目標(biāo)物回收率的影響(見(jiàn)圖1),結(jié)果顯示,pH 9.0時(shí)7種目標(biāo)物的回收率最佳(大于80%)。這是由于弱堿性條件下大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物以分子狀態(tài)存在,易保留在固相萃取柱上。因此實(shí)驗(yàn)選擇磷酸緩沖溶液的pH值為9.0。
圖1 不同pH值對(duì)固相萃取效果的影響(加標(biāo)10 μg/kg)Fig.1 Effect of pH value on SPE efficiencies(spiked 10 μg/kg)
2.2.3 洗脫條件的優(yōu)化HLB固相萃取柱的填料為親脂性二乙烯苯和親水性N-乙烯基吡咯烷酮兩種單體按一定比例聚合而成的大孔共聚物,能夠保留多種極性差異較大的化合物[20]。實(shí)驗(yàn)考察了1%甲酸甲醇、甲醇、3%氨化甲醇和5%氨化甲醇4種洗脫液的效果,結(jié)果表明1%甲酸甲醇和甲醇只能洗脫部分大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物,7種藥物的回收率低于60%;5%氨化甲醇的洗脫能力最強(qiáng),7種藥物的回收率均大于80%,因此實(shí)驗(yàn)選擇5%氨化甲醇作為洗脫液。
在ESI+掃描模式下,分別對(duì)1 μg/mL 的7種藥物標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行母離子全掃描,確定母離子的去簇電壓,對(duì)其子離子進(jìn)行掃描,選擇豐度較高、干擾較小的兩個(gè)子離子為定性離子,豐度最高的離子作為定量離子,并優(yōu)化其碰撞能量。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TILM、ROM、TYL、ERM、CLA和AZI均能形成[M+H]+的母離子,SPI除了形成[M+H]+的母離子m/z843.6,還形成m/z422.6的母離子碎片,經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)m/z843.6受雜質(zhì)干擾小且響應(yīng)高,因此選擇m/z843.6作為SPI的母離子。優(yōu)化的質(zhì)譜條件如“1.4”所示。
大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物屬于極性化合物,實(shí)驗(yàn)采用C18反相色譜柱進(jìn)行分離??疾炝朔謩e以乙腈-0.1%甲酸水、甲醇-0.1%甲酸水、乙腈-5 mmol/L乙酸銨和甲醇-5 mmol/L乙酸銨作為流動(dòng)相時(shí)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物的分離情況,結(jié)果表明:0.1%甲酸水作為水相比5 mmol/L乙酸銨溶液更能明顯改善目標(biāo)物的峰形,有助于堿性物質(zhì)的分離,并使目標(biāo)化合物的保留時(shí)間提前[21]。進(jìn)一步以0.1%甲酸水作為水相,發(fā)現(xiàn)當(dāng)甲醇為有機(jī)相時(shí)7個(gè)目標(biāo)物的峰形較差,而乙腈能明顯提高SPI和TILM的響應(yīng)值,峰形較好,且無(wú)拖尾現(xiàn)象。采用梯度洗脫,可實(shí)現(xiàn)飼料中雜質(zhì)與目標(biāo)分析物的良好分離,同時(shí)縮短分離分析時(shí)間[22]。因此,本實(shí)驗(yàn)以0.1%甲酸水和乙腈為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫,保證良好的峰形和分離度(見(jiàn)圖2),這與文獻(xiàn)研究結(jié)果一致[6,23]。
圖2 7種待測(cè)藥物標(biāo)準(zhǔn)品的MRM圖(10 μg/L)Fig.2 MRM chromatograms of 7 MALs mixed standard solution(10 μg/L)
飼料由玉米、小麥、麩皮、棉粕、豆粕等混合而成,基質(zhì)復(fù)雜,樣品經(jīng)提取凈化后仍可能存在較強(qiáng)的基質(zhì)效應(yīng),因此需對(duì)前處理方法進(jìn)行基質(zhì)效應(yīng)的評(píng)估[22]。
將“1.2”配制的10 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,添加至按照“1.3”制備的小豬配合飼料、豬濃縮飼料、雞預(yù)混合飼料、牛羊精補(bǔ)飼料和魚(yú)配合飼料的空白基質(zhì)中,配制成10 μg/L大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物的空白基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)液。以空白基質(zhì)中標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰面積(A)和相對(duì)應(yīng)濃度的溶劑標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰面積(B)之比考察基質(zhì)效應(yīng)(ME%=A/B×100%)[12]。若比值在80%~120%范圍內(nèi),則表明基質(zhì)效應(yīng)不明顯[19]。結(jié)果表明在最佳前處理?xiàng)l件下,TYL在小豬配合飼料、豬濃縮飼料和魚(yú)配合飼料中表現(xiàn)出較弱的基質(zhì)效應(yīng)(ME為101%~114%),但在雞預(yù)混合飼料和牛羊精補(bǔ)飼料中存在中等強(qiáng)度的基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)(ME為131%~141%);其余6種藥物在小豬配合飼料、豬濃縮飼料、雞預(yù)混合飼料、牛羊精補(bǔ)飼料和魚(yú)配合飼料中存在較弱的基質(zhì)抑制或增強(qiáng)效應(yīng)(ME為80%~133%)。說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)采取的固相萃取柱凈化和減少凈化上樣量的方式可有效降低基質(zhì)干擾、提高靈敏度,這與其他檢測(cè)方法中全部樣液過(guò)柱凈化相比,既節(jié)省凈化時(shí)間,又可有效去除雜質(zhì)[6,24]。為了消除基質(zhì)效應(yīng)帶來(lái)的定量偏差,采用基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)工作液進(jìn)行定量[25]。
稱(chēng)取2 g空白樣品,按照“1.3”處理后,加入“1.2”中不同質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液復(fù)溶,配成系列質(zhì)量濃度的基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,采用外標(biāo)法進(jìn)行定量計(jì)算。以目標(biāo)物的峰面積(Y)對(duì)其質(zhì)量濃度(X,μg/L) 進(jìn)行回歸分析,結(jié)果表明在小豬配合飼料、牛羊精補(bǔ)飼料、豬濃縮飼料、雞預(yù)混合飼料和魚(yú)配合飼料中,替米考星、螺旋霉素和紅霉素的線性范圍為0.5~50 μg/L,羅紅霉素、泰樂(lè)菌素、克拉霉素和阿奇霉素的線性范圍為0.25~50 μg/L,相關(guān)系數(shù)(r2)均大于0.99。以空白樣品3倍信噪比(S/N)時(shí)的質(zhì)量濃度為檢出限(LOD),以10倍信噪比(S/N)時(shí)的質(zhì)量濃度為定量下限(LOQ),得到7種物質(zhì)的LOD為1.25~2.5 μg/kg,LOQ為2.5~5.0 μg/kg。代表性基質(zhì)小豬配合飼料中7種目標(biāo)物的線性關(guān)系、檢出限及定量下限見(jiàn)表2。本方法的檢出限(1.25~2.5 μg/kg)低于其他相關(guān)文獻(xiàn)[6,23-24],靈敏度更高。
表2 小豬配合飼料中7種MALs的線性關(guān)系、檢出限及定量下限Table 2 Linear relations,LODs and LOQs of 7 MALs in piglet compound feed
在添加劑預(yù)混合飼料、精料補(bǔ)充飼料、配合飼料和濃縮飼料空白樣品中添加5、10、50 μg/kg 3個(gè)濃度水平的7種目標(biāo)物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,重復(fù)進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,4種飼料基質(zhì)中7種藥物的回收率為61.4%~103%,批內(nèi)和批間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.43%~15%,其中配合飼料中7種大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物的加標(biāo)回收率和RSD見(jiàn)表3。本方法的準(zhǔn)確性和精密度均較為理想,能夠滿足飼料中大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物的定性和定量分析要求。
表3 配合飼料樣品中7種MALs的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)Table 3 Average recoveries and relative standard deviations of 7 MALs in complete feed(n=5)
采用所建立的方法對(duì)市售不同類(lèi)型的20份飼料(中期肉雞配合飼料、肉雞預(yù)混合飼料、魚(yú)配合飼料、肉羊肉牛專(zhuān)用精補(bǔ)飼料、豬濃縮飼料、豬預(yù)混合飼料)進(jìn)行檢測(cè),在1份中期肉雞配合飼料中檢出泰樂(lè)菌素,含量為1.69 mg/kg,其他飼料均未檢出目標(biāo)物。
大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物為堿性化合物,在酸性條件下部分藥物不穩(wěn)定,本實(shí)驗(yàn)采用1%氨化乙腈為提取溶劑,Oasis PRiME HLB柱進(jìn)行凈化,結(jié)合高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)不同種類(lèi)飼料中7種大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)藥物。該方法的檢出限為1.25~2.5 μg/kg,定量下限為2.5~5.0 μg/kg,回收率為61.4%~103%,批內(nèi)和批間RSD為0.43%~15%。方法簡(jiǎn)便、靈敏度高、基質(zhì)干擾小,能滿足不同飼料樣品的測(cè)定要求,可為飼料質(zhì)量安全監(jiān)管提供技術(shù)支撐。