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        食品中鄰苯二甲酸酯類塑化劑檢測(cè)方法研究進(jìn)展

        2023-02-12 10:51:44王騰余逸飛王睿王鑫李昀怡陳洋程楠
        生物技術(shù)進(jìn)展 2023年1期
        關(guān)鍵詞:塑化劑鄰苯二甲酸熒光

        王騰 , 余逸飛 , 王睿 , 王鑫 , 李昀怡 , 陳洋 , 程楠

        中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室,北京 100083

        塑化劑是指在聚合物加工過程中添加的、能夠改善產(chǎn)品塑型的物質(zhì)[1]。塑化劑一般為低分子物質(zhì),夾在聚合物分子物質(zhì)之間,使聚合物分子的分子間距增大、分子間作用力降低、相對(duì)滑動(dòng)能力增強(qiáng),從而降低聚合物成型的加工溫度,最終改善產(chǎn)品的柔韌性和可塑性[2]。

        塑化劑并不是一種食品添加劑,禁止在任何食品中使用,但在食品中仍可被檢測(cè)到。食品中的塑化劑可能來(lái)源于生產(chǎn)、流通和餐飲三個(gè)環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過程中,由于部分車間生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控不嚴(yán)的原因,各種劣質(zhì)塑料制成的生產(chǎn)工具、生產(chǎn)管道中的塑化劑可能滲透到食品中[3];在流通過程中,由于部分包裝材料本身存在安全問題,食品長(zhǎng)期保存在問題塑料包裝內(nèi),塑化劑隨時(shí)間緩慢遷移至食品中[4];在餐飲行業(yè),錯(cuò)誤使用或使用劣質(zhì)的外賣包裝盒、塑料袋等包裝烹飪后的食品,包裝材料不能滿足耐受高溫的要求,導(dǎo)致塑化劑遷移進(jìn)入食品[3]。

        塑化劑種類繁多,目前全球范圍內(nèi)可用作塑化劑的化合物有上千種,其中超過500種化合物已被商品化[5],我國(guó)也有100余種已投入生產(chǎn)[6]?,F(xiàn)有的數(shù)百種塑化劑中,最常用的是鄰苯二甲酸酯類(phthalic acid esters,PAEs)[7],占塑化劑總用量的80%以上[8]。鄰苯二甲酸酯類塑化劑包括鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯[Di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP]、鄰苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(diisononyl phthalate,DINP)、鄰苯二甲酸甲苯基丁酯(butyl benzyl phthalate,BBP)等[9]。

        圖1 鄰苯二甲酸酯結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Chemical structural for phthalate esters

        鄰苯二甲酸酯類塑化劑作為一種環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(environmental endocrine disruptors,EEDs)[10],通過干擾人體內(nèi)激素分泌水平,會(huì)對(duì)人體生殖系統(tǒng)造成不可逆?zhèn)?,如引發(fā)女童早熟、子宮和卵巢過早發(fā)育[11]、損害男子睪丸和精子數(shù)量,進(jìn)而導(dǎo)致生殖率的降低[7]。此外,還會(huì)增加心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)、損害肝臟和泌尿系統(tǒng)、引發(fā)感覺遲鈍、神經(jīng)炎[12]及免疫毒性[13]。2011年,臺(tái)灣發(fā)生的“起云劑”風(fēng)波就是一起濫用塑化劑造成的食品安全危機(jī),多個(gè)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)被波及,引起人們的廣泛關(guān)注,使塑化劑問題走進(jìn)大眾視野,并越來(lái)越被重視[8]。有研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期攝入塑料制品中的飲用水會(huì)吸入鄰苯二甲酸酯,即使在低濃度下,也會(huì)導(dǎo)致這些物質(zhì)在人體中積累有機(jī)小分子,危害人體健康[14],因此食品中鄰苯二甲酸酯含量的檢測(cè)對(duì)保障生命健康至關(guān)重要。

        本文概述了鄰苯二甲酸酯類塑化劑的相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)鄰苯二甲酸酯的前處理方式、傳統(tǒng)檢測(cè)方法,并按照檢測(cè)方法輸出信號(hào)類型分類,著重總結(jié)了近年來(lái)新出現(xiàn)的鄰苯二甲酸酯的快速檢測(cè)方法,以期為進(jìn)一步開發(fā)塑化劑的檢測(cè)方法提供參考。

        1 鄰苯二甲酸酯相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)

        我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB9685-2016規(guī)定了鄰苯二甲酸酯類塑化劑在食品接觸用材料中的使用要求,但未對(duì)其在食品中的殘留量作出限制。目前,我國(guó)使用的鄰苯二甲酸酯在食品中的殘留量限制依然依據(jù)2011年臺(tái)灣“起云劑”事件后衛(wèi)生部緊急發(fā)布的衛(wèi)辦監(jiān)督函[2011]551號(hào)公告,具體規(guī)定如表1。

        表1 食品及食品添加劑中鄰苯二甲酸酯類最大殘留量[15]Table 1 Maximum residual amount of phthalate esters in food and food additives[15]

        2011年8月29日,衛(wèi)生部發(fā)布了衛(wèi)辦監(jiān)督函[2011]773號(hào)公告,回答了食品用香料香精中鄰苯二甲酸酯的最大殘留量等相關(guān)問題。公告指出:食品用香料香精中鄰苯二甲酸酯的最大殘留限量仍按衛(wèi)辦監(jiān)督函[2011]551號(hào)公告執(zhí)行,除此之外,國(guó)家已將食品、食品添加劑鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)列入食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)計(jì)劃。對(duì)檢出DEHP、DINP、DBP以外的其他14類鄰苯二甲酸酯產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步追查,匯總相關(guān)監(jiān)督監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),作為開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和制定限量值的科學(xué)依據(jù)[16]。

        在國(guó)際上,許多國(guó)家和機(jī)構(gòu)也對(duì)鄰苯二甲酸酯在食品中的殘留量做出了限制,如歐盟食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)、美國(guó)食品藥物管理局(Food and Drug Administration,F(xiàn)DA)都制定了食品中塑化劑的人類安全攝入量。世衛(wèi)組織也規(guī)定了飲用水中DEHP、DEP、BBP三種鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的每日允許攝入量[17]。

        2 食品中塑化劑檢測(cè)的前處理方法

        前處理方法是影響食品中塑化劑檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素之一。提取劑的選擇、是否提取完全、雜質(zhì)的引入和去除情況等都將影響最終的檢測(cè)結(jié)果,同時(shí)還要考慮時(shí)間成本、價(jià)格成本及污染情況等因素。目前,常用的基本前處理方法主要有固相萃取法和液液萃取法。但為了進(jìn)一步提高精確度和降低檢測(cè)限,有不少研究者對(duì)傳統(tǒng)的前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn),開發(fā)了更多、更高效的前處理方法。

        2.1 固相萃取法

        固相萃?。╯olid phase extraction,SPE)是對(duì)PAEs進(jìn)行前處理最常用的方法之一。固相萃取技術(shù)基于液-固色譜理論,通過選擇性吸附和選擇性洗脫的過程對(duì)樣品進(jìn)行提取和純化。固相萃取法選擇性好、分離效果好,可同時(shí)進(jìn)行富集和純化,能夠有效地降低基質(zhì)干擾,提升檢測(cè)方法的靈敏度。Wang等[18]首次制備了C8修飾的磁性氧化石墨烯(MGO-C8),建立了MGO-C8固相萃取-分散液-液微萃取法,以此提取水中的PAEs并進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)該方法準(zhǔn)確性好、靈敏度高、精密度高,可使檢出限降低至0.000 5~0.001 μg·L-1,同時(shí)具有較好的回收率,回收率達(dá)到90.6%~108.3%。

        在固相萃取的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步出現(xiàn)了固相微萃?。╯olid phase microextraction,SPME)的前處理方法,它不僅保留了SPE的優(yōu)點(diǎn),而且無(wú)需柱填充物和有機(jī)溶劑解吸,直接將高分子涂層涂漬在石英玻璃纖維上,在氣相色譜的進(jìn)樣口進(jìn)行熱解吸,或以液相色譜的流動(dòng)相使其解吸,大大縮短了前處理的時(shí)間[19]。Liu等[20]使用在線管內(nèi)固相微萃取技術(shù)(in-tube solid-phase microextraction,IT-SPME)對(duì)瓶裝水進(jìn)行前處理,結(jié)合高效液相色譜測(cè)定了瓶裝水中PAEs的含量,在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,檢測(cè)限為0.052~0.100 ng·mL-1,回收率為84.6%~111.6%。在線管內(nèi)固相萃取技術(shù)結(jié)合了在線系統(tǒng)和固相微萃取的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了樣品提取、純化與分析的一體化和自動(dòng)化,且精度和靈敏度極佳、溶劑消耗低,是一種綠色環(huán)保又高效的前處理方式。

        2.2 液液萃取法

        對(duì)于果汁、牛奶等液體樣品中的PAEs,通常采用液液萃取法進(jìn)行提取,一般使用乙腈、甲醇、丙酮等有機(jī)溶劑對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行提取和分離,簡(jiǎn)單易行且回收率較好。但此法往往會(huì)消耗大量有機(jī)溶劑,增加環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn),持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),操作步驟繁瑣,而且其更適于大體積高含量的物質(zhì)提取,不適于痕量分析。

        近些年發(fā)展起來(lái)的液液微萃取(liquid-liquid microextraction,LLME)方法,可使用少量的有機(jī)溶劑萃取大量樣品,從而得到較高的富集倍數(shù),減少有機(jī)溶劑的消耗,再結(jié)合使用新型萃取溶劑,或超聲、微波等輔助方法,進(jìn)一步提高萃取效率。

        Leng等[21]建立了全自動(dòng)渦流輔助液-液微萃?。╲ortex assist LLME,VALLME)的前處理方法對(duì)白酒中的PAEs進(jìn)行萃取,利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)法測(cè)定了白酒中PAEs的含量,通過對(duì)萃取劑、萃取時(shí)間、相分離的攪拌速度和時(shí)間等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,最終得到檢出限為0.003~0.006 μg·L-1,此法是一種簡(jiǎn)單快速、高效的痕量前處理方法,靈敏度和自動(dòng)化程度較高。

        共晶溶劑(deep eutectic solvent,DES)是一種新型環(huán)保溶劑萃取劑,具有制備簡(jiǎn)單、成本低、回收率高、低毒或無(wú)毒性等特點(diǎn),Wang等[22]使用由薄荷醇和月桂酸組成的酸堿誘導(dǎo)共晶溶劑作為提取溶劑,建立了酸堿誘導(dǎo)共晶溶劑-渦旋輔助液-液微萃取(DES-VALLME)技術(shù),對(duì)牛奶中的PAEs進(jìn)行提取和檢測(cè),與其他方法相比,此法大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,且未使用有毒的有機(jī)溶劑,是一種快捷、綠色的前處理方法。

        2.3 QuEChERS法

        QuEChERS法是一種快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、高效、抗干擾、安全的前處理方法[23],一般以單一溶劑乙腈進(jìn)行提取,再使用吸附劑與基質(zhì)中的干擾物結(jié)合,最后通過離心方式去除溶劑達(dá)到純化的目的。

        Socas-Rodriguez等[23]采用QuEChERS方法對(duì)4種嬰兒食品進(jìn)行前處理,使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)PAEs進(jìn)行檢測(cè),該方法最終檢測(cè)限為0.03~1.11 μg·kg-1,相對(duì)回收率在70%~120%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在19%以下。此法具有較高的提取效率,且具有更廣泛的應(yīng)用范圍。

        Sun等[24]結(jié)合分散固相萃取對(duì)QuEChERS法進(jìn)行了改進(jìn),用乙腈提取高粱中的PAEs后,使用N-丙基乙二胺、C18和無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行純化處理,渦旋、離心后用氣相色譜檢驗(yàn)PAEs的含量。最終的檢測(cè)限為0.4~0.8 g·kg-1,回收率在82.0%~120.2%之間。此法準(zhǔn)確、有效,適用于谷物樣品中PAEs的檢驗(yàn)。

        2.4 攪拌棒吸附萃取

        攪拌棒吸附萃取法(stir bar sorptive extraction,SBSE)源于固相微萃取(SPME)技術(shù),為了解決SPME方法萃取量小的缺陷[25],SBSE使用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)涂層包裹攪拌棒,在攪拌過程中完成萃取,此法具有更大的固定相體積、萃取容量以及更高的萃取回收率[26]。

        Shen等[27]開發(fā)了一種咪唑酸鹽石骨架基氧化石墨烯復(fù)合材料(ZIF-8@GO)作為中空纖維攪拌棒的吸附劑,以此來(lái)提取兒童食品中PAEs并檢測(cè)其含量,此法避免了吸附劑與樣品直接接觸對(duì)吸附劑造成的污染,且靈敏、快速,萃取效率高。

        Wang等[28]首次制備了4,4′-二氨基對(duì)三聯(lián)苯三嗪(4,4′-diaminop-ter phenyl triazine, PDT)涂層攪拌棒,對(duì)白酒和礦泉水樣品中PAEs進(jìn)行提取并使用高效液相色譜檢測(cè),PDT涂層中的氮原子可與PAEs中的苯環(huán)形成π-π共軛,也可以與PAEs的氧原子形成分子間氫鍵,因此PDT對(duì)于PAEs的吸附力較好。利用此法的萃取回收率大于65%,且具有更好的吸附動(dòng)力,優(yōu)于市售的兩款攪拌棒(PDMS與EG-硅膠涂覆攪拌棒),同時(shí)合成材料較為廉價(jià),降低了成本。

        表2 食品中鄰苯二甲酸酯含量測(cè)定的相關(guān)研究Table 2 Studies on determination of phthalate esters in food

        3 食品中塑化劑的傳統(tǒng)檢測(cè)方法

        目前在食品分析中常用的鄰苯二甲酸酯類塑化劑的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。盡管由于食品基質(zhì)、環(huán)境因素等原因,各文獻(xiàn)中選擇的色譜柱和質(zhì)譜條件有差異,但都會(huì)利用色譜的高分離度、高分辨率特性對(duì)樣品分離后進(jìn)行檢測(cè)。

        3.1 氣相色譜法

        氣相色譜法(gas chromatography,GC)是以氣體作為流動(dòng)相,將色層分離以后進(jìn)行分析的色譜分離方法。對(duì)于易揮發(fā)物質(zhì)具有較好的分離能力,較高靈敏度和選擇性,適宜多種混合的復(fù)雜組分之間的分離,在鄰苯二甲酸酯類的定量分析中應(yīng)用廣泛。Wu[29]等采用SPME-GC對(duì)水樣中的PAEs進(jìn)行定量分析,以蠟燭煙灰制備的碳點(diǎn)作為SPME的涂層材料,搭配氫焰離子化檢測(cè)器,最終5種PAEs的檢出限和定量限分別為0.32~3.13 μg·L-1和1.07~10.43 μg·L-1,此方法線性良好,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較小,同時(shí)碳點(diǎn)涂層也為其帶來(lái)了更低的檢測(cè)限和高回收率。

        3.2 液相色譜法

        液相色譜法(liquid chromatography,LC)是最常用的塑化劑檢測(cè)方法之一,與氣相色譜不同的是,液相色譜以溶液作為流動(dòng)相進(jìn)行分離。由于鄰苯二甲酸酯的中低極性,色譜柱通常選用低極性的反相柱進(jìn)行洗脫,同樣具有較好的分離度和選擇性。

        3.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

        氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-mass spectrometry,GC-MS)廣泛應(yīng)用于PAEs的檢測(cè),同時(shí)也是國(guó)標(biāo)GB31604.30-2016《食品接觸材料及制品鄰苯二甲酸酯的測(cè)定和遷移量的測(cè)定》使用的方法。將氣相色譜的高分離度與質(zhì)譜的定性能力相結(jié)合,相較于氫焰離子化檢測(cè)器,質(zhì)譜檢測(cè)器更適用于種類繁多、結(jié)構(gòu)相近的混合物定性檢測(cè),其中離子檢測(cè)掃描模式的檢測(cè)靈敏度和選擇性更高[30]。Rezaei等[31]使用磁性固相萃取法提取瓶裝麥芽飲料中的PAEs,并采用GC-MS技術(shù)檢驗(yàn)PAEs的含量,選擇離子檢測(cè)掃描模式檢測(cè),最終得到的檢測(cè)限為13~30 ng·L-1,定量限為39~90 ng·L-1。此法靈敏、經(jīng)濟(jì)且具有較低檢測(cè)限。

        3.4 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

        液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS)是在液相色譜法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于塑化劑等痕量物質(zhì)的檢測(cè)。相較于液相色譜,串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)一步提高了檢驗(yàn)的靈敏度,減少了基質(zhì)中雜質(zhì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾,更準(zhǔn)確地進(jìn)行定性和定量分析。王春等[32]使用UPLC-MS方法測(cè)定了食品接觸材料中8種鄰苯二甲酸酯的含量,配合超分子溶劑液-液微萃取技術(shù),檢出限為0.1~1.0 μg·L-1,8種鄰苯二甲酸酯在各自濃度范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系,準(zhǔn)確可靠。

        由于液相色譜一般采用塑料管道輸入溶液和樣品,在測(cè)量過程中常需要做空白試驗(yàn)以減少管道中可能存在的塑化劑遷移對(duì)實(shí)際結(jié)果的影響,尤其是更換了新管道的儀器造成的誤差會(huì)很大。吳敏等[33]采用前吸附技術(shù),以Eclipse XDB-C18柱作為前吸附柱接在液相色譜的混合器和進(jìn)樣器之間,以此來(lái)減少塑料管道造成的誤差,此技術(shù)檢測(cè)了酒中的PAEs含量,得到了較低的定量限和較好的重復(fù)性。

        3.5 紅外、紫外光譜法

        李祥輝等[34]運(yùn)用近紅外光譜法,無(wú)需對(duì)樣品香精進(jìn)行前處理,以空氣作為測(cè)量背景,在室溫下測(cè)定后用偏最小二乘法進(jìn)行定量分析,根據(jù)模型預(yù)測(cè)未知樣品中DEHP的含量。該方法檢測(cè)結(jié)果與真實(shí)值相近,相對(duì)誤差為15.8%~17.6%。Chen等[35]建立了一種快速漫反射紫外光譜法檢測(cè)DEHP。該方法結(jié)合膜過濾富集和漫反射紫外光譜,對(duì)0.03~5.00 mg·L-1范圍內(nèi)飲料中DEHP的測(cè)定具有良好的靈敏度和選擇性,DEHP的檢出限為0.007 9 mg·L-1。該方法具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)溶劑洗脫的優(yōu)點(diǎn)。

        4 快速檢測(cè)方法

        PAEs常用的檢測(cè)方法大多使用大型儀器,雖然檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、反應(yīng)靈敏,但具有儀器價(jià)格昂貴且操作過程繁瑣、需要專業(yè)人員操作、樣品前處理復(fù)雜等一系列問題,此外,最重要的是無(wú)法滿足對(duì)食品中PAEs實(shí)時(shí)原位快速檢測(cè)的迫切需求。相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方法,熒光法、膠體金顯色法、化學(xué)發(fā)光法、表面增強(qiáng)拉曼光譜法(surface-enhanced raman spectroscopy, SERS)等其他快速檢測(cè)方法有著前處理相對(duì)簡(jiǎn)單甚至無(wú)需前處理,操作簡(jiǎn)便、快速等優(yōu)勢(shì),在PAEs快速初檢方面有著較好的應(yīng)用前景。

        4.1 基于熒光的快速檢測(cè)法

        熒光法利用羥基自由基進(jìn)攻PAEs使其具有熒光性,或是合成外源強(qiáng)熒光物質(zhì),或是建立熒光分子印跡傳感器識(shí)別熒光強(qiáng)度,均可間接檢測(cè)PAEs的含量(表3)。

        表3 幾種熒光法檢測(cè)鄰苯二甲酸酯方法的特點(diǎn)Table 3 Characteristics of several fluorescence methods for determination of phthalate esters

        宋瑋等[36]合成了具有強(qiáng)熒光的超支化聚乙烯亞胺-銅納米簇(hPEI-Cu NCs)。表面配體是金屬納米簇?zé)晒獾闹饕绊懸蛩?,hPEI中的富電子基團(tuán)氨基與Cu NCs表面結(jié)合,促使其產(chǎn)生高強(qiáng)度熒光。Cu2+在和Cu NCs競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合富電子基團(tuán)氨基中占據(jù)優(yōu)勢(shì),阻止氨基與Cu NCs結(jié)合,導(dǎo)致熒光淬滅;Cu2+與DEHP、UTP共同存在時(shí)會(huì)形成復(fù)雜化合物,阻止Cu2+與氨基結(jié)合,使熒光強(qiáng)度保持不變,因此在一定檢測(cè)范圍內(nèi)可以根據(jù)熒光強(qiáng)度定量檢測(cè)DEHP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。熒光銅納米簇是較穩(wěn)定的熒光納米材料之一,與熒光染料、原子點(diǎn)相比,其具有毒性低、生物相容性高等諸多優(yōu)點(diǎn),同時(shí)由于銅的化學(xué)電位較低,其在空氣中容易被氧化。此外,熒光銅納米簇也有量子產(chǎn)率低的劣勢(shì),增加表面配體的給電子能力或許是解決問題的突破口。

        原琳等[37]開發(fā)了一種基于DEHP可變構(gòu)適配體耦合球型核酸(spherical nucleic acid, SNA)的熒光檢測(cè)方法。將可變構(gòu)適配體(variable structure aptamer,Vs-Apt)用于識(shí)別DEHP并將熒光信號(hào)放大。當(dāng)沒有DEHP時(shí),將其加入AuNPs和Nt.BbvCI的溶液環(huán)境中,熒光基團(tuán)從AuNPs表面脫落,產(chǎn)生熒光信號(hào);當(dāng)DEHP存在時(shí),Vs-Apt與DEHP特異性結(jié)合,當(dāng)加入Nt.BbvCI后,熒光基團(tuán)與AuNPs保持緊密結(jié)合狀態(tài),不產(chǎn)生熒光信號(hào)變化。該方法具有較高的靈敏度和選擇性,解決了以前生物傳感檢測(cè)在穩(wěn)定性、重復(fù)性及檢測(cè)限方面存在的不足,可設(shè)計(jì)為便攜式熒光傳感器應(yīng)用于不同液體環(huán)境的DEHP快速分析。同時(shí),適配體可以通過范德華力、氫鍵等與目標(biāo)物質(zhì)產(chǎn)生高親和力、強(qiáng)特異性地緊密結(jié)合,相比于抗體,具有易于體外合成、易于儲(chǔ)存、重復(fù)性好、穩(wěn)定性高、操作簡(jiǎn)便特點(diǎn)。但該方法需要進(jìn)行過濾、混合水樣、去除懸浮污染物、消除其干擾熒光信號(hào)等前處理過程。

        Li等[38]研發(fā)了一種新型的表面分子印跡技術(shù)。以鄰苯二甲酸二丁酯為模板制備表面印跡聚合物(molecularly imprinted polymers, MIPs)。實(shí)驗(yàn)前需將樣品在8 000 r·min-1下離心30 min以去除任何可能存在的雜質(zhì),取上清液進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)范圍5.0~50.0 μmol·L-1內(nèi),熒光強(qiáng)度隨DBP濃度的增加線性減小,檢出限為0.27 μmol·L-1。該方法彌補(bǔ)了普通分子印跡技術(shù)去除模板分子不完全、結(jié)合能力差、結(jié)合動(dòng)力學(xué)慢等缺點(diǎn),此外,MIPs具有較高的結(jié)合能力和快速的傳質(zhì)能力,同時(shí)與熒光量子點(diǎn)結(jié)合可以提高M(jìn)IPs的選擇性和敏感性。

        Qiu等[39]通過調(diào)節(jié)晶體結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熒光信號(hào),研發(fā)了一種基于硝基苯基取代三芴分子端部的多孔晶體帶熒光法來(lái)檢測(cè)鄰苯二甲酸鹽,具有高靈敏度和選擇性的優(yōu)點(diǎn)。以DEHP為研究對(duì)象,最低檢出限為1 μg·L-1。熒光法可以通過熒光強(qiáng)弱間接而直觀地反映出PAEs的含量,有效地提高了選擇特異性和靈敏度,但不論是合成外源的強(qiáng)熒光物質(zhì),還是建立熒光分子印跡傳感器步驟都稍顯繁瑣,成本較高。

        4.2 基于比色的快速檢測(cè)法

        比色法是通過比較或測(cè)量有色物質(zhì)或溶液的顏色深度來(lái)確定待測(cè)組分含量的方法,利用有色物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收特性來(lái)進(jìn)行定性分析。比色法克服了傳統(tǒng)方法操作耗時(shí)、預(yù)處理復(fù)雜、儀器體積大、成本高等缺點(diǎn),因其簡(jiǎn)單、快捷的優(yōu)勢(shì)具有廣闊的應(yīng)用前景(表4)。

        表4 幾種比色法檢測(cè)鄰苯二甲酸酯方法的特點(diǎn)Table 4 Characteristics of several colorimetric methods for the determination of phthalate esters

        4.2.1膠體金試紙條檢測(cè) 膠體金法是由氯金酸在還原劑(如枸櫞酸鈉、鞣酸等)的作用下,聚合成為金顆粒,靜電作用使其成為一種穩(wěn)定的膠體狀態(tài),形成帶負(fù)電的疏水膠溶液,稱為膠體金。膠體金技術(shù)具有特異敏感、穩(wěn)定性強(qiáng)、不需要特殊設(shè)備和試劑、結(jié)果判斷直觀等優(yōu)點(diǎn),因而特別適合于廣大基層檢驗(yàn)人員以及大批量檢測(cè)和大面積普查等使用。

        Guo等[40]研發(fā)了一種簡(jiǎn)單易行的膠體金顯色法,將修飾了AuNPs的DNA探針用于鄰苯二甲酸鹽的檢測(cè)。如果樣品中存在PAEs,則探針與PAEs發(fā)生特異性識(shí)別,且隨著PAEs濃度的增加,膠體金聚集,顏色由紅變藍(lán)。DEP、DBP和DEHP的檢測(cè)限分別為0.026、0.077和0.144 mg·L-1。該實(shí)驗(yàn)靈巧、方便、快捷,但在實(shí)驗(yàn)前需要檢驗(yàn)修飾了AuNPs的DNA探針的敏感性和選擇性。朱帆等[41]以鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)為研究對(duì)象,利用免疫層析原理建立了DMP膠體金免疫層析檢測(cè)試紙方法。進(jìn)行檢測(cè)時(shí),如樣品中沒有DMP,試紙條檢測(cè)線為紅色且與質(zhì)控線顏色一致,結(jié)果為陰性;如樣品中存在DMP,檢測(cè)線顏色較質(zhì)控線顏色淺,為弱陽(yáng)性,完全無(wú)色為強(qiáng)陽(yáng)性。此方法操作簡(jiǎn)單、使用快捷、穩(wěn)定可靠,適用于實(shí)際樣品中DMP的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。膠體金比色法因其穩(wěn)定便捷的特性,適用于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),但此方法僅能用于定性研究,在定量問題上稍有欠缺。

        4.2.2酶聯(lián)免疫檢測(cè) 酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)是常見的抗體或抗原測(cè)定方法,基于相關(guān)聯(lián)的酶對(duì)免疫復(fù)合物發(fā)生酶催化反應(yīng)進(jìn)行測(cè)定。待測(cè)抗體的量與有色產(chǎn)物成正比,因此可以定量計(jì)算待測(cè)抗體的含量。ELISA常用直接法、競(jìng)爭(zhēng)法、雙抗體夾心法等方法。

        Feng等[42]開發(fā)了一種基于單克隆抗體的直接競(jìng)爭(zhēng)性酶聯(lián)免疫吸附法(direct competitive enzymelinked immunosorbent,dc-ELISA)檢測(cè)MEHP,該方法具有較高的特異性和敏感性。實(shí)驗(yàn)前需將樣品在4 ℃、3 000 r·min-1離心10 min,除去不溶性沉淀物,收集上清。實(shí)驗(yàn)制備了分泌抗MEHP單抗的雜交瘤細(xì)胞株4B9,用辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase, HRP)標(biāo)記抗原作為dc-ELISA探針,測(cè)量樣品OD492值。Zhang等[43]研究了一種靈敏、特異的直接競(jìng)爭(zhēng)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)用于檢測(cè)DEHP。在家兔體內(nèi)培養(yǎng)DEHP特異性多克隆抗體,構(gòu)建dc-ELISA檢測(cè)DEHP,抗體與HRP的偶聯(lián)物作為檢測(cè)探針。該方法可用于嬰幼兒用品中DEHP的測(cè)定。總體而言,dc-ELISA的優(yōu)勢(shì)在于操作步驟簡(jiǎn)短,無(wú)需使用二抗,減少交互作用,而缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中所有的一抗都需要用酶標(biāo)記且費(fèi)用相對(duì)較高。

        Sun等[44]建立了一種間接競(jìng)爭(zhēng)生物素-鏈霉親和素酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(biotin-streptavidin enzyme-linked immunosorbent, BA-ELISA),獲得了針對(duì)DEHP的特異性多克隆抗體。該方法成功應(yīng)用于飲料中DEHP的檢測(cè)。在最佳條件下檢測(cè)范圍為0.021~12.948 μg·L-1,檢出限為0.007 4 μg·L-1,中位抑制濃度IC50為0.526 μg·L-1。尚淑娜等[45]以鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)為研究對(duì)象,以4-氨基鄰苯二甲酸為原料,利用重氮化法合成免疫抗原,進(jìn)而得到抗DBP的抗體,建立間接競(jìng)爭(zhēng)ELISA方法(indirect competitive enzyme-linked immunosorbent, ic-ELISA),用酶標(biāo)儀測(cè)定OD450值。該方法的IC50值為40.68 μg·L-1,最低檢測(cè)限為1.98 μg·L-1,對(duì)DBP特異性較好。此測(cè)定方法與直接法類似,區(qū)別是一抗沒有酶標(biāo)記,改用酶標(biāo)記的二抗去識(shí)別一抗來(lái)測(cè)定抗原量。間接競(jìng)爭(zhēng)ELISA法的優(yōu)勢(shì)在于二抗可以起加強(qiáng)信號(hào)的作用,不加酶標(biāo)記的一級(jí)抗體則能保留它最多的免疫反應(yīng)性,而缺點(diǎn)是加入二抗之后交互反應(yīng)發(fā)生的機(jī)率較高。綜上所述,酶聯(lián)免疫檢測(cè)法應(yīng)用領(lǐng)域廣闊,準(zhǔn)確度高、特異性好,但是該方法前后耗時(shí)太長(zhǎng),無(wú)達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的目的,且相比于其他快檢方法,實(shí)驗(yàn)成本較高。

        4.3 基于表面增強(qiáng)拉曼光譜的快速檢測(cè)方法

        表面增強(qiáng)拉曼光譜(surface enhanced raman spectroscopy,SERS)是指當(dāng)一些分子或官能團(tuán)被吸附到某些金屬或半導(dǎo)體的特殊表面上時(shí), 其拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度會(huì)大幅增加而產(chǎn)生一種奇特的光譜現(xiàn)象[45]。在一定條件下,拉曼散射光的強(qiáng)度與物質(zhì)濃度呈正比,因此,SERS可以用于定量檢測(cè)物質(zhì)濃度[46]。SERS基于納米粒子附近電磁場(chǎng)的局部高度增強(qiáng),具有線寬窄、分子指紋識(shí)別、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)[47],檢測(cè)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、樣品前處理步驟少或無(wú),具有原位快速檢測(cè)的潛力(表5,表6)。

        表5 幾種拉曼光譜法檢測(cè)鄰苯二甲酸酯方法特點(diǎn)Table 5 Characteristics of several unlabeled raman spectrometric methods for determination of phthalate esters

        表6 幾種電化學(xué)傳感器的特點(diǎn)Table 6 Characteristics of several electrochemical methods for determination of phthalates

        Wang等[48]構(gòu)建了立方體等離子核殼AuNS@AgNCs,用于液體中的BBP檢測(cè)。分別通過雙金屬?gòu)?fù)合體系和立方體結(jié)構(gòu)避雷針效應(yīng)增加局域表面等離子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)的頻率范圍、產(chǎn)生更多“熱點(diǎn)”以增強(qiáng)拉曼信號(hào)。Xiang等[49]合成肌醇六磷酸(IP6)穩(wěn)定立方體Au@Ag納米粒子(Au@Ag@IP6),除通過Au與Ag長(zhǎng)方體涂層殼的等離子體模式耦合和優(yōu)化Ag殼層尺寸以提供了更廣泛和更豐富的波段和更強(qiáng)的響應(yīng)信號(hào)外,還用1-十二硫醇處理將其功能化為疏水表面,以降低檢測(cè)限。Zhou等[50]通過自組裝方法合成了β環(huán)糊精功能化的Ag@Fe3O4@Ag。通過β環(huán)糊精分子的疏水腔捕獲BBP分子,利用磁分離的方式分離后進(jìn)行SERS檢測(cè)。

        鄰苯二甲酸酯水溶性低[51],上述兩種方法通過增加非極性部分提高基底的疏水性,進(jìn)一步降低了鄰苯二甲酸的檢測(cè)限。同時(shí)兩種方法分別通過將樣品基底復(fù)合物滴在鋁箔表面室溫干燥和磁分離的方式進(jìn)行檢測(cè)前的預(yù)處理,進(jìn)一步簡(jiǎn)化了檢測(cè)操作,使方法更適于現(xiàn)場(chǎng)原位檢測(cè)。

        Tu等[52]以5,5′-二硫代雙-(2-硝基苯甲酸)作為拉曼報(bào)告分子,通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合的原理構(gòu)建了一種標(biāo)記型適配體傳感器。該方法通過二氧化硅包埋,防止拉曼報(bào)告分子解離以及額外的分子吸附在標(biāo)簽表面,獲得可以提供穩(wěn)定拉曼信號(hào)光譜信號(hào)的顆粒。通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合反應(yīng),測(cè)量溶液中剩余二氧化硅顆粒的拉曼光譜信號(hào)強(qiáng)度間接得出樣品DEHP濃度,從另一個(gè)角度解決了DEHP響應(yīng)信號(hào)弱的問題。

        目前對(duì)SERS檢測(cè)鄰苯二甲酸酯的研究多集中在制備具有顯著增強(qiáng)信號(hào)效果及降低檢測(cè)限基底方面,通過磁分離代替離心從而簡(jiǎn)化操作步驟也是快速檢測(cè)方法開發(fā)的方向之一。SERS克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法需要使用有毒試劑的缺點(diǎn),有著靈敏度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。然而,目前在SERS中常用的Au和Ag納米顆粒在溶液中極易產(chǎn)生聚集[51],基底存在難以大規(guī)模生產(chǎn)、難以保存等問題。成分復(fù)雜的食品對(duì)SRES檢測(cè)信號(hào)的干擾因素較多,也會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確。開發(fā)特異性識(shí)別鄰苯二甲酸酯的標(biāo)記型SERS檢測(cè)方法,制備可批量生產(chǎn)、易穩(wěn)定儲(chǔ)存的信號(hào)基底或許是未來(lái)的研究方向。

        4.4 基于電化學(xué)的快速檢測(cè)方法

        目前鄰苯二甲酸酯的電化學(xué)檢測(cè)方法多集中于構(gòu)建電化學(xué)傳感器。電化學(xué)傳感器是利用電化學(xué)分析方法對(duì)目標(biāo)檢測(cè)物進(jìn)行定量分析的裝置,在電極上修飾的對(duì)目標(biāo)分子特異性識(shí)別的原件與目標(biāo)物特異性識(shí)別而引起信號(hào)的改變,并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流、電壓、電阻、電容等信號(hào)[53]。

        Lu等[54]使用SELEX技術(shù)篩選出了DEHP適配體,構(gòu)建了電化學(xué)阻抗譜適配體傳感器。該方法通過使用適配體代替抗體作為特異性檢測(cè)使用的功能分子,在保證傳感器選擇性的同時(shí)降低了成本,使傳感器更易儲(chǔ)存。但電化學(xué)阻抗譜傳感器需要更昂貴的額外恒電位儀模式,而且復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析計(jì)算也會(huì)成為其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的阻礙[55]。

        李穎等[56]用分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymer,MIPs)作為傳感器識(shí)別元件的敏感材料,制成用于檢測(cè)DBP的分子印跡電化學(xué)傳感器。印跡孔穴中的識(shí)別位點(diǎn)能夠?qū)BP產(chǎn)生專一的響應(yīng)電流,F(xiàn)e3O4不僅使材料易于分離,還利于鐵氰化鉀探針在玻碳電極表面的吸附,與Au納米粒子一同起到增強(qiáng)導(dǎo)電性的作用。該方法具有較好的選擇性和穩(wěn)定性,但沒有解決電化學(xué)傳感器普遍存在的壽命短的缺點(diǎn)。

        El-sharif等[57]使用成本較低的一次性絲網(wǎng)刷電極,以4-氨基苯酚(4-AP)作為功能單體,構(gòu)建了一種一次性MIP傳感器。亞鐵/鐵氰化物作為氧化還原探針的使用解決了鄰苯二甲酸酯在適合水溶液分析的電極電勢(shì)范圍內(nèi)沒有氧化還原活性的問題。構(gòu)建價(jià)格低廉的一次性電化學(xué)傳感器有效地避免了基于水基電解質(zhì)溶液的電化學(xué)傳感器壽命較短和成本高的問題[58]。但該傳感器不適用于多次或連續(xù)檢測(cè),同時(shí)樣品需要經(jīng)過固相萃取等方法進(jìn)行濃縮,操作較為繁瑣。

        電化學(xué)法是檢測(cè)鄰苯二甲酸酯靈敏度最高的快速檢測(cè)方法。隨著新材料的出現(xiàn)和電化學(xué)原理和方法的發(fā)展,解決電化學(xué)傳感器壽命短、不易儲(chǔ)存的缺點(diǎn)或許是未來(lái)電化學(xué)傳感器的研究方向之一。

        5 展望

        塑化劑污染問題已成為當(dāng)前食品安全衛(wèi)生領(lǐng)域不可避免的話題之一。在塑料食品包裝使用越來(lái)越普遍的今天,食品中塑化劑含量超標(biāo)的問題更應(yīng)該受到重視。隨著“起云劑”事件將塑化劑安全問題引入消費(fèi)者的視線,越來(lái)越多的消費(fèi)者對(duì)食品中塑化劑的安全性,特別是對(duì)兒童食品中塑化劑是否超標(biāo)愈發(fā)關(guān)注。目前,基于色譜、質(zhì)譜和光譜技術(shù)的PAEs傳統(tǒng)檢測(cè)方法能夠保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,但是大多需要大型專業(yè)儀器,且具有前處理過程復(fù)雜、操作繁瑣、費(fèi)時(shí)和成本高昂等缺點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方法,現(xiàn)今存在的快速檢測(cè)方法前處理過程更加簡(jiǎn)單,部分快速方法的準(zhǔn)確性已經(jīng)接近甚至超過傳統(tǒng)檢測(cè)方法。然而,基于熒光或拉曼光譜的快速檢測(cè)方法仍需要專業(yè)設(shè)備支持;酶聯(lián)免疫傳感器、電化學(xué)傳感器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)原位檢測(cè),但成本高、難以長(zhǎng)期保存(表7)?,F(xiàn)有的檢測(cè)方法都對(duì)操作有一定要求,需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)才能夠完成檢測(cè)。未來(lái)PAEs快速檢測(cè)方法正在向更快速、成本更低廉、結(jié)果更準(zhǔn)確的方向發(fā)展。與此同時(shí),開發(fā)低成本小型化儀器或利用信息技術(shù)開發(fā)手機(jī)App、小程序輔助檢測(cè)或?qū)⒊蔀榭焖贆z測(cè)技術(shù)開發(fā)的又一方向。

        表7 幾種快速檢測(cè)方法的不足Table 7 Shortcomings of several rapid detection methods

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