保障食品安全：三聚氰胺和二噁英实验室快速精确分析工具
简介：
最近几年，众多食品污染事件的频频发生引起了人们对食品安全前所未有的关注，这说明全球相互依赖的食品生产网络监管系统正受到日益明显的挑战，同时消费者对食品安全也开始提出质疑。于是，有关政府部门对相应的规定做了修订和提高，食品供应商也着手寻找新的检测方法。鉴于公众对食品安全的关注，特别是爱尔兰二噁英污染猪肉事件和中国婴幼儿奶粉三聚氰胺事件之后，相关政府部门和食品供应商都正忙于选择能够对全球食品供应链中污染物进行准确鉴定的仪器方法。本文将讨论食品检测实验室方法的选择结果，并通过三聚氰胺和二噁英这两种物质的分析来说明该方法的高效性。
面对检测要求列表的不断完善和充实，传统的检测方法和工作流程逐步淘汰。2006年，日本有关农业化学残渣准许进口的肯定列表中规定了最低检出限(MRLs)的化学物质的数量从238种 提高到 758种，时至今日，数量将近900种。单对莴苣而言，欧盟规定其中最低检出限(MRLs)的化学物质数量从1999年的102种提高到2008年的435种。因此，为了满足日益增长的需求，食品生产供应商希望工作流程方法能够满足更多的需求，如较低的检测限、高的扫描通量、操作灵活、应用方便、数据处理能力强大、方便命名等等。
三聚氰胺和二噁英污染分析：
最近最引人注目的两个食品安全事件是有关三聚氰胺和二噁英的，这两种物质都在成品食物中被发现。三聚氰胺是一种化学物质，它作为黏合剂和阻燃剂在烹饪工具和用具中广泛使用，其中含氮量高达66%。因此，在一些国家有人用它做化学肥料。2008年10月之前，中国一些生产商将它作为一种廉价的蛋白来源加入到动物饲料中，还有一些不法生产厂商有目的的将它加入到宠物饲料和婴幼儿奶粉中，以此提高牛奶中蛋白质含量检测结果。由于人体和动物体并不能代谢三聚氰胺和三聚氰酸，它们会在肾脏中结晶，从而导致各种疾病的发生，在中国已经因此而引发了人的死亡。
三聚氰胺的毒性是由于在三聚氰胺和三聚氰酸(三聚氰胺的副产品)之间形成了不溶性晶体，从而在动物和婴儿体内形成肾结石。除三聚氰胺和三聚氰酸而外，两种三聚氰胺相关的化合物--三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺也在宠物掺假食物中发现。由于在牛奶制品中三聚氰胺掺假具有严重后果，全球食品安全相关的政府部门，包括中国AQSIQ、美国FDA、欧盟FSA都对婴幼儿食品和乳制品中三聚氰胺的MRL值做了相应规定，婴幼儿食品中MRL值为1 mg/kg ，乳制品中MRL值为2.5 mg/kg 。
既然三聚氰胺曾做肥料使用，并添加到动物饲料中，那么其它产品也可能污染有三聚氰胺， 例如，曾报道的有关从中国内地出口到香港的鸡蛋中三聚氰胺污染事件。因此，三聚氰胺检测范围现已经远远超出了奶制品或与奶粉有关联的肉、家禽、鸡蛋和蔬菜等产品范围。
二噁英是食品安全工业另一个引起人们高度关注的化学物质，它是在燃烧的过程中形成的，例如废物焚化过程，长期接触会大大增加患癌症的机率。2008年12月6日，继爱尔兰政府发现其猪肉产品受到高浓度二噁英污染后，便迅速召回所有爱尔兰污染猪肉。12月9日，中国政府紧急要求暂停进口爱尔兰的污染猪肉产品，召回和退运9月1日后生产的爱尔兰输华猪肉产品。
欧盟委员会(EC)和美国环保署(EPA)已经规定了食品中二噁英的最大残留水平，而通过对大量爱尔兰污染猪肉抽样检测发现，其中二噁英含量甚至比该规定标准的200倍还要高。有关爱尔兰污染猪肉检测要求的定量限(LOQ)比美国环保署(EPA)在1613 Rev.B [3-7]中报道的检测方法的定量限(LOQ)最低水平还要低80%。这就对检测过程乃至数据处理等很多方面提出了比先前检测更高的要求，如检测限、选择性、灵敏度，并通过检测获得的数据使人们在整个食品检测过程中更早的发现并处理好有关污染问题。
三聚氰胺和二噁英分析工具：
选择合适的方法对获得正确的结果来说是至关重要的。如果一个实验室检测大量样本，高通量和快速扫描分析方法将成为首选。如果需要检测有毒或者致命性化合物，方法的选择性将成为至关重要的。如下是两个利用三聚氰胺和二噁英分析来阐述根据具体情况选择方法和应用合适技术中的众多考虑因素。
三聚氰胺分析方法：
美国FDA已经公布的六种三聚氰胺分析方法如下：
- LC-UV (FCC HPLC-UV method)
- GC-MS or GC-MS/MS (FDA LIB 4423)
- LC-MS/MS (FDA LIB 4396, 4421 and 4422)
- ELISA(利用抗原-抗体特异性反应的酶联免疫反应)：该方法已经用来进行牛奶和奶制品中三聚氰胺的检出。
表1 各种三聚氰胺检测分析方法比较
注：a LOQ为定量限，b LOD为检出限。
在所有FDA公布的方法中，LC-MS/MS方法具有最低的定量限(LOQ)，为10-50 µg/kg。优异的定量限(LOQ)缘于采用了高度选择反应监测(H-SRM)技术，该技术大大降低了本底效应，产生较为清晰的质谱谱图和相关数据，并对分析物具有无比的专属性。三聚氰胺LC-MS/MS分析方法包含固相萃取(SPE)技术，它可以从一些复杂的样本，如海产品和肉类中移走一些干扰物质。LC-MS/MS分析方法的精确性和准确性可以为FDA分析方法的发展和完善提供依据和指导。
GC-MS方法在某提取步骤中要求将三聚氰胺和它的衍生物―――三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺转化为挥发性状态。选择性离子监测(SIM) 模式GC-MS方法检测三聚氰胺定量限(LOQ)为100 µg/kg。选择性反应监测(SRM) 模式GC-MS/MS具有更低的定量限(LOQ)，为10 µg/kg。
LC-UV方法是快速的，在对奶制品中三聚氰胺检测过程中不需要进行样品的净化。如果联接升级为UHPLC的话，LC-UV方法运行一个LC样品仅仅只需2分钟。
虽然ELISA方法有可能发生交叉反应，但该方法具有快速、简便的优点。使用ELISA微孔板，可以在2小时内完成96个样品的检测分析。如果可以不必进行检测和进一步深入分析，或是检测的目的只是为了满足规定需求有或是确保发生交叉反应的化合物无响应，其它检测也可以运行。
二噁英分析方法：
二噁英又名氯代二苯并二噁英(PCDDs)，是一种有机化合物，联苯分子被1-10个不等的氯原子所取代(化学结构式见图1)。理论上讲，该结构式有209个二噁英异构体，所有异构体中TCDD(2,3,7,8-四氯二苯-p-二噁英)对人的毒性最大。二噁英是氯化物焚烧过程中产生的一种环境污染物，例如垃圾焚烧。人长期接触二噁英会引起癌症、严重的再生性和发育问题。鉴于二噁英的毒性，EPA规定固体物中其MRLs为1-5 µg/kg，提取物中MRLs为0.5- 5 µg/kg。
图1 二噁英的化学结构式(n + m =10)
关于二噁英分析有三种方法，它们在10-12 g范围内都有LOD，二噁英专属性检测性能满足欧盟委员会执行标准2002/70/EC。各种方法相互比较详见表2。
- 高分辨率 GC/MS (HRGC/HRMS)
- 低分辨率MS (LRMS) ，如离子阱和三级四极MS
- 利用细胞的生物检验 (EPA method 4425)
表2各种二噁英分析方法比较
在以上提供的这些方法当中，LRMS不能分离二噁英异构体及其类似物PCBs(多氯联苯)。就确认而言，HRGC/HRMS (EPA 1613B)是可以满足EPA和EU规定的唯一选择。因此，如果要进行二噁英确认，选择EPA 1613B(规定HR GC-HRMS)方法或是和其等效的方法。
利用细胞生物检验方法的原理是：二噁英会激发带有报告基因的人细胞系(101L)产生荧火虫荧光素酶，该酶与荧光素发生反应，反应过程中会发出荧光，通过光度计检测荧光有无或强弱可对二噁英进行检出和确认。此检测方法中，需要花费数小时制备人细胞系101L，然后将制备样品与之在一个培养平板上温育16小时。
对食品安全实验室来说，选择一种合适的方法以满足实验室高效、低耗的需求是非常重要的。大多数情况下，看上去有许多方法都是可选择的，但最终选择还是依赖于特定的选择性和最终的分析目标。例如，当大量的样品需要进行潜在污染物检测时，样品检测通量是首要考虑的因素，因此，快速扫描方法会成为首选。
然而，当一个样品被怀疑混有孔雀绿等不法化合物污染时，准确性是检测的最高需求，选择性也是关键标准。在本实例中，要求该方法能够对孔雀绿进行检出和确认。而大多数情况下，检出和确认是同步进行的。
当所有的这些分析图谱、结果要被储存在实验室信息管理系统中时，系统会自动对食品质量和安全、实验室表现、分析的质量进行智能诊断。任何不合格(Out of Specification ，OOS)结果：包括所有超出标准或由法规、法定方法或制造商规定的可接受限度的所有可疑的结果都会被标注出来，所有数据被集中在一起以方便调取。
结论：
食品供应网络和食品安全标准日趋全球化，食品安全的最终责任将落在终产品生产商的肩上。那么许多新的集样品制备、数据的分析提取、方法的选择于一体的流线型解决方案应运而生，成为检测人员理想的选择，进一步满足日益严格的标准挑战。
三聚氰胺和二噁英两例已经说明了食品安全检测的重要性，它对保护公众健康是非常重要的。面对当前的一些技术，仔细选择合适的方法保证实验室检测达到高效的分析目的。在食品安全检测需求的驱动下，技术和技巧都会逐步完善和发展以提高准确性和生产力，从而确保消费者的安全。
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