[原创]食品中残留物分析

一、简介

食品是人们所必需的基本生活资料，产品卫生和质量的好坏，直接关系到人民身体健康。这里说的食品是广泛意义上的食品，包括初级农产品，如：粮谷、油料籽、蔬菜、水产品、畜禽产品、水果等，也包括加工后的食品，如：罐头、火腿肠、食用油、方便面、酱菜、调味品等。

随着我国人民生活水平的提高，食品安全越来越受到人们和政府的关注。近年来食品安全问题多次在媒体上曝光，如：面制品和豆制品中添加吊白块（甲醛次硫酸钠），辣椒制品中添加苏丹红染料，将苏丹红染料拌到饲料中喂养红心鸭蛋等等。这一方面说明我国的食品安全仍存在一些问题，而从另一方面也说明现在对食品安全问题更加关注。其实以前食品安全问题要比现在多，只是没有像现在受重视罢了。在“十五”期间，国家首次将食品安全问题作为科技攻关项目提出来，并投入了几千万的资金。在“十一五”国家还将继续投入资金，完善食品安全体系。

在国际上，食品安全工作是由世界粮农组织（FAO）/世界卫生组织（WHO）下属的食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission，CAC ）负责协调。委员会下还设分会，包括：食品添加剂、农残、兽残、微生物。

我国食品卫生法由卫生部主持制定，食品执行的卫生项目及限量由卫生部制定强制国家标准。食品卫生项目的检测方法由卫生部、农业部和质检总局制定相应的国家推荐性标准。农业部、商务部和质检总局还可以根据各自的产品特点制定相应的行业标准。

分类

食品中需要分析的残留物种类可概括为以下几大类：
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1. 农药

按功效分有杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物激素等。

按化学结构分为机氯(六六六、DDT、艾氏剂、狄氏剂等)，有机磷(敌敌畏、马拉硫磷、乐果、敌百虫等)，氨基甲酸酯(杀虫威、灭草灵、残杀威、呋喃丹等)等。这3类农药占到全部农药的约95%。

2. 兽药

按功效分有抗菌素、抗寄生虫剂、促生长剂等。

兽药的化学结构比较多，比如:抗菌素类药物有β-内酰胺类、氨基糖苷类、四环素类、氯霉素类、大环内酯类、磺胺类、喹诺酮类、硝基呋喃类、硝基咪唑类等，抗寄生虫类药物有苯并咪唑类、阿维菌素类、咪唑并噻唑类等，促生长剂类药物有甾类同化激素、二苯乙烯类激素、β-激动剂类等。

3. 食品添加剂

食品添加剂分天然和合成两大类。但食品卫生更多关注的是合成添加剂。按功效分有色素、调味剂、防腐剂、抗氧化剂等。

色素：柠檬黄、苋菜红、胭脂红、靛蓝等。

调味剂：糖精钠、甜蜜素、琥珀酸盐等。

防腐剂：苯甲酸、山梨酸、尼伯金质等。

抗氧化剂：没食子酸酯、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯等。

需要说明的是前一时期出现的苏丹事件、吊白块事件中的苏丹（染料）、吊白块（漂白剂）并不属添加剂范畴，而是将非食用化工原料非法添加到食品中。分析测试百科网nX+i~W8N0y"IG

4. 毒素、化学污染物

黄曲霉毒素、二噁英、多氯联苯、重金属等。

     在这些被分析的残留物中，农药、兽药、食品添加剂理论上是可以控制的，只要不使用、不添加就不会有。所以，法律法规健全，监管到位，这些问题是完全可以解决的。

     而毒素是无法控制的，食品运输和储存过程中，在一定的环境温湿度下就会产生。在工业化社会的今天，化学污染物也很难控制，这些化学污染物可以通过大气、水源等途径进入到人类的食物链中。因而，毒素、化学污染物检测则是长期的。

 

二、残留物分析步骤

残留物分析属痕量分析技术，由于被测物的含量较低，在分析时有其特定的分析步骤，即：提取、净化、浓缩、检测。

1．提取：充分的提取是残留物分析的前提。

图1   索氏提取器

1）索氏提取法——最经典、常用的方法，应用索氏提取器（见图1）提取效率高，操作简单，但提取时间太长。比较适合用于脂溶性物质的提取。

图2   高速均质器

2）捣碎、高速均质法——采用高速均质器（见图2）提取效率高，适用范围广，操作简便，时间短，但对样品的性状有要求。AOAC方法中常采用此法。

3）振摇法——广泛用于提取样品表面残留成分。

4）浸渍法——常用于提取易乳化样品中的残留成分。

5）溶剂加速提取——根据加温加压可以提高萃取效率的原理，设计制造的仪器（见图3）。该仪器可以将原来用索氏提取器需4~6小时的提取时间，缩短为0.5~2小时。而且高度的自动化可节省人力。

图3    溶剂加速提取仪

6）微波提取——利用微波技术，使样品萃取管内产生温度和压力，从而提高萃取效率。在原微波消解仪的基础上，稍加改进，即可实现微波萃取。微波萃取的效率更高，因为一次萃取操作只需30~40分钟，且一次最多可以萃取40个样品。存在的不足是样品管体积有限，对样品量大不适用。

7）超声提取——利用超声技术，使样品萃取管内产生温度和压力，从而提高萃取效率。

          提取溶剂的选择原则是结构相似相溶原理。通常提取：

• 脂溶性物质——使用石油醚、正己烷、己烷等提取油脂的溶剂。
• 水溶性物质——使用极性溶剂或含水极性溶剂，如甲醇、乙腈等。

        常用溶剂依极性由强到弱顺序排列的顺序是：

水、乙腈、甲醇、乙酸、乙醇、异丙醇、丙酮、二氧六环、正丁醇、正戊醇、乙酸乙脂、乙醚、硝基甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、二硫化碳、环己烷、正己烷（石油醚）、正庚烷。

2．净化：消除对定性、定量结果的干扰是目的。

1）液-液分配——传统净化方法。

         利用被测物与干扰物在两相不相溶的溶剂中不同的溶解度将其分析，从而达到净化的效果。优点是：选择合适的试剂组后，净化效果好、回收率高、操作简单。缺点是溶剂量大污染环境，对被测物的性质有一定要求，因而适用范围有限。

2）柱层析——使用最多的净化方法。

图4   自装填层析柱

图5   固相萃取柱及固相萃取器

图6   自动固相萃取仪

         利用色谱分离原理将被测物与干扰物进行分离，并对被测物进行富集。早期层析柱是将填料装入玻璃、塑料等材质的柱体内（见图4）。随着使用的普及，推出了商品化的固相萃取柱，这类柱子配合专用的固相萃取器，使用方便、重现性好，现在多数残留分析实验室都在使用（见图5）。但由于基质的复杂性，以及固相萃取柱在装填时的差异，所以如果没用经验的话回收率的重现性比较差。为克服这一不足，仪器公司开发出商品化的自动固相萃取仪（见图6）。自动固相萃取仪在工作站的控制下准确地工作，提高了重现性。

3）免疫亲合柱——应用生化抗原抗体技术的高选择性吸附性，吸附被测物，然后再用洗脱剂解析被测物，实现净化、浓缩。对于单一（或一类）物质的分析而言，免疫亲合柱净化浓缩效果非常好。唯一的缺点是免疫亲合柱的成本比较高。

,\a:y]G4cfH5E-N$r04）分子印迹材料填装的净化柱——用合成的分子印迹材料装填制成净化柱，其性能类似免疫亲合柱，有非常好的选择性吸附净化效果。其缺点是目前合成工艺还难以控制合成出性能完全一样的原料，这就使填料的吸附、洗脱性能难以保持完全的一致，因此还不能商品化。

5）凝胶渗透色谱——根据化合物的分子量将被测物与基质中的干扰物分离。现在为提高分析效率，多采用高压仪器法（见图7）。该方法净化效果的好坏取决于被测物与干扰物的分子量差，分子量相差越大净化效果越好。另外，分离过程溶剂的消耗量比较大。

图7     凝胶渗透色谱仪

6）液相色谱——该方法的净化原理很好理解，就是利用色谱分离技术。该技术多与色谱仪联用，现在已有仪器公司将其商品化与液相色谱质谱联用仪联用。这种技术与气相色谱联用还存在一定的技术难度。而且商品化装置价格也较高。

 

3. 浓缩：提高检测灵敏度的措施。

自然挥发法——最简单、且对低沸点化合物浓缩最有效的方法。但这种方法浓缩效率低，而且溶剂一般只能采用低沸点的有机溶剂，如：乙醚、丙酮等。

吹扫法——为提高效率，当被测物不是沸点很低的物质时，更广泛采用。为操作方便，仪器公司将其商品化，称为“氮吹仪”（见图8）。氮吹仪一次最多可处理48个样品，效率非常高。一般溶剂量不能太大。

图8     氮吹仪

K-D浓缩器浓缩法——传统挥发或半挥发性物质的浓缩方法（见图9）。优点是回收率高，缺点是效率低。仪器公司根据K-D浓缩器的原理，推出商品化的“快速旋流仪”（见图10）。无论是K-D浓缩器还是快速旋流仪，对于高、低沸点化合物的浓缩，均能得到较好的回收率。

图9       K-D浓缩器

图10    快速旋流仪

真空旋转蒸发器——残留分析实验室最常用的浓缩装置，优点是对大溶剂量的浓缩效率较高，缺点是对低沸点化合物的浓缩回收率较低。

超临界萃取——集萃取、净化、浓缩为一体，效率非常高。但应用该技术要想得到好的重现性，必须严格地控制操作过程的各个参数。而食品本身就很复杂，所以，要得到好的重现性需针对每一种商品开发一个对应的方法，除非是商品简单，批次非常多。否则，前期工作量太大了。这也是为什么这个技术一直没有推广开的原因之一。

固相微萃取——也是一个集萃取、净化、浓缩为一体技术。该技术特别适合于分析水溶液中的挥发或半挥发有机物，操作简单。但该技术的最大问题是定量重现性差，所以只适用于半定量或初筛。

 

4. 检测：得到定性、定量分析的最终结果

定量分析——常用的仪器有：气相色谱仪(GC)、液相色谱仪(HPLC)、紫外/可见光光度计(UV/VIS)、荧光分光光度计(FL)等。

GC常用检测器包括：电子俘获检测器(ECD)——有机卤；氮磷检测器(NPD)——有机磷、有机氮；火焰光度检测器(FPD)——有机磷、有机硫；脉冲火焰光度检测器(PFPD)——有机磷、有机硫等12种元素。以上这些检测器都是选择性检测器。质谱检测器(MS)——通用检测器。

HPLC常用检测器包括：紫外/可见检测器(UV/VIS)——190～700 nm有吸收的物质；二极管阵列检测器(PAD)——190～700 nm有吸收的物质；荧光检测器(FLU)——有荧光的物质。以上这些检测器都是选择性检测器。质谱检测器(MS)——通用检测器。

GC还常用的一种通用型检测器氢火焰检测器（FID）。HPLC常用的一种通用型检测器蒸发光散射检测器（ELSD）。由于这两种通用型检测器灵敏度不高，所以在食品中残留物分析中应用较少。

半定量分析——高效薄层色谱（HPLTC）、 酶联免疫法（ELISA）（见图11）、放射免疫法（RIA）（见图12）。这些技术更多的是用来食品中残留物的快速筛选。此外，这几年胶体金试纸条法在快速检测、筛选检测应用方面发展迅速，受到人们的关注。

图11    酶联免疫仪

图12    放射免疫仪

定性分析——在残留分析中应用最多、定性结果最为可靠的是质谱检测器(MS，对于色谱仪而言，MS就是一个检测器)。在欧盟2002/657/EC指令中，对于禁用物质（A组药物）只有给出准确的物质分子信息，才可作为禁用药物检出的判定依据。公认定性最好的仪器是质谱仪、红外光谱仪、核磁共振谱仪。而能够满足残留分析检测灵敏度的只有质谱仪。这就是为什么目前残留分析定基本上只采用质谱仪的原因。另外，从广义上而言质谱是一个通用型检测器，而当采用SIM或MRM检测方式时，它又像一个选择型检测器，能够提高检测的信噪比，满足残留分析的需要。

对于欧盟指令中的限用物质（B组药物），可以采用PAD、FLD等，也可以采用不同色谱技术来互为补充确证。

 

三、残留分析面临的问题

1. 检测项目不断增加

随着人民生活水平的不断提高，对食品安全也越来越重视。各国政府也制定相关的法律加强对食品安全的管理。据不同来源的统计：

• 我国标准：农药136项，兽药46项。
• 食品法典委员会：农药197 项，兽药54项
• 美国：农药261项，兽药90项
• 欧盟：农药400 多项，兽药200多项（因欧盟各国之间标准存在差异，数据统计的不是很准确）。
• 日本：农药515 项，兽药228项（其中31项既是农药也是兽药）。

从这些检测项目的数量可以看到，与上世纪各国残留检测项目相比有了较大的增加。所以传统的单一或一类几种残留项目的检测已很难适应如此多项目检测的要求。

在上个世纪只有欧盟对兽药检测有比较严格的要求，而其他国家包括美国、日本，要求检测的不过十几种，我国只有几种。现在要求检测的已经上百种。

2. 检出限量不断降低

过去农药的限量多是mg/kg（ppm）水平。而现在日本肯定列表规定：对于没有建立限量的多有化学物质，限量值均不允许超过10 μg/kg。这一下使检出限降低了2个数量级，增加了分析难度，提高了分析成本。

兽药限量的变化也很大，最典型的例子是氯霉素（CAP），最早氯霉素的限量是50 μg/kg，随后不断降低，直至降到现在的0.1 μg/kg。兽药检测还有一个变化是过去只检测母体，现在有一些兽药开始检测代谢物，如：硝基呋喃、卡巴氧、喹乙醇等。这些都给兽药残留分析增加了难度，对从事相关分析的实验室也提出了更高的要求。过去兽药分析多采用液相色谱法，现在则必须采用液相色谱-串联质谱法。

8e(N9|/BX/I0四、残留分析技术展望

前面谈到残留分析面临的问题，如何有效地解决这些问题，也就成为残留分析工作者及相关领域公司正在研究开发新技术、新仪器的努力方向。

为了加强监管力度，国家制定了残留监控计划，检测批次和检测项目数都非常大。所以，需要解决高通量的问题。

        为解决检验批次多的问题，现在更多借助生物、生化技术，如： ELISA、RIA、免疫亲和柱、胶体金试纸条法等。这些技术用于检测食品中单一残留物（如氯霉素、黄曲霉毒素B1等）或一类几种残留物（如磺胺类、沙星类、黄曲霉毒素总量等），处理量大、快速、灵敏。当初筛检测发现阳性结果后，再采用仪器法进行定性、定量。这种模式国内外近几年都广泛采用。

        为解决检测项目多的问题，现在更多的是采用色谱-质谱联用技术。随着色谱-质谱联用仪性能的不断提高，功能的不断完善，已经可以很好地适应多残留分析的需要。现在用GC-MS分析农药多残留最多可达500多种。兽药多残留分析以HPLC-MS-MS分析为主，但由于兽药化学结构和性质差异较大，而且要求的限量值更低，所以，还不能像农药那样同时检测上百种。

        对于痕量和超低痕量分析除了要求仪器具有高性能外，先进的前处理技术的是很重要的。例如：利用免疫亲合柱对被测物进行高选择性、高倍富集净化，使方法的检出限可达到ng/kg（ppt）水平。

         对于分析仪器，除了不断提高检测性能外，还附加一些前处理功能，如：大体积进样、固体或乳液直接进样、在线固相萃取、在线凝胶净化等。

        而前处理设备则应具有多功能、联用、自动化、智能化等特性，如：集快速溶剂萃取仪/自动固相萃取仪/自动浓缩仪于一体。