镇江醋素有“天下美酒推茅台,世上食醋数镇江”之说,其原料主要包括大米(糯米、粳米、籼米)、辣蓼草、麸皮、大麦、小麦、豌豆、黄酒糟、食盐、食糖等。镇江醋因其“酸而不涩,香而微甜,色浓味鲜,愈存愈香”的特色,受到国内外消费者的青睐。2006年6月,经历了170多年有序传承的“镇江恒顺醋酿制技艺”被列入第一批国家非物质文化遗产名录。2012年7月,中国镇江醋成为首个在欧盟注册的食醋类地理标志保护(protected geographic indication,PGI)产品。欧盟、美国、日本等国也成为镇江食醋的主要出口目的地[1]。
对于植物源性的产品(如糯米、小麦等),欧盟[2]、美国[3]、日本都有明确的农药残留限量的规定。近年来,这些国家实施了越来越严格的残留限量的要求,其中欧盟对于未制定最高残留限量的农药实施了“一律标准”,均不得检出(检出限10 μg/kg)[4],这对中国农产品的出口带来考验,对以粮食为主要原料酿制的食醋同样有着严重的影响[5]。因此,在严格控制生产原料质量、确保相关农药残留合格的同时,对最终产品中农药残留的检测也尤为重要。目前,植物源性产品中农药残留的检测方法包括液相色谱质谱(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)法[6-9]、气相色谱质谱(gaschromatography-mass spectrometry,GC-MS)法[10]、气相色谱(gas chromatography,GC)法[11-12]等。提取待测组分经常采用的试剂包括乙腈、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、二氯甲烷等。但这些提取、测定方法主要针对蔬菜、水果、谷物以及一些动物源性类的产品,没有专门针对醋中农药残留提取的描述,缺乏针对性的检测方法。
因此,本研究选择了有机氮、甲氧基丙烯酸酯、拟除虫菊酯、三唑类、喹唑啉类、杂环类、有机磷、二甲酰亚胺类、醚类、吡咯类、氨基甲酸酯类、酰胺类、苯基吡唑类、嘧啶胺类、苯胺类、芳香族化合物、取代硝基苯、联苯肼等共计19类农药进行样品前处理的研究,在此基础上建立了食醋中多组分农药残留的气相色谱-串联质谱(gas chromatographytandem mass spectrometry,GC-MS/MS)的检测方法,并对市售食醋产品进行筛查,积累农药残留的本底数据,确保食醋的质量安全。
50份镇江食醋:当地超市。
乙腈、环己烷、甲苯、丙酮、二氯甲烷(均为色谱纯):德国Merck公司;氨水、氯化钠(均为分析纯):上海国药集团;N-丙基乙二胺(primarysecondaryamine,PSA)固体粉末:上海安普公司;石墨化炭黑(graphitized carbon blacks,GCB):深圳逗点公司;农药标准品(纯度均>98.5%):德国Dr.Ehrenstorfe公司。
Agilent 7890A气相色谱仪、Agilent 7000B GC-MS/MS仪、Agilent 7693自动进样器:美国安捷伦公司;ME-T电子天平、SevenExcellence pH计:瑞士梅特勒公司;3K15高速冷冻离心机:德国Sigma公司;XW-80A涡旋混合器:上海医科大学仪器厂。
1.3.1 样品前处理
本研究采用乙腈、甲苯、丙酮、二氯甲烷、环己烷溶剂对醋中的农药进行提取,考察不同萃取剂对待测组分的提取效率和样品基质的干扰。以样品基质干扰小、回收率符合相关的技术要求为依据,优化组合后[13-14],确定样品的提取和净化程序:量取100 mL食醋于200 mL烧杯中,在pH计上逐滴加入氨水中和至pH 7.0。吸取3.0 mL中和后的食醋液于50 mL离心管中,加入2.0 g氯化钠,涡旋30 s。加入最优萃取溶剂,涡旋混匀3min。8000r/min离心5min后,有机相和水相结合处会有絮状物质,分层不清。用手轻轻摇晃离心管,让有机相和水相结合处的絮状物质彻底分散,再以13000r/min离心10min,取上清液10 mL净化。
净化:先用5 mL甲苯溶液清洗GCB小柱并保持柱床的湿润,取上清液10 mL过柱,过柱结束后用2 mL甲苯清洗GCB小柱,合并滤液,氮吹至干。残渣中加入1 mL乙腈和100 mg PSA,涡旋混匀2 min,过有机相膜,供GC-MS/MS测定。
1.3.2 检测条件
气相色谱条件:DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为氦气(He);流速为1.0 mL/min;进样量为1.1 μL,不分流进样;进样口温度为250℃;程序升温条件:初始温度70℃,保持3 min;以10℃/min升至105℃,保持2 min;以10℃/min升至180℃,保持2 min;以6℃/min升至250℃,保持4 min;以5℃/min升至280℃,保持2 min;以20℃/min升至300℃,保持5 min。溶剂延迟10 min。
质谱条件:离子化模式为电子电离(electronionization,EI)源;电离能量为70 eV;离子源温度为230℃;GC-MS/MS接口温度为270℃;多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM)模式。
定性定量:以待测组分的保留时间和离子对作为定性依据;以相对丰度较高的离子作为定量离子。
1.3.3 标准曲线的建立
吸取100.0μL52种农药的混合标准溶液(1250.0μg/L)于900.0μL乙腈溶液中,涡旋混匀。再用乙腈进行倍比稀释,使混合标准溶液的质量浓度分别为7.81 μg/L、15.60 μg/L、31.20 μg/L、62.50 μg/L、125.00 μg/L。以峰面积(Y)对质量浓度(X)绘制标准工作曲线。
1.3.4 方法回收率及精密度
用经过筛查的不含待测组分的空白样品进行加标回收试验,添加水平为10.0 μg/L、20.0 μg/L和40.0 μg/L,每个加标水平测定6次,得出方法的回收率及精密度。
1.3.5 方法检出限及定量限
参照文献[15]的方法,量取100 mL食醋于200 mL烧杯中,加入农药混合标准溶液290μL(1000.0μg/L),按照1.3.1进行样品的前处理。重复测定7次,以3∶1的信噪比确定方法的检出限(limit of detection,LOD),以10倍的信噪比确定方法的定量限(limit of quantitation,LOQ)。
1.3.6 食醋样品的检测
按照方法1.3.1对食醋中的残留农药进行提取和净化,采用气相色谱-串联质谱法进行检测。
食醋中含有约5%的乙酸,乙酸能与乙腈互溶,在甲苯中也有一定的溶解度。因此,采用宋碧君等[16-17]的方法(盐析法)直接用乙腈、甲苯提取食醋中的农药残留,乙酸会将样品中的非目标化合物带入提取液中,基质干扰大。采用丙酮、二氯甲烷提取出的色素含量较多,不利于后续的样品提取液的净化。用环己烷提取,有机磷类的农药回收率偏低。以乙腈提取为例,空白样品中邻苯基苯酚、氧化乐果、克百威、硫环磷、苯醚甲环唑都呈假阳性,双甲脒的回收率<10%。
乙酸铵在乙腈、甲苯、环己烷等有机溶剂中溶解度都非常小甚至不溶解,因此将醋中的乙酸用氨水中和成乙酸胺,再用有机试剂提取,可以有效减少样品基质的干扰。因此,分别考察了乙腈、甲苯、环己烷的提取效果。单独用乙腈提取,硫环磷和双甲脒的回收率<10%,并且提取液中色素含量较高;纯甲苯提取,包括甲苯氟磺胺、喹螨醚、嘧菌酯等19种物质的回收率偏高;纯环己烷对于有机磷类农药的提取效果不好,回收率偏低。
参考文献[18]依据不同农药在甲苯和环己烷中的溶解度不同,采用甲苯和环己烷的混合溶液进行提取。甲苯/环己烷提取液中含有少量的色素,用GCB[19-20]净化可以有效去除这部分色素,减少样品提取液对色谱柱和质谱的污染,降低基质的干扰;PSA的使用可以有效降低样品基质对菊酯类物质的增益影响。因此,对甲苯、环己烷、PSA的用量进行了3因素3水平的正交试验[13-14],以样品基质干扰小、回收率符合相关的技术要求为判定依据,确定了甲苯/环己烷的提取方式以及样品提取液的净化方法,确定甲苯添加量为10 mL,环己烷添加量为5 mL,PSA添加量为50 mg。
食醋中各待测组分的保留时间(retention time,RT)、特征离子、碰撞能量等参数见表1,52种农药混标(62.5 μg/L)的总离子流色谱图见图1。
表1 52种农药的保留时间、特征离子、碰撞能量等参数
Table1 Retention time,characteristic ions and collision energy of 52 kinds of pesticides
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续表
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图1 多组分农药残留的GC-MS/MS总离子流图
Fig.1 Total ion chromatograms of multi-component pesticides residue analysis by GC-MS/MS
由表1可知,各种农药均能产生丰富的碎片离子,用于定量、定性分析。由图1可知,52种农药组分在15.93~37.46min内分离效果良好,避免了各种农药之间相同碎片离子的相互干扰。
52种农药的标准曲线、线性范围见表2。
表2 52种农药的标准曲线、线性范围
Table2 Standard curves and linearity ranges of 52 kinds of pesticides
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由表2可知,52种农药在质量浓度为7.81~125 μg/L的范围内,相关系数R2均>0.99,线性关系良好,可用于52种农药的检测。
食醋中52种农药的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)结果见表3。
由表3可知,食醋中52种农药的相对标准偏差(RSD)在5.90%~11.4%范围内,表明该方法精密度良好[21]。
表3 方法精密度试验结果
Table3 Results of precision tests for the method
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食醋中52种农药的加标回收率试验结果见表4。
表4 加标回收率试验结果
Table4 Results of adding standard recovery tests
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续表
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由表4可知,52种农药的回收率在78.5%~112%范围内,表明该方法的准确性良好[21]。
52种农药的检出限均为5 μg/L,定量限均为10 μg/L。
50份食醋样品中均未检出农药残留。
在优化样品前处理条件以及仪器参数的基础上建立了GC-MS/MS法检测食醋中的多组分农药残留的测定方法。食醋经氨水中和后,采用甲苯/环己烷的混合溶液提取食醋中的待测组分,能有效降低醋的基质干扰。目标化合物在一定质量浓度范围内(7.81~125 μg/L)线性关系良好,相关系数R2均>0.99。方法的定量限和检出限分别为10.0 μg/L、5.00 μg/L,平均回收率为78.5%~112.0%,相对标准偏差(RSD)为5.90%~11.40%。该方法简便、快速,准确,已成功应用于市售食醋中农药残留的检测。为确保食醋的安全质量提供技术支撑。
[1]沈至远,余永健,朱胜虎,等.镇江醋酿制技艺非物质文化遗产传承关键技术研究[J].中国调味品,2016,41(10):140-145.
[2]欧盟委员会关于农药残留限量的数据库[EB/OL].(2018-6-27).http://ec.europa.eu/food/plant/pesticides/eu-pesticides-database/public/.
[3]美国环保署关于农药残留限量的要求[EB/OL].(2018-6-27).https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=a3b649316ccb17c31211db2edd81f 789&mc=true&node=pt40.24.180&rgn=div5.
[4]欧盟关于未制定最高残留限量的农药残留缺损值的规定[EB/OL].(2018-06-27).https://ec.europa.eu/food/plant/pesticides/max_residue_levels/eu_rules_en.
[5]刘国中.传统酿造食醋存有安全隐患老制醋工艺亟待改进提升[EB/OL].[2013-10-16].http://club.1688.com/article/33762413.htm.
[6]中华人民共和国农业部,国家食品药品监督管理局,中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 23200.13—2016食品安全国家标准茶叶中488种农药及相关化学品残留量的测定[S].北京:中国标准出版社,2016.
[7]中华人民共和国农业部.NY/T 1679—2009植物性食品中氨基甲酸酯类农药残留的测定[S].北京:中国标准出版社,2009.
[8]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 20770—2008粮谷中486种农药及相关化学品残留量的测定[S].北京:中国标准出版社,2008.
[9]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.SN/T 2559—2010进出口食品中苯并咪唑类农药残留量的测定[S].北京:中国标准出版社,2010.
[10]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会,中华人民共和国农业部,国家食品药品监督管理局.GB 23200.93—2016食品安全国家标准食品中有机磷农药残留量的测定[S].北京:中国标准出版社,2016.
[11]中华人民共和国国家进出口商品检验局.SN/T 0592—1996出口粮谷及油籽中苯丁锡残留量检测方法[S].北京:中国标准出版社,1996.
[12]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.SN/T 1117—2008出口食品中多种菊酯类农药残留量测定方法[S].北京:中国标准出版社,2008.
[13]吴丽苹,曾宪录,卢任杰,等.SPME-GC-MS法测定人参中6种有机氮农药残留[J].食品工业,2018,39(2):286-289.
[14]万建春,郭平,祝建新,等.液相色谱-串接质谱法快速测定蔬菜中19种农药残留[J].分析科学学报,2017,33(1):116-120.
[15]SOMAYEH K M,NODEH H R,BEHROUZ A A.Silica-based magnetic hybrid nanocomposite for the extraction and preconcentration of some organophosphorus pesticides before chromatography[J].J Sep Sci,2108,41:2934-2941.
[16]宋碧君,魏荣.应用Quenchers快速前处理检测茶叶中农药残留方法的研究[J].现代食品,2017,2(4):95-99.
[17]叶江雷,金贵娥,吴云辉,等.Quenchers法提取净化结合气-质联法快速检测茶叶中农药残留[J].食品科学,2013,34(12):265-271.
[18]农药分析方法中提取效率评估的技术指南[EB/OL].(2018-06-26)https://ec.europa.eu/food/sites/food/files/plant/docs/pesticides_mrl_guidelines_wrkdoc_2017-10632.pdf
[19]KACZYN′SKI,PIOTR.Clean-up and matrix effect in LC-MS/MS analysis of food of plant origin for high polar herbicides[J].Food Chem,2017,230:524-531.
[20]RUTKOWSKA E,ŁOZOWICKA B,KACZYN′SKI P.Modification of multiresidue QuEChERS protocol to minimize matrix effect and improve recoveries for determination of pesticide residues in dried herbs followed by GC-MS/MS[J].Food Anal Meth,2018,11(3):709-724.
[21]欧盟关于食品和饲料中农药残留和分析的质量控制和方法确认的指南[EB/OL](.2018-06-23).https://ec.europa.eu/food/sites/food/files/plant/docs/pesticides_mrl_guidelines_wrkdoc_2017-11813.pdf.
Determination of multi-component pesticide residue content in vinegar by GC-MS/MS