檢測食品中苯并芘的方法研究

高瑋　鄧智輝

[摘要]苯并芘是一種多環芳烴類物質，具有強烈的致癌性和間接致畸性、致突變性，廣泛存在于自然界中。本文從國內學者對苯并芘的研究進展進行論述，從現有研究可知，2003年開始，有關研究苯并芘的文獻量增長迅速，苯并芘的研究熱度明顯上升。在此基礎上，本文就目前比較常用的高效液相色譜-熒光法、液相色譜-質譜聯用法、氣相色譜一質譜聯用法、表面增強拉曼光譜檢測法，以及對免疫學苯并芘檢測技術的研究進展進行分析，免疫學苯并芘檢測技術與目前常用的檢測方法相比，具有靈敏、特異性強、快速和對操作人員要求相對較低等優點，在苯并芘快速檢測中的應用越來越廣泛。

[關鍵詞]苯并芘；食品；檢測方法

中圖分類號：TS207.3 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180812

苯并芘（Benzopyrene，BaP）又稱苯并（a）芘，是由芘和苯稠合而成的一類多環芳香烴類化合物，主要有1，2-苯并芘、3，4-苯并芘、4，5-苯并芘等，其中3，4-苯并芘較穩定，在自然界中分布相當廣泛，廣泛存在于水、空氣、土壤、汽車尾氣以及各種煤炭、石油和煤焦油經過燃燒產生的煙氣中，食物工業化生產時采用的包裝材料、高溫烹調、熏烤和油炸也容易使食品受到污染產生苯并芘。苯并芘的分子式是C₁₂H₂₀，分子結構如圖1所示，相對分子質量為252.32，沸點為312℃，熔點為179℃，苯并芘的高純度樣品是針狀晶體，顏色介于無色和淡黃色之間。

苯并芘的相對密度為苯并芘：水=1.35：1，其在水中的溶解度很小，主要溶于有機溶劑，在堿性條件下的穩定性比較高，而在酸性條件下穩定性相對較低，與氯磺酸和硝酸接觸時，極易發生化學反應。在濃鹽酸中呈現橙紅色或者是其他熒光顏色，這些顏色可以用來檢測苯并芘的分子結構。苯并芘的同分異構體有很多，常見的是3，4-苯并芘、4，5-苯并芘和1，2-苯并芘。4，5-苯并芘和1，2-苯并芘雖然分子式相同，但是在分子結構上存在著明顯的不同；3，4-苯并芘于1993年被人類第一次從瀝青中分離出來，經研究證明，3，4-苯并芘可以使小鼠的皮膚產生癌變，而且由于其具有強致癌性和對檢測靈敏度相對較高的特點，可作為多環芳烴的指標化合物。

苯并芘具有很強的致癌性和間接致畸性、致突變性，是世界衛生組織認證的三大致癌物之一。苯并芘一般通過人類日常所用的食物和水進入人體進而被腸道吸收，通過人體內部的血液循環遍布身體的各個組織部位，不斷地積聚在乳房和脂肪組織中，同時也會對人的眼睛和皮膚產生強烈的刺激。人體經常接觸此類物質容易使胃、肺、肝、膀胱和消化道等發生癌變，癌變的概率與苯并芘的劑量有相當大的關系，苯并芘的含量越高癌變的發生率就越高。經過動物實驗研究表明苯并芘可以通過母體經由胎盤進而影響下一代，從而造成胚胎畸形，引起胚胎死亡，而且子代的免疫功能也會因為苯并芘的影響而下降。其致畸l生和致突變性的概率與投喂時間有關，投喂時間越長概率會越大。當人體接觸苯并芘時，并不會馬上出現不良反應，因為苯并芘具有長期性和隱匿性的特性，這使得苯并芘可以在人體內積聚，一般隱藏期為10～25年，會對子孫后代產生不良的影響，有專家表明其甚至有可能阻礙到人類的發展。

1苯并芘的研究進展

1.1苯并芘研究發展階段

1998-2017年研究苯并芘的文獻量趨勢見圖2。2003年以前，我國對笨并芘的研究還處于初級階段，相關研究的文獻量也相對較少，1998年僅有1篇相關文獻，2003年之前的文獻量都沒有超過10篇。這個階段主要以苯并芘的致癌性和間接致畸性、致突變性理化性質研究為主。2003-2012年，研究進入發展階段，相關文獻量上升幅度較大，2012年相關文獻量達到了58篇。這個階段從研究苯并芘的理化性質發展到對苯并芘的檢測技術研究以及研究如何降低苯并芘對人體和環境的影響。2013年至今，研究進入了成熟階段，每年相關文獻量維持在50篇以上，這個階段的研究在降低食品中苯并芘含量、苯并芘抗原等方面取得了很大的進展。

1.2各階段苯并芘研究情況

1.2.1初級階段

在初級階段，學者主要對苯并芘的致癌性和間接致畸I生、致突變性進行了研究。田河林等對以煙熏、燒烤和泡腌的食物為主食的地區胃癌和食道癌的發病率和死亡率相當高的原因進行了研究，研究表明，發病率與死亡率主要與煙熏、腌制食物中含有亞硝酸鹽和苯并芘這兩種致癌物質有關。江艷艷等研究了苯并芘對人體胎盤絨毛膜上皮細胞（PCEC）中的CYP1A1酶活性具有誘導作用，CYP1A1可將前致癌物、致突變物氧化成活性產物，后者能與DNA共價結合，引起基因突變或影響基因的開放及表達，從而導致組織突變或癌變。信維平通過人群調查和流行病學的研究，得出苯并芘能夠引起胃癌、皮膚癌、肺癌等疾病的結論。蔣義國等以苯并芘代謝物反式二羥環氧苯并芘（BPDE）多次處理人支氣管上皮細胞16HBE，發現BPDE可誘導16HBE細胞惡性轉化。

1.2.2發展階段

在發展階段，更多的學者參與苯并芘的研究，從苯并芘的致癌性和間接致畸性、致突變性研究，擴展到對苯并芘的檢測技術研究以及研究如何降低苯并芘對人體和環境的影響。黃勇等研究反式二氫二醇環氧苯并芘誘導的惡性轉化的人體支氣管上皮細胞及其裸鼠成瘤細胞中DNA斷裂損傷情況，得出反式BPDE可導致DNA斷裂損傷，其損傷程度與劑量有一定關系。王亞榮通過無機、有機介孔復合材料（C₆H₅-MCM-41）作為固相微萃取的涂層和高效液相色譜聯用法，測定水樣中的痕量苯并芘。盛下放等通過對高效降解苯并芘的菌株JL14在不同條件下對苯并芘的降解作用進行研究，結果表明降解效果顯著。耿淼通過對人參提取物EFLA 400對苯并芘誘導的小鼠肺腺瘤的抑制作用研究，得出人參提取物ELFA 400對苯并芘造模的小鼠具有化學防護和抗誘變作用。王春華采用玻璃纖維濾膜富集、高效液相色譜法分離、熒光檢測器檢測，相對保留時間定性，外標法定量測定瀝青煙霧中3，4-苯并芘。結果表明該高效液相色譜測定瀝青煙霧中3，4-苯并芘方法操作簡單、富集效率高、分離效果好、準確可靠，適用于對瀝青煙霧中3，4-苯并芘進行監測。

1.2.3成熟階段

進入成熟階段，學者的研究方向更趨向實用，在降低食品中苯并芘含量、苯并芘抗原等方面進行了大量研究。張小濤等采用吸附法對同時脫除菜籽油中苯并芘及色澤的工藝條件進行研究，在優化工藝條件下，菜籽油中苯并芘脫除率達到96%。譚亮等采用正交試驗比較提取溶劑、料液比、提取溫度、超聲時間對植物油中苯并芘提取率的影響，結果表明植物油中苯并芘提取率的影響程度依次為提取溶劑>料液比>超聲時間>提取溫度，最佳提取工藝為提取溶劑為乙腈、料液比為1：125、提取溫度為50℃、超聲時間為2.5h。王呂等以苯并芘為起始反應物，通過碘代、Heck偶聯兩步化學反應合成苯并芘的羰基衍生物，再經肟化反應將羰基羧基化，采用活化酯法將羧基化半抗原與載體蛋白（牛血清蛋白）進行偶聯，成功構建苯并芘的人工抗原。李文娟通過對活性炭吸附玉米油中苯并芘的研究，在110℃條件下，加入樣品質量0.3‰的活性炭，在磁力攪拌器上攪拌30min后，苯并芘含量為10μg/kg的玉米油樣品去除率能達到99%以上，結果表明活性炭去除玉米油中的苯并芘效果明顯。2食品中苯并芘檢測技術研究進展

根據國家標準GB/T 5009.27-2003《食品中苯并（a）芘的測定》，食品中苯并芘的檢測方法包括熒光分光光度法和目測比色法。在GB 5009.27-2016《食品安全國家標準食品中苯并（a）芘的測定》中，刪除了熒光分光光度法與目測比色法的檢測方法，并對食品中苯并芘的測定方法進行了規定。隨著科學技術的發展，食品中苯并芘的檢測方法也在不斷發展，目前比較常用的檢測方法包括高效液相色譜-熒光法、氣相色譜-質譜聯用法、液相色譜-質譜聯用法、表面增強拉曼光譜檢測法。

2.1高效液相色譜-熒光法

高效液相色譜法簡稱HPLC，20世紀60年代后期開始發展，該方法具有相對比較新穎、精確度較高、重復性良好、分辨率相對較高的優點。熒光法具有能夠提高檢測的靈敏度和良好的選擇性等優點，可以很好地將同分異構體分離，有利于檢測目標物的準確定量。因此將兩種檢測方法結合在一起，能夠進一步提高對苯并芘檢測的精度和準確率。在HPLC檢測苯并芘的研究方面，李念念等用HPLC對臘肉中的苯并芘進行測定，測定結果表明，苯并芘的檢出限和定量限可達0.15μg/kg和0.5μg/kg。程威威等用HPLC對芝麻油中的苯并芘進行檢測，結果表明與國家標準相比，高效液相色譜-熒光法的精確度相對較高。

2.2氣相色譜-質譜聯用法

氣相色譜-質譜聯用法簡稱GC-MS。氣相色譜對待測樣品進行檢測時具有很高的分離能力，而質譜具有靈敏性相對較高和對未知的物質進行定性分析的優點。氣相色譜和質譜聯用能夠揚長避短，使混合物樣品在氣相色譜中進行分離后再進入質譜中，能夠快速簡便地對比較復雜的化合物進行分離，氣相色譜-質譜聯用法也是對苯并芘進行痕量和微量檢測分析的重要檢測方法之一。在氣相色譜-質譜聯用法檢測苯并芘的研究方面，李瑋等用此方法對奶粉中的苯并芘進行檢測，檢測時首先用甲醇-氫氧化鉀對樣品進行皂化，用甲苯進行提取，經過濾膜過濾，測定得出苯并芘的檢測限是0.3μg/kg。

2.3液相色譜-質譜聯用法

液相色譜-質譜聯用法簡稱LC-MS，是具有很高的分離能力和定性鑒別能力的技術，在檢測時能夠實現對復雜樣品的快速、高效分離。在LC-MS檢測苯并芘的研究方面，劉玉蘭等用此方法對食用油中苯并芘的含量進行檢測，定量時采用內標法對樣品的量進行標定，對樣品進行分析得出苯并芘的檢測限為0.2～30μg/L，檢出限是0.1μg/L。該檢測方法主要適用于樣品的精確檢測，但是由于費時比較長，對檢測人員的要求比較高，當需要對大批量的樣品進行快速檢測時，此方法并不適用。

2.4表面增強拉曼光譜檢測法

表面增強拉曼光譜法簡稱SERS，是在一些經過特殊處理的金屬良導體表面或溶膠表面的作用下，利用光的拉曼閃射效應來對待測物質進行痕量分析的技術。肖海波檢測時以苯膦酸鋯包金的核殼新合成的納米粒子為基底，對待檢測的物質的苯并芘進行捕獲，測得苯并芘檢測限為10～8mol/L。表面增強拉曼光譜具有操作簡便、快速、散射效應較強、檢測靈敏度高和對樣品無損傷等優點。肖旺對表面增強拉曼光譜技術快速檢測水和食用油中苯并芘的方法進行研究，結果表明表面增強拉曼光譜技術具有快速、靈敏度高的特點。王珊對表面增強拉曼光譜技術快速檢測食用油中苯并芘進行了研究，結果表明與傳統GC-MS或HPLC相比，SERS法可使用便攜式拉曼光譜儀對苯并芘進行現場檢測，測試時間短，一般為數十秒至1～2min。但是這種方法目前還不夠成熟，在檢測過程中還存在許多問題，如對樣品進行定量分析時不夠準確，不同材料同基底之間的吸附性上也存在差異，穩定性和重視性控制也比較困難，還有待對其繼續研究探索。

3免疫學苯并芘檢測技術

1971年，Engvall等利用抗原和抗體反應時的特異性，將其與酶反應的催化性、高效性結合為一體，從而開創出了酶聯免疫吸附分析法，并以此為基礎建立免疫學快速檢測方法。該方法不但能夠簡便、快速、靈敏地對樣品進行分析，而且對儀器和操作人員的要求相對比較低，不需要昂貴的大型儀器，減少了成本。同時適用于大批量樣品的檢測，在檢測過程中也不容易出現因為機器的影響而使結果產生誤差的現象。但是高脂高蛋白樣品會存在一定的假陽性。

3.1試劑盒法

試劑盒法是利用非競爭性酶聯免疫吸附法的原理，將制備好的單克隆抗體固定到試劑盒上，利用該試劑盒對特定樣品進行定性和定量快速檢測的一種方法。邵輝鋒通過碘代對苯并芘的分子式進行改造，再通過Heck進行偶聯合成苯并芘的羰基衍生物，制備出苯并芘的人工抗原，并確定苯并芘的線性檢測范圍。史巧巧等把苯并芘和氨基進行偶聯制成完全抗原，通過免疫小鼠獲得苯并芘的單克隆抗體。組裝成苯并芘快速檢測ELISA試劑盒，得出BaP-Kit的標準曲線呈“S”，與檢測時的線性要求相符。Matschulat等制備出苯并芘的單克隆抗體，以此單抗為基礎通過酶聯免疫吸附的方法來檢測水中苯并芘的含量，其IC₅₀為24μg/L。Pschenitza等利用固相萃取結合酶聯免疫吸附的方法對食用油中苯并芘的含量進行檢測，測得檢測下限為0.63μg/g。

3.2電化學免疫傳感器

電化學免疫傳感器是將制備好的單克隆抗體固定在電極表面作為敏感元件，當抗原和抗體之間的反應達到平衡狀態時，將此時的生物反應信號轉化為電信號，通過電極輸出對待測物質進行檢測的技術。該技術靈敏度相對比較高，對待測物質具有很高的選擇性，當待檢測樣品數量很大時可以采用此方法。費世東等把一次性絲網印刷電極作為基底，建立起苯并芘的電化學傳感器，對水樣中的苯并芘進行檢測，最低檢測限是0.035μg/L。

3.3金標免疫層析技術

金標免疫層析技術是根據單克隆抗體技術建立的一種固相免疫技術，與酶聯免疫技術相似，都是屬于一種快速的檢測技術。但是與酶聯免疫技術相比，金標免疫層析技術不需要專門的儀器設備，檢測所需時間更短，大約10min即可完成檢測。而且該試紙卡操作十分簡便，與其他檢測方法相比價格相對較低，對待測物質具有較高的靈敏度。劉波等利用該技術建立起了對食用油中苯并芘進行檢測的試紙條，檢測限可達5～10μg/L，對食用油中苯并芘的含量具有快速準確的判定。

4結論

苯并芘是世界公認的致癌物質之一，在自然界的分布相當廣泛，人類可以通過各種途徑接觸到苯并芘，如何快速檢測出食品中的苯并芘并對其進行控制就顯得尤其重要。在未來的檢測研究中，化學檢測方法并不適用于苯并芘的快速檢測，但是需要對樣品進行精密檢測時采用此方法更為合適；表面增強拉曼光譜法雖然具有快速和對樣品無損等優點，但是該方法目前的發展還不夠成熟，需要進行進一步的研究和探索；免疫學方法由于其靈敏、特異性強、快速和對操作人員要求相對較低等優點，在以后苯并芘的快速檢測中應用會更加廣泛。