丙烯酰胺檢測方法標準分析

馮建立，王麗杰，王學軍*

1. 中國平煤神馬集團煉焦煤資源開發及綜合利用國家重點實驗室（平頂山 467000）；2. 開封華瑞化工新材料股份有限公司（開封 475000）

丙烯酰胺（acrylamide，AA）是一種人工合成的典型的α,β-不飽和酰胺分子，被廣泛用作有機合成的原料，目前90%的丙烯酰胺用于生產聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是最重要的水溶性合成高分子材料之一，被廣泛應用于水處理、石油開采、造紙、選礦和制糖等眾多工業領域。后來，AA在一些高溫加工的食物中被發現，因具有神經毒性并可能使人類致癌，國際癌癥研究機構（IARC）于1994年將其定為二類致癌物[1]。經過多年的深入研究，人們對AA毒性及機理才逐步有了更清晰、更準確的認識。該文簡要介紹AA的環境暴露與毒性，梳理分析AA相關的檢測標準，對標準制修訂工作提出具體的建議。

1 AA的環境暴露與毒性

AA在多行業的大量使用促進了工業的發展，但也通過不同途徑進入水體、土壤和大氣等環境介質甚至生物體內，進而對環境及人體健康產生影響[2]。生活飲用水是人體攝入AA的主要來源之一。然而，研究表明AA進入人體最重要的途徑還是食品攝入[3]。

很多食品在高溫（＞120 ℃）烹飪時產生的“非酶褐變”現象，實際上是還原糖類（如葡萄糖）與氨基化合物（如氨基酸、蛋白質）之間的美拉德（Maillard）反應[4]，經過復雜的多級過程，最后以一種棕色或者是黑色的大分子物質展現。一般認為，美拉德反應中天冬酰胺和葡萄糖的反應是形成AA的重要途徑（圖1）。因此，煎炸、烘烤高淀粉類食品（馬鈴薯、咖啡等）會產生非常誘人的色澤及風味[5]，增加人們食欲的同時也產生了AA。

圖1 食品加工中AA的典型形成途徑

AA具有神經毒性、遺傳毒性、生殖毒性和潛在致癌性，可通過皮膚、呼吸道、消化道和胎盤進入生物體內并蓄積，危害人類健康[6]。隨著飲食安全事件不斷發生，各國政府和國際組織出臺了多項關于AA的法律法規，如世界衛生組織規定飲用水中AA最大允許殘留量為0.5 μg/L。歐盟《物質和混合物分類、標簽和包裝法規指南》規定AA的最大限量為1 000 mg/L。中國規定飲用水及地表水源地中AA標準限值為0.5 μg/L。這些法規的出臺和實施為減少丙烯酰胺的環境危害提供了法律依據和保障，也為相關標準的制訂提供了契機。

2 AA相關現行標準

2.1 AA相關的國際標準與國家標準

表1列出了AA相關的國際標準及國家標準。目前唯一涉及AA檢測的ISO標準是ISO 18862：2016《咖啡和咖啡制品 丙烯酰胺的測定 衍生后使用HPLC-MS/MS和GC-MS法》，由ISO食品技術委員會歸口制訂。這可能與咖啡在世界貿易中的重要地位有關[7]：咖啡是交易最廣泛的農產品之一，也是世界三大飲品之一。

表1 AA相關的國家標準與國際標準

另外15項標準皆是國家標準（GB），其中GBZ表示職業衛生標準。在15項國家標準中，有6項強制性標準，9項推薦性標準。按照中華人民共和國食品安全法（2018修正）第二十五條的規定：食品安全標準是強制執行的標準。除食品安全標準外，不得制定其他食品強制性標準。因此，食品安全標準是強制執行的標準。

這些標準規定了不同對象或環境中AA含量的測試方法和要求，包括氣相色譜（GC）法、氣質聯用（GC-MS）、液相色譜（LC、HPLC）法和液質聯用（LC-MS）等。值得注意的，除了含量，GB/T 34405—2017和GB 31604.18—2016中還涉及了遷移量的概念。遷移量在食品中主要用于考察從包裝品遷移至食品中的潛在能力以及遷移物質的有無毒性。GB 4806.1—2016中遷移量的定義為：從食品接觸材料及制品中遷移到與之接觸的食品或食品摸擬物中的某種或某類物質的量[8]。通過假設包裝材料中存在的某種物質會完全遷移到食物中，從而可以計算出潛在遷移的最嚴重情況。

2.2 AA相關的行業標準

已備案行業標準有6項，包括1項環保標準（HJ 697—2014）、1項化工標準（HG/T 5375—2018）、4項出入境檢驗檢疫標準（SN/T 4031—2014、SN/T 2844—2011、SN/T 2401—2009和SN/T 2096—2008）等，分別規定了水質、水性膠粘劑、化妝品、紡織品、玩具和食品中AA的檢測方法。

2.3 AA相關的地方標準與團體標準

現行AA相關的地方標準有5項，包括3項水質標準（DB21/T 3110—2019、DB61/T 563—2013和DB37/T 4145—2020）、1項食品用包裝材料及制品標準（DB13/T 1081.10—2009）和1項紙巾紙和濕紙巾（DB44/T 1821—2016）方面的標準。

目前僅有一項相關的團體標準T/ZSSP 0008—2020焙烤食品中丙烯酰胺的減量控制指南，該標準規定了焙烤食品中丙烯酰胺的減量控制的術語和定義、生產過程控制要求和包裝、運輸、貯存及銷售的要求，適用于焙烤食品生產經營企業預防和減少焙烤食品中丙烯酰胺形成的控制操作。

3 討論與建議

3.1 AA相關標準檢測方法匯總

通過檢索整理，截至到2021年5月，涉及AA的現行標準共26項，其中國際標準1項、國家標準14項、行業標準6項、地方標準5項、團體標準1項。上述標準中，直接涉及AA含量或遷移量測定方法的標準有24項，如表2所示。

表2 相關標準中AA測定方法統計

3.2 AA的提取和凈化

丙烯酰胺為極性分子，一般采用水或極強有機溶劑進行萃取。水是目前使用最廣泛的溶劑，分為冷提取和熱提取。上述標準中使用的有機溶劑體系有甲醇、水-甲醇、異丙醇-水-乙醇、丙酮、水-正已烷、乙酸乙酯等。有機溶劑提取體系可將包埋在塑料、脂肪中的AA完全提取出來，且便于濃縮。對于富含蛋白質、淀粉、脂肪和色素等物質的樣品，需額外進行凈化處理（如石墨化碳黑層析柱），再進行丙烯酰胺含量的測定。

對于水質樣品，包括生活飲用水及其水源水，相關的4項標準主要采用采樣瓶采集樣品、濾膜過濾，并用固相萃取技術富集樣品中的丙烯酰胺；對于固體樣品，包括咖啡、玩具、食品、紙巾和包裝塑料等，一般采用水或混合溶劑浸泡提取、固相萃取柱富集結合濾膜凈化的方法；對于氣體樣品，目前只有職業衛生標準GBZ/T 160.62—2004，規定采用沖擊式吸收管采集，溴化后乙酸乙酯萃取的方法制備樣品溶液。

3.3 AA的測定方法

3.3.1 滴定法

目前相關的標準中，只有GB/T 22312—2008標準中規定了滴定法作為一種備選方法：在試樣溶液中加入過量的溴酸鉀-溴化鉀溶液，在酸性介質中溴酸鉀和溴化鉀反應生成的溴與試樣中丙烯酰胺的雙鍵加成。反應完成后，加入過量的碘化鉀還原未反應的溴而生成碘，用硫代硫酸鈉標準溶液回滴析出的碘。

滴定法簡單便捷，不需要特殊設備和對照品，但專屬性差。尤其是樣品雜質多的話，滴定所受主觀因素影響太大。特別是對于痕量物質的檢測，比如環境及水質中AA濃度較低且易受到其他物質干擾的有害雜質檢測，在有好的對照品的情況下，色譜法精密度和專屬性均可，更有優勢。

3.3.2 氣相色譜法

GC法要求分析對象須有一定的熱穩定性和可揮發性，但AA屬熱不穩定的有機物，且揮發性低，不能直接用于GC檢測。通常先利用化學衍生以增強分子穩定性，進而提高檢測的準確性和靈敏性。溴化衍生是AA常用的衍生方法。其中采用溴化鉀與溴酸鉀生成的新生溴參與溴化衍生，比溴水衍生在操作方面更為安全可靠，所需時間也相對較短。

GC法所用的檢測器一般有火焰離子化檢測儀（FID）、紫外檢測儀（UV）和電子俘獲檢測器（ECD）等。相比之下，氣質聯用（GC-MS）技術具有更低的檢出限、更高的靈敏度，是普遍采用的AA檢測手段之一，如出入境檢驗檢疫行業標準SN/T 2096—2008《食品中丙烯酰胺的檢測方法 同位素內標法》使用同位素標記的GC-MS內標法檢測油炸和焙烤食品中的AA，測定低限為5 ng/g（即5 ppb）。

3.3.3 液相色譜法

液相色譜法是痕量分析物檢測中普遍的方法，其樣品不需要進行衍生化。目前液相色譜的檢測器主要有UV和二極管列陣（DAD）檢測器。UV檢測器可以在特定波長工作，回收率高、精密度好、重復性好。但丙烯酰胺缺乏芳環、共軛雙鍵等生色基團和自然熒光，使得紫外檢測器的響應不靈敏，選擇性較差。DAD檢測器本質上也是紫外檢測器，可以得到時間、光強和波長的三維圖譜。但因為是全波長掃描，與UV相比，DAD在靈敏度方面有所損失。

液相色譜與質譜聯用（包括LC-MS、HPLC-MS、HPLC-MS/MS等）技術是國際上主要采用的檢測食品中丙烯酰胺的方法之一，通常通過液相色譜串聯質譜的多反應離子監測（MRM）或選擇反應監測（SRM）模式進行[9]。我國GB 5009.904—2014《食品安全國家標準 食品中丙烯酰胺的測定》推薦使用穩定性同位素稀釋的LC-MS/MS方法作為AA的標準檢測方法，即采用該模式。該方法定量限為10 μg/kg（即10 ppb），具有極高靈敏度，適用于食品中痕量、超痕量丙烯酰胺的檢測。

3.4 AA測定方法發展趨勢

3.4.1 樣品預處理

衍生化處理是GC法分析需要攻克的重點，溴化衍生對操作者人身安全的影響以及衍生化程度、有可能帶入新干擾物質等受到質疑，今后發展無需衍生亦能滿足GC分析的前處理方法是重要課題之一[10]。除去AA提取液中的干擾物，通常用固相微萃取技術來純化提取液[11]。針對AA開發出特異性吸附材料可以提高選擇性吸附效率。有研究者[12]通過合成仿生分子印跡材料作為固相萃取填料，作為一種新興的樣品預處理手段在AA的分析中具有良好的應用前景[13]。AA的分離與富集需開發更簡便、高效的方法，其中自動化和微量化是未來技術發展的趨勢[14]。

3.4.2 檢測方法

液相色譜、氣相色譜及其與質譜的聯用技術是當今國際用來檢測丙烯酰胺含量的常用方法，這些方法雖然選擇性好、結果可靠，但是儀器相對昂貴，加標回收率相對較低。為保證食品快速評價工作科學合理、標準統一，2017年國家食品藥品監管總局組織制定了《食品快速檢測方法評價技術規范》，為開發AA快速檢測方法提供了標準和依據。許多新興的分析方法[15-16]已展現出在快速檢測方面的應用潛力，但如何選擇合適的技術并納入標準體系中來還有許多工作要做。

3.4.3 檢測范圍

在檢測方面，目前國內標準比國際標準涵蓋的范圍更廣泛，包括水質、空氣、食品和化妝品等一些主要的商品，但有些方面尚未涉及，如對土壤和海洋環境中AA的測定幾乎沒有涉及。土壤和海洋與人類的生存環境息息相關，AA對環境產生的影響不容忽視。加強環境中AA的跟蹤監測也需要標準先行，包括土壤、海洋、行業污水、水生物等。

3.4.4 制定AA減量指南

油炸、烘焙等高溫加工食品的無處不在及聚丙烯酰胺的廣泛應用對AA的檢測標準提出了更高的要求，同時也需要從AA的減量控制方面著手以盡量減少和抑制AA對人類健康的不利影響。很多國家和地區已經發布了減少AA含量的指引。目前國內僅有一項團體標準規定了焙烤食品中AA的減量控制指南，而全國性的減量指南仍然缺失。建議從AA的主要來源入手，有效控制AA的排放與擴散，對其控制應為技術可以達到的最低濃度。因飲用水中AA的主要來源是作為絮凝劑或助凝劑添加的聚丙烯酰胺，所以應開發環保型聚合物[17-18]，控制聚合物中AA的單體含量，且在不影響絮凝效率和效果的情況下，聚丙烯酰胺投加量越少越好。

4 結語與展望

國內已經基本建立起食品、商品及環境中丙烯酰胺的檢測標準體系，包括國家標準、行業標準、地方標準和團體標準等。應進一步研究和完善相關的樣品處理技術、富集凈化技術以及開發新的分析測試技術，使丙烯酰胺檢測技術朝著成本低、靈敏度高、操作簡單、易于實現現場分析和快速檢測的方面發展，同時通過標準宣貫，加強對丙烯酰胺的常規監測數據，嚴格相關行業丙烯酰胺污水排放標準，盡可能減少丙烯酰胺向環境中的排放，保護生態環境和人類健康。