劉 嘉，項錦欣，劉洵妤1,，趙國華1,,*

(1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶 400715；3.重慶理工大學化學與生物工程科學學院，重慶 400050)

支撐液膜萃取及其在食品安全檢測中的應用

劉 嘉1,2，項錦欣3，劉洵妤1,3，趙國華1,3,*

(1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶 400715；3.重慶理工大學化學與生物工程科學學院，重慶 400050)

支撐液膜作為一種新穎的萃取技術，以其選擇性好、重現性好、節(jié)省有機溶劑等優(yōu)點，逐漸成為萃取技術研究的主要方向。本文在介紹支撐液膜的工作原理、結構以及萃取影響因素的基礎上，就支撐液膜萃取技術在食品中農藥、化學污染物、重金屬、食品添加劑及其他食品安全檢測方面的應用和今后研究的重點進行綜述，以期為食品安全控制技術研究提供有益的參考。

支撐液膜；萃取；檢測；食品

液膜萃取技術是20世紀中后期發(fā)展起來的一種高效、快速、節(jié)能的新興萃取技術。與固體膜分離技術相比，液膜萃取技術具有選擇性強、傳質面積大、分離效率高等優(yōu)勢。常見的液膜分離方式主要包括乳化液膜和支撐液膜。雖然乳化液膜的分離效果也非常優(yōu)良，但因其操作復雜、液膜穩(wěn)定性不高、分離后目標物質的回收困難等缺陷嚴重限制了應用。20世紀70年代，Bloch等[1]研究發(fā)展了支撐液膜，才使液膜萃取技術的應用得到空前的發(fā)展。與乳化液膜相比，支撐液膜擁有更好的液膜穩(wěn)定性、選擇性以及富集效果。近年來，在廣泛深入研究的基礎上，支撐液膜分離技術在環(huán)境分析、生物制品分離、醫(yī)學以及食品安全分析中顯示出了廣闊的應用前景。本文在論述支撐液膜分離特點、技術原理和操作類型的基礎上，詳細介紹了支撐液膜技術在食品安全分析中的應用，以期為推動我國食品安全先進分析技術的研究提供參考。

1 支撐液膜萃取技術的原理

支撐液膜通常選用疏水性微孔膜作為支撐體，用特定有機溶劑浸泡時，微孔膜通過毛細孔力將有機溶劑束縛在其孔內，從而形成以固體載體支撐的有機溶劑液膜。從工作原理上看，支撐液膜分離技術實際上是由兩個液液萃取構成的。一般將支撐液膜分離的被萃取液體相稱為供體，用于接受被萃取物質的相稱為受體。在分離過程中，樣品液(供體)中的目標分離物質(B)首先通過供體與縛束在微孔中的液態(tài)有機溶劑形成的液液萃取過程轉移至有機液膜中。接著，目標物質再通過微孔中的液態(tài)有機溶劑與受體形成的液液萃取轉移至受體相中，從而實現目標物質的分離。圖1為利用支撐液膜萃取酸性物質的原理圖。

圖2 含載體支撐液膜萃取示意圖(以酸性物質為例)Fig.2 Schematic diagram of supported liquid membrane extraction

為實現目標物質從供體相轉移至液膜，再從液膜中轉入接受相，一般需要在形成有機液膜的溶劑中加入能特異性轉移目標物質的載體。含載體的液膜萃取的過程實際上是一個反應萃取的過程(圖2)。為實現分離，首先調節(jié)供體相的pH值至3使目標分離物質完全轉變成分子狀態(tài)(BH)，處于分子狀態(tài)的目標分離物質與溶解在有機液膜(如正己基醚)中的載體三辛基氧化磷 (TOPO)在液膜內側形成氫鍵耦合物(BH…TOPO)，進而被轉移至液膜內。在濃度梯度的推動下氫鍵耦合物從液膜內側擴散至液膜外側。而在液膜外側高pH值堿液的中和作用使耦合作用破壞，氫鍵耦合物分解，目標萃取物被轉移至受體相，同時分子態(tài)目標萃取物(BH)被中和成離子態(tài)(B－)。由于離子態(tài)目標萃取物無法與TOPO形成耦合物，也就無法再回到液膜中，從而實現了目標物質的定向轉移分離。解耦合后的TOPO擴散到液膜外側再次利用。

2 支撐液膜的結構及萃取影響因素

2.1 支撐液膜的結構

支撐液膜的主體結構包括液膜及支撐體。液膜通常選取一些具有較高沸點及表面張力的有機溶劑，例如高級烷烴、苯、醚等。支撐體可分為兩種構型，即平板膜和中空纖維膜。平板膜(圖3)是通過供體相在支撐液膜的一側不斷地流動或者在供體相一端添加壓力，從而加快了分析物在液膜中的傳遞。由于在兩端添加了隔板，平板膜通?？梢赃B續(xù)使用。中空纖維膜(圖4)擁有相當高的填充比，并且單位料液體積的接觸面積也大于平板膜，萃取效率更高。

圖3 平板式支撐液膜Fig.3 Flat-type supported liquid membrane

圖4 中空纖維式支撐液膜Fig.4 Hollow-fiber-type supported liquid membrane

2.2 影響支撐液膜萃取的因素

2.2.1 溫度

支撐液膜萃取的操作溫度通常控制在室溫或者稍高(25～35℃)。升高支撐液膜萃取的操作溫度，可增加擴散系數，從而提高對目的物質的傳質。液膜有機溶劑的沸點不高是限制操作溫度的主要因素。有研究將離子液體應用到支撐液膜[2]，一方面由于離子液體的沸點較高，可以通過提高操作溫度以加快液膜對分析物的萃取速率；另一方面由于離子液體的黏度大，能有效地阻止液膜溢出，從而加強了支撐液膜的穩(wěn)定性。

2.2.2 有機溶劑及載體

支撐液膜中被用于形成液膜的有機溶劑要求在供體相及受體相中的溶解性小，這樣能較好地溶解分析物與載體，并且與支撐體有較好的兼容性[3]。有機溶劑的極性和對分析物的溶解能力對萃取效果的影響很大，可按一定比例混合使用多種有機溶劑[4]或選擇使用合適的載體[5]。載體一方面可以大幅度提高萃取的選擇性，另一方面能使萃取效率提高數十倍[6]。同時，為使液膜更為綠色、環(huán)保，有報道使用植物油作為液膜分離水中的苯酚[7]和染料[8]。

2.2.3 支撐體

常用于支撐液膜中支撐體的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚丙烯、聚砜等低溶脹性及高孔隙率的疏水性材料，其厚度從幾微米到幾百微米不等。一般平板型支撐液膜的支撐體較中空纖維型更厚[9]。若需提高支撐體穩(wěn)定性可選用較小孔徑的材料，而要獲得較好的通量則需選取較大孔徑的材料。

2.2.4 其他因素

在萃取酸性物質時，供體相中的p H值應足夠低，以確保目的物質質子化后能穿過液膜。接受相的pH值則根據實驗具體要求進行調節(jié)，需要考慮對檢測器的干擾且是否有利于載體釋放分析物等因素。另外，對于平板模型的支撐體，適當調整其供體相流速能有效地增加料液與膜之間的接觸時間，從而提高萃取效果[10]。

3 支撐液膜萃取技術在食品安全檢測中的應用

作為一種優(yōu)秀的萃取分離技術，支撐液膜萃取技術以其高富集能力與高選擇性等特色已發(fā)展成為一種食品安全樣品前處理技術，可用于農藥、化學污染物、重金屬、抗生素、食品添加劑等檢測。

3.1 農藥檢測

研究表明利用支撐液膜進行樣品前處理可用于包括氨基甲酸酯類、聯啶類、硝基酚類、鹵代苯氧類等農藥的檢測(表1)。Zhu等[11]利用支撐液膜富集分離了牛奶中鹵代苯氧型除草劑，檢測結果的相對平均偏差低于7.1%，檢測在1～200ng/L范圍內線性關系好，被檢測物的富集倍數可達700。Piriyapittaya等[12]使用溶有載體(季胺化合物-336)的正己基醚作為膜液萃取純水中草甘膦和胺甲基磷酸。目標物的萃取效果好，其富集倍數可達853。Msagati等[13]發(fā)現支撐液膜對苯并咪唑進行富集分離的回收率高于固相微萃取。此外，支撐液膜還可用于對紅酒中果汁[10]、殺蟲劑[14]、和水[15]中三嗪除草劑的富集分離。

表1 支撐液膜技術在農藥檢測上的應用Table 1 Application of supported liquid membrane in the inspection of pesticides

3.2 化學污染物檢測

支撐液膜可以用于水體中氯化消毒副產物(鹵乙酸)、多環(huán)芳烴類、氯酚類等污染物的檢測(表2)。Kou等[2]使用離子液體作為膜液富集分離水中鹵乙酸類污染物，富集倍數在300～3000之間，且萃取率高于50%。Liu等[4]以三氯甲烷作為膜液，實現了對水體中5種氯酚類化合物的分離。Peng等[19]發(fā)現以離子液體作為膜液時，重復性更好。

表2 支撐液膜技術在化學污染物檢測上的應用Table 2 Application of supported liquid membrane in the inspection of chemical contaminants

3.3 重金屬檢測

可利用支撐液膜技術對水樣中銅、鉻、鉛等重金屬進行富集分離(表3)。Parthasarathy等[25]在對微量銅、鉛、鉻的富集分離中，以甲苯和苯基己烷的混合溶液作為膜液，富集倍數可達1000。Peng等[26]研究了以雙硫腙作為萃取載體富集分離鉻，其富集倍數可達387。Cukrowska等[27]以四乙基硼酸鈉為載體對氯化三苯錫、氯化三叔丁基錫、三氯化叔丁基錫、二氯化二叔丁基錫等有機錫進行富集分離，富集倍數可達1000～4000。

表3 支撐液膜技術在重金屬檢測上的應用Table 3 Application of supported liquid membrane in the inspection of heavy metals

3.4 抗生素檢測

抗生素是當前動物性食品重點的污染物，在分析監(jiān)控磺胺類、乳胺類等時可用支撐液膜對樣品進行分離富集(表4)。Msagati等[5]利用支撐液膜富集分離了水、牛奶和牛肝腎等多種樣品中的磺胺類藥物。同時，他們還發(fā)現利用支撐液膜萃取分離β-乳胺類抗生素的萃取效率比固相微萃取好，可使目標物質的檢測限大幅度降低。Raich等[30]應用支撐液膜富集分離雙氫除蟲菌素，其萃取效率與固相微萃取相當，但萃取時間更短、有機溶劑使用更少。

表4 支撐液膜技術在抗生素檢測上的應用Table 4 Application of supported liquid membrane in the inspection of antibiotics

3.5 食品添加劑檢測

Luque-Perez等[32]將支撐液膜應用于咖啡因的富集，并設計出一套流動進樣系統(tǒng)，實現了對目標物的在線檢測。Zougagh等[33]使用十一烷與己醚作為膜液萃取分離咖啡和茶葉中的咖啡因，并把壓電晶體、分子印跡聚合物等技術應用于檢測。結果表明，目標物的回收率為90%～109%，分子印跡技術增強了分離的選擇性，而壓電晶體提高了方法的檢測限。Avila等[34]還利用支撐液膜對食品中香草醛進行了富集。Luque等[35]將支撐液膜與安培計結合，分別對糖果、巧克力涂層餅干、巧克力3種食品中的香草醛進行檢測，富集倍數可達700。3.6 其他方面檢測

Liu等[36]利用支撐液膜富集分離了自來水、河水、城市污水樣品中的雙酚A類激素，在萃取30min后，3種樣品的回收率在76%～116%之間。Almeda等[37]使用辛醇作為膜液富集分離了紅酒中赭曲霉毒素并結合毛細管電泳進行檢測，提高了測定的靈敏度，并且測定的相對標準偏差在5%以內。

4 結 語

支持液膜萃取是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)境友好型萃取技術。與傳統(tǒng)的溶劑萃取相比，它具有傳質速度快、富集倍數高、選擇性強、節(jié)省樣品、節(jié)省有機溶劑等優(yōu)點。該技術目前被廣泛研究應用于環(huán)境分析、生化分析、分子相互作用分析、食品安全分析等領域。在食品安全領域中，它可用于食品中農藥、化學污染物、重金屬、食品添加劑的檢測。但目前支撐液膜的應用主要集中在環(huán)境分析中，在食品分析中的研究仍相對偏少，還有很大發(fā)展空間。難于自動化和萃取的穩(wěn)定性是限制當前支持液膜萃取的主要技術因素。便攜式小型支撐液膜萃取裝置、液膜穩(wěn)定技術以及支撐液膜與現代分析儀器偶聯技術的深度開發(fā)對支撐液膜在工業(yè)分析中大面積應用至關重要。

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Supported Liquid Membrane Extraction and Its Application in Food Safety Inspection

LIU Jia1,2，XIANG Jin-xin3，LIU Xun-yu1,3，ZHAO Guo-hua1,3,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China；2. Chongqing Key Laboratory of Agricultural Product Processing, Chongqing 400715, China；3. College of Chemical and Bioengineering, Chongqing Technology University, Chongqing 400050, China)

Supported liquid membrane extraction, a novel extract technique with advantages of economic organic solvents, high selectivity and good reproducibility has been attracted extensive attention. In this paper, working principle, structure and factors of this extraction technique were introduced and its applications in the detection of pesticides, chemical pollutants, heavy metals, and other toxic substances in food was discussed, which will provide valuable references for food safety control and inspection.

supported liquid membrane；extraction；inspection；food

TS201.21

A

1002-6630(2010)13-0321-05

2009-12-03

重慶市自然科學基金項目(CSTC 2007BB1393)

劉嘉(1985—)，男，碩士研究生，研究方向為食品化學。E-mail：mcgrady456@163.com

*通信作者：趙國華(1971—)，男，教授，博士，研究方向為食品化學。E-mail：zhaoguohua1971@163.com