王 敬,張海超,賈海濤,艾連峰
(石家莊海關(guān)技術(shù)中心,河北石家莊 050051)
蛋白同化激素是一類可以調(diào)節(jié)機(jī)體代謝,促進(jìn)細(xì)胞的生長分化,進(jìn)而增強(qiáng)食欲、促進(jìn)發(fā)情、提高飼料轉(zhuǎn)化率的甾體激素,在畜牧養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用廣泛。然而,濫用該類抗生素會(huì)造成其在動(dòng)物組織不同程度的殘留,進(jìn)而引起消費(fèi)者內(nèi)分泌紊亂,導(dǎo)致兒童性早熟,甚至增加致癌、致畸等風(fēng)險(xiǎn)。因此世界各國均規(guī)定了動(dòng)物源性食品中蛋白同化激素的最大殘留限量,歐盟、美國和日本等國家或組織就規(guī)定禁止將蛋白同化激素應(yīng)用到食用型動(dòng)物的飼養(yǎng)中。我國農(nóng)業(yè)部第250 號(hào)公告將群勃龍、甲睪酮、美侖孕酮等同化激素列為禁用獸藥;GB 31650-2019《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中獸藥最大殘留限量》要求苯丙酸諾龍和丙酸睪酮不得在動(dòng)物性食品中檢出,同時(shí)世界反興奮劑機(jī)構(gòu)發(fā)布的《禁用清單國際標(biāo)準(zhǔn)》將蛋白同化劑列為禁止使用的興奮劑類藥物。
激素通過代謝殘留于動(dòng)物體內(nèi),含量非常低,大部分在μg/kg 水平,目前國內(nèi)外分析蛋白同化激素殘留的檢測(cè)方法主要有高效液相色譜法(HPLC)、氣質(zhì)聯(lián)用法(GC/MS)、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLCMS/MS)和高分辨線性離子阱法等。由于動(dòng)物源性食品基質(zhì)的復(fù)雜性,HPLC 法和GC/MS 法由于干擾嚴(yán)重,檢出限高難以滿足要求;高分辨線性離子阱法由于設(shè)備昂貴,仍然難以大規(guī)模推廣使用;HPLC-MS/MS 法因其靈敏度高,選擇性強(qiáng)等特點(diǎn)應(yīng)用廣泛;QuEChERS 是一種新的前處理技術(shù),廣泛應(yīng)用于動(dòng)植物樣品中的農(nóng)獸藥殘留檢測(cè),但采用QuEChERS 前處理方法同時(shí)測(cè)定動(dòng)物源食品中蛋白同化激素殘留的研究尚未見報(bào)道。
目前針對(duì)動(dòng)物源性食品中蛋白同化劑的檢測(cè)也有一些相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,但檢測(cè)基質(zhì)僅局限于肌肉、牛奶和飼料等動(dòng)物源性食品,未涉及調(diào)制肉制品。西方食用調(diào)制肉制品的人群較多,該類食物為動(dòng)物源性食品的重要部分,其監(jiān)管絕對(duì)不能出現(xiàn)漏洞。因此,建立一種快速、準(zhǔn)確的適用于動(dòng)物源性食品中蛋白同化激素的檢測(cè)方法即可滿足當(dāng)前食品安全檢測(cè)的需求,又能避免重大賽事中運(yùn)動(dòng)員因誤服誤用導(dǎo)致興奮劑陽性事件的發(fā)生。本文采用QuEChERS 前處理技術(shù),通過優(yōu)化樣品前處理及色譜、質(zhì)譜分析條件,建立了同時(shí)測(cè)定肌肉組織(豬肉、牛肉、羊肉)、調(diào)制肉(火腿、牛肉餅、咖喱肉、羊肉串)、肝臟組織(豬肝、豬腎)、牛奶和雞蛋等基質(zhì)動(dòng)物源食品中14 種蛋白同化激素殘留量的高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法。該方法快速準(zhǔn)確、適用基質(zhì)范圍廣,能為打擊在動(dòng)物源性食品中激素類藥物的違法使用提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
肌肉組織(豬肉、牛肉、羊肉)、調(diào)制肉(火腿、牛肉餅、咖喱肉、羊肉串)、肝臟組織(豬肝、豬腎)、牛奶和雞蛋等樣品 均購自當(dāng)?shù)厥袌?chǎng);群勃龍(Trenbolone,CAS:1061-33-8)、勃地龍(Boldenone,CAS:846-48-0)、諾龍(Nandrolone,CAS:433-22-0)、睪酮(Testosterone,CAS:58-22-0)、美雄酮(Methandienone,CAS:72-63-9)、甲睪酮(17-methyltesterone,CAS:58-18-4)、脫氫表雄酮(Dehydroepiandrosterone,CAS:53-43-0)、丙酸諾龍(Nandrolone 17-propionate,CAS:7207-92-3)、丙酸睪酮(Testosterone propionate,CAS:57-85-2)、黃體酮(Progesterone,CAS:57-83-0)、雄諾龍(Stanolone,CAS:521-18-6)、司坦唑醇(Stanozolol,CAS:10418-03-8)、美替諾龍(Methenolone,CAS:153-00-4)、苯丙酸諾龍(Nandrolone phenylpropionate,CAS:62-90-8)等14 種蛋白同化激素 純度≥95%,德國Dr.Ehrenstorfer 公司;乙腈(色譜純)、甲酸(色譜純)、甲醇(色譜純)、正己烷(色譜純)、-葡萄糖醛酸酶及芳香基硫酸酯酶(-葡萄糖醛酸酶>100000 Units/mL,芳香基硫酸酯酶<20000 Units/mL)、QuEChERS 凈化管(300 mg 無水硫酸鎂、50 mg PSA、50 mg C、300 mg 中性氧化鋁)上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司;乙酸、乙酸銨、氯化鈉 分析純,廣州化學(xué)試劑廠;實(shí)驗(yàn)用水Milli-Q 超純水 美國Millipore 公司。
Waters Acquity UPLC/XEVOTQ-S 液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜儀(配電噴霧離子源) 美國Waters 公司;VORTEX 2 渦旋振蕩器 德國Heidolph 公司;KQ-200 TDB 超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;ML 204/02 分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;CR22GIII 型高速冷凍離心機(jī) 日本HITACHI 公司。
1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1 mg/mL)配制:分別稱取14 種蛋白同化激素標(biāo)準(zhǔn)品10 mg(精確至0.1 mg)于10 mL 容量瓶中,用甲醇溶解并定容至刻度,4 ℃避光保存。
混合標(biāo)準(zhǔn)中間液(1 μg/mL)配制:準(zhǔn)確吸取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液各0.10 mL,置于100 mL 容量瓶中,用甲醇稀釋至刻度,搖勻,配制成1 μg/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液,4 ℃冷藏保存。
基質(zhì)匹配混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制:準(zhǔn)確量取適量混合標(biāo)準(zhǔn)中間液,用50%乙腈溶液稀釋空白樣品基質(zhì)提取液,配制成濃度為0.1、0.2、0.5、1、5、10 ng/mL 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,現(xiàn)用現(xiàn)配。
1.2.2 樣品前處理 稱取5.0 g 樣品(精確至0.01 g)于50 mL 具塞塑料離心管中,加入10 mL 乙酸銨緩沖溶液(pH5.2),渦旋混勻,再加入-葡萄糖醛酸酶及芳香基硫酸酯酶溶液100 μL,于(37±1)℃振蕩酶解12 h,取出冷卻至室溫,加入20 mL 乙腈、5 g 氯化鈉,渦旋振蕩2 min,4000 r/min 離心5 min。移取10 mL 乙腈層至另一離心管中,加入10 mL 乙腈飽和正己烷,渦旋振蕩1 min 后棄去正己烷層,再加入10 mL 乙腈飽和正己烷重復(fù)操作一次。取上清液約5 mL 置于裝有300 mg 無水硫酸鎂、50 mg PSA、50 mg C和300 mg 中性氧化鋁的另一10 mL 離心管中,渦旋振蕩2 min,10000 r/min 高速離心5 min。準(zhǔn)確移取4 mL 上清液于10 mL 離心管中,40 ℃氮吹至近干,用1 mL 50%乙腈溶液溶解殘?jiān)?。?jīng)0.22 μm 濾膜過濾,用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀測(cè)定。
1.2.3 儀器條件 色譜柱:Waters Acquity BEH C(100 mm×2.1 mm,1.7 μm);進(jìn)樣量:5 μL;柱溫:40 ℃;流動(dòng)相:A 相為0.1%甲酸水溶液,B 相為乙腈;流速:350 μL/min;梯度洗脫程序如下:0~1.0 min,20%B;1.0~5.0 min,20%B~90%B;5.0~6.0 min,90%B~100%B;6.0~6.5 min,100%B~20%B;6.5~8.0 min,20%B。
電離方式:電噴霧正離子源(ESI);檢測(cè)模式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式;毛細(xì)管電壓:3.5 kV;離子源溫度:150 ℃;去溶劑溫度:450 ℃;脫溶劑氣流量:1000 L/h;碰撞氣流量:0.17 mL/min。待測(cè)物的母離子、子離子、保留時(shí)間及碰撞能等參數(shù)見表1。
表1 14 種待測(cè)物的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)質(zhì)譜參數(shù)Table 1 Multi-reaction monitoring mass spectrometry parameters of the target compounds
在沃特世超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀上通過MassLynx 軟件獲取和分析數(shù)據(jù),所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均應(yīng)用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行處理,以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X±S)表示。
外源性同化激素在動(dòng)物體內(nèi)的代謝情況比較復(fù)雜,目前沒有文獻(xiàn)明確指出14 種蛋白同化激素在動(dòng)物體內(nèi)的代謝過程和代謝途徑。黃冬梅等報(bào)道蛋白同化激素多以葡萄糖醛酸結(jié)合形態(tài)存在,酶解可促進(jìn)蛋白同化激素水解成游離態(tài),從而提高樣品中激素的提取效率。14 種蛋白同化激素屬于脂溶性化合物,極性較弱,難溶于水,易溶于極性有機(jī)溶劑。蛋白同化激素常用的提取溶劑有叔丁基甲醚、乙酸乙酯、乙腈、甲醇等。通過待測(cè)物加標(biāo)回收率,試驗(yàn)考察了豬肉中甲醇、乙腈、乙酸乙酯和叔丁基甲醚四種溶劑的提取效果。由圖1 可知,同甲醇(回收率范圍:63%~94%)、乙酸乙酯(回收率范圍:52%~91%)、叔丁基甲醚(回收率范圍:45%~88%)相比,乙腈(回收率范圍:85%~108%)是最合適的提取溶劑。甲醇對(duì)勃地龍、諾龍、脫氫表雄酮、雄諾龍和丙酸諾龍的提取效果不理想,且甲醇提取樣品雜質(zhì)較多,基質(zhì)干擾嚴(yán)重;乙酸乙酯和叔丁基甲醚的乳化現(xiàn)象嚴(yán)重,常需要進(jìn)行破乳。甲醇極性較強(qiáng)但樣品中的色素和脂肪等基質(zhì)干擾物較多,增加了后續(xù)凈化的難度;乙腈穿透力強(qiáng)具有較強(qiáng)的沉淀蛋白作用,提取效率高;考慮到動(dòng)物源性食品中含有大量的蛋白質(zhì),采用乙腈提取,既可以鹽析,又可以沉淀蛋白質(zhì),一定程度上能夠減少基質(zhì)效應(yīng),有利于后續(xù)的凈化。
圖1 提取溶劑的種類對(duì)蛋白同化激素回收率的影響Fig.1 Different extraction solvents on the extraction rate for anabolic androgenic steroids
對(duì)比了10、20 和50 mL 目標(biāo)物濃度為50 ng/mL的提取溶劑對(duì)回收率的影響,結(jié)果如圖2 顯示,當(dāng)提取溶劑體積為10 mL 時(shí),除諾龍、甲睪酮、丙酸睪酮和丙酸諾龍外,其他10 種蛋白同化激素的提取率在45%~70%之間;當(dāng)提取溶劑體積為20 mL 時(shí),回收率均能達(dá)到80%以上,最終用20 mL 乙腈提取。動(dòng)物源性食品中含有大量的脂肪和蛋白質(zhì),脂肪易被有機(jī)溶劑萃取,對(duì)分析造成嚴(yán)重的基質(zhì)干擾,試驗(yàn)采用乙腈飽和的正己烷萃取可有效去除脂肪。
圖2 提取體積對(duì)蛋白同化激素回收率的影響Fig.2 Different extraction volume on the extraction rate for anabolic androgenic steroids
實(shí)驗(yàn)選取了C、HLB、通過式PRiME HLB 固相萃取柱和QuEChERS 四種凈化方式進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),C柱凈化效果較差,基質(zhì)效應(yīng)明顯;HLB 和通過式PRiME HLB 固相萃取柱對(duì)目標(biāo)物的保留性強(qiáng),需要后續(xù)的乙腈進(jìn)行洗脫,增加了基質(zhì)效應(yīng)的影響,二者雖然結(jié)果重現(xiàn)性好,但存在操作繁瑣、處理時(shí)間長、成本高等問題。QuEChERS 方法常用的凈化劑有N-丙基乙二胺(PSA)、十八烷基硅烷(C)、石墨化炭黑(GCB)、中性氧化鋁等。PSA 可以去除乙腈提取液中的脂肪酸、糖類、酚類以及極性色素等成分;C能吸附基質(zhì)中部分非極性脂肪和脂溶性雜質(zhì);中性氧化鋁具有良好的除脂能力;GCB 能夠去除色素和固醇類雜質(zhì),但對(duì)苯環(huán)類平面結(jié)構(gòu)的藥物有一定的吸附,實(shí)驗(yàn)最終選定PSA、C和中性氧化鋁作為樣品吸附劑??疾炝瞬煌浔鹊腜SA、C和中性氧化鋁的凈化效果,結(jié)果如表2 所示。取5 mL 提取液,加入20 mg PSA 和100 mg 中性氧化鋁,分別比較C添加量為10、30、50、70 mg 時(shí),14 種蛋白同化激素的回收率,發(fā)現(xiàn)C添加量為50 mg 時(shí)14 種蛋白同化激素的回收率最高;加入50 mg C和100 mg 中性氧化鋁,分別比較PSA 添加量為10、30、50、70 mg 時(shí),14 種蛋白同化激素的回收率,發(fā)現(xiàn)PSA 添加量為50 mg時(shí),14 種蛋白同化激素的回收率最高;中性氧化鋁對(duì)大部分目標(biāo)物的吸附較少,加入50 mg C和50 mg PSA,分別比較中性氧化鋁添加量為100、200、300、400 mg 時(shí),14 種蛋白同化激素的回收率,發(fā)現(xiàn)中性氧化鋁在加入300 mg 時(shí)凈化后的溶液較之前清澈透亮,基線較平整,當(dāng)增加到400 mg 時(shí),回收率會(huì)下降。因此,實(shí)驗(yàn)最終選擇5 mL 提取液加入300 mg無水MgSO、50 mg C、50 mg PSA 和300 mg 中性氧化鋁作為凈化劑組合時(shí),樣品可以獲得良好的凈化效果,基質(zhì)干擾小,且不會(huì)對(duì)目標(biāo)物產(chǎn)生明顯吸附。
表2 不同條件凈化劑組合蛋白同化激素回收率Table 2 Recovery of anabolic hormones by combination of purifiers under different conditions
試驗(yàn)選擇了Agilent Eclipse Plus C(100 mm×2.1 mm,1.8 μm)、Waters Acquity BEH C(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)和Agilent Zobrax SB-C(100 mm×3.0 mm,1.8 μm)三種色譜柱進(jìn)行分離。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),由于蛋白同化激素屬于弱極性和中等極性化合物,普通的C柱均能保留目標(biāo)物,但14 種物質(zhì)在Waters Acquity BEH C(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)柱上均能得到優(yōu)異的色譜峰形,重現(xiàn)性好,對(duì)不同極性的化合物均有合適的保留且質(zhì)譜檢測(cè)本底低。因此,試驗(yàn)選擇Waters Acquity BEH C(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)柱。
蛋白同化激素屬于脂溶性化合物,弱極性或中等極性,以乙腈-水為基準(zhǔn)流動(dòng)相,采用“T”三通方式,對(duì)14 種目標(biāo)物的質(zhì)譜條件進(jìn)行優(yōu)化。在正離子和負(fù)離子模式下進(jìn)行全掃描,以選擇適當(dāng)?shù)姆肿与x子峰和電離方式。結(jié)果表明,在離子源ESI電離方式下,可以獲得較高豐度的[M+H]母離子。在確定目標(biāo)物的母離子后,采用子離子掃描方式對(duì)子離子進(jìn)行了選擇,通過優(yōu)化毛細(xì)管電壓、一級(jí)錐孔電壓、二級(jí)錐孔電壓、射頻透鏡電壓、碰撞能量以及質(zhì)譜分辨率等參數(shù),使每種激素的分子離子與特征碎片離子產(chǎn)生的離子強(qiáng)度達(dá)到最大。將液相色譜與三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)機(jī),對(duì)離子源溫度、去溶劑氣溫度及流量、錐孔氣流量進(jìn)行優(yōu)化,使每種目標(biāo)物的離子化效率達(dá)到最佳,14 種蛋白同化激素的質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。圖3 為蛋白同化激素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的MRM 色譜圖。
圖3 蛋白同化激素標(biāo)準(zhǔn)溶液多反應(yīng)監(jiān)測(cè)色譜圖(0.5 ng/mL)Fig.3 MRM chromatograms of anabolic androgenic steroids (0.5 ng/mL)
基質(zhì)效應(yīng)(Matrix effects,ME)是指色譜分離時(shí)共洗脫的物質(zhì)改變了待測(cè)成分的離子化效應(yīng),所引起的信號(hào)的抑制或提高,是目標(biāo)物和基質(zhì)成分相互競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的結(jié)果。消除和補(bǔ)償基質(zhì)效應(yīng)主要包括優(yōu)化色譜質(zhì)譜條件,優(yōu)化色譜分離條件,多步驟凈化措施,使用內(nèi)標(biāo)物定量,采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線定量等?;|(zhì)效應(yīng)(matrix effect,%)ME=(基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率/純?nèi)軇?biāo)準(zhǔn)曲線的斜率-1)×100?;|(zhì)效應(yīng)為負(fù)值表示存在基質(zhì)抑制效應(yīng),為正值表示基質(zhì)增強(qiáng);基質(zhì)效應(yīng)在-15%~15%之間認(rèn)為基質(zhì)效應(yīng)不明顯;絕對(duì)值越大表示基質(zhì)效應(yīng)越強(qiáng)。試驗(yàn)比較了豬肉、豬肝、火腿、牛奶和雞蛋的基質(zhì)效應(yīng),圖4 發(fā)現(xiàn)不同的樣品基質(zhì)存在不同程度的影響,為消除基質(zhì)效應(yīng)對(duì)待測(cè)物的定量準(zhǔn)確度和精密度的影響,試驗(yàn)采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線定量法基本減小或消除了基質(zhì)干擾對(duì)結(jié)果的影響。
圖4 14 種蛋白同化激素的空白樣品基質(zhì)效應(yīng)結(jié)果Fig.4 Matrix effect of 14 anabolic androgenic steroids in different sample matrices
配制濃度為0.1、0.2、0.5、1、5 和10 ng/mL 的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定,以定量離子的響應(yīng)峰面積(Y 軸)對(duì)相應(yīng)的質(zhì)量濃度(X 軸,ng/mL)作標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到線性回歸方程,線性關(guān)系良好,其結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)以空白添加法,并根據(jù)前處理過程提取凈化過程以及進(jìn)行測(cè)定時(shí)所受的干擾情況,確定14種蛋白同化激素的檢出限為0.3 μg/kg,定量限為1.0 μg/kg。該方法檢出限和定量限低,能夠滿足動(dòng)物源性食品中蛋白同化激素殘留檢測(cè)的要求。
表3 14 種蛋白同化激素的線性關(guān)系及相關(guān)系數(shù)Table 3 Linear relationship and correlation coefficient of 14 anabolic androgenic steroids
試驗(yàn)考察了肌肉組織(豬肉、牛肉、羊肉)、調(diào)制肉(火腿、牛肉餅、咖喱肉、羊肉串)、肝臟組織(豬肝、豬腎)、牛奶和雞蛋等動(dòng)物源性食品,涉及的基質(zhì)數(shù)目多數(shù)據(jù)量大,本文列舉了復(fù)雜且具有代表性的豬肉、豬肝和火腿的加標(biāo)回收率范圍和精密度數(shù)據(jù)。試驗(yàn)分別選取不含14 種蛋白同化激素的豬肉、豬肝和火腿3 種不同類型樣品為空白基質(zhì),在1.0、2.0和10 μg/kg 添加水平進(jìn)行添加回收率試驗(yàn),每個(gè)水平重復(fù)做六次,測(cè)得方法的平均回收率為75.7%~104.1%,精密度范圍為3.60%~12.1%,符合規(guī)定的要求,其檢測(cè)結(jié)果見表4。
表4 蛋白同化激素的回收率范圍及精密度(n=6)Table 4 Average recovery ranges and RSDs (n=6) of anabolic androgenic steroids
分別對(duì)市售的16 批豬肉、10 批火腿、4 批牛肉餅、8 批羊肉串、7 批牛肉、5 批牛肝和24 批牛奶樣品進(jìn)行了14 種蛋白同化激素的檢測(cè),結(jié)果顯示,74 批動(dòng)物源性食品中除了黃體酮外均未檢出其他13 種蛋白同化激素。牛奶中黃體酮的檢出含量為1.1~3.6 μg/kg,檢出率為10.2%。黃體酮是卵巢黃體分泌的一種天然內(nèi)源性孕激素,在體內(nèi)對(duì)雌激素激發(fā)過的子宮內(nèi)膜有顯著形態(tài)學(xué)影響,為維持妊娠所必須,因此在動(dòng)物源性的食品中具有一定比例的檢出率。在世界反興奮劑機(jī)構(gòu)《2021 年禁用清單國際標(biāo)準(zhǔn)》中未涉及黃體酮,因此目前國內(nèi)外尚未有明確的限量規(guī)定。
本實(shí)驗(yàn)建立了分散固相萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定動(dòng)物源性食品中14 種蛋白同化激素殘留量。酶解后的樣品經(jīng)乙腈提取,乙腈飽和正己烷脫脂后,采用分散固相萃取凈化結(jié)合基質(zhì)外標(biāo)法校正。結(jié)果表明,該方法前處理提取率高,條件易于控制,方法靈敏度高,重復(fù)性好,可為動(dòng)物源性食品中該類物質(zhì)的快速檢測(cè)提供一定的技術(shù)支持。