水产品中喹诺酮类药物残留的检测方法研究进展

2017-01-12 00:39韩程程陈雪昌严忠雍常家琪1刘文静1高学慧张小军
关键词:喹诺酮乙腈液相

韩程程,陈雪昌,严忠雍,常家琪1,,刘文静1,,高学慧,3,张小军

(1.浙江海洋大学食品与医药学院,浙江舟山 316022;2.浙江省海洋水产研究所,浙江舟山 316021;3.浙江海洋大学水产学院,浙江舟山 316022)

水产品中喹诺酮类药物残留的检测方法研究进展

韩程程1,3,陈雪昌2,严忠雍2,常家琪1,2,刘文静1,2,高学慧2,3,张小军2

(1.浙江海洋大学食品与医药学院,浙江舟山 316022;2.浙江省海洋水产研究所,浙江舟山 316021;3.浙江海洋大学水产学院,浙江舟山 316022)

喹诺酮类药物由于其抗菌能力强,抗菌范围广曾在水产养殖中广泛使用,从而有部分药物残留在水产品体内,随着食物链进入人体内危害人们健康。本文阐述了喹诺酮类药物的危害并对国内外检测喹诺酮类药物的前处理过程中的液液萃取、固相萃取以及QuEchERS方法,检测技术中的高效液相色谱法、高效液相色谱法—串联质谱法、酶联免疫测定法等进行了综述。分析了各种方法的特点,为以后水产品中喹诺酮类药物的研究提供理论参考。

喹诺酮残留;水产品;前处理过程;检测技术

喹诺酮类药物是以4-喹诺酮为基本结构的人工合成的抗菌药,作用于细菌的脱氧核糖核酸,阻碍脱氧核糖核酸回旋酶的作用对染色体造成不可逆的损害,导致细菌细胞无法分裂,从而达到抗菌的目的。喹诺酮类药物因其抗菌范围广,杀菌效果好,半衰期久,无交叉耐药性,价格便宜等优点在鱼类养殖过程中起着不可替代的作用。一些养殖户为了追求经济效益,在水产养殖过程中无视禁药期误用、滥用喹诺酮类药物,导致该药物在水产品中残留超标。本文对近年来水产品中喹诺酮类药物的危害、样品前处理的方法、检测技术的最新进展进行综述,为水产品中喹诺酮类药物的科研、检测相关研究提供支持。

1 喹诺酮类药物的危害

喹诺酮类药物可引起人体的肠胃不适,容易造成腹痛,腹泻以及呕吐;还会引起中枢系统的不良反应如头晕、抽搐甚至会引起癫痫。孙慧萍等[1]发现喹诺酮类药物可能影响儿童的软骨发育并引起皮肤光毒性反应如荨麻疹、红斑及皮肤潮红伴随瘙痒,甚至存在致畸、致癌、致突变的作用[2]。美国食品药品管理局强调喹诺酮类抗生素会对神经造成永久性的损伤[3]。由于喹诺酮类药物残留对人体存在上述危害,许多机构以及国家规定了喹诺酮类药物的使用以及其最高残留限量。日本肯定列表规定了喹诺酮类药物的含量为10~100 μg/kg,而我国规定水产品中不同品种该类药物的最大残留量在30~500 μg/kg之间[4]。

2 样品前处理

样品的前处理过程直接影响到最后检测结果的准确性。因此在前处理过程中要尽量去除样本中的杂质,以提高方法的灵敏度,降低检测限。目前常用的方法有液-液萃取(LLE)、固相萃取(SPE)、QuEchERs等。

2.1 液-液萃取(LLE)

液-液萃取由于成本低廉、操作简便而广泛用于喹诺酮类药物残留的前处理中,常见的液-液萃取溶剂包括乙腈、正己烷、乙酸乙酯、Mcllvaine缓冲溶液等。刘正才等[5]在实验中加入25 mL含2%甲酸的乙腈对喹诺酮类药物进行提取,在最后的阶段添加了2 mL乙腈-水-甲酸(10:90:0.1)溶液和3 mL正己烷,利用乙腈与正己烷微溶的性质有效去除了样品中的脂肪。该实验还对比了乙腈,含2%甲酸的乙腈,结果显示含2%甲酸的乙腈的提取效果大于乙腈。该实验回收率在84.8%~97.8%,检出限达到0.03~0.25 μg/kg,取得了满意的效果。陈涛等[6]在实验过程中改进了去脂的方式。首先将提取液浓缩,再用正己烷提取,用流动相溶解后再提取一次,用正己烷两次提取脂肪能够将样品中的正己烷最大限度的提取。该方法有效提高了提取效率,节约了正己烷,减少了环境污染。祝颖等[7]选择的提取剂为Mcllvaine缓冲溶液(0.1 moL/L柠檬酸溶液和0.2 moL/L磷酸氢二钠溶液混合pH=4.0)。实验中因测定的种类较多,比较了甲醇,乙腈,酸性乙腈以及Mcllvaine缓冲溶液,发现Mcllvaine缓冲溶液对水产样品中喹诺酮类药物多残留的提取效果较好。殷桂芳等[8]在实验中对比了二氯甲烷、酸化乙腈、乙酸乙酯以及乙腈对喹诺酮类药物的提取效果。结果表明,与其他三种相比乙腈的提取效果最好,由于加入二氯甲烷致使肌肉凝固因此分离提取效果最差,酸化乙腈优于乙酸乙酯。尹怡等[9]通过实验发现乙酸乙酯与乙腈对鱼肝脏中检测物质的提取效果相差无几,但乙酸乙酯在浓缩过程中能够节省提取时间,因此在提取步骤中选择乙酸乙酯作为提取溶剂。

2.2 固相萃取(SPE)

固相萃取与液-液萃取相比有机溶剂消耗量少,能够批量处理样品,富集净化效果更好。SPE作为一种有效的提取净化方法,近年来应用越来越多。近来EVAGGELOPOULOU,et al[10]建立了鲑鱼组织中7类喹诺酮的检测方法,样品经pH为4.7柠檬盐缓冲液提取后,经Oasis HLB固相萃取柱净化。上样之前先用2 mL甲醇、2 mL水活化小柱,用1.5 mL含0.1%三氟乙酸的乙腈和0.5 mL的乙腈洗脱。方法获得了稳定且较高的回收率,其回收率为95.7%~101.2%。杨方等[11]在前处理过程中选择SCX SPE柱进行净化。活化小柱时发现只用甲醇、水不能将噁喹酸、萘啶酸及氟甲喹较好的富集在小柱上,加入乙酸铵缓冲液以后这三种药物可以很好的保留在小柱上。因此在上样前用3 mL甲醇、3 mL水以及3 mL 10 mmoL/L乙酸铵缓冲液活化。单一的洗脱液在洗脱时不能将15种喹诺酮类药物全部洗脱,因此采用分步洗脱的方法。先用中性甲醇将噁喹酸、萘啶酸及氟甲喹洗脱,而后用碱性甲醇将氟罗沙星、氧氟沙星、依诺沙星等12种喹诺酮类药物洗脱。此方法可同时测定中性和碱性喹诺酮类多残留,取得了较好的效果。李盛安等[12]建立了检测罗非鱼中3种氟喹诺酮的方法,在该实验的净化过程中,选择了C18固相柱进行净化。固相萃取柱分别用2 mL磷酸盐缓冲液、甲醇活化,上样以后先用1 mL水淋洗,挤干再用1 mL的0.05 moL/L磷酸溶液/三乙胺-乙腈(92:8,V/V)洗脱。该方法代替了液液萃取去除脂肪的步骤,节省了成本,最大可能的去除了杂质,提高了回收率。

2.3 QuEchERS

QuEchERS是由美国农业部Anastassiades教授等于2002年开发的,该方法最先应用于农产品的检测[13]。该方法大致可分为4步:1)样品粉碎。2)加入乙腈提取。3)加入无水硫酸镁除水。4)加入乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)吸附杂质。该方法精确度高,操作简便,溶剂使用量少,污染少。另外QuEchERS与GC-MS(/MS)、LC-MS(/MS)、ELISA 的联用得到迅速发展。

杨金易等[14]在兽药多残留的检测过程中利用该方法检测了3种喹诺酮类药物,在该实验过程中利用了90%乙腈(1%乙酸)对样品进行提取。在去除杂质的过程中比较了C18、氨基(-NH2)、PSA三种净化填料的净化效果,由于C18吸附剂是在硅胶基质上接有十八烷基,对非极性化合物具有较高的容量相对于NH2、PSA这两种填料来说去除杂质的效果更好。该方法检出限极低,达到了0.0087 μg/kg,样品批内和批间平均回收率分别为94.10%、93.70%。卜明楠等[15]建立了检测虾肉中72种兽药残留的方法。在实验中,比较了乙腈与甲醇的提取效果,发现甲醇与蛋白质形成絮状沉淀、乙腈与蛋白质形成致密沉淀更容易离心去除蛋白质,而酸性乙腈与乙腈相比提取效果更好有利于浓缩与净化,因此选用5%醋酸乙腈。比较了PSA、PAX、NH2、PEP、PCX、C18和中性氧化铝 7种分散剂。结果显示,C18的平均回收率最高在90%左右,PCX和中性氧化铝净化的样品平均回收率分别为52%和42%,剩余4种分散剂净化后的样品明显呈浑浊状态,因此选用C18对样品进行净化。定量下限范围为0.02~33.58 μg/kg,回收率为61%~119%。LOMBARDO-AGUI,et al[16]研究发现C18+MgSO4+PSA作为QuEchERS填料其净化效果要好于C18+MgSO4。几种目标物其回收率均超过70%,回收率在72%~108%,最低检出限为0.1~4.7 μg/kg,达到了较好的提取净化效果。该方法最早应用于农产品对的检测,针对农产品脂肪含量少的特点。该方法对于脂肪相对含量较高的水产品来说应用并不广泛,但是可以根据分析的基质、检测的物质以及使用的仪器相应的调整净化剂和吸附剂。

2.4 其他方法

分子印迹固相萃取技术(MISEP)利用固相萃取剂对样品进行选择性分离提取和富集分析药物的特点制备具有特异性的聚合物技术。该方法在前处理过程可以克服样品体系复杂,前处理繁杂等不利因素,提高检测的准确性[17-18]。刘芃岩等[19]在制备复合模板印迹聚合物时利用结构具有代表性的左氧氟沙星和环丙沙星作为模板分子和功能单体—α-甲基丙烯酸溶于甲苯中超声。三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为自由基引发剂制备复合模板印迹聚合物。该方法结合高效液相色谱-离子阱质谱能够同时检测鱼肉中10中喹诺酮类药物,方法的回收率为80.6%~104.6%,检出限为0.110 25 μg/kg,定量限为0.350 84 μg/kg。与单模板分子印迹聚合物相比能够同时净化富集喹诺酮类药物,与SPE相比显示出了良好的识别能力和较高的亲和力,更适合水产品中喹诺酮多残留的检测。石墨烯作为一种新型的纳米材料具有较大的比表面积、柔软性强、吸附能力强,不仅被广泛用作吸附剂,还可以以此为基质制造复合新型材料。石墨烯/多壁碳纳米管中的石墨烯直接叠加效应减少,石墨烯片之间的空间变大与纯粹的石墨烯相比增加了吸附能力。陈琳垚[20]利用石墨烯/多壁碳纳米管为基质分散固相萃取的净化吸附剂结合超高效液相色谱法-串联质谱法检测水产品中的兽药残留。比较了PSA、C18、MWCNTS和石墨烯以及石墨烯/多壁碳纳米管的净化吸附能力。结果表明对于喹诺酮类药物石墨烯/多壁碳纳米管平均回收率最高为67.5%~96.8%,其次是MWCNTS平均回收率在80%以下但是吸附杂质能力较强,PSA、C18能够较强吸附喹诺酮类药物但是平均回收率最低为40.5%~70.0%。由此可以看出石墨烯/多壁碳纳米管是一种潜力巨大的吸附剂。

3 检测方法

有了正确有效的前处理,完成样品检测还需要精确的检测技术。在检测食品中存在的痕量喹诺酮类药物,不仅需要有效正确的前处理过程而且需要依靠灵敏度高、准确性好的仪器分析方法。目前检测喹诺酮类药物残留量的检测方法主要有酶联免疫测定法(ELISA)、胶体金快速检测法、高效液相色谱法(HPLC)、高效液相色谱法-串联质谱法(HPLC-MS/MS)等。

3.1 酶联免疫(ELISA)和胶体金快速检测法

酶联免疫测定法(ELISA)是利用抗体与抗原的特异反应将待测物与酶连接,通过底物与酶作用产生颜色反应,对待测物进行定量测定。由于酶联免疫和胶体金前处理简单、检测快速、判断直观等特点,目前在基层检测应用越来越广泛。杨金易等[14]在实验过程中确定了最佳的包被液稀释浓度为30 000倍,用波长为450 nm的酶标仪测定吸光值A。该方法与其他方法相比样品回收率更高,结果更稳定,利用HPLCMS进行确证,结果表明该ELISA检测方法稳定可靠。王强等[21]在实验中利用过碘酸钠法优化了酶标抗体工作浓度,发现当抗体浓度在1/3 000时检测效果最佳。抗体为蛋白质,有机溶剂会干扰抗体与抗原的结合。因此本实验考察了甲醇与乙腈对竞争酶联免疫测定法准确性的影响,结果发现在该方法中甲醇含量小于5%对结果没有什么影响,但是要严格控制乙腈的含量。总体而言,酶联免疫测定法存在造成样品假阳性的可能[22],多数时候应用于大量样品的快速筛查,且对试剂选择性高,结构相似的化合物会在检测时产生一定的交叉反应。

胶体金在弱碱环境下带负电荷,由于静电作用可与蛋白质分子的正电荷基团形成牢固的结合,而不影响蛋白质的生物特性。

余法建[23]研究了恩诺沙星胶体金免疫层析技术,在该方法中采用了最常用的柠檬酸三钠还原法制备胶体金溶液。NC膜作为免疫反应的发生处在进行选择时应该依据PBS以及5 ng/mL恩诺沙星标准品的PBS的跑板情况、阴性显色情况及阳性消线情况选择合适的NC膜。依据上述标准比较了Whatman的Puraband impuraband及Millipore的M180 NC膜,发现两者最低检测限没有明显差异,但是M180 NC膜,稳定性较高。在制作试纸条时要将样品垫、喷有金标抗体的玻璃纤维素膜(金标垫)依次搭接在划有质控线、检测线的NC膜上以及PVC胶板上。该方法的最低检测限为0.9 ng/mL。同样是建立恩诺沙星胶体金的检测方法,梅彬[24]则探讨了构成试纸条的全部组成部分。在选择样品垫时比较 GL-b01、GL-b02和GL-b03。用pH=7.4、0.01 mol/L PBS处理以及未经处理的3种样品垫发现,处理过后的GL-b02样品垫液体扩散、吸收速度快。ZC-J1、GL0145和Ahlstrom8964经金标液(pH=7.4、0.01 mol/L PB、1%BSA含有5%的蔗糖和0.02%的叠氮钠)处理后观察金标抗体的释放情况,以及试纸条的颜色指示效果,发现只有Ahlstrom8964上面的金标抗体完全释放。胶体金快速检测技术操作简单、结果直观易于判断、特异性好、只需简单仪器或无需仪器,适合食品的现场检测,具有良好的应用前景以及巨大的发展潜力。

3.2 高效液相色谱法(HPLC)

高效液相色谱法[25]是利用液体为流动相,在高压的状态下,使被测样品和流动相流过色谱柱,使样品在其中反复分配,被检测的各个组分分离,串联荧光检测器或是紫外检测器检测,检测被测样品的含量。高效液相色谱法具有重复性好,分离度高,准确以及灵敏性高等优点。李佐卿等[26]利用HPLC检测水产品中的诺氟沙星、环丙沙星、噁喹酸、恩诺沙星获得了较高的灵敏度,恩诺沙星的检出限为1 μg/kg,其余的三种检出限为2 μg/kg。李盛安等[12]在检测罗非鱼时利用的流动相为pH=5的0.05 mol/L磷酸溶液/三乙胺-乙腈(92:8,V/V),三乙胺溶液防止拖尾使峰型更为对称。该方法的检出限为0.7~1.6 μg/kg,回收率在 84%~93%之间。殷桂芳等[8]建立了检测对虾不同组织中兽药残留含量的方法。在该方法中激发波长为265 nm,检测波长为380 nm。流动相为乙腈-0.01 moL/L四丁基溴化铵(磷酸调节pH=2.75),肌肉和血浆的流动相比例为(75:25,V/V)、鳃和肝胰腺的流动相比例为(82:18,V/V)。该方法中对于不同基质采用不同的流动相比例能够减少基质干扰将药峰与杂峰明显区分。对虾血淋巴、肌肉肝胰腺和鳃加标后噁喹酸定量限分别为0.02 μg/mL、0.01 μg/g、0.02 μg/g 和 0.02 μg/g,回收率均在 80%以上。LOMBARDO-AGUI,et al[16]建立了QuEChERS结合UHPLC-FL检测鱼中沙拉沙星、恩诺沙星以及萘啶酸等8种喹诺酮类药物多残留的方法,开创了QuEChERS结合UHPLC-FL检测鱼类喹诺酮残留的先河。该方法最低检出限为0.1~4.7 μg/kg,低于欧盟给出的最大残留量的最低检出限。EVAGGELOPOULOU,et al[10]建立了鲑鱼组织中7种喹诺酮类的多残留检测方法,该法的回收率在95.7%~101.2%之间,RSD<9.4%。高效液相色谱方法应用普遍,定量准确。不足之处在于受复杂基质中杂峰干扰较多,很多时候需要用高效液相色谱法-串联质谱法来对阳性样品进行复检确证。

3.3 高效液相色谱法-串联质谱法(HPLC-MS/MS)

高效液相色谱-串联质谱技术[27]中液相色谱为分离系统,质谱为检测系统。该方法检测范围广,检测灵敏度高,检测限低,能同时检测多种药物,能够避免出现假阳性。卜明楠等[15]在确定了提取剂之后又确定了流动相为0.1%甲酸-乙腈(4:1,V/V),离子源为电喷雾离子源(ESI),多重反应监测模式(MRM),检测的喹诺酮类药物的回收率在61%~119%之间。该方法着重探讨多种兽药残留的检测方法。STOREY,et al[28]建立了检测甲鱼和虾中喹诺酮类药物的高效液相色谱法-串联质谱法。该方法在检测过程中加入P-TSA和TMPD溶液对氟喹诺酮类化合物具有最好的回收率和稳定性,提出了半定量筛选矩阵的方法可以将阴性样品从进一步,更昂贵和耗时的分析中排除,能够提高单个检测人员一次性检测数量且回收率较高在96.8%~99.4%之间。魏博娟等[4]在实验中对 ZORBAXRX-C18(4.6 mm×150 mm,5 μm)、PAK C18MGⅡ(2.0 mm×150 mm,5 μm)、Ultimate XB-C18(2.1 mm×150 mm,5 μm)、Hyersil GOLD C18(2.1 mm×100 mm,5 μm)进行了比较。结果显示4种色谱柱都能将13种喹诺酮类药物分离,通过对比色谱图,发现采用ULtimate XB-C18柱,总离子流图中峰分离度范围为0.62~5.6待测物分离度较好,峰形对称,峰头尖锐,有效改善了峰拖尾的现象。

3.4 其他检测方法

化学发光免疫分析法(CLIA)是一种非放射标记免疫分析法,以放射免疫分析技术理论为基础,以标记发光剂为示踪物信号建立起来的检测方法。该方法灵敏度高,分析速度快、操作简便得以广泛应用。TAO Xiaoqi,et al[29]建立了基于突变单链可变片段(scFv)的化学发光竞争性免疫分析法。实验结果显示,最优条件下该方法对20种喹诺酮药物的50%抑制率小于或等于0.2 μg/kg,该方法与传统的ELISA方法相比灵敏度高约3倍。该方法最低检出限在虾中为0.014 μg/kg,鱼中为0.015 μg/kg。利用该方法对鱼、虾等实际样品进行检验,将该检测结果与LC-MS/MS检测结果相比,发现两种检测方法的检测结果符合度较高,能够满足各国当前水产品检测中对该类药物残留限量的要求。

4 总结

在过去对于水产品中喹诺酮类的检测主要应用以上方法,在前处理方法中SPE与QuEchERS这两种方法因其低成本,高效率的优点而成为研究热点,有望在将来获得重大突破。在喹诺酮类药物残留检测技术中HPLC、HPLC-MS/MS得到广泛应用,但是这两种方法仪器价格较为昂贵,运行以及维护成本高。随着技术的发展,胶体金、酶联免疫快速检测技术的不断改进和成熟,将逐渐用于实际批量初筛检测,而液质联用仪器的小型化也逐渐成为研究的热点方向。相信随着碳纳米管、石墨烯、无损检测等新型检测技术装备的不断应用,在水产品中喹诺酮类药物残留检测的前处理过程以及检测技术两方面都会取得重大突破。

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Research Progress on Detection Methods of Quinolones Residues in Aquatic Products

HAN Cheng-cheng1,3,CHEN Xue-chang2,YAN Zhong-yong2,et al
(1.Food and Medicine School of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316021;2.Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang Province,Zhoushan 316021;3.Fisheries School of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316021,China)

Quinolones is using widely in aquaculture,because of its strong antibacterial ability and wide range of antibacterial.As consequence some drugs remain in the aquatic products,it is harmful when people eat it.This article describes the hazards of quinolones and it at home and abroad in the pre-treatment process of liquid-liquid extraction,solid-phase extraction and QuEchERS method;detection technology of High performance liquid chromatography,High performance liquid chromatography tandem mass spectrometry and Enzyme linked immunosorbent assay.Analysis of the characteristics of the various methods,to provide a theoretical reference for research of quinolones in aquatic products.

quinolones residues;aquatic products;pretreatment process;detection techology

TS254.7

A

1008-830X(2017)03-0262-06

2016-12-26

浙江省科技计划项目(2016F300222,2017F50020)

韩程程(1994-),女,山东潍坊人,硕士研究生,研究方向:食品质量安全.E-mail:15257076427@163.com

陈雪昌(1970-),男,浙江嵊州人,教授级高级工程师,研究方向:水产品质量安全.E-mail:chenxuechang70@163.com

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