检测食品中苯并芘的方法研究

高玮　邓智辉

[摘要]苯并芘是一种多环芳烃类物质，具有强烈的致癌性和间接致畸性、致突变性，广泛存在于自然界中。本文从国内学者对苯并芘的研究进展进行论述，从现有研究可知，2003年开始，有关研究苯并芘的文献量增长迅速，苯并芘的研究热度明显上升。在此基础上，本文就目前比较常用的高效液相色谱-荧光法、液相色谱-质谱联用法、气相色谱一质谱联用法、表面增强拉曼光谱检测法，以及对免疫学苯并芘检测技术的研究进展进行分析，免疫学苯并芘检测技术与目前常用的检测方法相比，具有灵敏、特异性强、快速和对操作人员要求相对较低等优点，在苯并芘快速检测中的应用越来越广泛。

[关键词]苯并芘；食品；检测方法

中图分类号：TS207.3 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180812

苯并芘（Benzopyrene，BaP）又称苯并（a）芘，是由芘和苯稠合而成的一类多环芳香烃类化合物，主要有1，2-苯并芘、3，4-苯并芘、4，5-苯并芘等，其中3，4-苯并芘较稳定，在自然界中分布相当广泛，广泛存在于水、空气、土壤、汽车尾气以及各种煤炭、石油和煤焦油经过燃烧产生的烟气中，食物工业化生产时采用的包装材料、高温烹调、熏烤和油炸也容易使食品受到污染产生苯并芘。苯并芘的分子式是C₁₂H₂₀，分子结构如图1所示，相对分子质量为252.32，沸点为312℃，熔点为179℃，苯并芘的高纯度样品是针状晶体，颜色介于无色和淡黄色之间。

苯并芘的相对密度为苯并芘：水=1.35：1，其在水中的溶解度很小，主要溶于有机溶剂，在碱性条件下的稳定性比较高，而在酸性条件下稳定性相对较低，与氯磺酸和硝酸接触时，极易发生化学反应。在浓盐酸中呈现橙红色或者是其他荧光颜色，这些颜色可以用来检测苯并芘的分子结构。苯并芘的同分异构体有很多，常见的是3，4-苯并芘、4，5-苯并芘和1，2-苯并芘。4，5-苯并芘和1，2-苯并芘虽然分子式相同，但是在分子结构上存在着明显的不同；3，4-苯并芘于1993年被人类第一次从沥青中分离出来，经研究证明，3，4-苯并芘可以使小鼠的皮肤产生癌变，而且由于其具有强致癌性和对检测灵敏度相对较高的特点，可作为多环芳烃的指标化合物。

苯并芘具有很强的致癌性和间接致畸性、致突变性，是世界卫生组织认证的三大致癌物之一。苯并芘一般通过人类日常所用的食物和水进入人体进而被肠道吸收，通过人体内部的血液循环遍布身体的各个组织部位，不断地积聚在乳房和脂肪组織中，同时也会对人的眼睛和皮肤产生强烈的刺激。人体经常接触此类物质容易使胃、肺、肝、膀胱和消化道等发生癌变，癌变的概率与苯并芘的剂量有相当大的关系，苯并芘的含量越高癌变的发生率就越高。经过动物实验研究表明苯并芘可以通过母体经由胎盘进而影响下一代，从而造成胚胎畸形，引起胚胎死亡，而且子代的免疫功能也会因为苯并芘的影响而下降。其致畸l生和致突变性的概率与投喂时间有关，投喂时间越长概率会越大。当人体接触苯并芘时，并不会马上出现不良反应，因为苯并芘具有长期性和隐匿性的特性，这使得苯并芘可以在人体内积聚，一般隐藏期为10～25年，会对子孙后代产生不良的影响，有专家表明其甚至有可能阻碍到人类的发展。

1苯并芘的研究进展

1.1苯并芘研究发展阶段

1998-2017年研究苯并芘的文献量趋势见图2。2003年以前，我国对笨并芘的研究还处于初级阶段，相关研究的文献量也相对较少，1998年仅有1篇相关文献，2003年之前的文献量都没有超过10篇。这个阶段主要以苯并芘的致癌性和间接致畸性、致突变性理化性质研究为主。2003-2012年，研究进入发展阶段，相关文献量上升幅度较大，2012年相关文献量达到了58篇。这个阶段从研究苯并芘的理化性质发展到对苯并芘的检测技术研究以及研究如何降低苯并芘对人体和环境的影响。2013年至今，研究进入了成熟阶段，每年相关文献量维持在50篇以上，这个阶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进展。

1.2各阶段苯并芘研究情况

1.2.1初级阶段

在初级阶段，学者主要对苯并芘的致癌性和间接致畸I生、致突变性进行了研究。田河林等对以烟熏、烧烤和泡腌的食物为主食的地区胃癌和食道癌的发病率和死亡率相当高的原因进行了研究，研究表明，发病率与死亡率主要与烟熏、腌制食物中含有亚硝酸盐和苯并芘这两种致癌物质有关。江艳艳等研究了苯并芘对人体胎盘绒毛膜上皮细胞（PCEC）中的CYP1A1酶活性具有诱导作用，CYP1A1可将前致癌物、致突变物氧化成活性产物，后者能与DNA共价结合，引起基因突变或影响基因的开放及表达，从而导致组织突变或癌变。信维平通过人群调查和流行病学的研究，得出苯并芘能够引起胃癌、皮肤癌、肺癌等疾病的结论。蒋义国等以苯并芘代谢物反式二羟环氧苯并芘（BPDE）多次处理人支气管上皮细胞16HBE，发现BPDE可诱导16HBE细胞恶性转化。

1.2.2发展阶段

在发展阶段，更多的学者参与苯并芘的研究，从苯并芘的致癌性和间接致畸性、致突变性研究，扩展到对苯并芘的检测技术研究以及研究如何降低苯并芘对人体和环境的影响。黄勇等研究反式二氢二醇环氧苯并芘诱导的恶性转化的人体支气管上皮细胞及其裸鼠成瘤细胞中DNA断裂损伤情况，得出反式BPDE可导致DNA断裂损伤，其损伤程度与剂量有一定关系。王亚荣通过无机、有机介孔复合材料（C₆H₅-MCM-41）作为固相微萃取的涂层和高效液相色谱联用法，测定水样中的痕量苯并芘。盛下放等通过对高效降解苯并芘的菌株JL14在不同条件下对苯并芘的降解作用进行研究，结果表明降解效果显著。耿淼通过对人参提取物EFLA 400对苯并芘诱导的小鼠肺腺瘤的抑制作用研究，得出人参提取物ELFA 400对苯并芘造模的小鼠具有化学防护和抗诱变作用。王春华采用玻璃纤维滤膜富集、高效液相色谱法分离、荧光检测器检测，相对保留时间定性，外标法定量测定沥青烟雾中3，4-苯并芘。结果表明该高效液相色谱测定沥青烟雾中3，4-苯并芘方法操作简单、富集效率高、分离效果好、准确可靠，适用于对沥青烟雾中3，4-苯并芘进行监测。

1.2.3成熟阶段

进入成熟阶段，学者的研究方向更趋向实用，在降低食品中苯并芘含量、苯并芘抗原等方面进行了大量研究。张小涛等采用吸附法对同时脱除菜籽油中苯并芘及色泽的工艺条件进行研究，在优化工艺条件下，菜籽油中苯并芘脱除率达到96%。谭亮等采用正交试验比较提取溶剂、料液比、提取温度、超声时间对植物油中苯并芘提取率的影响，结果表明植物油中苯并芘提取率的影响程度依次为提取溶剂>料液比>超声时间>提取温度，最佳提取工艺为提取溶剂为乙腈、料液比为1：125、提取温度为50℃、超声时间为2.5h。王吕等以苯并芘为起始反应物，通过碘代、Heck偶联两步化学反应合成苯并芘的羰基衍生物，再经肟化反应将羰基羧基化，采用活化酯法将羧基化半抗原与载体蛋白（牛血清蛋白）进行偶联，成功构建苯并芘的人工抗原。李文娟通过对活性炭吸附玉米油中苯并芘的研究，在110℃条件下，加入样品质量0.3‰的活性炭，在磁力搅拌器上搅拌30min后，苯并芘含量为10μg/kg的玉米油样品去除率能达到99%以上，结果表明活性炭去除玉米油中的苯并芘效果明显。2食品中苯并芘检测技术研究进展

根据国家标准GB/T 5009.27-2003《食品中苯并（a）芘的测定》，食品中苯并芘的检测方法包括荧光分光光度法和目测比色法。在GB 5009.27-2016《食品安全国家标准食品中苯并（a）芘的测定》中，删除了荧光分光光度法与目测比色法的检测方法，并对食品中苯并芘的测定方法进行了规定。随着科学技术的发展，食品中苯并芘的检测方法也在不断发展，目前比较常用的检测方法包括高效液相色谱-荧光法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱-质谱联用法、表面增强拉曼光谱检测法。

2.1高效液相色谱-荧光法

高效液相色谱法简称HPLC，20世纪60年代后期开始发展，该方法具有相对比较新颖、精确度较高、重复性良好、分辨率相对较高的优点。荧光法具有能够提高检测的灵敏度和良好的选择性等优点，可以很好地将同分异构体分离，有利于检测目标物的准确定量。因此将两种检测方法结合在一起，能够进一步提高对苯并芘检测的精度和准确率。在HPLC检测苯并芘的研究方面，李念念等用HPLC对腊肉中的苯并芘进行测定，测定结果表明，苯并芘的检出限和定量限可达0.15μg/kg和0.5μg/kg。程威威等用HPLC对芝麻油中的苯并芘进行检测，结果表明与国家标准相比，高效液相色谱-荧光法的精确度相对较高。

2.2气相色谱-质谱联用法

气相色谱-质谱联用法简称GC-MS。气相色谱对待测样品进行检测时具有很高的分离能力，而质谱具有灵敏性相对较高和对未知的物质进行定性分析的优点。气相色谱和质谱联用能够扬长避短，使混合物样品在气相色谱中进行分离后再进入质谱中，能够快速简便地对比较复杂的化合物进行分离，气相色谱-质谱联用法也是对苯并芘进行痕量和微量检测分析的重要检测方法之一。在气相色谱-质谱联用法检测苯并芘的研究方面，李玮等用此方法对奶粉中的苯并芘进行检测，检测时首先用甲醇-氢氧化钾对样品进行皂化，用甲苯进行提取，经过滤膜过滤，测定得出苯并芘的检测限是0.3μg/kg。

2.3液相色谱-质谱联用法

液相色谱-质谱联用法简称LC-MS，是具有很高的分離能力和定性鉴别能力的技术，在检测时能够实现对复杂样品的快速、高效分离。在LC-MS检测苯并芘的研究方面，刘玉兰等用此方法对食用油中苯并芘的含量进行检测，定量时采用内标法对样品的量进行标定，对样品进行分析得出苯并芘的检测限为0.2～30μg/L，检出限是0.1μg/L。该检测方法主要适用于样品的精确检测，但是由于费时比较长，对检测人员的要求比较高，当需要对大批量的样品进行快速检测时，此方法并不适用。

2.4表面增强拉曼光谱检测法

表面增强拉曼光谱法简称SERS，是在一些经过特殊处理的金属良导体表面或溶胶表面的作用下，利用光的拉曼闪射效应来对待测物质进行痕量分析的技术。肖海波检测时以苯膦酸锆包金的核壳新合成的纳米粒子为基底，对待检测的物质的苯并芘进行捕获，测得苯并芘检测限为10～8mol/L。表面增强拉曼光谱具有操作简便、快速、散射效应较强、检测灵敏度高和对样品无损伤等优点。肖旺对表面增强拉曼光谱技术快速检测水和食用油中苯并芘的方法进行研究，结果表明表面增强拉曼光谱技术具有快速、灵敏度高的特点。王珊对表面增强拉曼光谱技术快速检测食用油中苯并芘进行了研究，结果表明与传统GC-MS或HPLC相比，SERS法可使用便携式拉曼光谱仪对苯并芘进行现场检测，测试时间短，一般为数十秒至1～2min。但是这种方法目前还不够成熟，在检测过程中还存在许多问题，如对样品进行定量分析时不够准确，不同材料同基底之间的吸附性上也存在差异，稳定性和重视性控制也比较困难，还有待对其继续研究探索。

3免疫学苯并芘检测技术

1971年，Engvall等利用抗原和抗体反应时的特异性，将其与酶反应的催化性、高效性结合为一体，从而开创出了酶联免疫吸附分析法，并以此为基础建立免疫学快速检测方法。该方法不但能够简便、快速、灵敏地对样品进行分析，而且对仪器和操作人员的要求相对比较低，不需要昂贵的大型仪器，减少了成本。同时适用于大批量样品的检测，在检测过程中也不容易出现因为机器的影响而使结果产生误差的现象。但是高脂高蛋白样品会存在一定的假阳性。

3.1试剂盒法

试剂盒法是利用非竞争性酶联免疫吸附法的原理，将制备好的单克隆抗体固定到试剂盒上，利用该试剂盒对特定样品进行定性和定量快速检测的一种方法。邵辉锋通过碘代对苯并芘的分子式进行改造，再通过Heck进行偶联合成苯并芘的羰基衍生物，制备出苯并芘的人工抗原，并确定苯并芘的线性检测范围。史巧巧等把苯并芘和氨基进行偶联制成完全抗原，通过免疫小鼠获得苯并芘的单克隆抗体。组装成苯并芘快速检测ELISA试剂盒，得出BaP-Kit的标准曲线呈“S”，与检测时的线性要求相符。Matschulat等制备出苯并芘的单克隆抗体，以此单抗为基础通过酶联免疫吸附的方法来检测水中苯并芘的含量，其IC₅₀为24μg/L。Pschenitza等利用固相萃取结合酶联免疫吸附的方法对食用油中苯并芘的含量进行检测，测得检测下限为0.63μg/g。

3.2电化学免疫传感器

电化学免疫传感器是将制备好的单克隆抗体固定在电极表面作为敏感元件，当抗原和抗体之间的反应达到平衡状态时，将此时的生物反应信号转化为电信号，通过电极输出对待测物质进行检测的技术。该技术灵敏度相对比较高，对待测物质具有很高的选择性，当待检测样品数量很大时可以采用此方法。费世东等把一次性丝网印刷电极作为基底，建立起苯并芘的电化学传感器，对水样中的苯并芘进行检测，最低检测限是0.035μg/L。

3.3金标免疫层析技术

金标免疫层析技术是根据单克隆抗体技术建立的一种固相免疫技术，与酶联免疫技术相似，都是属于一种快速的检测技术。但是与酶联免疫技术相比，金标免疫层析技术不需要专门的仪器设备，检测所需时间更短，大约10min即可完成检测。而且该试纸卡操作十分简便，与其他检测方法相比价格相对较低，对待测物质具有较高的灵敏度。刘波等利用该技术建立起了对食用油中苯并芘进行检测的试纸条，检测限可达5～10μg/L，对食用油中苯并芘的含量具有快速准确的判定。

4结论

苯并芘是世界公认的致癌物质之一，在自然界的分布相当广泛，人类可以通过各种途径接触到苯并芘，如何快速检测出食品中的苯并芘并对其进行控制就显得尤其重要。在未来的检测研究中，化学检测方法并不适用于苯并芘的快速检测，但是需要对样品进行精密检测时采用此方法更为合适；表面增强拉曼光谱法虽然具有快速和对样品无损等优点，但是该方法目前的发展还不够成熟，需要进行进一步的研究和探索；免疫学方法由于其灵敏、特异性强、快速和对操作人员要求相对较低等优点，在以后苯并芘的快速检测中应用会更加广泛。