王 強(qiáng),王旭峰,趙東豪,黎智廣,蔡 楠,關(guān)婉琪,黃 珂,李劉冬*
(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所,農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室
(廣州),農(nóng)業(yè)部漁業(yè)環(huán)境及水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(廣州),廣東 廣州 510300)
氨基糖苷類藥物(aminoglycosides,AGs)屬于廣譜類抗生素,其分子結(jié)構(gòu)由氨基糖與氨基環(huán)醇通過糖苷鍵連接而成,臨床上主要用于對革蘭氏陰性菌、綠膿桿菌等感染的治療,可有效抑制細(xì)菌的生長和繁殖[1-3]。在畜牧水產(chǎn)行業(yè)中,AGs常被添加到動(dòng)物飼料或其他餌料中,用于預(yù)防疾病和促進(jìn)生長,其進(jìn)入動(dòng)物機(jī)體后與動(dòng)物組織有很強(qiáng)的親和力,殘留代謝時(shí)間較長[4-6]。耳毒性和腎毒性是AGs共有的毒副作用,會(huì)影響神經(jīng)傳導(dǎo),引發(fā)菌群失調(diào)從而損害腸道的吸收。消費(fèi)者直接食用這類殘留超標(biāo)的動(dòng)物食品會(huì)帶來潛在的危害。目前,我國農(nóng)業(yè)部、美國FDA和歐盟委員會(huì)等相關(guān)管理機(jī)構(gòu)對動(dòng)物性食品中常用的氨基糖苷類抗生素都設(shè)置了殘留限量標(biāo)準(zhǔn)[7-9]。因此,有必要建立準(zhǔn)確有效的檢測方法,從而進(jìn)一步加強(qiáng)該類藥物在動(dòng)物性食品中的風(fēng)險(xiǎn)隱患排查。
目前,AGs的殘留定量檢測主要依靠以液相色譜法為基礎(chǔ)的儀器分析法[10]。由于該類物質(zhì)極性大,易溶于水且與樣品基質(zhì)結(jié)合緊密,樣品提取后凈化難度大,現(xiàn)有的文獻(xiàn)方法多采用固相萃取技術(shù),常用的有HLB[8,10,13]和WCX[14-15]等通用型固相萃取柱,但其專屬凈化效果不強(qiáng),樣品基質(zhì)干擾嚴(yán)重,導(dǎo)致方法靈敏度差,回收率不穩(wěn)定。高玲等[1]建立了高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定水產(chǎn)品中5 種AGs類抗生素,樣品經(jīng)磷酸緩沖液(含50 mmol/L庚烷磺酸鈉)提取后,用HLB固相萃取進(jìn)行凈化;GB/T 21323—2007《動(dòng)物組織中氨基糖苷類藥物殘留量的測定 高效液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法》方法中樣品提取后,在提取液中加入一定量的七氟丁酸溶液,經(jīng)C18固相萃取柱凈化后上機(jī)測定;這些方法引入了離子對試劑,會(huì)造成質(zhì)譜檢測器信號抑制和離子源的污染。
相比于傳統(tǒng)固相萃取技術(shù),免疫親和柱(immunoaffinity column,IAC)凈化是通過抗原抗體之間特異性的分子識別而建立的分離萃取技術(shù),具有特異性好、凈化徹底和樣品富集效率高等優(yōu)點(diǎn),可以從復(fù)雜的待測樣品中有目的地捕獲提取目標(biāo)物[16-18]。研究表明,樣品經(jīng)IAC凈化后無明顯的基質(zhì)效應(yīng),目標(biāo)物響應(yīng)強(qiáng)度高,無需采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線定量檢測結(jié)果,凈化效果顯著優(yōu)于HLB和C18等通用型固相萃取柱,且使用后的IAC可用緩沖液平衡再生,重復(fù)利用率高[19-21]。而進(jìn)一步推進(jìn)IAC在復(fù)雜基質(zhì)樣品前處理中的推廣應(yīng)用,是目前獸藥多殘留檢測的熱點(diǎn)[22-23]?,F(xiàn)有的AGs類IAC主要是單一型柱,即一次測定一種藥物含量,李哲等[24]以四甲氧基硅烷為柱載體制備IAC,該柱對慶大霉素標(biāo)準(zhǔn)品的回收率均大于60%,可重復(fù)使用5 次。鄭琦等[25]以新霉素多克隆抗體為配基制備IAC,用高效液相色譜測定南美白對蝦中新霉素,所制備IAC的最大柱容量為2 182 ng/mL,該柱可重復(fù)使用5 次,并于4 ℃貯存110 d,性能良好。而目前可應(yīng)用于安普霉素(apramycin,APR)和卡那霉素(kanamycin,KAN)樣品凈化處理的IAC國內(nèi)尚鮮見報(bào)道。本研究制備了復(fù)合型IAC,其可以同時(shí)保留慶大霉素(gentamicin,GEN)、KAN和APR,樣品提取液經(jīng)IAC凈化后,用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)分析測定,建立一種快速、簡便、高效測定魚蝦肉中3 種AGs的分析方法。
魚蝦樣品由農(nóng)業(yè)部漁業(yè)環(huán)境及水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(廣州)提供。
CNBr-Sepharose 4B溴化氰活化瓊脂糖凝膠(46~165 μm) 美國GE Healthcare公司;GEN、KAN、APR、鏈霉素、雙氫鏈霉素、妥布霉素、大觀霉素、阿米卡星標(biāo)準(zhǔn)品(純度>92%) 德國Dr.Ehrenstorfer公司;甲醇、乙腈(色譜純) 美國Fisher Scientic公司;Na2EDTA 廣州化學(xué)試劑廠;GEN、KAN、APR多克隆抗體為本實(shí)驗(yàn)室自制;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
Acquity UPLC I-Class/Xevo TQS超高效液相色譜儀串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀(配備電噴霧離子源及Masslynx數(shù)據(jù)處理軟件) 美國Waters公司;5810型臺式離心機(jī)德國Eppendorf公司;MS3旋渦混合器 德國IKA公司;Milli-Q去離子水發(fā)生器 美國Millipore公司;N-EVAP-111型12位氮吹儀 美國Organomation公司;24通道固相萃取裝置 美國Phenomenex公司;UV-1601紫外-可見分光光度計(jì) 日本日立公司。
1.3.1 溶液的配制
AGs標(biāo)準(zhǔn)溶液:分別稱取適量AGs標(biāo)準(zhǔn)品,用乙腈-水(1∶9,V/V)溶解并稀釋成質(zhì)量濃度均為500 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液,置于塑料離心管中4 ℃避光保存。使用時(shí)用乙腈-0.1%甲酸溶液(1∶1,V/V)配成不同質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。
磷酸鹽緩沖液(PBS,pH 7.4,0.01 mol/L,含0.01% NaN3):分別稱取KH2PO40.2 g、NaCl 8 g、Na2HPO4·12H2O 2.9 g、KCl 0.2 g,加水溶解定容至1 000 mL。
混合提取試劑(含0.4 mmol/L EDTA和2%三氯乙酸溶液):準(zhǔn)確稱取磷酸二氫鉀1.36 g,用980 mL水溶解,用1.0 mol/L鹽酸溶液調(diào)pH 4.0,分別加入Na2EDTA 0.15 g和三氯乙酸20 g,溶解并定容至1 000 mL。
1.3.2 IAC的制備
參照CNBr-Sepharose 4B產(chǎn)品說明書并略有改變,具體操作步驟如下:
洗滌:于玻璃燒杯中準(zhǔn)確稱取CNBr-Sepharose 4B干粉1.0 g,加入5 mL HCl溶液(1 mmol/L),攪拌溶脹后轉(zhuǎn)移至G3砂芯漏斗上,用200 mL HCl溶液(1 mmol/L)充分洗滌,進(jìn)一步用200 mL NaHCO3溶液(pH 8.3,0.1 mol/L)洗滌平衡。
偶聯(lián):將上述濕膠轉(zhuǎn)移至玻璃燒杯中,分別加入1.5 mL GEN抗體(4.6 mg/mL)、1.2 mL KAN抗體(5.8 mg/mL)和3.0 mL APR抗體(2.3 mg/mL),室溫下緩慢攪拌2 h后于4 ℃反應(yīng)過夜,使抗體與凝膠充分偶聯(lián)。隨后,將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至砂芯漏斗上,收集流出液體,進(jìn)一步用約30 mL上述NaHCO3溶液洗去未與凝膠偶聯(lián)的抗體,紫外分光光度計(jì)(280 nm)測定流出液和洗滌液中未偶聯(lián)蛋白含量,計(jì)算反應(yīng)偶聯(lián)率。
封閉:先用10 mL Tris-HCl緩沖液(pH 8.0,0.1 mol/L)在砂芯漏斗洗滌上述凝膠,隨后將全部凝膠用10 mL Tris-HCl緩沖液轉(zhuǎn)移至燒杯中,4 ℃封閉2 h。
平衡:用25 mL醋酸鹽緩沖液(pH 8.0,0.1 mol/L)和20 mL Tris-HCl緩沖液(pH 8.0,0.1 mol/L)交替沖洗平衡上述凝膠。
裝柱:取6 支3 mL的固相萃取空柱,每個(gè)柱子裝填0.5 mL上述濕膠,上端加裝篩板后注入適量的PBS(pH 7.4,0.01 mol/L)于4 ℃密封保存。
1.3.3 色譜及質(zhì)譜條件
色譜條件:色譜柱:Waters ACQUITY BEH Amide柱(100 mm×2.1 mm,1.7 μm);柱溫:40 ℃;進(jìn)樣量:10 μL;流速:0.30 mL/min;流動(dòng)相:乙腈(A)和0.05%甲酸溶液(B)。梯度洗脫程序:0~2.5 min,95%~20% A;2.5~4.5 min,20% A;4.5~5.5 min,20%~95% A;5.5~7.0 min,95% A。
質(zhì)譜條件:電噴霧離子源;正離子掃描;離子源溫度:150 ℃;毛細(xì)管電壓:3.5 kV;脫溶劑氣溫度:600 ℃;脫溶劑氣流量:750 L/h;碰撞氣流速:0.15 mL/min,錐孔反吹氣流量:150 L/h;監(jiān)測方式:多反應(yīng)監(jiān)測,定性及定量離子對、錐孔電壓、碰撞能量等質(zhì)譜條件如表1所示。
表1 3 種化合物的MRM離子對及質(zhì)譜條件參數(shù)Table 1 MRM transition and mass spectrometric parameters for the 3 analytes
1.3.4 樣品提取與凈化
準(zhǔn)確稱取已充分均質(zhì)的魚蝦肉樣品[26]2.0 g于50 mL聚苯乙烯離心管中,加入20 mL混合提取試劑,渦旋振蕩提取10 min,4 000 r/min離心5 min。取10 mL上清液于另一干凈離心管中,用1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)樣品溶液pH 7.5左右,加入10 mL PBS(pH 7.4,0.01 mol/L)。IAC預(yù)先用15 mL PBS(pH 7.4,0.01 mol/L)平衡后,將上述樣品提取液以每秒1~2 滴的速率通過IAC,上樣結(jié)束后用5 mL PBS(pH 7.4,0.01 mol/L)和5 mL水沖洗IAC,擠干柱內(nèi)液體,用4 mL 0.1%甲酸-甲醇溶液洗脫,收集洗脫液,于45 ℃氮?dú)獯蹈?,? mL乙腈-0.1%甲酸溶液(1∶1,V/V)溶解并定容,經(jīng)0.2 μm濾膜后供UPLCMS/MS分析。
1.3.5 方法驗(yàn)證
將GEN、KAN和APR的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用乙腈-0.1%甲酸溶液(1∶1,V/V)分別配制成質(zhì)量濃度為80~500、20~500 μg/L和20~500 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液,用UPLC-MS/MS進(jìn)行分析,以標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)x,以對應(yīng)峰面積為縱坐標(biāo)y,獲取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線和相關(guān)系數(shù)。在空白樣品中添加低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照1.3.4節(jié)方法處理后上機(jī)測定,記錄保留時(shí)間和峰面積,以信噪比RSN≥3和RSN≥10分別確定方法的檢出限及定量限。
稱取空白魚肉和蝦肉樣品,分別添加相當(dāng)于80、200 μg/kg和400 μg/kg含量水平的GEN標(biāo)準(zhǔn)工作液,20、50 μg/kg和100 μg/kg含量水平的KAN和APR標(biāo)準(zhǔn)工作液,渦旋混勻后于室溫下靜置30 min。每個(gè)質(zhì)量濃度水平制作6 個(gè)平行樣品,按1.3.4節(jié)所述方法處理,外標(biāo)法定量,計(jì)算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD),考察方法的準(zhǔn)確度和精密度。
1.3.6 樣品測定
從2016—2017年度廣東省水產(chǎn)品例行監(jiān)測樣本庫(水產(chǎn)批發(fā)市場或超市所采集)中,抽取草魚8 份、鯽魚6 份、鱸魚4 份、烏鱧5 份、鱖魚5 份和南美白對蝦12 份,經(jīng)1.3.4節(jié)方法處理后進(jìn)行測定。
采用Waters Masslynx 4.1軟件對UPLC-MS/MS所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分處理,并導(dǎo)出色譜圖,其他數(shù)據(jù)和圖譜經(jīng)OriginPro 8.5繪圖軟件分析處理。
選擇電噴霧離子源正離子模式,對AGs的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行IntelliStart掃描,對毛細(xì)管電壓、脫溶劑氣溫度和碰撞能量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果如圖1所示。AGs類物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)氨基和羥基,極性大,親水性強(qiáng),在普通的反相C18色譜柱上難以保留,往往需要在流動(dòng)相中添加七氟丁酸或三氟乙酸等離子對試劑實(shí)現(xiàn)色譜分離。本研究選用ACQUITY UPLC BEH Amide色譜柱,其柱體的鍵合固定相是基于亞乙基橋雜化(BEH)顆粒的三鍵鍵合酰胺基(Amide),屬于親水作用液相色譜柱,流動(dòng)相初始比例可以保持在95%的有機(jī)相,水相中無需添加其他鹽或離子對試劑等改性劑增加目標(biāo)物的保留效果,非常適合于分離高極性的化合物[27-28]。
圖1 3 種AGs(200 μg/L)的多反應(yīng)監(jiān)測色譜圖Fig. 1 MRM chromatograms of a mixed standard solution (200 μg/L)of the three AGs
流動(dòng)相比較了甲醇-水、乙腈-水、甲醇-甲酸溶液和乙腈-甲酸溶液,其中甲酸的體積分?jǐn)?shù)為0.01%~0.5%。結(jié)果表明,水相單純使用水時(shí),AGs幾乎不出峰,而水相中僅添加0.01%甲酸,色譜峰形有明顯的改善,甲酸的添加有助于質(zhì)譜的正電離,但此時(shí)目標(biāo)峰形較寬;當(dāng)甲酸體積分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí),3種AGs的峰形尖銳,進(jìn)一步增加甲酸含量,目標(biāo)物的峰面積響應(yīng)值反而有所降低。使用乙腈洗脫的效果顯著優(yōu)于甲醇,向水相中添加不同濃度的乙酸銨(5~50 mmol/L),結(jié)果目標(biāo)物的保留時(shí)間和峰形沒有顯著的變化。如圖1所示,在0.05%甲酸溶液-乙腈流動(dòng)相體系下進(jìn)行梯度洗脫,3 種物質(zhì)峰響應(yīng)值高且峰形尖銳對稱,保留時(shí)間穩(wěn)定,滿足定量分析檢測的要求。
2.2.1 抗體偶聯(lián)率測定結(jié)果
瓊脂糖凝膠是制備IAC最常用的柱體基質(zhì),其依靠糖鏈之間的次級鏈維持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具有相對穩(wěn)定的生物化學(xué)性質(zhì)[18]。商業(yè)化的CNBr-Sepharose 4B具有良好的親水性且易于活化,1 g CNBr-Sepharose 4B干粉可以溶脹獲得約3.5 mL濕膠。研究表明每毫升溶脹的凝膠與4~10 mg抗體偶聯(lián)可以獲得性能優(yōu)良的IAC[29-30]。本實(shí)驗(yàn)向反應(yīng)液中投入約21 mg的抗體總量,即每毫升膠體與大約6 mg的抗體蛋白進(jìn)行偶聯(lián),通過測定反應(yīng)流出液和洗滌液中蛋白含量,測得抗體與凝膠的偶聯(lián)率為91.8%。每個(gè)IAC(0.5 mL)中的單個(gè)抗體絕對質(zhì)量約為0.91 mg。
2.2.2 柱容量的選擇
柱容量是影響IAC性能的重要指標(biāo),通過向IAC加載過量的標(biāo)準(zhǔn)溶液,計(jì)算過柱前后目標(biāo)物質(zhì)含量的差異,計(jì)算IAC柱容量。取20 mL質(zhì)量濃度為100 ng/mL的AGs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,緩慢地加載至IAC上,檢測上樣液中漏穿的目標(biāo)物質(zhì)含量X。柱容量/(ng/mL)=(2 000-X)/0.5,其中,2 000為加載至IAC上單個(gè)物質(zhì)的絕對質(zhì)量/ng,0.5是單個(gè)IAC凝膠的體積/mL。結(jié)果表明,GEN、KAN和APR的IAC容量分別為1 127、1 368、925 ng/mL,而針對鏈霉素、雙氫鏈霉素、妥布霉素、大觀霉素和阿米卡星等其他氨基糖苷類物質(zhì)則無保留。
2.2.3 洗脫液及其體積的選擇
取10 mL質(zhì)量濃度為20 ng/mL混標(biāo)上樣,分別采用80%、90%、100%甲醇溶液作為洗脫液,洗脫體積均為10 mL,考察3 種AGs的回收率。結(jié)果表明,隨著甲醇體積分?jǐn)?shù)的增加,回收率不斷增加,當(dāng)使用純甲醇洗脫時(shí),3 種物質(zhì)的回收率保持在80%左右??赡苁怯捎贏Gs水溶性極強(qiáng),僅使用有機(jī)溶劑無法將其從IAC上徹底洗脫,因此本研究嘗試降低洗脫液的pH值,分別采用0.1%甲酸-甲醇溶液和1%甲酸-甲醇溶液進(jìn)行洗脫,結(jié)果如圖2所示,使用0.1%甲酸-甲醇溶液洗脫時(shí)3 種AGs的回收率為90.5%~94.1%,而使用pH值更低的1%甲酸-甲醇溶液洗脫時(shí)回收率并沒有進(jìn)一步提高。收集0.1%甲酸-甲醇溶液的洗脫液(1 mL/管),上機(jī)測定洗脫液中的目標(biāo)物質(zhì)含量,結(jié)果顯示洗脫液第4管里目標(biāo)物質(zhì)的含量已經(jīng)很低,前4 管洗脫液里3 種AGs總量的回收率均大于90%,為節(jié)約下一步氮?dú)鉂饪s的時(shí)間,并降低過多溶劑對IAC容量的破壞,洗脫液體積選擇4 mL。
圖2 不同洗脫條件下AGs的回收率(n=3)Fig. 2 Recoveries of AGs (200 ng) under different elution conditions (n = 3)
2.2.4 IAC穩(wěn)定性
圖3 IAC容量的變化Fig. 3 Variation in the AG adsorption capacity of the IAC column after repeated use
將所制備的IAC在20 d內(nèi)連續(xù)使用10 次,每隔2 d使用一次,每一次洗脫后用PBS(pH 7.4,0.01 mol/L)再生后于4 ℃密封保存,計(jì)算柱容量和回收率的變化。結(jié)果表明(圖3),隨著IAC的多次使用,3 種物質(zhì)的柱容量隨之不斷下降,使用10 次后柱容量下降至392~445 ng/mL,柱容量整體下降了約60%,此時(shí)按照1.3節(jié)方法條件處理時(shí)回收率仍可以達(dá)到88.3%~96.6%。在實(shí)際樣品測定中,如果待測樣品中目標(biāo)物含量較高,可將樣品提取液進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂尯笥糜贗AC凈化處理,依然可以滿足檢測需求。同時(shí),本研究結(jié)果表明,將IAC置于4 ℃密封保存1~6 個(gè)月,其柱容量沒有明顯的變化,3 種AGs的回收率大于90%。
表2 線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限Table 2 Linear ranges, linear equations, correlation coefficients, limits of detection and limits of quantification for the AGs
由表2可知,GEN在80.0~500 μg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi),KAN和APR在20~500 μg/L質(zhì)量濃度范圍具有良好的線性,相關(guān)系數(shù)均大于0.995。在空白樣品中分別添加AGs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照1.3節(jié)方法處理,以3 倍和10 倍信噪比計(jì)算出方法的檢出限和定量限,分別為10~40 μg/kg和20~80 μg/kg。
由于待測物質(zhì)具有較高的水溶性和質(zhì)子化傾向,易與組織成分結(jié)合或被玻璃器皿吸附,在整個(gè)樣品前處理過程均需要采用聚丙烯塑料類容器?;旌咸崛∫褐泻?%的三氯乙酸溶液用于除去大部分的蛋白,提取液經(jīng)NaOH溶液調(diào)至中性后加入等體積的PBS(pH 7.4,0.01 mol/L),進(jìn)一步用IAC對其凈化。每個(gè)添加水平重復(fù)5 次,計(jì)算平均回收率和精密度。結(jié)果表明(表3),魚肉基質(zhì)中3 種目標(biāo)待測物的平均回收率為71.7%~96.8%,RSD為5.2%~8.8%;蝦肉基質(zhì)中目標(biāo)待測物的平均回收率為75.8%~96.4%,RSD為4.2%~10.9%。方法準(zhǔn)確度和精密度良好,滿足水產(chǎn)品中3 種AGs殘留檢測的要求。
表3 魚肉和蝦肉中AGs的回收率和精密度(n=6)Table 3 Recoveries and precisions for the AGs in spiked fi sh and shrimp (n= 6)
采用所建立的方法測定了廣東省內(nèi)的水產(chǎn)批發(fā)市場或超市的40 批次魚蝦類樣品,未檢出GEN、KAN、APR 3 種AGs殘留。
本研究制備了一種復(fù)合型IAC,其針對GEN、KAN、APR的柱容量分別為1 127、1 368、925 ng/mL,洗脫液選用4 mL 0.1%甲酸-甲醇溶液。IAC于20 d內(nèi)連續(xù)使用10 次后,柱容量下降至392~445 ng/mL,但回收率沒有明顯的變化,有效期為6 個(gè)月。魚蝦肉樣品用磷酸鹽緩沖液提取,提取液經(jīng)IAC凈化后選用親水性的BEH Amide色譜柱分離待測的物質(zhì)。該方法操作簡便,靈敏度高,雜質(zhì)干擾少,能夠較好地滿足魚蝦中3 種AGs殘留檢測的需要。