程利俠, 郝華玲, 呂長平, 崔倩

三種咪唑物質檢測技術研究進展

程利俠, 郝華玲, 呂長平, 崔倩

(甘肅煙草工業(yè)有限責任公司 技術研發(fā)中心, 甘肅 蘭州, 730050)

咪唑、2-甲基咪唑及4-甲基咪唑是一類五元雜環(huán)小分子化合物, 2-甲基咪唑和4-甲基咪唑是同分異構體, 常是氨(銨)法生產食品添加劑—焦糖色素的副反應產物, 是影響食品添加劑安全性的重要因素。其中4-甲基咪唑會抑制細胞色素P450同功酶, 引起人體畸變、癌變等癥狀, 危害人體健康。近年來, 有文獻先后報道了咪唑及(2-或4-)甲基咪唑的測定方法。因此, 就近年來常用的咪唑和(2-或4-)甲基咪唑檢測技術進行了較全面的綜述, 對各種檢測技術的檢測原理及各自的優(yōu)缺點進行了比較分析, 并進一步展望了咪唑類物質檢測技術的發(fā)展方向, 為咪唑類物質的研究提供新的思路和方法。

咪唑; 同分異構體; 添加劑; 焦糖色素

近年來, 食品安全受到全世界人們的關注, 我國對食品添加劑的使用衛(wèi)生標準做出規(guī)定, 規(guī)定不同種類添加劑的使用量[1]。焦糖色素是最常用的添加劑, 被廣泛應用于香料、醬油、料酒、飲料等, 它是一種濃黑褐色粘稠物[2], 因其生產方法的不同而產生的副產物不同, 而2-甲基咪唑和4-甲基咪唑是最可能產生的副產物[3–4], 其中, 4-甲基咪唑被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構公布列為2B類致癌物[5]。為了管控4-甲基咪唑, 各國均制定了焦糖色素中4-甲基咪唑的限量指標, 我國規(guī)定了焦糖色素中4-甲基咪唑的含量不得超過200 mg/kg[6], 對咪唑及2-甲基咪唑的含量沒有規(guī)定, 但其對人體的危害不容忽視。當前, 煙草行業(yè)要求監(jiān)控煙用香料中咪唑類物質的含量。為了更準確的測定煙用香料中咪唑類物質, 本文簡要綜述了常用的咪唑類物質的檢測方法, 以便為相關研究提供新的思路和方法。

咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑都是分子量比較小的化合物, 在樣品中含量較低, 基質復雜, 干擾物質多, 很難直接測定, 要求其測定技術具有靈敏度高, 選擇性強、快速高效等優(yōu)點。近年來, 咪唑類物質的檢測方法多種多樣, 主要可分為傳統(tǒng)檢測方法和新型檢測方法兩類。

1 傳統(tǒng)檢測方法

傳統(tǒng)檢測方法主要有滴定法、紫外可見光譜法、氣相色譜法、液相色譜法、薄層法和毛細管等速電泳法, 這些方法應用范圍廣, 已被廣泛應用于不同樣品中咪唑及(2-或4-)甲基咪唑的測定。

1.1 VOLHARD法

VOLHARD法又稱佛爾哈德法, 有直接滴定和返滴定兩種方式, 屬于沉淀滴定法[7], 該方法用Fe3+為指示劑(如鐵銨礬NH4Fe(SO4)2·12H2O)), 再用硫氰酸銨作標準溶液滴定含有銀離子的溶液。在滴定過程中, 首先析出白色硫氰酸銀沉淀, 當接近滴定終點時, 硫氰酸銨標準溶液與Fe3+生成紅色配位化合物, 從而指示滴定終點, 其反應原理如圖1。施先義[8]利用VOLHARD法化學反應原理, 采用過量的硝酸銀溶液與2-甲基咪唑反應生成不溶性的銀鹽, 然后以鐵銨礬作指示劑, 用硫氰酸銨標準溶液滴定剩余的的硝酸銀。該法操作簡單, 對儀器要求不高, 但終點的判斷會給實驗帶來較大的誤差, 靈敏度不高。

圖1 VOLHARD法反應原理圖

1.2 紫外可見光譜法

紫外可見光譜法是利用某些物質的分子在10～800 nm紫外-可見光譜區(qū)有特征吸收峰, 在根據(jù)紫外可見吸收光譜圖上的位置和強度對其進行測定。這一方法的應用局限于在紫外可見光譜區(qū)有吸收的化合物的檢測。紫外可見光譜法常用于共軛體系的定量分析。李繼民等[9]利用紫外可見光譜法測定醬油中的4-甲基咪唑含量; 陳巖等[10]采用紫外可見光譜法測定食醋中4-甲基咪唑含量; 該方法操作比較簡單, 但靈敏度低, 容易出現(xiàn)假陽性的結果。

1.3 氣相色譜法

氣相色譜法采用惰性氣體作為流動性, 當樣品通過進樣系統(tǒng)進入不同極性的色譜柱中, 利用流動相和固定相間分配系數(shù)的差異, 在載氣的作用下, 不同組分在反復多次分配后依次分離, 根據(jù)組分的物理及化學性質, 并結合各組分的保留時間及標準曲線來進行定性和定量分析。氣相色譜又細分為氣相色譜[11]、毛細管氣相色譜[12]、選擇離子氣質聯(lián)用[13]和氣相色譜串聯(lián)質譜[14]。在實際應用中, 對于易揮發(fā)、易分離、組分簡單的樣品, 該方法能準確分析樣品; 但對于組分復雜難分離的樣品, 該方法很難準確分析樣品, 而且樣品前處理方法也會比較復雜, 影響重復性。

1.4 液相色譜法

液相色譜法與氣相色譜法原理類似, 只是流動相為液體, 常用的流動相為甲醇、乙腈、水等混合溶劑, 當樣品通過進樣系統(tǒng)進入不同極性的色譜柱(填充柱)中, 由于流動相和固定相間分配系數(shù)的差異, 在液體流動相的洗脫作用下, 不同組分在反復多次分配后依次分離。再根據(jù)組分的物理及化學性質, 通過熒光、紫外或串聯(lián)質譜進行測定, 并結合各組分的保留時間及標準曲線來進行定性和定量分析?，F(xiàn)在常用的液相色譜大多為高效液相色譜, 又分為高效液相法[15]、液相-串聯(lián)質譜法[16], 適用與熱敏感、受熱分解, 難揮發(fā)以及氣相色譜難分離的化合物, 對于分子量較小的咪唑類化合物如果直接測定, 可能會受到流動相的影響, 所以在樣品前處理時對其進行衍生化, 使其轉變成易于測定具有熒光性的衍生物, 王妙飛等[17]采用柱前衍生化測定飲料中的4-甲基咪唑, 程利俠等[18]采用柱前衍生化測定煙用添加劑中的咪唑。這類方法選擇性比較強, 靈敏度高, 但缺點是操作比較復雜。

1.5 薄層法

薄層法又稱薄層色譜法, 屬于固-液吸附色譜, 該法利用自制或市售的薄層板, 將待分離的樣品用毛細管點在薄層板的一端, 涼干后將薄層板置于展開容器中(注意展開劑一定要低于薄層板點樣位置), 利用不同組分在展開劑中吸附能力不同的原理, 經過多次吸附和解吸附, 從而將樣品中各組分分離, 再通過紫外燈、加熱或噴灑顯色劑來觀察組分的分離情況。該方法操作簡單便捷、設備簡單、分離速度快、顯色方法多樣、靈敏度高, 特別適合樣品量少, 揮發(fā)性小, 高溫不穩(wěn)定的化合物分離; 也可用于跟蹤化學反應, 快速鑒別樣品中是否含有某種已知成分。趙麗[19]曾用該法測定食品中4-甲基咪唑, 快速區(qū)分醬油、醋、可樂等食品是天然釀造還是人工配制。但該方法的缺點是不適合生物大分子物質的分離, 定量也比較困難, 可結合薄層掃描儀進行定量分析。

1.6 毛細管等速電泳法

毛細管等速電泳法是根據(jù)樣品的有效淌度的差別對其進行分離的方法?；驹頌? 當試樣通過進樣閥或微量注射器, 加到前導電解質和結尾電解質之間的毛細管中時, 由于前導離子、尾隨離子和待分離組分都帶有同樣的電荷, 泳動方向一致而得以分離[20]。該方法具有分析速度快, 試樣用量少, 多組分可同時進行。1989年Kvasnicka F[21]提出了毛細管等速電泳法測定焦糖色素中的4-甲基咪唑。但該方法的缺點是操作繁瑣, 分離效率低, 定量比較困難。

2 新型檢測方法

2.1 拉曼光譜法

拉曼光譜法是利用分子振動光譜來分析物質含量的方法, 但由于物質的拉曼散射面小, 拉曼光譜強度不高, 難以準確檢測, 需要進行增強效應后對物質進行分析。因此, 將通過表面增強拉曼散射效應的分析方法稱作表面增強拉曼光譜法, 該方法利用金、銀、銅等粗糙表面分子拉曼信號增強效應, 建立一種選擇性好, 快速無損且靈敏度高, 可實現(xiàn)原位實時檢測的分析方法, 并已逐步發(fā)展成為一種具有廣泛應用前景的分析檢測手段, 在食品安全檢測領域顯示出巨大的應用潛力。陳小曼等[22]采用表面增強拉曼光譜法檢測飲料中4-甲基咪唑和2-甲基咪唑, 為4-甲基咪唑和2-甲基咪唑的檢測提供了新方法。但該方法容易受熒光現(xiàn)象或其它物質的干擾而影響樣品分析。

2.2 電化學傳感器法檢測4-甲基咪唑

電化學傳感器法是以2, 5-二巰基-1, 3, 4-噻二唑、乙酰丙酮和MnCl2為原料, 采用簡單的溶液反應合成了水溶性的錳配合物, 并將該配合物自組裝在金電極表面上, 制備的一種能夠對咪唑類化合物選擇性響應的新型的電化學阻抗傳感器, 利用該傳感器建立了一種選擇性測定飲料中4-甲基咪唑的方法。該方法專一性強、靈敏度高。李偉等[23]已采用該方法測定飲料中的4-甲基咪唑, 結果非常滿意。

3 結論與展望

近年來, 人們對食品的安全性要求越來越高, 促使咪唑及甲基咪唑檢測技術迅速發(fā)展。新的分析手段的出現(xiàn)和多種分析手段的互補性應用正逐步解決咪唑類物質含量低, 基質復雜, 樣品量大等難點。目前, 國家對食品的監(jiān)控不斷加強, 對數(shù)據(jù)的準確性要求越來越高, 監(jiān)控范圍越來越大, 對檢測結果的時效性要求越來越快, 這都要求食品中咪唑類物質的檢測技術進一步發(fā)展以滿足需求, 而其發(fā)展方向主要可以概括為以下幾點: (1) 更高的靈敏度、更低的檢出限和定量限。(2) 高效, 快速, 在更短的時間內檢測的樣品數(shù)更多, 用時更短。(3) 更高的選擇性、特異性和抗干擾的能力。(4) 分析儀器更自動化, 微型化, 便攜化。(5) 減少污染, 對環(huán)境更綠色環(huán)保?？梢? 咪唑類物質的檢測技術尚有很大的發(fā)展空間, 需要人們建立更系統(tǒng)更全面的分析技術來滿足樣品的檢測需求。

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Recent advances in analytical methods of three imidazole substances

Cheng Lixia, Hao Hualing, Lv Changping, Cui Qian

(Technology R&D Center, Gansu Tobacco Industrial Co Ltd, Lanzhou 730050, China)

Imidazole, 2-methylimidazole and 4-methylimidazole are five-element heterocyclic small molecule compounds containing two nitrogen atoms. 2-methylimidazole and 4-methylimidazole are isomers, which are side products of caramel pigment produced by ammonia (ammonium) method, and important factors affecting the safety of food additives. In addition, 4-methylimidazole can inhibit the isoenzyme of cytochrome P450, cause human body distortion, cancer or other symptoms, and then endanger people's health. In recent years, a method for the determination of imidazole and (2- or 4-) methylimidazole has been reported. Therefore, the detection techniques of imidazole and (2- or 4-) methylimidazole are comprehensively reviewed, the detection principles, advantages and disadvantages of various detection techniques are analyzed and compared. Possible future directions of the detection techniques are also outlined in order to provide new ideas and methods for the research of imidazoles.

imidazole; isomers; additives; caramel pigment

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.01.018

S 572

A

1672–6146(2021)01–0086–04

程利俠, chenglx609@163.com。

2020–04–20

(責任編校: 郭冬生)