・904・ 色 谱 第3O卷 the determination of ethyl carbamate in Chinese rice wine and grape wine. Key words:ultra performance liquid chromatography(UPLC);electrospray ionization tandem mass spectrometry(ESI—MS/MS);ethyl carbamate;Chinese rice wine;grape wine 氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)是发酵 食品在发酵和贮存过程中产生的化学污染物…。 早在1943年,Nettleship等 就用实验证明了EC 具有致癌作用。2007年,国际癌症研究机构再次对 前国内外鲜有文献报道 。采用直接进样方式 检测黄酒和葡萄酒中的EC,简单快速,且不使用有 机溶剂,可弥补传统方法的欠缺。样品经简单稀释、 过滤后直接进样于UPLC—MS/MS测定EC含量的 方法尚未见文献报道。本研究建立了采用蒸馏水对 样品进行稀释、UPLC—ESI-MS/MS直接进样测定黄 EC进行评估,认为经食物(不包括酒精饮品)摄人 的EC量对健康的影响不大,但经食物和饮料酒摄 人的EC总量则可能对健康造成潜在危险 。随着 饮料酒销售量逐年上升,各国都更加关注其中的 EC水平。1985年,加拿大首先建立了饮料酒中的 EC限量,美国、捷克、法国及德国也先后开展了饮 料酒中EC最高限量的研究 。2005年,世界卫生 组织/联合国粮食与农业组织(FAO/WHO)食品添 加剂联合专家委员会(JECFA)第64次会议建议, 为了保障人类身体健康,应尽可能降低发酵饮料和 食品中EC含量 。对饮料酒中EC含量的准确定 量是监管和控制其含量的前提,为此,国际食品法典 委员会(CAC)、国际葡萄与葡萄酒组织(OIV)、美国 官方分析化学家协会(AOAC)、欧盟及韩国等许多 国际组织和国家都推荐了酒中EC检测的标准方 法。虽然我国有出口酒类中氨基甲酸乙酯的测定方 法。。 ,但方法繁琐、费时,难以满足目前快速准确分 析检测的需要 。为了更好地监控我国饮料酒中 的EC含量,保障消费者健康,为我国黄酒和葡萄酒 产品顺利出口提供技术支持,探索快速、准确的分析 方法显得尤为重要。 目前,国内外文献报道EC的检测方法较多,主 要有薄层色谱法 、气相色谱法 ’ 、高效液相色 谱一荧光检测器法(HPLC—FLD) 、气相色谱一质谱 法 ’ 、气相色谱一质谱/质谱法 等,但这些方法 有的灵敏度较低或易受干扰,并普遍需要对样品进 行复杂的前处理且分析时间长。目前,在EC检测 中应用得比较广泛的前处理方法主要有液液萃 取 ]、固相萃取 ”]、顶空.固相微萃取…,” 等,但在 实际应用过程中也存在着一定的局限性:如耗时费 力,消耗大量有机溶剂,对环境和操作者的身体健康 都会造成不良影响;或实验结果受操作者技能的影 响较大,重现性和稳定性相对较差。超高效液相色 谱-串联四极杆质谱仪(UPLC—MS/MS)集合了LC 的分离能力和串联四极杆质谱的高灵敏度定量监测 能力,且测定时间短,已成为定量分析强有力的工 具,非常适合黄酒和葡萄酒中EC的快速检测,但目 酒和葡萄酒中EC的方法。该方法灵敏度高、简便、 快速和准确,适合大批量黄酒和葡萄酒样品中EC 的检测及确证分析。 1 实验部分 1.1仪器与试剂 ACQUITY Ultra Performance LC ”超高效液相 色谱仪一ACQUITY TQD电喷雾串联四极杆质谱仪 (美国Waters公司);Milli-Q Reference超纯水发 生器(美国Millipore公司);0.22 m有机滤膜(美 瑞泰克科技有限公司)。 氨基甲酸乙酯(EC)、氨基甲酸丁酯(BC,内标) (纯度99.9%,德国Dr.Ehrenstorfer公司);甲醇 (色谱纯,美国Baker公司);乙腈(色谱纯,美国Te— dia公司);甲酸、乙酸(HPLC级,迪马科技有限公 司);乙酸铵(分析纯,西陇化工股份有限公司);实 验用水为Milli-Q超纯水。 1.2标准溶液的配制 分别准确称取l0 mg(精确至0.1 mg)EC和 BC标准品于l0 mL棕色容量瓶中,用甲醇溶解并 定容至l0 mL,分别配制成1 000 mg/L的标准储备 液,置于4℃冰箱中保存。根据使用需要用甲醇一水 (1:9,v/v)溶液逐级稀释成适当浓度的混合标准工 作液。 1.3黄酒、葡萄酒样品前处理方法 准确量取1.25 mL黄酒和1.00 mL葡萄酒各 自置于10 mL容量瓶中,加入一定量的BC内标,再 各自分别用水溶液定容至l0 mL,混匀,经0.22 m 有机滤膜过滤,滤液供UPLC—MS/MS测定。 1.4检测条件 1.4.1色谱条件 色谱柱:Waters Acquity UPLC BEH C 色谱 柱(50 mE×2.1 mm,1.7 i.tm);流动相:A相为乙 腈,B相为0.1%(V/v,下同)乙酸水溶液;流速为 0.25 mL/min;梯度洗脱程序:0 min,5%A;0—1 第9期 王丽娟,等:超高效液相色谱一电喷雾串联质谱法直接测定黄酒和葡萄酒中氨基甲酸乙酯 。905・ arin.5%A~10%A;1~2.5 rain,10%A~85%A; 2.5~2.8 min,85%A~5%A,2.8~4.0 rain,5% A;柱温为40℃;进样量为l0 L。 1.4.2质谱条件 离子源:电喷雾离子源(ESI);扫描方式:正离 子扫描;检测方式:多反应监测(MRM)模式;毛细管 电压为3.10 kV;离子源温度为1l0℃;脱溶剂气温 度为400℃,流速为650 L/h;锥孔气流速为50 L/h;采用MRM模式采集EC和BC的母离子及对 应的响应较强的子离子,由于EC和BC的相对分 子质量较小,电离后只能选出一个特征子离子作为 定性和定量离子 ,其保留时间、母离子、子离子 及锥孔电压和碰撞能量等参数见表1。 表1 EC和BC的质谱参数 Table 1 MS/MS parameters for ethyl carbamate (EC)and butyl carbamate(BC) 2结果与讨论 2.1 样品前处理条件的优化 目标化合物在黄酒和葡萄酒中属于痕量物质, 若采用传统的液液萃取、固相萃取方法,回收率低, 重复性差,且会使用大量溶剂。本研究采用直接进 样方式进行分析,但为减少基质效应对测定的影响, 需对样品进行稀释处理。选取若干主流品牌的黄酒 分别稀释2~12倍进行检测,发现在较低稀释倍数 下,随着稀释倍数的增加,基质干扰逐渐减小,峰形 变好,响应值增加,当稀释倍数增加到7~9倍时,信 噪比达到最佳,继续增大稀释倍数,峰形开始变差, 响应值也相应降低。本文最终选择黄酒的稀释倍数 为7~9倍。同样方法确定葡萄酒的最佳稀释倍数 为9~11倍。 2.2检测条件的优化 2.2.1色谱条件的选择 目标物测定时采用正离子模式(ESI )电离,用 反相色谱柱分离,有机相通常使用乙腈和甲醇溶液, 水相常用乙酸铵、甲酸铵、乙酸或甲酸溶液。为了获 得目标化合物最好的色谱分析效果,考察了乙腈一 水、乙腈一甲酸水溶液、乙腈一乙酸铵水溶液,甲醇.甲 酸水溶液4种混合溶剂体系作为流动相对目标化合 物的色谱行为和离子化程度的影响。结果表明,乙 腈一水的洗脱效果优于其他3种流动相。在乙腈一水 流动相体系中分别加入0.1%和0.2%的乙酸进一 步比较其影响,发现加入乙酸后,不但可以获得较高 的分离度和灵敏度,还能够保证样品中EC和BC 具有良好的色谱峰形。此外,加入0.1%的乙酸比 加入0.2%的乙酸时的响应值高。因此,选择乙腈 和O.1%乙酸水溶液作为流动相组成。EC和BC 标准品的MRM模式下的提取离子流色谱图见图1。 。 1. m/z 89.9/61.9 加 ∞ 舳 ∞ ∞ 加 O : : 图1 EC(20 pg/L)和BC混合标准溶液的MRM色谱图 Fig.1 MRM chromatograms of a standard mixture ofEC(20 pg/L】and BC 2.2.2质谱条件的选择 用流动注射的方式将目标物标准溶液直接注入 质谱仪,进行全扫描检测,得到一级质谱图和准分子 离子峰[M+H] (母离子),再用惰性气体Ar轰击 该母离子,获得其二级质谱图及相应子离子。选择 母离子和信号强度适宜的子离子组成监测离子对。 EC的准分子离子峰为[M+H] (m/z 89.9)(图 2a),其子离子扫描质谱图见图2b。BC所选母离子 为m/z 1 18,EC和BC的特征子离子均为m/z 61.9。可能原因是由于 -裂解和 一重排作用使得 BC和EC分别丢失C H 和C:H 基团,最终产生 m/z 61.9的碎片离子。由于目标物相对分子质量 较小,结构简单,经质谱碰撞碎裂后只得到一个较明 显的特征碎片离子,即选择一个母离子及一个特征 子离子组成定性和定量离子对(这与Park等 和 Alberts等¨ 报道的结果一致),并依据离子丰度比 和化合物的保留时间对EC进行定性和定量分析。 利用MRM模式对选定的定性和定量离子对进 行质谱毛细管电压、碰撞能量、锥孔电压等质谱参数 ・906・ 色 谱 第30卷 表2黄酒和葡萄酒样品中EC的添加回收率和 相对标准偏差(n=6) Table 2 Recoveries and relative standard deviations (RSDs)of EC spiked in a Chinese rice wine 踟 ∞ ∞ 如 O 6l .9 1OO b I l 50 50 70 80 90 l00 m f z 图2 (a)EC的一级全扫描质谱图和(b)m/z 61.9的 子离子扫描质谱图 Fig.2【a)Full scan mass spectrum ofEC and(b)MS/ MS spectrum of fragment ion m/z 61.9 的优化,使各监测离子丰度和信号达到最佳。 2.3方法学评价 2.3.1 线性范围、检出限和定量限 将目标物标准储备液用甲醇一水(1:9,v/v)稀 释,分别配制成EC含量为2、5、10、20、50、500 g/L,BC含量为10 pLg/L的标准工作液,按1.4节 所述的色谱一质谱条件进行测定,记录标准工作溶液 中EC和BC的响应值,计算两者的峰面积比,用最 小二乘法进行回归分析,得到在2~500 g/L线性 范围内EC的线性回归方程为 =0.669 5 X一 0.093 3(Y:EC与BC的峰面积比,X:EC与BC的 浓度比)( =0.998 8);以信噪比为3确定检出限 (LOD)为1.7 p ̄g/L,以信噪比为10确定定量限 (L0Q)为5.0 g/L。 2.3.2 精密度和回收率 空白黄酒和葡萄酒样品添加EC为l0、20和 100 g/L 3个浓度水平进行回收试验,按1.3节和 1.4节所述实验步骤和条件进行处理和测定,重复5 次,连续测定3天,计算日内相对标准偏差(RSD) 和日间相对标准偏差。方法回收率和RSD见表2。 图3给出了空白葡萄酒样品及其加标样品(含内 标)的总离子流色谱图。 sample and a grape wine sample(n=6】 图3{a)空白葡萄酒样品和(b)葡萄酒加标(EC 10 pg/L) 样品(含内标5 /L)的总离子流色谱图 Fig.3 Total ion chromatograms of(a)a blank grape wine sample and(b)the blank sample spiked with EC standard at 10 ug/L and internal standard ofBC at 5 ttg/L 2.4实际样品的测定 对从市场上购买的6个品牌的黄酒和6个品牌 的葡萄酒样品进行了检测,每个样品重复测定3次, 结果见表3。除3种葡萄酒外,其他9种酒中均检 出一定量的EC。 表3实际样品中EC的含量(n=3) Table 3 Contents ofEC in real samples(n=3)p ̄g/L The contents were lower than LOQ 第9期 王丽娟,等:超高效液相色谱一电喷雾串联质谱法直接测定黄酒和葡萄酒中氨基甲酸乙酯 ・907・ 3 结论 本文建立了超高效液相色谱一电喷雾串联质谱 直接测定黄酒和葡萄酒中EC含量的快速测定和确 证方法。应用本方法可在10 min内完成整个检测 分析过程,同以前报道的方法相比大大提高了分析 效率。样品经蒸馏水稀释后直接进样测定,黄酒和 葡萄酒样品基质对目标物测定基本无干扰,避免了 传统方法中复杂的萃取、净化等前处理过程。该法 操作简单、灵敏度高、重复性好,能够满足黄酒和葡 萄酒中痕量EC的分析要求,非常适合大批量黄酒 和葡萄酒样品中EC的定性和定量分析。 参考文献: [1] Ough C S.J Agric Food Chem,1976,24(2):323 [2] Nettleship A,Henshaw P S,Meyer H L.J Nat Cancer Inst. 1943,4(3):309 [3] International Agency for Research on Cancer(IARC) Alco— holic Beverage Consumption and Ethyl Carbamate(Ure. thane).2007.[2011-l2-08].http://monographs.iarc.fr/ ENG/Monographs/vo196/mono96-7A.pdf [4] European Food Safety Authority(EFSA).The EFSA Jour- nal,2007,551:1.[2011—12,l6].http://www.efsa.euro. pa.eu/cs/BlobServer/Scientiifc—Opinion/contam—ej一551一 ethylen—carbamatesummary—rev.1.pdf?ssbinary=true [5] World Health Organization(WHO).Evaluation of Certailf Food Contaminants:Sixty—Fourth Repoa of the Joint FAO/ 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