CN110174470A - 一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法 - Google Patents

一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法，特点是具体步骤如下：（1）基于QuEChERS结合载体辅助液液萃取技术通过一次性前处理，实现了对不同类别、不同理化性质的海洋生物毒素的一步式提取和净化工作；（2）混合标准溶液组成和基质标准曲线制备；（3）利用超高效液相色谱‑高分辨质谱仪测定待测样品中11种水产品中海洋生物毒素的浓度；优点是该方法的前处理和仪器分析过程针对不同理化性质的化合物兼容性强，检测效率高，可操作性强，检测限能满足所有受试的目标物并且降低了检测成本。

Description

一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法
技术领域
本发明涉及一种海洋生物毒素的检测方法，尤其是涉及一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法。
背景技术
海洋生物毒素是海洋生物体内存在的一类高活性的特殊代谢成分，一般拥有剧烈毒 性，主要由藻类或浮游植物产生，通过食物链传递，进入海洋动物体内，可在滤食性的软体 贝壳类动物、鱼类等海产品的组织内蓄积，人体一旦过量食入，将引起中毒反应。近年来， 有害赤潮在全球范围内频繁爆发，其中部分由产毒藻类引起的赤潮成为海产品生物毒素的重 要污染源之一。目前，市售海产品中常见的海洋生物毒素种类包括麻痹性贝毒(Paralytic Shellfish Poisoning，PSP)、腹泻性贝毒(Diarrhetic ShellfishPoisoning， DSP)、记忆缺失性贝毒(Amnesic Shellfish Poisoning，ASP)、神经性贝毒(Neurotoxic Shellfish Poisoning，NSP)及河豚毒素(Tetrodotoxin，TTX)、西加毒素(Ciguatoxin， CTX)等。可见，贝类、海蟹、海虾和鱼类等海产品已成为海洋生物毒素的污染重灾区。
目前，对于水产品中海洋生物毒素检测方法主要分为生物学测试方法和化学分析法，早期应用广泛且较为成熟的有小鼠测试法、免疫分析法等生物学测试法。气相色谱法、薄层色谱法及液相色谱法等化学分析方法也有一定的报道。近年来，液相色谱-质谱联用技术已逐渐成熟，在食品农兽药残留、污染物监控、非法添加剂、生物毒素等检测领域已得到广泛应用。液质联用技术的高灵敏度和选择性使其逐渐成为水产品中海洋生物毒素检测的首选检测手段。现行有效的国家标准有中，GB 5009.198-2016《食品安全国家标准 贝类中失忆性贝类毒素的测定》，GB 5009.206-2016《食品安全国家标准 水产品中河豚毒素的测定》，GB 5009.212-2016《食品安全国家标准 贝类中腹泻性贝类毒素的测定》，GB5009.213-2016《食品安全国家标准 贝类中麻痹性贝类毒素的测定》，GB 5009.261-2016《食品安全国家标准 贝类中神经性贝类毒素的测定》 ，GB 5009.273-2016《食品安全国家标准 水产品中微囊藻毒素的测定》，GB 5009.274-2016《食品安全国家标准水产品中西加毒素的测定》等标准分别规定了水产品中一种或者一类海洋生物毒素的检测方法。这些方法能精确的测定相应水产品中所规定海洋生物毒素的含量，但检测通量较小，无法同时测定多种或多类物质。
海洋生物毒素根据其理化性能可以分为亲水性和亲脂性，对应的麻痹性贝毒（PSP）、记忆缺失性贝毒（ASP）、河豚毒素（TTX）等属于亲水性毒素；腹泻性贝毒（DSP）、神经性贝毒（NSP）及西加毒素（CTX）等属于亲脂性毒素。对现有公开报道方法进行总结发现，除了对单种物质检测的方法，适用多种物质检测的方法所对应的目标物均属于一类或是同一理化性质的目标物。研究针对复杂的水产品基质，亲水性及亲脂性两类理化性能各异海洋生物毒素在前处理提取，净化及仪器的分析上通过一个方法，实现高通量的检测，具有较大的意义。
前处理技术对于检测方法的开发极为重要，其中提取后的净化手段非常关键，在动物源食品检测领域高通量检测前处理应用较多的是QuEChERS技术和载体辅助液液萃取技术（SLLE）。QuEChERS技术（quick，easy，cheap，effective，rugged，safe）因其具有快速、简单、便宜、有效、耐用和安全可靠等特点而得名。Monica Mattarozzi等采用QuEChERS法对贝类海产品中的8种PSP毒素完成了前处理，并采用高分辨质谱技术进行测定；Rubies A等采用QuEChERS法完成了海产品中脂溶性贝类毒素的前处理。可见，QuEChERS法在海产品中海洋生物毒素的高通量检测中已得到初步探索，但目前报道该方法仅应用于脂溶性毒素，对于亲水性海洋生物毒素的应用还未见报道。载体辅助液液萃取（Supported Liquid-Liquid Extraction，SLLE）是一项重要的样品前处理技术，它以硅藻土等为固体载体，保留吸附含水提取溶液中的待测化合物，再以与其不相容的有机溶剂洗脱达到样品提取、净化、浓缩的目的，在食品中不同极性农兽药残留的高通量检测方法开发中均得到了一定的应用。与传统液液萃取相比，SLLE无需借助分液漏斗及大量有机溶剂多次提取待测组分，操作步骤简单、溶剂用量小、不易发生乳化、重现性好等优点。目前，还未见采用该前处理技术在海产品中海洋生物毒素检测领域应用的报道。
在仪器分析技术方面，采用传统的LC-MS/MS方法已针对部分类别的海洋生物毒素建立了检测方法，也能实现一次分析完成多个或多类物质的检测，且在定量分析上具有一定的优势。但也存在一些不足，如：只有质谱方法中涵盖的化合物才可被检测到，分析化合物数量有限，对基质的干扰比较敏感，相关的样品制备方法较为复杂；分辨率低，不能有效区分分子量相近的化合物，会造成假阳性结果，且可检测分子量较低常规检测分子量在2000以下等。在食品残留及污染物筛查技术研究中，高分辨质谱（HRMS）已得到一定的推广和应用，如有静电场轨道阱高分辨质谱技术（Orbitrap MS）、飞行时间质谱技术（TOF-MS）等依靠精确质量数（可精确到小数点第4 位）和保留时间来对待测物进行定性识别。HRMS技术可通过全扫描进行非定向和未知化合物的筛选，通过精确质量数进行定性，必要时还可根据设定质量数进行二级扫描，通过再打碎得到MS/MS谱图进行谱库检索或与标准物质比对来确证待测物。
尽管在水产品中常见海洋生物毒素的检测方法的仪器检测技术和前处理技术方面，已有一些学者开展了高通量检测及筛查方法的研究工作，但大多都局限于某类或部分结构性质接近的毒素检测。由于未解决不同理化性质毒素通用型前处理技术开发及检测仪器方法建立等问题，还不能真正满足高灵敏度及高通量筛查技术的需求。因此，亟需建立一种能同时满足亲水性和亲脂性不同理化性质的海洋生物毒素的高通量筛查和定量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现水产品中不同类别，不同理化性质的海洋生物毒素检测的水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法，包括以下步骤：
（1）样品前处理
称取液体样品2.00 g于离心管中，加入2 mL 0.1wt%甲酸溶液，涡旋振荡1 min，加入5mL乙腈，涡旋振荡1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液；残渣加入1mL0.wt1%甲酸溶液，涡旋振荡1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液；取残渣再加入3 mL乙酸乙酯，涡旋1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液，合并各次离心所得上清液；将合并液体加入0.1 g甲酸铵，涡旋振荡1 min，以9000 r/min离心5min，得到上层有机相和下层水相；将下层水相倒入到硅藻土柱中，静置15 min以上，下接鸡心瓶，并加入0.5 mL二甲亚砜；在上层有机相中加入500 mg中性氧化铝粉，50 mgC18粉，15mg石墨化炭黑粉，涡旋振荡一分钟，以9000 r/min离心5 min，取上清液，用乙酸乙酯定容至15 mL，混匀后分多次倒入到硅藻土柱中，后用5 mL甲醇冲洗一次，再用5 mL 由甲醇和氨水按体积比99：1的比例组成的溶液冲洗2次，收集洗脱液在45℃下旋转蒸发至近干，用10 mL甲醇溶剂交换一次，旋转蒸发至近干，用由甲醇和0.1wt%甲酸溶液按体积比1:1组成的溶液定容至2 mL，过0.22 μm尼龙滤膜，供LC-HRMS检测；
（2）混合标准工作液的配制
A．混合标准溶液组成：
分别吸取河豚毒素、鳍藻毒素、新石房蛤毒素和冈田软海绵酸的单标溶液，用乙腈配制成浓度为100 ng/mL的混合工作液；
分别吸取软骨藻酸、柱孢毒素、微囊藻毒素和微囊藻毒素的单标溶液，用乙腈配制成浓度为500 ng/mL的混合工作液；
分别吸取脱氨甲酰基石房蛤毒素、膝沟藻毒素和蛤蚌毒素的单标溶液，用乙腈配制成浓度为1000 ng/mL的混合工作液；
B．基质标准曲线定量：
在空白样品中分别加入上述3种混合标准溶液0 μL，10 μL，20 μL，40 μL，100 μL，以浓度为横坐标，仪器响应值为纵坐标，做基质加标标准曲线，作为试样处理液中待测物浓度定量的依据；
（3）超高效液相色谱-高分辨质谱联用仪测定
A．高效液相分离
色谱柱：Hypersile Gold C8色谱柱；
流动相A：含有2 mmol甲酸铵和0.1wt%甲酸的水溶液；流动相B：含有2 mmol甲酸铵和0.1wt%甲酸的乙腈-水溶液，其中乙腈与水的体积比为95:5；
流速：0.3 mL/min；
进样量：10 μL；
HPLC洗脱程序如下
。
B．质谱检测
离子源：HESI-II；
喷雾电压：采用正离子模式3800V/负离子模式2700V；
气化温度：350℃；
鞘气压：N2，35 arb；
辅助气压：N2，10 arb；
离子传输管管温度：300℃；
质量范围：m/z 100-2000 ，分辨率R=70000；
（4）定量过程：
样品中待测物的含量根据如下计算公式（1）得到：X=C*V/m，式中：
X－试样中待测物含量，单位为μg/kg；
C－试样处理液中待测物浓度，根据基质标准曲线计算得到，单位为μg/L
V— 定容体积，单位为mL；
m－试样体积或质量，单位为g。
上述步骤（3）B质谱检测中，各物质方法参数如下表所示：
。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法，其前处理技术结合了QuEChERS及载体辅助液液萃取技术，在提取过程中利用有机溶剂对基质中蛋白质杂质的沉淀作用，对提取液进行第一次净化，采用硅藻土柱载体辅助液液萃取技术，对水介质提取液部分进行二次净化，并对水进行吸附；采用一定比例的中性氧化铝、C18及石墨化炭黑粉末对提取液的有机相进行净化，去除脂肪、色素等杂质；最终采用有机相溶液、甲醇及甲醇-氨水，分步将亲脂性及亲水性海洋生物毒素进行洗脱萃取及汇聚，实现了对不同类别、不同理化性质的海洋生物毒素的一步式提取和净化。在仪器方法建立方面，选取了极性适用性适中的C8柱作为液相色谱柱，并确定了流动相体系及洗脱梯度。采用高分辨质谱进行检测，可采用精确分子量进行定性，也可自动触发二级碎裂进行定性。完成了对理化性质差异较大的海洋生物毒素的一步式检测。
综上所述，本发明一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法，可实现水产品中不同类别，不同理化性质（包括亲水性和亲脂性）的海洋生物毒素的检测，是一种水产品中海洋生物毒素的高通量筛查方法。
附图说明
图1为11种水产品中海洋生物毒素标准物质的色谱图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一、具体实施例
1、材料和设备
主要试剂和材料：
如非特别说明，所列试剂均为色谱纯，水为GB/T 6682规定的一级水。
乙腈，甲醇：HPLC级；氨水、甲酸、甲酸铵、二甲基亚砜：分析纯。0.1%甲酸：取1 mL甲酸，用超纯水定容止1000mL。甲醇-氨水（99+1）：99mL甲醇加入1mL氨水。流动相A：含有2mmol甲酸铵+0.1%甲酸的水溶液：取0.126 g甲酸铵，1 mL甲酸，用超纯水定容止1000 mL；流动相B：2 mmol甲酸铵+0.1%甲酸的乙腈-水溶液：取0.126 g甲酸铵，1 mL甲酸，用乙腈+超纯水（95+5）定容至1000 mL。硅藻土柱（处理量3 mL）；标准物质：河豚毒素、柱孢毒素、软骨藻酸、脱氨甲酰基石房蛤毒素、膝沟藻毒素、新石房蛤毒素、蛤蚌毒素、鳍藻毒素、冈田软海绵酸、微囊藻毒素LR、微囊藻毒素RR溶液。
仪器设备：Q-Exactive液相色谱质谱联用系统（美国Thermo Fisher Scientific公司），配备ESI源；Hypersile Gold C8色谱柱（150mm x 2.1 mm，3 μm，美国ThermoFisher）；电子天平：感量分别为0.1 mg和0.01 g；超纯水器；旋涡混合仪；超声波清洗仪；超低温冰箱；氮吹仪；15 ml具刻度离心管。
2、样品前处理
称取液体样品2.00 g于离心管中，加入2 mL 0.1wt%甲酸溶液，涡旋振荡1 min，加入5mL乙腈，涡旋振荡1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液；残渣加入1mL0.wt1%甲酸溶液，涡旋振荡1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液；取残渣再加入3 mL乙酸乙酯，涡旋1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液，合并各次离心所得上清液；将合并液体加入0.1 g甲酸铵，涡旋振荡1 min，以9000 r/min离心5min，得到上层有机相和下层水相；将下层水相倒入到硅藻土柱中，静置15 min以上，下接鸡心瓶，并加入0.5 mL二甲亚砜；在上层有机相中加入500 mg中性氧化铝粉，50 mgC18粉，15mg石墨化炭黑粉，涡旋振荡一分钟，以9000 r/min离心5 min，取上清液，用乙酸乙酯定容至15 mL，混匀后分多次倒入到硅藻土柱中，后用5 mL甲醇冲洗一次，再用5 mL 由甲醇和氨水按体积比99：1的比例组成的溶液冲洗2次，收集洗脱液在45℃下旋转蒸发至近干，用10 mL甲醇溶剂交换一次，旋转蒸发至近干，用由甲醇和0.1wt%甲酸溶液按体积比1:1组成的溶液定容至2 mL，过0.22 μm尼龙滤膜，供LC-HRMS检测；备注：本方法DSP类毒素只测游离态物质，不测其代谢产物。
3、混合标准工作液的配制
表1标准物质列
A．混合标准溶液组成：
第一组：TTX、DTX、NEO、OA：吸取一定量各单标溶液，用乙腈配制成浓度为100 ng/mL的混合工作液。
第二组：DA、CYN、LR、RR：吸取一定量各单标溶液，用乙腈配制成浓度为500 ng/mL的混合工作液。
第三组：dcSTX、GTX、STX：吸取一定量各单标溶液，用乙腈配制成浓度为1000 ng/mL的混合工作液；以上工作液有效期均为3个月；
B．基质标准曲线定量：
在空白样品中分别加入上述3种混合标准溶液0 μL，10 μL，20 μL，40 μL，100 μL，以浓度为横坐标，仪器响应值（响应值=标准品峰面积/标准品质量）为纵坐标，做基质加标标准曲线，作为试样处理液中待测物浓度定量的依据；
4、超高效液相色谱-高分辨质谱联用仪测定
A．高效液相分离
色谱柱：Hypersile Gold C8色谱柱，若测定激素成分则采用的型号为150mm x 2.1mm,3 μm；
流动相A：含有2 mmol甲酸铵和0.1wt%甲酸的水溶液；流动相B：含有2 mmol甲酸铵和0.1wt%甲酸的乙腈-水溶液，其中乙腈与水的体积比为95:5；
流速：0.3 mL/min；
进样量：10 μL；
表2 HPLC洗脱程序如下
；
B．质谱检测
离子源：HESI-II；
喷雾电压：采用正离子模式3800V/负离子模式2700V；
气化温度：350℃；
鞘气压：N2，35 arb；
辅助气压：N2，10 arb；，
离子传输管管温度：300℃；
质量范围：m/z 100-2000 (R 70000)；
表3 各物质方法参数
。
5、定性过程：
根据精确分子量进行定性判断，与标准质量数偏差小于5 ppm，并可通过触发二级碎片进行子离子匹配定性。标准物质的色谱图见附图1所示。
6、定量过程：
浓度计算方法：样品中待测物的含量根据如下计算公式（1）得到：
X=C*V/m，式中：
X－试样中待测物含量，单位为μg/kg；
C－试样处理液中待测物浓度，根据基质标准曲线计算得到，单位为μg/L
V— 定容体积，单位为mL；
m－试样体积或质量，单位为g。
二、方法学验证
分别选取黄鱼、蛏子空白基质，吸取适量混合标准溶液，使样品中目标物浓度为定量限的1、2、5倍，按上述方法的处理过程操作，测定后计算样品添加的回收率及相对标准偏差。
表4 加标回收结果
结果显示，所有上述化合物回收率范围均在55.6%-121.8%之间，精密度范围在5.8%-15.8%，除个别实验结果存在偏差，基本满足方法学验证要求。
三、方法应用
利用上述具体实施例一中方法对黄鱼1、黄鱼2、蛏子1和蛏子2四个样品进行检测，检测结果如下表5所示。
表5 方法应用测试结果
。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）样品前处理
称取液体样品2.00 g于离心管中，加入2 mL 0.1wt%甲酸溶液，涡旋振荡1 min，加入5mL乙腈，涡旋振荡1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液；残渣加入1mL0.wt1%甲酸溶液，涡旋振荡1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液；取残渣再加入3 mL乙酸乙酯，涡旋1 min，超声5 min，以9000 r/min离心5 min，取上清液，合并各次离心所得上清液；将合并液体加入0.1 g甲酸铵，涡旋振荡1 min，以9000 r/min离心5min，得到上层有机相和下层水相；将下层水相倒入到硅藻土柱中，静置15 min以上，下接鸡心瓶，并加入0.5 mL二甲亚砜；在上层有机相中加入500 mg中性氧化铝粉，50 mgC18粉，15mg石墨化炭黑粉，涡旋振荡一分钟，以9000 r/min离心5 min，取上清液，用乙酸乙酯定容至15 mL，混匀后分多次倒入到硅藻土柱中，后用5 mL甲醇冲洗一次，再用5 mL 由甲醇和氨水按体积比99：1的比例组成的溶液冲洗2次，收集洗脱液在45℃下旋转蒸发至近干，用10 mL甲醇溶剂交换一次，旋转蒸发至近干，用由甲醇和0.1wt%甲酸溶液按体积比1:1组成的溶液定容至2 mL，过0.22 μm尼龙滤膜，供LC-HRMS检测；
（2）混合标准工作液的配制
A．混合标准溶液组成：
分别吸取河豚毒素、鳍藻毒素、新石房蛤毒素和冈田软海绵酸的单标溶液，用乙腈配制成浓度为100 ng/mL的混合工作液；
分别吸取软骨藻酸、柱孢毒素、微囊藻毒素和微囊藻毒素的单标溶液，用乙腈配制成浓度为500 ng/mL的混合工作液；
分别吸取脱氨甲酰基石房蛤毒素、膝沟藻毒素和蛤蚌毒素的单标溶液，用乙腈配制成浓度为1000 ng/mL的混合工作液；
B．基质标准曲线定量：
在空白样品中分别加入上述3种混合标准溶液10 μL，20 μL，40 μL，100 μL，以浓度为横坐标，仪器响应值为纵坐标，做基质加标标准曲线，作为试样处理液中待测物浓度定量的依据；
（3）超高效液相色谱-高分辨质谱联用仪测定
A．高效液相分离
色谱柱：Hypersile Gold C8色谱柱；
流动相A：含有2 mmol甲酸铵和0.1wt%甲酸的水溶液；流动相B：含有2 mmol甲酸铵和0.1wt%甲酸的乙腈-水溶液，其中乙腈与水的体积比为95:5；
流速：0.3 mL/min；
进样量：10 μL；
HPLC洗脱程序
；
B．质谱检测
离子源：HESI-II；
喷雾电压：采用正离子模式3800V/负离子模式2700V；
气化温度：350℃；
鞘气压：N2，35 arb；
辅助气压：N2，10 arb；
离子传输管管温度：300℃；
质量范围：m/z 100-2000 ，分辨率R=70000；
（4）定量过程：
样品中待测物的含量根据如下计算公式（1）得到：X=C*V/m，式中：
X－ 试样中待测物含量，单位为μg/kg；
C－ 试样处理液中待测物浓度，根据基质标准曲线计算得到，单位为μg/L
V— 定容体积，单位为mL；
m－试样体积或质量，单位为g。
2.根据权利要求1所述的一种水产品中海洋生物毒素的高通量检测方法，其特征在于步骤（3）B质谱检测中，各物质方法参数如下：
。
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