JP2016030219A

JP2016030219A - 食品に残留する農薬等の測定のための抽出精製剤及びその製造法、並びに測定妨害物質の除去方法

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Publication number: JP2016030219A
Application number: JP2014152174A
Authority: JP
Inventors: 本田　克久; Katsuhisa Honda; 克久本田; 祐子上田; Yuko Ueda
Original assignee: SEEDSTEC KK
Current assignee: SEEDSTEC KK
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-03-07

Abstract

【課題】食品中に含まれる農薬類測定において、測定妨害物質を吸着除去し、農薬類を選択的に抽出するための抽出精製剤及びその製造法、並びに測定方法に関する技術を提供する。【解決手段】活性炭とケイ素酸化物及びアミノ基を含むケイ素化合物からなる、抽出精製剤は、食品中農薬類の抽出溶媒に添加混合することにより、あるいは抽出溶媒を抽出精製剤充填カラムに通過させることにより、測定妨害物質の吸着除去と農薬類の選択的抽出が可能である。これにより、測定工数の低減や有機溶剤の減容が図れる他、より安全で、安価に簡単かつ迅速な測定が可能となる。【選択図】図１

Description

この発明は、食品に残留する農薬等の測定において、測定妨害物質を吸着除去し、農薬等を選択的に抽出するための抽出精製剤及びその製造法、並びに測定妨害物質の除去方法に関する。

ポジティブリスト制度（平成１８年、厚労省）によって、国内外を問わず、あらゆる食品に対して農薬等（農薬、飼料添加物及び動物用医薬）の残留基準値が設けられ、食品中の残留農薬や動物用医薬品の検査が実施されている。検査の結果、農薬等の残留基準値を超過した食品は流通及び輸入が禁止されることから、食品メーカーや販売店は自主検査を行っており、残留農薬等の検査数は大幅に増大している。また、ポジティブリスト制度により基準が設定された約８００種の農薬等を個別分析することは難しいため、数種の農薬等を同時に分析し、残留基準値超過の有無を判定できる一斉試験法が厚労省より通知されている。

ところが、食品の種類は多岐に渡ることから、食品に含まれる測定妨害成分の質や量も多種多様である。このため、一斉試験法（文献１）では、測定機器への負荷が増大し、測定妨害成分の除去が不十分となることとなり、農薬等の定量が困難となる場合がある。

これらの測定妨害成分を除去するために、分析実施者の豊富な知識や経験に基づいて、いくつかの固相カラムを組み合わせた精製法が検討され使用されている。しかし、複数の固相カラムによる精製は分析費用の高額化に加えて、分析時間の増加が余儀なくされ、出荷までの期間が短い生鮮食品などは分析結果を待たずして流通してしまうことが多かった。

厚生労働省：食安発第０１２４００１号（平成１７年）

食品に残留する農薬等を機器やバイオアッセイにより計測する前段において、食品中農薬等の抽出溶媒に含まれる測定妨害物質を取り除き、農薬等を選択的に抽出することが出来る、簡易・迅速な抽出精製剤とその測定妨害物質除去方法が望まれている。

発明者らは、測定を妨害する物質について鋭意研究してきた結果、複数の測定妨害成分を同時に吸着除去できる抽出精製剤を着想し、その化学材料について検討した結果、新しいハイブリット型抽出精製剤の合成に成功し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、（１）活性炭、ケイ素酸化物、及びアミノ基含有ケイ素化合のうちの少なくとも２種以上を備えたことを特徴とする抽出精製剤、（２）ケイ素酸化物被覆活性炭及びアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭のうち少なくともいずれかを備えることを特徴とする抽出精製剤（３）上記化合物を充填した充填カラム、（４）活性炭にケイ素酸化物を被覆させ、その表面をアミノ基含有ケイ素化合物により化学修飾させることを特徴とする前記アミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭の製造方法、及び（５）食品中農薬等の抽出時、抽出溶媒に本発明の抽出精製剤を添加混合することにより、あるいは食品中農薬等の抽出後、抽出溶媒を本発明の抽出精製剤充填カラムに通過させることによる測定妨害物質の除去方法である。

本発明により、農薬等の測定における測定妨害物質を吸着除去し、正確かつ精度の高い測定結果を得ることが出来るハイブリット型の抽出精製剤を提供することができる。また、本発明の抽出精製剤を用いた測定方法は厚労省より通知されている一斉試験法などの従来法に比べて、測定工数の低減や有機溶剤の減容など、測定の合理化が図れる他、より安価に簡単かつ迅速に農薬等を計測することができ，しかも分析者の安全性にも優れている。

本発明により、食品に残留する農薬等を機器やバイオアッセイにより計測する前段において、食品中農薬等の抽出溶媒に含まれる測定妨害物質を取り除き、農薬等を選択的に抽出することが出来る、簡易・迅速な抽出精製剤とその測定妨害物質除去方法を提供することができる。

ほうれん草における従来法及び本発明剤充填カラムにより精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラム。ネーブルオレンジにおける従来法及び本発明剤充填カラムにより精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラム。大豆における従来法及び本発明剤充填カラムにより精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラム。玄米における従来法及び本発明剤充填カラムにより精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラム。ほうれん草、ネーブルオレンジ、大豆、玄米における従来法と本発明充填カラム法による“マトリクス効果”の比較。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
本発明は食品中の農薬等を抽出し、精製するための抽出精製剤であって、ケイ素酸化物被覆活性炭及びアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭のうち少なくともいずれかを備えることを特徴とする。本発明の抽出精製剤は農薬等の測定妨害物質の吸着能力が優れており、様々な食品中の農薬等を抽出して精製するための材料として有用である。

ケイ素酸化物被覆活性炭及びアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭のうち少なくともいずれかを備えることを特徴とする抽出精製剤の様態としては、（イ）ミクロ孔、メソ孔、マクロ孔を有し、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上で、１００マイクロメートル以下の粉末状活性炭をケイ素酸化物で被覆し、さらにその表面にアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾させた複合化合物が挙げられる。
なお、この複合化合物は粒径１５０マイクロメートル以下であれば、破砕状又は球状などの形状は特に限定されない。

また、本願実施例は活性炭を、ミクロ孔、メソ孔、マクロ孔を有した活性炭としているが、必ずしもミクロ孔、メソ孔、マクロ孔の全てを有する必要はなく、例えばマクロ孔のみを有している活性炭やマクロ孔とミクロ孔を有している活性炭など、孔の大きさはこれらの自由な組み合わせであっても良い。

上記の様態（イ）の抽出精製剤は、粉末活性炭の重量１に対して、５０％ケイ酸ナトリウム水溶液の重量を３〜１０、より好ましくは４〜６加え、３０℃以下の温度下で撹拌しながら塩酸水を用いて緩やかな速度でｐＨ１以下まで酸性化し、約１昼夜の熟成後、蒸留水による洗浄を行って中和化し、脱水後、１３０℃で乾燥して粉末状のケイ素酸化物被覆活性炭を得る。ついで、得られたケイ素酸化物被覆活性炭の重量１に対して、アミノ基含有ケイ素化合物の重量０.３〜１、より好ましくは０.４〜０.６をトルエン溶液として加え、ケイ素酸化物被覆活性炭の表面を化学修飾した後、アルコールを用いて脱トルエンと乾燥を行うことにより、最終材料を複合化合物であるアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭を得ることができる。

上記の抽出精製剤の製造に使用される活性炭は細孔を有する、５００ｍ^２／ｇ以上の比表面積を持つ、１００マイクロメートル以下の粉末状活性炭であれば、原材料の種類や形状は特に限定されず、また、ケイ素酸化物は通常ケイ酸ナトリウムを、塩酸を用いて中和してｐＨ１以下で得られ、さらに、アミノ基含有ケイ素化合物には通常アミノプロピルトリメトキシシランが使われるが、アミノアルキルシラン化合物であれば特に限定されない。

一方で、活性炭とケイ素酸化物及びアミノ基含有ケイ素化合物のうち２種以上を備えることを特徴とする抽出精製剤の様態、換言すると本発明の上記（イ）以外の態様としては、上記（イ）の製造過程において製造できる、（ロ）活性炭、ケイ素酸化物被覆活性炭、アミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭、これら３材料の内、２種類以上を適量混合した混合化合物が挙げられる。
なお、混合化合物の粒径が１５０マイクロメートル以下であれば、破砕状または球状などの形状は特に限定されない。

また、ケイ素酸化物はケイ素酸化物被覆活性炭に、アミノ基含有ケイ素化合物はアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭に限定されるものでなく、例えば、ケイ素酸化物をケイ素酸化物被覆活性炭とし、アミノアルキルシラン化合物とを組み合わせても良いし、アミノ基含有ケイ素化合物はアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭とし、ケイ素酸化物とを組み合わせても良い。

さらにまた、本実施例の組み合わせに限らず、例えば活性炭とケイ素酸化物被覆活性炭とアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭のうちの任意の２種を選択して組み合わせる構成としてもよい。

本発明の抽出精製剤の構成比率は、粉末活性炭の１重量に対して、ケイ素酸化物が１〜３重量、より好ましくは１.５〜２.５重量、アミノ基含有ケイ素化合物が１〜２.５重量、より好ましくは１.５〜２重量含み、粒径が１５０マイクロメートル以下であることが望ましい。

ケイ素酸化物とアミノ基含有ケイ素化合物の添加量が少ないと、活性炭の吸着力が増加するため農薬等の回収率が低下し、一方、多くなりすぎると活性炭の吸着力が低下し、測定妨害物質の除去が十分できないため、いずれの場合にも農薬等の計測が困難となる。また、粒径が１５０マイクロメートル以上では抽出溶媒中の測定妨害物質の吸着率の低下により精製効率が低下する結果、農薬等の計測が困難となる。一方、７５マイクロメートル以下の粒径にすると吸着性は増加するが、抽出精製剤をカラムに充填した時の圧損が増すこととなり、抽出溶媒のカラム精製が難しくなるためである。

本発明の抽出精製剤を充填したカラムに食品の粗抽出液の濃縮したものを通過させることにより、測定妨害物質を吸着除去し、農薬等を選択的に抽出することができる。

また、食品中の測定妨害物質が多い場合、本発明の抽出精製剤を抽出時の溶媒に直接添加混合することにより、測定妨害物質の大半を吸着除去し、農薬等を選択的に抽出することができる。この方法によれば、本発明の抽出精製剤が持つ最大吸着容量まで測定妨害物質を吸着除去できるため、最終精製工程の精製カラム処理での負担が軽減され、高い精度と正確な農薬等の計測が可能となる。

比較例

以下、本発明の抽出精製剤を充填したカラムを用いた測定妨害物質の除去について、従来法との比較例を図１乃至図５に基づいて示す。

図１は、ほうれん草における従来法（上図）及び本発明剤充填カラム（下図）により精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラムを示し、図２はネーブルオレンジにおける従来法（上図）及び本発明剤充填カラム（下図）により精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラムを示し、図３は大豆における従来法（上図）及び本発明剤充填カラム（下図）により精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラムを示し、図４は玄米における従来法（上図）及び本発明剤充填カラム（下図）により精製したＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎクロマトグラム示す。また図５は、ほうれん草、ネーブルオレンジ、大豆、玄米における従来法と本発明充填カラム法による“マトリクス効果”の比較を示したものである。

（比較例１）
本比較例では、ほうれん草２０ｇを用いてアセトニトリルで抽出し、塩析を行った後、４ｇ相当量を従来法（２層カラム）及び本発明より得た抽出精製剤を充填したカラムにより精製し、ＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎ測定を行った。その結果を図１に示す。

図１より、２層カラムによる精製（図１の上）はフィトールや油脂、脂溶性ビタミンなどの妨害ピークが検出されたのに対して、本発明充填カラムによる精製（図１の下）は妨害ピークの検出がほとんど見られず、本発明充填カラムがほうれん草の抽出液において高い精製効果を示すことが明らかであった。

（比較例２）
また本比較例では、ネーブルオレンジ２０ｇを用いてアセトニトリルで抽出し、塩析を行った後、４ｇ相当量を従来法（２層カラム）及び本発明より得た抽出精製剤を充填したカラムにより精製し、ＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎ測定を行った。その結果を図２に示す。

図２より、２層カラムによる精製（ネーブルオレンジ図２の上）はフィトールや油脂や植物色素などの妨害ピークが検出されたのに対して、本発明充填カラムによる精製（図２の下）は妨害ピークの検出がほとんど見られず、本発明充填カラムがネーブルオレンジの抽出液において高い精製効果を示すことが明らかであった。

（比較例３）
また本比較例では、大豆１０ｇを精製水にて湿潤させ、アセトニトリルを用いて抽出し、塩析を行った後、２ｇ相当量を従来法（オクタデシルシリル化シリカゲル(ＯＤＳ)+２層カラム）及び本発明より得た抽出精製剤を充填したカラムにより精製し、ＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎ測定を行った。その結果を図３に示す。

図３より、ＯＤＳと２層カラムの組み合わせによる精製（図３の上）は脂肪酸や脂溶性ビタミンなどの妨害ピークが検出されたのに対して、本発明充填カラムによる精製（図３の下）は妨害ピークの検出がほとんど見られず、本発明充填カラムが大豆の抽出液において高い精製効果を示すことが明らかであった。

（比較例４）
また本比較例では、玄米１０ｇを精製水にて湿潤させ、アセトニトリルを用いて抽出し、塩析を行った後、２ｇ相当量を従来法（ＯＤＳ+２層カラム）及び本発明より得た抽出精製剤を充填したカラムにより精製し、ＧＣ／ＭＳ-Ｓｃａｎ測定を行った。その結果を図４に示す。

図４より、ＯＤＳと２層カラムの組み合わせによる精製（図４の上）は脂肪酸や油脂などの妨害ピークが検出されたのに対して、本発明充填カラムによる精製（図４の下）は妨害ピークの検出がほとんど見られず、本発明充填カラムが玄米の抽出液において高い精製効果を示すことが明らかであった。

（比較例５）
次に、本比較例では、食品成分による“マトリクス効果”によって、ＧＣ／ＭＳ測定における農薬等の回収率が１００％を超すことがある。この“マトリクス効果”を確認するため、ほうれん草、ネーブルオレンジ、大豆、玄米を用いて、従来法（２層カラムもしくはＯＤＳ+２層カラム）と本発明より得た抽出精製剤を充填したカラムにより精製し、比較した。その結果を図５に示す。

図５より、従来法ではいずれの食品においても、農薬等の回収率が１００％を超すものがあったのに対して、本発明充填カラムではほぼ１００％（７０〜１２０％）の良好な回収率を示した。このように回収率の“マトリクス効果”が見られなかったことは、本発明のカラム充填剤処理が高い精製効果を持つことを意味している。

本発明の抽出精製剤は食品に含まれる農薬等の測定に有用である。

Claims

活性炭、ケイ素酸化物及びアミノ基含有ケイ素化合物のうち２種以上を備えることを特徴とする
抽出精製剤。
前記活性炭の１重量に対して、ケイ素酸化物が１〜３重量、アミノ基含有ケイ素化合物が１〜２.５重量を含むこと特徴とする
請求項１に記載の抽出精製剤。
前記活性炭、前記ケイ素酸化物、及び前記アミノ基含有ケイ素化合物が、
１５０マイクロメートル以下の粒径であることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の抽出精製剤。
前記ケイ素酸化物を、
活性炭に前記ケイ素酸化物を被覆させたケイ素酸化物被覆活性炭とする
請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の抽出精製剤。
前記アミノ基含有ケイ素化合物を、
活性炭に前記ケイ素酸化物を被覆させたケイ素酸化物被覆活性炭に、アミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭とする
請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載の抽出精製剤。
活性炭にケイ素酸化物を被覆させたケイ素酸化物被覆活性炭、及び前記ケイ素酸化物被覆活性炭に対しアミノ基含有ケイ素化合物を化学修飾したケイ素酸化物被覆活性炭の少なくともいずれかを備える
抽出精製剤。
前記活性炭が、
ミクロ孔、メソ孔及びマクロ孔を有し、比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上で、１００マイクロメートル以下の活性炭であることを特徴とする
請求項１乃至６のうちいずれかに記載の抽出精製剤。
請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の抽出精製剤を充填した充填カラム。
前記活性炭にケイ酸ナトリウム水溶液を加え、酸性化する第一工程と、
該第一工程により得られた前記粉末状ケイ素酸化物被覆活性炭の表面を、アミノ基含有ケイ素化合物により化学修飾する第二工程とを有する
請求項６に記載の抽出精製剤の製造方法。
請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の抽出精製剤を、食品中農薬等の抽出溶媒に対し添加混合することを特徴とする
測定妨害物質を吸着除去方法。
請求項８に記載の充填カラムに、食品中農薬等の抽出溶媒を通過させることを特徴とする
測定妨害物質を吸着除去方法。