金属有机框架富集-酶联免疫法测定塑料包装饮品中双酚A
作者: 刘镇 曲丽洁
摘 要:目的:建立金属有机框架富集-酶联免疫检测塑料包装饮品中双酚A的方法。方法:合成金属有机框架材料,利用该材料对模拟饮料样品中的双酚A进行富集,洗脱,定容后利用双酚A酶联免疫试剂盒进行检测。结果:该方法具有较宽的pH值适用范围;洗脱液选择甲醇和丙酮均具有良好的洗脱效果;金属有机框架对双酚 A的吸附极限约为1/10 000(m/m),适用于果汁、茶等饮品中双酚 A的测定,对于牛奶豆浆中的双酚 A也具有较好的测定效果,对高度白酒类样本不适用。该方法对饮品温度要求不高,无须将饮品预先平衡至室温,可缩短检测时间。结论:建立的金属有机框架富集-酶联免疫法快速、准确,适用于塑料包装饮品中双酚A的检测。
关键词:双酚A;金属有机框架;酶联免疫;快速检测
Determination of Bisphenol A in Plastic Packaging Beverages by Metal Organic Frameworks Enrichment-Enzyme-Linked Immunosorbent Assay
LIU Zhen, QU Lijie*
(Key Laboratory of Quality & Safety Analysis-Testing for Agro-Products and Food of Hebei Province,
Hebei North University, Zhangjiakou 075000, China)
Abstract: Objective: To establish a method for the determination of bisphenol A in plastic-packaged beverages using metal-organic framework enrichment-enzyme-linked immunosorbent assay. Method: Organic metal framework materials were synthesized, and the bisphenol A in simulated beverage samples was enriched, eluted, and quantified before detection using a bisphenol A enzyme-linked immunosorbent assay kit. Result: The method has a wide pH range; the choice of methanol and acetone as the eluent has good elution effect; the adsorption limit of MOFs for BPA is about 1/10 000 (m/m), which is suitable for the determination of BPA in fruit juice, tea and other beverages, and also has a better determination of BPA in milk and soymilk, but it is not applicable to the sample of high-alcohol Baijiu. The method does not require high temperature for the beverage before enrichment, and does not require pre balancing the beverage to room temperature, which can shorten the detection time. Conclusion: The established metal-organic framework enrichment-enzyme-linked immunosorbent assay is rapid and accurate and suitable for the determination of bisphenol A in plastic-packaged beverages.
Keywords: bisphenol A; metal organic frameworks; enzyme linked immunosorbent assay; quick detection
双酚A(Bisphenol A,BPA)是制造环氧树脂等树脂类塑料制品的原料[1-2]。随着食品特别是饮品外包装轻量化、便捷化发展,塑料包装已被广泛用于饮品保存和运输过程。在高温、酸性和含有乳化剂等条件下,部分饮品包装容器中的双酚A容易释放进入饮品,被消费者摄入体内,对健康产生不利影响[3-5]。因此,饮品中的双酚A含量值得关注。
分散固相萃取(Dispersive Solid-Phase Extraction,DSPE)是将固体吸附剂分散于液体分析物,将分析物从复杂基质中分离和净化的方法[6-7],具有高效、易操作、快速等优点,被广泛应用于样品前处理中[8-9]。金属有机框架(Metal Organic Frameworks,MOFs)是有机聚合物形成的三维结构,表现为有规则的多孔结构和大的比表面积,可以作为固相萃取的良好材料[10-12]。酶联免疫法是一种利用抗原抗体反应的检测方法,具有灵敏度高、特异性好的优点,被广泛应用于食品安全检测领域[13-15]。本试验合成金属有机框架材料,利用该材料研发一种塑料包装饮品双酚A含量测定的前处理方法,而后利用酶联免疫法进行测定,可显著提高双酚A的检测灵敏度,大大节省前处理步骤和时间,同时具有环境友好的优点。
1 材料和方法
1.1 试剂、仪器与设备
双酚A、无水ZrCl4、2-氨基对苯二甲酸和N,
N-二甲基甲酰胺(A.R.),无水乙醇(≥99.7%),麦克林;甲醇(A.R.),磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、盐酸和氢氧化钠(分析纯),天津市大茂化学试剂厂;乙腈、丙酮(色谱纯),Fisher;双酚A酶联免疫检测试剂盒,六角体科技。
LC-DZF-6090AB真空干燥箱,力辰;TDZ4-WS
离心机,湘仪;KQ-500B超声波清洗机,昆山仪器;KD200氮吹仪,奥盛仪器;pH计,雷磁;涡旋振荡器,IKA;LC-FA2004电子天平,力辰;K3酶标仪,Thermo;SN-MWB-4洗板机,尚仪。
1.2 方法
1.2.1 MOFs固相萃取材料制备
取N,N-二甲基甲酰胺50 mL,加入1 g无水ZrCl4和0.8 g 2-氨基-对苯二甲酸,超声5 min分散,将混合体系转移至含有聚四氟乙烯的反应釜中,
120 ℃反应24 h,冷却后的反应液以2 000 r·min-1离心5 min,弃上清,用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次,乙醇洗涤3次,60 ℃真空干燥,得到锆基MOF Uio-66金属有机框架颗粒[16-17]。
1.2.2 样品的处理和检测
取塑料包装中的10 mL饮品样品置于15 mL玻璃离心管中,加入0.1 g MOFs粉末,振荡1 min,
1 000 r·min-1离心,弃去上清,向沉淀中加入1 mL甲醇复溶,离心取上清,吹干,用1 mL 0.01 mol·L-1 PBS缓冲液(pH值为7.4)复溶残渣,使用ELISA试剂盒检测。
1.2.3 方法影响因素的考察
(1)样品pH值对测定结果的影响。一些饮品由于含有水果成分或柠檬酸等添加剂,常表现为酸性,一些豆浆类饮品则表现为偏微碱性。MOFs材料在前处理过程中扮演固相萃取的角色,将溶液中的双酚A吸附在MOFs材料表面,因此有必要验证合成的MOFs材料在不同pH值溶液中的吸附性能。取去离子水将双酚A标准品稀释至浓度为0.5 mg·L-1,分成若干份,使用盐酸和氢氧化钠溶液将其pH值分别调整为2、3、4、5、6、7、8、9,按照1.2.2方法使用MOFs富集-ELISA检测试剂盒检测。
(2)不同洗脱液对检测结果的影响。设定pH值为5,对4管恒定浓度的BPA水溶液(0.5 mg·L-1)中加入0.1 g MOFs材料进行萃取,而后离心,弃去上清,向离心管中加入1 mL甲醇、丙酮、正己烷、乙酸乙酯进行复溶,而后离心,取上清有机相氮气吹干,用PBS(pH 7.4)定容,按照1.2.2方法使用ELISA试剂盒检测,计算BPA回收率。
(3)BPA含量对检测结果的影响。制作一系列不同浓度(0.01 mg·L-1、0.10 mg·L-1、1.00 mg·L-1、10.00 mg·L-1和100.00 mg·L-1)的BPA水溶液模拟饮料样本,各取10 mL样本(10 mL样本中BPA含量分别为0.000 1 mg、0.001 0 mg、0.010 0 mg、0.100 0 mg和1.000 0 mg)加入0.1 g MOFs进行BPA的富集,而后按照1.2.2方法使用ELISA试剂盒检测,计算回收率。
(4)饮品基质对测定结果的影响。选取果汁类、茶饮料、奶、豆浆、功能饮料、白酒(53度)和啤酒样本进行样本加标回收实验(加标浓度1 mg·L-1),测定回收率。
(5)饮品温度对检测结果的影响。饮品有热饮、冷饮,温度不同可能对MOFs材料富集BPA产生影响。本试验将同一BPA浓度(0.1 mg·L-1)的果汁样本分成若干份,分别使温度达到4 ℃、20 ℃、50 ℃、70 ℃,迅速加入0.1 g MOFs进行富集而后进行洗脱和测定。
2 结果与分析
2.1 样品pH值对测定结果的影响
如图1所示,当pH处于2~7,双酚A的回收率均大于90%,当pH为5时,回收率达到最高,当pH>7时,回收率随pH升高而下降。可能是因为酸性和中性条件下溶液中极性基团占据主导,BPA溶解度不大,当加入MOFs材料后,根据相似相溶的原理,BPA由于非极性基团的存在使其很容易吸附在MOFs表面,随着pH增大,水中的氢氧根浓度增大,与BPA作用生成的BPA金属盐则更容易分散于水相,故而表现为MOFs材料在碱性溶液中对BPA分子固相萃取效果的减弱。当pH为9时,回收率仍然有80%,这说明MOFs材料可对pH值为2~9的水溶液中BPA进行萃取并取得满意结果,不需要对饮品的pH值进行调整,可以作为饮品中BPA的富集方法。
2.2 不同洗脱液对检测结果的影响
如图2所示,甲醇和丙酮的洗脱效果较好,回收率大于95%,而正己烷和乙酸乙酯的洗脱回收率不高,小于90%。其原因可能是MOFs材料表面有饮料水分,而正己烷对BPA的溶解性不好,导致回收率不高,乙酸乙酯与水不互溶,形成油包水结构,阻碍了其与MOFs接触,从而影响了洗脱效果。因而在后续试验中可选择甲醇和丙酮作为洗脱剂。
2.3 BPA含量对检测结果的影响
如图3所示,当BPA的含量低于0.010 0 mg时,该方法具有较好的回收率,当大于0.010 0 mg时,随着浓度升高,BPA检测回收率急剧下降。证明在水系当中,0.1 g MOFs材料对BPA的吸附极限在
0.010 0 mg左右,吸附的极限约1/10 000(m/m),若BPA含量过高,则造成水相与MOFs相分布达到平衡,不能完全吸附。造成这一现象的原因可能是MOFs材料对于BPA的吸附主要依靠非极性结构部分相似相溶与少量的氢键作用力,作用力较弱,结合位点有限。