Simultaneous determination of 12 heterocyclic aromatic amines infish processing products by UPLC/ESI-MS/MS
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摘要:
建立了超高效液相色谱-电喷雾串联质谱法同时测定鱼类加工品中12种杂环胺类化合物(HAAs)的分析方法。经过条件优化，肉样选用乙酸乙酯、氨水和三乙胺提取，提取液经MCX固相萃取小柱净化，按V(甲醇)∶V(氨水)=9 : 1洗脱，采用Thermo Hypersil Gold C18色谱柱，以甲醇和5 mmol·L-1乙酸铵溶液为流动相进行梯度洗脱分离，电喷雾离子源(ESI), 正离子模式，采用选择反应监测(SRM)扫描模式，内标法进行定量分析。结果表明，12种HAAs在1.0~100.0 μg·L-1范围内线性关系良好，相关系数R>0.99，在12 min内实现分离，3个加标水平的平均回收率为42.98%~125.00% (n=6)，相对标准偏差(RSD)为1.49%~9.88%，检测限(LOD)为0.3~1.0 μg·kg-1。该方法简便快捷，准确度高，易推广应用，可作为快速测定鱼类加工品中多种HAAs的有效方法。
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关键词:
- 超高效液相色谱-电喷雾串联质谱法 /
- 杂环胺 /
- 鱼类加工品
Abstract:We established a method for simultaneous determination of 12 heterocyclic aromatic amines (HAAs) in fish processing products using ultra-high performance liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry (UPLC/ESI-MS/MS). After optimizing the conditions, taking ethyl acetate, ammonia and triethylamine as extraction solutions, we purified the extract with MCX SPE column, and eluted by V(methanol) : V(ammonia)=9 : 1. Based on a Thermo Hypersil Gold C18 column, we performed a gradient elution separation by methanol and a gradient elution with the mobile phase of 5 mmol·L-1 ammonium acetate. Electrospray ionization source was applied and operated in positive ion mode, using selected reaction monitoring (SRM) scan mode and internal standard method for quantitative analysis. The results reveal that 12 HAAs show a good linear relationship within 1.0~100.0 μg·L-1 (R>0.99). The separation was finished within 12 min. The average recovery (n= 6) of the 12 HAAs spiked in tested samples at 3 levels ranged from 42.98% to 125.00% with the relative standard deviation (RSD) between 1.49% and 9.88%, and the limit of detection (LOD) was in the range of 0.3~1.0 μg·kg-1. This simple, rapid and highly accurate method can effectively determine various HAAs in fish processing products, easily be applied and popularized.
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鱼粉是鳗鲡饲料中重要组成部分，不断攀升的鱼粉价格推高了鳗鱼养殖成本。同时，传统鳗鲡饲料配方中的高比例鱼粉也给养殖环境带来了很大的污染压力。因此，在保证鳗鲡正常生长的前提下，以廉价的动植物蛋白源替代昂贵的鱼粉既可以降低养殖成本[1]，也可以保护养殖资源环境。发酵豆粕作为新型植物蛋白源，具有促生长[2-3]和增强免疫功能[4]，价格优势使得其在养殖生产上得到了广泛的应用。国内部分厂家已将发酵豆粕应用于鳗鲡饲料，一般每吨饲料中添加发酵豆粕50 kg，即替代30 kg左右鱼粉，但使用效果褒贬不一，甚至有养殖者反映使用发酵豆粕后鳗鱼的体色不佳，而铜(Cu)等矿物元素是细胞色素氧化酶、酪氨酸酶和抗坏血酸氧化酶的成分，能够影响体表色素形成[20]。为此，笔者研究探讨了发酵豆粕部分替代鱼粉后对鳗鱼生长性能的影响，并从体内矿物元素的角度阐述发酵豆粕的使用对鳗鲡体色的影响，旨在确定发酵豆粕在鳗鱼饲料中的适宜用量，为鳗鱼饲料生产中多矿的使用提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 试验设计与饲料
试验所使用饲料中实用鳗鱼饲料和发酵豆粕均由东莞市银华生物科技有限公司提供，发酵豆粕商品名为普罗宝酶解蛋白粉。1#饲料为该公司常规饲料，不含发酵豆粕；2#饲料按每千克饲料添加200 g发酵豆粕，替代1#饲料中鱼粉使用量的20%，具体配方组成见表 1。试验共设5个组别，分别投喂由1#饲料和2#饲料按不同比例配合而成的饲料，具体比例为Ⅰ(全1#饲料)，Ⅱ(3 : 1)，Ⅲ(1 : 1)，Ⅳ(1 : 3)，Ⅴ(全2#饲料)。
表 1 饲料配方组成Table 1. Composition of experimental dietsg·kg-1 成分
ingredients对照组
control group
Ⅰ试验组 test group Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 发酵豆粕 fermented soybean meal 0 50 100 150 200 鱼粉 fish meal 600 570 540 510 480 膨化豆粕 extruded soybean meal 50 37.5 25 12.5 0 α淀粉 α-starch 250 250 250 250 250 酵母粉 yeast powder 30 26.5 23 19.5 16 蛋氨酸 Methionine 1 1.375 1.750 2.125 2.5 赖氨酸 Lysine 0 0.625 1.350 1.875 2.5 面粉 flour 64 59 54 49 44 鳗用多矿 mineral premix 5 5 5 5 5 鳗用多维 vitamin premix 2 2 2 2 2 营养组成 proximate composition 干物质/% dry matter 92.09 92.06 92.04 92.01 91.98 灰分/% crude ash 9.81 9.64 9.48 9.31 9.14 粗蛋白/% crude protein 46.03 46.02 46.01 46.00 45.98 粗脂肪/% crude lipid 7.13 6.99 6.84 6.70 6.55 注：Ⅱ组、Ⅲ组、Ⅳ组饲料配方和营养组成均为计算值
Note：Ingredients and composition of experimental dietsⅡ，Ⅲ and Ⅳ are calculated value.1.2 饲养管理
试验在东莞市银华生物科技有限公司清新鳗鱼养殖基地内进行。挑选30~40 g健康日本鳗鲡750尾，集中于池塘网箱内驯养1周，驯养期间投喂1#饲料。驯养后的鳗鱼平均体质量为(37.62±0.16)g，分成5个处理组，每个处理组3个重复，每个重复50尾鳗鱼。生长试验仍在池塘网箱内进行，罗茨鼓风机24 h不间断充氧，饲料与水按质量1 : 1比例拌成面团状投喂鳗鱼，每天饱食投喂2次，日投饵量为体质量的3%~5%。试验时间为2008年8月31日至2008年10月19日，共50 d。
1.3 生长指标测定
生长指标测定使用公式：
成活率(%)=100×试验末鳗鱼尾数/试验初鳗鱼尾数
相对增长率(%)=100×(Wt-W0)/W0
特定生长率(%)=100×(lnWt-lnW0)/t
饲料系数=F/(Wt-W0)
其中W0为每组鳗鱼初始体质量；Wt为每组鳗鱼终末体质量；t为代表养殖天数；F为消耗的饲料量。
1.4 矿物元素测定
试验结束后每个重复取3尾鳗鱼作为一个混合样，分析肌肉和皮肤中矿物元素，参考王友慧等[5]的方法进行样品前处理，委托中山大学检测中心测定肌肉中的钙(Ca)、Cu、钾(K)、磷(P)及皮肤中Cu元素质量分数，样品前处理后按GB/T 5009-2003提供的方法检测鱼体肌肉和皮肤矿物元素。
饲料中矿物元素委托华南植物研究所测试中心测定，样品经处理后采用等离子发射光谱仪optima 2000检测饲料中Ca、Cu、K、P、锰(Mn)、硼(B)、钠(Na)、铝(Al)、铁(Fe)和镁(Mg)。
1.5 数据处理
应用SPSS 10.0软件进行单尾方差分析和多重比较鳗鲡生长数据、肌肉和皮肤中矿物元素。
2. 结果与分析
2.1 对生长性能的影响
经过50 d的饲养，鳗鱼生长情况和饲料系数见表 2。发酵豆粕替代鱼粉后试验组鳗鱼增重率和特定生长率均高于对照组，且随着发酵豆粕替代鱼粉的比例升高，鳗鱼增重率和特定生长率呈先上升后下降的趋势，Ⅳ组(15%替代)最高；饲料系数则呈相反趋势，其中Ⅳ组(15%替代)饲料系数最低。发酵豆粕替代鳗鱼饲料中15%鱼粉组饲料系数与其他组的差异显著(P < 0.05)，但增长率、特定生长率与其他组的差异不显著(P>0.05)。
表 2 发酵豆粕不同比例替代鱼粉对鳗鱼生长的影响Table 2. Effects of replacement of FM by FSBM on growth performance生长指标 growth index 组别 group Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 初始质量/g IBW 38.07±0.47 38.00±2.82 36.80±1.60 37.07±0.70 36.73±1.64 终末质量/g FBW 81.40±0.50b 82.13±2.82b 80.87±0.67b 86.60±0.61a 80.00±0.53b 增重率/% WG 113.87±3.37 117.36±14.24 120.57±16.68 133.76±6.10 118.53±14.63 特定生长率/% SGR 1.52±0.03 1.55±0.13 1.58±0.15 1.70±0.05 1.56±0.13 饲料系数 FCR 1.51±0.02b 1.48±0.02b 1.49±0.11b 1.32±0.02a 1.51±0.07b 成活率/% survival 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 注：同一行中具不同上标字母者表示差异显著(P < 0.05)；后表同此
Note：Values with different superscripts in the same row are significantly different (P < 0.05)；The same case in the following tables.2.2 矿物元素的变化
发酵豆粕替代鳗鱼饲料中鱼粉使用量的20%后，鳗鱼饲料中的矿物元素情况见表 3。替代后2#饲料中的K、Fe和Mg元素质量分数比1#饲料的高，K元素增加幅度最大(28.01%)，Fe次之；而Ca、Cu、P、Mn、B、Na和Al质量分数降低，Al降低幅度最大(41.58%)，Cu次之(23.53%)。
表 3 发酵豆粕替代鱼粉后饲料中矿物元素Table 3. The mineral elements in fish diets矿物元素
mineral element饲料 diets 变化幅度/%
variation range1# 2# w(钙)/g·kg-1 Ca 29.337 25.236 -13.98 w(磷)/g·kg-1 P 17.955 16.190 -9.83 w(钾)/g·kg-1 K 7.684 9.836 28.01 w(钠)/g·kg-1 Na 6.620 5.823 -12.04 w(镁)/g·kg-1 Mg 2.000 2.086 4.30 w(铝)/g·kg-1 Al 0.101 0.059 -41.58 w(铁)/g·kg-1 Fe 0.461 0.504 9.32 w(锰)/mg·kg-1 Mn 27.74 27.83 0.36 w(硼)/mg·kg-1 B 11.392 8.675 -18.18 w(铜)/mg·kg-1 Cu 6.530 5.286 -23.53 发酵豆粕替代鳗鱼饲料中鱼粉后，鳗鱼肌肉和皮肤内的矿物元素情况见表 4。试验组鳗鱼肌肉和皮肤内的Ca、Cu、K、P元素与对照组相比均有所下降(除Ⅳ组的K、P元素外)，其中肌肉和皮肤中的Cu元素变化最明显，对照组显著高于试验组(P < 0.05)。
表 4 发酵豆粕替代鱼粉后对鳗鱼肌肉和皮肤内矿物元素的影响Table 4. Effects of replacement of FM by FSBM on mineral elements in fish muscle and skinμg·kg-1 组别
group肌肉 muscle 皮肤 skin w(钙)Ca w(钾)K w(磷)P w(铜)Cu w(铜) Cu Ⅰ 903.33±94.96a 7 490.00±213.78a 6 600.00±182.48a 1.16±0.34a 5.28±2.36a Ⅱ 669.33±145.22a 7 273.33±317.86a 6 600.00±177.86a 0.67±0.14bc 1.85±0.37b Ⅲ 867.33±341.38a 7 340.00±561.52a 6 493.33±312.14a 0.98±0.16ab 2.61±0.60b Ⅳ 900.33±99.16a 7 480.00±242.69a 6 446.67±174.73a 0.78±0.13bc 1.54±0.07b Ⅴ 689.00±106.61a 7 342.00±366.96a 6 326.67±369.10a 0.57±0.22c 2.21±0.07b 3. 讨论
3.1 发酵豆粕替代鱼粉的适宜用量
发酵豆粕是利用现代生物工程发酵技术，以优质豆粕为主要原料，将大豆蛋白降解为小分子蛋白、小肽、游离氨基酸和未知生长因子(UGF)等物质，同时有效地去除豆粕中多种抗营养因子，使豆粕中原来不能消化的多糖变得可消化、吸收和利用[6-7]，发酵豆粕还具有增强水产动物非特异性免疫力[3]和提高消化酶活性的功能[8]。现有的研究表明，不同品种的水产动物饲料中发酵豆粕替代鱼粉的适宜比例不尽相同[9-13]，生产中添加量一般为5%~15%。笔者试验以发酵豆粕替代鳗鱼饲料中0、5%、10%、15%和20%的鱼粉，从结果上看，尽管各组间增重率和特定生长率差异不显著，但随着发酵豆粕替代鱼粉比例的升高，增重率和特定生长率呈先升高后下降的趋势，15%组获得了最佳生长效果，且其饲料系数显著低于其他组别，表明发酵豆粕替代鳗鱼日粮中的鱼粉的合适比例应为15%左右(即适宜添加量为15%，150 kg·t-1)。但从生长效果比较来看，2#饲料的增重率、特定生长速度均大于1#饲料，而饲料系数相同，所以，从节约鱼粉使用量、保护养殖资源角度来看，在鳗鱼饲料配方中可以使用20%发酵豆粕，从而降低20%鱼粉的使用量。
3.2 发酵豆粕替代鱼粉对矿物元素的影响
矿物元素是鱼体的重要组成部分，与物质代谢、渗透调节等生理过程有着密切的关系[14]。饲料中缺乏矿物元素或量不足，鱼类会出现生长缓慢、贫血、皮肤及鳍发炎、糜烂，死亡率高等症状[15-16]。动物蛋白与植物蛋白在能量、必需氨基酸、矿物元素上都具有较大的营养差异。试验结果显示，发酵豆粕替代鳗鱼饲料中的鱼粉后，饲料中绝大部分矿物元素都发生了变化，按变化幅度大小排列顺序为Al>K>Cu>B>Ca>Na>P>Fe。尽管发酵豆粕替代鱼粉后饲料中的K、Cu、Ca和P元素都发生了变化，但各替代组(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ组)鳗鱼肌肉、皮肤中K、Ca和P与对照组(Ⅰ组)的差异并不显著(P>0.05)，而Cu的差异显著(P < 0.05)。
鳗鲡对矿物质的需要量比一般鱼类要高[17]，对Cu的需求量为5 mg·kg-1，鳗鱼饲料中Cu推荐添加量为15 mg·kg-1[18]。从笔者试验结果看，发酵豆粕替代20%鱼粉后鳗鱼饲料中Cu的质量分数仍可满足鳗鱼生长需求，但替代组与对照组鳗鱼肌肉和皮肤中的Cu却出现了显著差异，其原因可能有2种：1)直接原因。发酵豆粕中Cu的质量分数低于鱼粉，从而使得鳗鱼肌肉和皮肤中Cu质量分数降低；2)间接原因。作为植物蛋白，发酵豆粕中仍然存在一部分植酸等抗营养因子，从而影响到Cu元素的吸收[19]。尽管试验结果并未显示矿物元素的差异影响到鳗鱼的生长，但矿物元素影响鱼体生长发育、机体免疫力及产品品质，如Cu元素是细胞色素氧化酶、酪氨酸酶和抗坏血酸氧化酶的成分，具有影响体表色素形成，骨骼发育和生殖系统的功能[20]，这可能是部分养殖者反应发酵豆粕替代鱼粉后鳗鱼体色不好的主要原因。因此，发酵豆粕替代鱼粉后饲料配方中的矿物元素要做相应的调整，但如何调整还有待进一步研究。
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图 1 优化条件下的12种杂环胺的SRM图
Figure 1. SRM mass spectrum of 12 HAAs under optimized conditions
表 1 流动相梯度洗脱程序
Table 1 Gradient elution with mobile phases
t/min φ(5 mmol·L-1乙酸铵溶液)/%
ammonium acetate
(A)φ(甲醇)/%
methanol
(B)0 90 10 2.0 90 10 3.0 20 80 5.5 20 80 7.5 90 10 12.0 90 10 
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表 2 12种杂环胺类化合物的定性与定量特征离子及优化的质谱参数
Table 2 Qualitative and quantitative characteristic ions and optimized MS/MS parameters of 12 HAAs
杂环胺名称
compound母离子/(m/z)
mother ion子离子/(m/z)
daughter ion碰撞能量/V
collision energyIQ 198.9 184.0* 27 157.0 35 MeIQ 212.9 198.0* 27 197.0 36 MeIQx 213.9 199.0* 28 131.1 39 PhIP 225.0 210.0* 30 140.0 50 4, 8-DiMeIQx 227.9 213.0* 30 212.0 50 7, 8-DiMeIQx 227.9 213.0* 28 131.1 29 Harman 182.9 115.1* 33 89.1 51 AaC 183.9 140.1 33 167.1* 24 Trp-p-1 197.8 181.1* 23 154.1 29 MeAaC 197.8 197.0* 25 181.1 24 Norharman 168.9 115.1* 34 89.1 47 Trp-p-2 211.9 195.1* 35 167.1 38 Norharman-d7 175.9 120.2* 35 Trp-p-2-13C12, 15N 200.9 155.1* 31 MeIQx-d3 216.9 199.0* 28 注：*.定量离子
Note: *. MS/MS quantitative ion
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表 3 不同洗脱条件及其2种比例时杂环胺回收率
Table 3 Recovery of HAAs with different eluents and at different ratios
% 杂环胺
HAAsV(甲醇)：V(氨水) =8：2
methanol：ammoniaV(甲醇)：V(氨水) =9：1
methanol：ammoniaV(甲醇)：V(0.1% 甲酸)=8：2
methanol：0.1% formic acidV(甲醇)：V(0.1% 甲酸)=9：1
methanol：0.1% formic acidV(甲醇)：V(0.5% 甲酸)=8：2
methanol：0.5% formic acidV(甲醇)：V(0.5% 甲酸)=9：1
methanol：0.5% formic acidIQ 66.37 89.65 17.00 36.47 ND 66.03 MeIQ 96.08 94.90 74.10 70.46 54.17 69.87 MeIQx 93.03 108.40 99.29 34.58 85.38 26.91 PhIP 80.84 89.59 62.14 29.36 36.63 25.42 4, 8-DiMeIQx 92.40 95.80 85.80 86.15 136.90 52.05 7, 8-DiMeIQx 92.40 95.80 85.80 86.15 136.90 52.05 Harman 29.05 115.70 19.80 ND ND ND AaC 33.25 93.87 27.52 ND ND ND Trp-p-1 78.34 98.65 60.57 ND ND 60.41 MeAaC 38.69 108.24 ND 17.31 ND ND Norharman 81.99 94.12 50.48 ND ND ND Trp-p-2 88.70 97.20 79.60 ND 73.90 ND 注：ND.未检出; 后表同此
Note: ND.not detected.The same case in the following table.
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表 4 方法的检出限
Table 4 Limits of detection of method
物质
compound检出限/μg·kg-1
LODIQ 0.50 MeIQ 0.30 MeIQx 1.00 PhIP 0.30 4, 8-DiMeIQx 0.40 7, 8-DiMeIQx 0.40 Harman 0.30 AaC 0.40 Trp-p-1 0.50 Trp-p-2 0.50 Norharman 0.30 MeAac 0.30
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表 5 空白草鱼肉样中12种杂环胺化合物的加标回收率和精密度(n=6)
Table 5 Recovery and precision of 12 HAAs spiked in blank grass carp samples
物质
compound加标量/μg·kg-1
added amount回收率/%
recovery相对标准偏差/%
RSDIQ 5 70.49 6.32 10 77.80 5.73 20 89.46 3.36 MeIQ 5 42.98 1.72 10 57.27 7.05 20 84.91 9.22 MeIQx 5 77.24 3.12 10 76.04 3.17 20 95.44 6.04 PhIP 5 62.51 8.08 10 75.71 8.34 20 82.28 6.77 4, 8-DiMeIQx 5 68.92 4.61 10 78.08 6.64 20 78.78 7.93 7, 8-DiMeIQx 5 68.92 4.61 10 78.08 6.64 20 78.78 7.93 AaC 5 51.90 7.45 10 57.85 1.74 20 90.87 5.71 Harman 5 83.10 9.88 10 94.05 5.08 20 125.0 9.26 Norharman 5 63.44 7.38 10 81.39 3.44 20 87.38 4.18 Trp-p-2 5 64.61 4.61 10 79.03 1.66 20 83.20 9.03 Trp-p-1 5 50.08 1.49 10 79.75 5.08 20 83.06 3.11 MeAaC 5 52.45 1.49 10 92.53 7.59 20 95.38 5.38
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表 6 空白鲫鱼肉样中12种杂环胺化合物的加标回收率和精密度(n=6)
Table 6 Recovery and precision of 12 HAAs spiked in blank crucian carp samples
物质
compound加标量/μg·kg-1
added amount回收率/%
recovery相对标准偏差/%
RSDIQ 5 73.48 2.37 10 77.92 2.88 20 89.55 3.65 MeIQ 5 52.69 2.25 10 62.35 3.34 20 94.60 5.41 MeIQx 5 76.86 4.42 10 85.10 3.75 20 96.39 3.98 PhIP 5 66.82 2.58 10 74.92 1.94 20 95.39 5.87 4, 8-DiMeIQx 5 67.58 3.31 10 72.33 4.27 20 78.82 5.48 7, 8-DiMeIQx 5 67.58 3.31 10 72.33 4.27 20 78.82 5.48 AaC 5 58.16 6.06 10 66.90 4.93 20 92.02 5.15 Harman 5 88.99 4.07 10 93.57 4.53 20 104.67 5.58 Norharman 5 62.97 3.41 10 77.54 5.92 20 82.41 2.53 Trp-p-2 5 64.92 4.59 10 80.35 1.76 20 88.20 2.31 Trp-p-1 5 69.36 3.13 10 80.90 2.58 20 98.92 2.75 MeAaC 5 61.20 1.58 10 89.33 2.15 20 97.18 4.96
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表 7 空白鳊鱼肉样中12种杂环胺化合物的加标回收率和精密度(n=6)
Table 7 Recovery and precision of 12 HAAs spiked in blank white bream samples
物质
compound加标量/μg·kg-1
added amount回收率/%
recovery相对标准偏差/%
RSDIQ 5 75.53 1.72 10 88.52 2.82 20 92.01 2.24 MeIQ 5 50.20 4.47 10 64.23 3.95 20 83.30 6.23 MeIQx 5 76.86 5.35 10 87.43 4.21 20 96.80 6.72 PhIP 5 64.82 4.43 10 78.35 1.76 20 85.53 2.23 4, 8-DiMeIQx 5 69.92 2.18 10 76.33 4.51 20 85.46 5.57 7, 8-DiMeIQx 5 69.92 2.18 10 76.33 4.51 20 85.46 5.57 AaC 5 53.47 1.85 10 58.38 2.23 20 97.99 3.32 Harman 5 82.71 3.72 10 99.54 3.88 20 115.95 4.07 Norharman 5 67.29 3.48 10 80.40 4.12 20 86.27 1.78 Trp-p-2 5 64.50 1.86 10 80.22 3.71 20 85.16 2.97 Trp-p-1 5 72.45 1.98 10 85.76 3.83 20 96.55 2.89 MeAaC 5 55.88 4.81 10 92.74 3.53 20 102.10 2.29
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表 8 炸鱼肉、烤鱼肉样品中杂环胺类化合物质量分数(n=3)
Table 8 Content of HAAs in fried and roasted samples
ng·g-1 化合物
compoundw(油炸样品)
fried samplew(烧烤样品)
roasted sampleIQ 5.03 1.92 MeIQ 4.65 1.23 MeIQx 1.69* 1.56* PhIP 0.51* ND 4, 8-DiMeIQx 1.10* ND 7, 8-DiMeIQx 1.10* ND AaC ND ND Harman 13.29 10.08 Norharman 26.85 26.46 Trp-p-2 ND ND Trp-p-1 ND ND MeAaC ND ND 注：*.高于检出限而低于定量限
Note: *. beyond the limit of detection but under the limit of quanlification
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