二恶英是一类多氯代含氧三环芳烃类化合物的统称,是高毒的持久性有机污染物,包括75种多氯代二苯并-对-二恶英(PCDDs)和135种多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)。二恶英性质非常稳定,不易降解且极具富集性,通过空气、水、泥土和植物及脂质转移富集于食物链中,积聚于动物和人的脂肪组织中,对生态环境、畜禽和人类健康造成危害。文中综述了饲料中二恶英的主要污染来源及污染途径,总结了饲料中二恶英类物质的检测方法,包括化学分析法、免疫学分析法和生物学分析方法。
二恶英通常是指具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物,属氯代含氧三环芳烃类化合物,包括75种多氯代二苯并-对-二恶英 (PCDDs)和135种多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)。这类物质是燃烧和工业生产的副产物,具有致癌性和环境内分泌干扰作用等多种毒性作用。二恶 英类化合物的物理化学特性相似,无色、无味,沸点与熔点较高,具有亲脂性而不溶于水,在环境中稳定性高,不易降解,在环境中可长期存在,并随着环境转移、 放大。二恶英在食物链中具有富集作用,人主要是通过食物摄入二恶英的,其次被二恶英污染的饲料对人类健康有潜在的危害。 1999年比利时发生因饲料污染而引起的二恶英严重中毒事件引起了全欧洲乃至世界人民的广泛关注。近年来,我国加大了对食品及饲料中二恶英的监控力度,建 立了一些二恶英的检测机构。了解二恶英的污染途径,减少二恶英的暴露水平,建立饲料中二恶英的监控机制、监测方法和允许限量标准,加强对二恶英的检测,以 保证饲料安全及动物源性食品的安全。
1 二恶英类化合物的的污染
1.1 二恶英的主要污染源
二恶英主要是含氯、碳、氢化合物燃烧 产生的,因此火山喷发和自然火灾等也会产生二恶英。从世界范围来看,二恶英是人类活动过程中无意产生的“副产品”,如含氯工业产品杀虫剂、防腐剂、杀菌 剂、除草剂、除荞剂、防霉剂、氯代苯酚和油漆添加剂等工业生产的副产品,金属冶炼、石油冶炼和氯碱工业也会产生二恶英类物质;城市垃圾和固体废弃物的焚烧 产生的二恶英约占世界二恶英排放总量的37.7%,汽车尾气和发电厂排放的废气也是二恶英的来源之一;制浆和造纸工业在使用氯气进行漂白时会产生二恶英类 物质,这些物质会残留在纸上或随废水排放到环境中。此外,还有人认为,光化学反应和某些生化反应也有可能产生二恶英类物质。
1.2 二恶英的主要污染途径
1.2.1 环境污染
火山爆发和自然森林火灾以及其它燃烧都会产生大量的二恶英排放到环境中,还有人认为辣根在酶 的催化作用下而发生的转化以及各种微生物中所含的特种酶所产生的生原体氯化过程中也可能生成二恶英。然而环境中大部分的二恶英都是人为造成的。例如,在农 业上大量使用农药、除草剂等含氯化学品,把含有二恶英或被二恶英污染的残渣倒入土地中或把秸秆等就地焚烧,城市垃圾和塑料袋类固体废弃物的焚烧,生活中油 漆添加剂、粘合剂、润滑剂、胶粘剂、增塑剂等的使用,纸浆、纺织品漂白后排放的废水,汽车尾气、金属冶炼和煤电厂的废气等,这些都会对环境造成污染,并且 二恶英还可以吸附在颗粒上,通过水、空气、土壤等把污染扩大到整个生态系统中。二恶英化学性质十分稳定,一旦生成可能存在几十年。二恶英是脂溶性化合物, 容易在含脂肪较高的动物食品中富集,可以通过食物链积聚到人和畜禽体内,危害人畜的健康。
1.2.2 饲料污染
饲料中的二恶英主要来 源于被污染的饲料原料、饲料加工、运输和贮存过程及一些润滑油泄露和人为污染。
二恶英通过空气、水、土壤直接沉积到饲料作物的表面上,对玉米、小 麦、高梁、大麦、大豆等饲料作物造成污染。如用造纸厂污水灌溉的作物、附近金属冶炼和煤电厂的废气污染等,也可以通过农药、除草剂等聚积到作物体内。此 外,饲料原料中如果使用了被二恶英污染的饲用油脂及油脂加工的副产物,如用浸提法加工的豆粕、棉粕、菜籽饼、花生饼等也会对饲料造成污染。为预防和避免二 恶英对饲料的污染,在选用饲料原料时,应不使用含有二恶英的饲料原料。
二恶英具有极强的亲脂性,极易积聚于油脂中,在饲料原料如饲用油脂加工中使 用的溶剂、油脂的加工方式等不当都会污染饲料原料。1969年,美国用含二恶英的五氯酚处理生皮后提取的肥油饲喂雏鸡引起了“雏鸡浮脚病”,造成上万只雏 鸡死亡。因此在饲料原料(尤其是动物源性饲料原料)的加工过程中应严格按科学的工艺要求生产, 避免生产过程中产生二恶英。
在饲料运输和贮存过程 中,避免接触到被污染的表面,包括被二恶英污染的饲料、车皮和盛装饲料的容器等。如用被污染的饲料袋(尤其是聚氯乙烯袋)装饲料时就会将二恶英转移至饲料 中。
避免一些润滑油泄露和人为污染,如1968 年日本发生的米糠油事件就是由润滑油泄漏引起的, 造成几十万只鸡死亡和几千人中毒的严重后果。现在,由于利益的驱使,使得一些不法分子专门收集饭店周围的阴沟饭菜,将饭菜中的垃圾油重新炼制,这种“地沟 油”通常富含二恶英,如果饲料中添加此油,导致饲料被污染。
2 饲料中二恶英的检测
二恶英的分析属于多组分、超痕量分析,对样品的采集、 定量提取和净化技术要求很高。目前饲料中二恶英的主要分析方法有化学分析法、免疫学分析法和生物检测法。
2.1 化学分析法
二恶英的化学 检测方法有很多,被人们普遍认同的是高效气相色谱-质谱联用(HRGC-HRMS)方法,称为二恶英检测的“金标准”。该法的缺点是仪器设备昂贵、操作复 杂、昂贵耗时,不能满足大量检测的需要。全面的二维空间GC×GC-μECD技术已经被试验,该方法很可靠,在检测能力、可重复性、再现性和精确度方面, 该法和GC-HRMS的结果保持一致。对于我国等发展中国家来说,由于经济实力有限,所以二恶英的检测水平非常落后,由此,出现了新的二恶英的化学检测 法。气相色谱-质谱(GC/MS)及气相色谱-串联质谱(GC/MS/MS)法简化了HRGC-HRMS法中的很多步骤,选择性地使用内标物,有一定的发 展前景。样品中二恶英的含量很低,在检测过程中实际样品中基质和其它干扰物的浓度大大高于目标化合物,因此样品前处理的结果在很大程度上影响着分析结果的 准确性。二恶英的化学检测方法几乎应用了所有样品前处理技术,除传统的索氏提取方法、超声萃取、液液萃取等技术应用外,微波辅助萃取、加速溶剂萃取 (ASE)、二氧化碳超临界萃取法(SFE)和固相萃取等样品提取技术也在二恶英的分析中得到验证和应用。根据样品的类型,选择适当的净化方法,有效地降 低共提物中的干扰组分。传统的净化技术包括玻璃柱色谱的洗脱和其它化学方法,耗时长、溶剂用量大,近年来研制的自动化前处理设备如自动凝胶净化装置、全自 动样品净化装置等在食品中二恶英的分析已经十分广泛。适合于脂肪含量高的生物样品的半透膜滤过净化技术受到越来越多人的关注,原因是该净化技术经济、高 效。亲和色谱和聚酰胺色谱分离方法的净化除杂效果不错,但仍需进一步改善。用二恶英的前体或衍生物替代二恶英的间接检测方法尚处于研究阶段,还没有实际应 用。
2.2 免疫学和生物学检测法
由于化学分析法分离净化繁杂,对仪器设备及实验人员要求极高,在一般实验室很难开展。随着科技发展,生 物法测定二恶英的研究成为热点,一些实验室建立了免疫法和各种生物检测方法(BDMs)。免疫法的原理是二恶英可被受体特异性识别并结合,而生物检测法是 二恶英能在体外细胞内培养中转化为特殊生物信号。与化学分析法相比,这两种方法具有快速、简便、灵敏度高、耗时少、费用低,而且操作也比较简单的优点,当 然这两种方法也有弊端,如免疫法的缺点是不能检测所有异构体且难找到抗体,生物法的缺点是不能分别检测二恶英的同系物等。生物法主要是用于大量样品的筛选 和快速半定量检测。
2.2.1 酶免疫分析(EIA)法
竞争性EIA法是特异性的针对2,3,7,8-TCDD,根据老鼠或兔子单克隆或 多克隆抗体(DD3)与二恶英结合建立竞争抑制酶免疫方法。由于单克隆抗体和多克隆抗体的EIA技术选择性和灵敏度都较低,Harrison等发展了灵敏 度较高的微板和试管技术。使用酶竞争配合物(HRP)和二恶英共同竞争有限的DD3抗体的特异性结合位点,以一系列不同浓度的2,3,7,8-TCDD为 标准物质,做出2,3,7,8-TCDD标样与对应样品的剂量-效应曲线,样品中二恶英毒性强度以计算出的TCDD毒性等价浓度间接表示。最终通过测定 DD3与酶竞争配合物的荧光强度来得到二恶英的TEQ, HRP的荧光强度与二恶英的TEQ成反比。该法操作简单、快速、准确性高,是饲料中二恶英检测的快速、有效的方法之一。另外,Yudio等对一种新的酶联 免疫吸附技术进行了报道,其选择TMDD代替TCDD,结果较另人满意。
2.2.2 时间分辨荧光免疫分析(DEIFIA)法
DEIFIA 法是目前最新的一种免疫学方法。该方法利用生物基因技术选择出合适的抗原键合铕离子,与样品中二恶英竞争单克隆抗体,待免疫反应完全后加入荧光增强液,使 铕离子从抗原中解离下来,进入增强液,形成胶束,高效地发出荧光。鳌合物用时间分辨荧光法分析,其荧光强度与二恶英的TEQ成反比,以此获得待测样本中二 恶英的TEQ值。该法的灵敏度高,用样量少,检测成本低。
2.2.3 化学激活荧光表达(CALUX)法
CALUX法是一种新的灵敏度最 高的二恶英检测方法,是唯一得到(美)环保局(EPA)推荐使用的二恶英分子生物学检测方法,有很高的使用价值和广阔的应用前景。此法是将萤火虫荧光素酶 基因作为报告基因结合到控制转录的DRE上,制备成质粒载体,并转染H4ⅡE大白鼠肝癌细胞系,以此构成CALUX系统荧光素酶诱导活性与二恶英的毒性系 数相对应。而且该系统合成的荧光素量和荧光强度与加入的二恶英类物质的量成正比,最终测得二恶英的量。该法与传统的生物学法相比,操作更加简单,分析成本 也更低,MURK已用该法检测水体和血浆中的二恶英,效果良好。
2.2.4 化学激活荧光基因表达(CAFLUX)法
CAFLUX法是将 增强绿色荧光蛋白基因(EGFP)作为报告基因,采用Hepalclc7作为反应细胞株进行检测的生物检测方法。CAFLUX法可应用于高通量检测,比 CALUX法更快速、经济、简便,还可以对细胞进行“实时”监测。在饲料和食品二恶英检测中,CAFLUX法的发展空间很大,技术也较成熟。该方法的缺点 是如果增强绿色荧光蛋白过于稳定将影响细胞的背景荧光值,使其偏大。
2.2.5 7-乙氧基异吩恶唑酮-脱乙基酶(EROD)法
EROD 法是最早建立的生物检测方法。EROD法在一定浓度范围内具有线性剂量效应关系,在该线性范围内可准确测定二恶英的量。EROD法快速、重复性好、细胞株 和相关试剂比较易得,不足的是其可靠性和灵敏度没有CALUX法高。另外,该法测得的TEQ值比化学分析法所得的值要高几倍。迄今为止,报道该法的文献较 多,但用EROD法测定饲料中二恶英的报道却很少。
2.2.6 PCR技术
二恶英特异地结合芳香烃受体(AhR),然后再与一段特殊 DNA(DRE)结合,除去未结合的二恶英应答元件(DRE),扩增剩下的结合DRE,最后用实时PCR检测,由于该技术要求在饲料中二恶英检测时具有有 效灵敏度和可靠性,所以目前还不能普遍应用。
2.2.7 蛋白标记分析
蛋白标记的研究是把酶(如过氧化物岐化酶)、应激蛋白(如 hsp60)、受体或cytosketal蛋白(如肌浆球蛋白)和二恶英类物质建立关系,通过标记蛋白检测二恶英。AhR-DNA 结合的凝胶阻滞电泳生物检测法(GRAB)就是利用凝胶阻滞电泳分离配体-AhR-DNA复合物,并通过同位素标记的DNA来测定复合物的含量。该法操作 简单、迅速,但费时,有放射性污染,并且检测限和灵敏度都较低。
3 小结
二恶英类污染物进入环境和饲料后,不容易被分解,长期残留在环境 和饲料中,并随生物链进入到动物机体,危害动物及人类的健康。因此对二恶英的监测是长期的任务,虽然国内已有少数 HRGC-HRMS二恶英检测实验室,但其检测能力十分有限,只能检测少数几种二恶英类物质,远远不能满足对二恶英的监测监控需要。建立快速、经济的生物 检测法对饲料中二恶英进行定量筛选、常规检测和定性分析,解决二恶英对我国饲料可能造成的污染是关系到饲料安全及食品安全的重要问题,应引起足够重视。