2食品中微塑料檢測(cè)的樣品前處理技術(shù)

2.1物理處理

物理方法可分為膜分離和浮選兩種。膜分離是從食品基質(zhì)中分離MPs的適宜方法之一。這種簡(jiǎn)單易用的技術(shù)不涉及復(fù)雜的設(shè)置,利用壓力差使液體流過(guò)膜。施加壓力可使溶液將MPs保留在不同膜過(guò)濾器的表面上,并且尺寸分選清晰。此外,分離過(guò)程根據(jù)過(guò)濾的顆粒大小可分為超濾、微濾、納濾和反滲透。近年來(lái),膜分離技術(shù)也應(yīng)用于食品中MPs的檢測(cè)。例如,DU等[26]曾進(jìn)行過(guò)研究,以檢測(cè)外賣食物容器中是否含有MPs。用5μm膜濾膜提取MPs。結(jié)果表明,MPs在所有容器中的存在范圍為3~29個(gè)粒子/容器,其中聚苯乙烯片狀粒子約占77%。盡管膜分離在從樣品中分離組分方面表現(xiàn)良好,但諸如膜污染等缺點(diǎn)應(yīng)該得到解決。膜污染指的是顆粒在膜上過(guò)度沉積,導(dǎo)致孔道堵塞。為了減少污染影響,可以使用反沖洗系統(tǒng),通過(guò)使液體反向流過(guò)膜,從而改善膜表面物質(zhì)的去除,同時(shí)提高最終處理效率。浮選是從樣品中提取MPs的一種常用、快速、簡(jiǎn)單的技術(shù),實(shí)現(xiàn)了接近完全分離[27]。樣品基質(zhì)通常先用過(guò)氧化氫溶液預(yù)消化,以改善塑料的提取。然后將溶液與浮選介質(zhì)混合,以產(chǎn)生均質(zhì)溶液。真空過(guò)濾后進(jìn)行的浮選研究進(jìn)一步證明了這種方法的有效性,TIRKEY[28]的研究顯示每50g材料中含有16~63個(gè)顆粒。浮選的整個(gè)過(guò)程通常具有高回收率(高達(dá)99%),且價(jià)格低廉,易于管理。但這種方法的根本缺點(diǎn)是MPs必須首先從基質(zhì)材料中分離出來(lái)。

2.2化學(xué)處理

盡管物理分離研究已被證明效果比較好,但缺點(diǎn)是很耗時(shí),需要更精確的檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)更快的采樣技術(shù)以提高檢測(cè)效率這一目標(biāo),采用了化學(xué)處理的方法。目前,MPs的化學(xué)消化大致可分為兩類:酸處理和堿處理。這兩種處理方法都能夠在不干擾MPs的情況下降解組織和食物樣本中的有機(jī)物[29]。但應(yīng)該注意的是,如濃HNO3(22.5mol/L)在處理過(guò)程中可能會(huì)引起過(guò)度反應(yīng),會(huì)降解或破壞pH敏感聚合物(如聚苯乙烯),從而導(dǎo)致MPs計(jì)數(shù)和測(cè)量困難[30]。此外,用過(guò)氧化氫對(duì)樣品進(jìn)行前處理會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生泡沫和組織消化不完全。不過(guò),應(yīng)用酶處理評(píng)價(jià)消化效率有效且不會(huì)損害食物基質(zhì)。

2.3酶處理

酶處理是化學(xué)處理的一種合適的替代方法,因?yàn)樗鼘?duì)環(huán)境的危害較小,并且使用生物活性酶能實(shí)現(xiàn)更好地分離。將酶添加到樣品中,隨著溫度和pH的變化會(huì)引起解聚和復(fù)雜的酶促反應(yīng),以形成單體,然后進(jìn)行表征研究。JIANG等[31]進(jìn)行了一項(xiàng)植物-土壤生態(tài)系統(tǒng)研究使用兩種酶處理聚苯乙烯MPs并觀察其對(duì)蠶豆產(chǎn)生的影響。與超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶混合處理相比,生物量利用率和植物根部過(guò)氧化氫酶活性表明,酶處理后的聚苯乙烯顆粒(<5μm)更小。

盡管酶處理有利于MPs的分離,但在為特定食品樣品選擇合適的酶并適應(yīng)復(fù)雜的處理步驟方面仍是一個(gè)挑戰(zhàn)[32]。雖然多種酶的混合物可能有助于同時(shí)消化一個(gè)樣品中存在的多種MPs,但使用復(fù)合酶的成本很高。近年來(lái),人們嘗試制定一種標(biāo)準(zhǔn)化的新方法,用于分析消化的海鮮和生物群中的MPs,這種方法成本低、對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小[33]。該方法也成功地在Serripesgroenlandicus上進(jìn)行了試驗(yàn)。該方案包括比較兩種消化方法:使用胰酶的酶消化(主要由脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶組成的活性物質(zhì)的組合)和化學(xué)消化(使用KOH)。考慮到pH為8和濃度為0.05g組織/g的處理?xiàng)l件,取KOH和胰酶的當(dāng)量比,其過(guò)夜消化率為97.7%±0.2%,回收率為87%±5.9%,而KOH化學(xué)處理效率為33.1%±5.5%,回收率為75%±11.5%。結(jié)果表明,胰酶具有很好的應(yīng)用前景。

2.4萃取

除了物理法、化學(xué)法和酶法分離MPs外,還對(duì)萃取方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。目前使用較多的3種萃取方法分別是超聲萃取、固相微萃取(solid-phasemicroextraction,SPME)和磁萃取。

與物理法和酶處理相比,超聲萃取技術(shù)具有成本效益高、對(duì)樣品的破壞最小、不需要復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。例如,WAGNER等[34]對(duì)淡水魚(yú)腸道樣品使用水浴超聲波儀在39~41kHz下持續(xù)處理15min后,將小于50~100μm的MPs與大量PE、苯乙烯、增塑劑和纖維分開(kāi)。由于這種方法對(duì)樣品的毒性更小,更有效,因此研究者建議在不同的海洋環(huán)境中處理MPs時(shí)使用該技術(shù)。此外超聲波處理可以改善溶劑滲透,這是另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

SPME技術(shù)也被用于提取MPs。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了時(shí)間和處理成本。特別的是,頂空模式(headspace,HS)下的微萃取在降解聚合物和單體方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。

磁萃取技術(shù)已在環(huán)境和飲用水樣品中有所應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)使用鐵納米顆粒,使其與樣品中的塑料結(jié)合在一起,形成疏水尾部。結(jié)合的鐵顆粒使塑料磁化,吸引粒徑為10~20μm的MPs,回收率為92%[35]。類似的方法也可用于從食品基質(zhì)中分離MPs。

大多數(shù)研究人員專注于使用萃取技術(shù)作為前處理步驟,而不是單一的分離技術(shù)[32]。目前還鮮少有關(guān)于食品樣本中溶劑性質(zhì)或溫度變化的研究。此外,超聲波或脈沖超聲波等萃取方法只能將脆性塑料成分分解成較新的微小碎片或納米塑料,這給估計(jì)總數(shù)帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)[36]。因此,需要更多的研究來(lái)評(píng)估MPs的分離。