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莱克多巴胺的制备和检测方法!

 

一、背景及概述

 

莱克多巴胺(ractopamine,RAC)是人工合成的β-肾上腺受体激动剂,属于“瘦肉精”的一种,可以同时提高动物的日增质量,提高饲料利用率,提高动物的蛋白质含量。目前只有美国、加拿大、巴西等24个美洲和亚太地区允许将莱克多巴胺用于食用性动物(主要用于猪和牛)的促生长和提高瘦肉率。莱克多巴胺属于激素类添加剂,而激素类饲料添加剂用于动物后,具有激素残留的问题,对动物机体产生副作用,同时也会影响消费者的健康。欧盟早已明确禁止在食用性动物中使用包括莱克多巴胺在内的所有β-肾上腺素兴奋剂类药物(欧盟96/22/EC法令),我国也已经于2002年明确将其列入《禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录》。中华人民共和国工业和信息化部、农业部、商务部、卫生部、国家工商行政管理总局、国家质量监督检验检疫总局联合发布公告,自2011年12月5日起在我国境内禁止生产和销售莱克多巴胺。近年来,我国出入境口岸也屡次在进口动物性食品中检出莱克多巴胺。

 

二、制备方法

 

β-肾上腺激动素莱克多巴胺的合成方法,包括以下步骤:

 

(1)在500mL三口瓶中加入20g对羟基苯乙酮、50mL苯和100mL饱和碳酸钠水溶液,加热至50℃,缓慢滴加24mL苯甲酰氯,滴加完毕后于40~90℃升温回流2h,同时蒸馏出苯;然后慢慢加热水50mL,继续加热蒸馏至蒸汽温度90℃,冷却,有白色晶体析出,抽滤,滤饼用水洗涤至中性,烘干,得酯化物苯甲酸(4-乙酰苯基)酯35.12g。此步收率为99.5%。

 

(2)将上述酯化物30g、四氯化碳150mL加入500mL三口瓶中,加热升温至40℃,缓慢滴加液溴12mL,然后缓慢升温回流2h,冷却,得白色结晶体,抽滤,洗涤,烘干,得溴化物苯甲酸(4-溴乙酰苯基)酯36.24g。此步收率90.6%。

 

(3)在500mL高压反应釜中,加入覆盆子酮25g、催化剂雷尼镍2g、溶剂无水乙醇250mL,密封后,用氢气置换三次,通入氨气,保持压力0.2MPa,常温下反应3h,停止通氨气,放出余氨;然后通入氢气,保持氢气压力0.5MPa,反应10h,过滤,滤液在蒸馏装置中蒸馏出溶剂至干,趁热加入乙酸乙酯于70℃回流1h,冷却至室温,抽滤洗涤,滤饼烘干,得到胺化物1-甲基-3-(4-羟基苯基)-丙胺23.64g。此步收率94%。

 

(4)于500mL三口瓶中,加入上述溴化物30g、胺化物15g,加入乙酸乙酯80mL和饱和碳酸钠水溶液100mL,常温下搅拌反应3h,抽滤洗涤,得到固体缩合产物苯甲酸[1-甲基-3-(4-羟基苯基)-丙胺基]-乙酰苯酯,不用烘干,直接用于下步反应。

 

(5)将上述固体缩合产物投入500mL三口瓶中,加入200mL含氯化氢20%的盐酸-甲醇溶液,加热至60℃保持48h,冷却,结晶,抽滤洗涤,经烘干,得固体水解产物1-(4-羟基苯基)-2-[1-甲基-3-(4-羟基苯基)-丙胺基]-乙酮22.03g。此步收率90%。

 

(6)把上述固体水解产物加入500mL反应釜中,加入甲醇300mL、钯碳2g,密封后,用氢气置换三次,然后加氢至压力0.45MPa,加热至40℃,搅拌反应20h,冷却结晶,抽滤,滤液经常压蒸馏出甲醇,然后减压真空干燥得粗品,用乙酸乙酯精制,即得白色固体粉末莱克多巴胺(终产物)20.85g,该物质的熔点mp为167-168℃。此步收率94%。

 

三、检测方法

 

1、免疫分析方法

免疫分析方法是利用抗原与抗体特异性反应为基础的分析技术,主要包括酶联免疫法、胶体金免疫层析法、荧光微球免疫层析技术和时间分辨荧光免疫分析技术等。

 

1)酶联免疫法

酶联免疫法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)是基于竞争性酶联反应原理,把抗原-抗体免疫反应的特异性和酶的高效催化作用有机结合起来的一种检测技术,目前广泛应用于莱克多巴胺残留的检测。ELISA法检测动物性食品中的莱克多巴胺,最低检测限可达0.1ng/mL,平均回收率在70%~90%之间。ELISA 法具有快速、灵敏和高通量等特点,且无需昂贵的仪器,是目前基层检测部门应用的主要方法,一般用来进行大批量样品的初步筛选,但该方法稳定性差,出现的假阳性较多,需用气相质谱或液相质谱进行确证。

 

2)胶体金免疫层析技术

胶体金免疫层析技术(gold immunochromatographyassay,GICA)是近年来兴起的一种快速检测技术,该技术是一种将胶体金颗粒与包括抗原、抗体在内的许多蛋白质标记形成免疫金复合物的技术。基于胶体金免疫层析法研制出的试纸条,可在8~10min内完成莱克多巴胺测试,检测限为5ng/mL,肉眼即可判断。胶体金免疫层析技术具有简单、快速、特异、灵敏的特点,不需要借助相关仪器,检测效率能得到很大提高,适合大规模样品的现场检测。

 

3)荧光微球免疫层析技术

荧光微球免疫层析方法比胶体金免疫层析方法具有更高的灵敏度。刘道峰等以荧光微球为新型标记物,采用EDC法进行偶联,制备了莱克多巴胺抗体荧光微球复合物,并以之为探针对莱克多巴胺进行检测,检测限为2.5ng/mL,且特异性强、检测范围宽。

 

4)时间分辨荧光免疫分析技术

时间分辨荧光免疫测定(time-resolved fluoroimmunoassay,TRFIA)是一种非同位素免疫分析技术,它用镧系元素标记抗原或抗体,根据镧系元素螯合物的发光特点,用时间分辨技术测量荧光,同时检测波长和时间两个参数进行信号分辨,可有效地排除非特异荧光的干扰,极大地提高了分析灵敏度。TRFIA作为一项新兴的超微量标记免疫技术,其灵敏度比ELISA法更高、稳定性更好,目前已有其应用于莱克多巴胺检测的报道。

 

2、色谱分析技术

色谱分析技术是莱克多巴胺检测中常用的定量和确证方法,主要包括高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-质谱法(GC-MS)和液相色谱-质谱法(HPLCMS)等。

 

1)高效液相色谱法

莱克多巴胺的HPLC法检测主要是采用SPE固相萃取小柱净化,二极管阵列检测器(diode array detector,DAD或荧光检测器(fluorescence detector,FLD)检测。由于莱克多巴胺的紫外最大吸收波长在224nm左右,采用HPLC-DAD对莱克多巴胺进行检测时,在此波长附近干扰较大,通常不采用DAD检测器检测。莱克多巴胺含酚羟基,具有荧光性,可采用FLD检测器测定,激发波长约为226nm,发射波长约为305nm,该方法灵敏,检出限可达0.3μg/L,同时可排除杂质干扰。

 

2)气相色谱-质谱法

莱克多巴胺化学结构中具有不易气化的羟基和氨基,属于高沸点、难挥发的化合物,衍生后才能测定。常用的衍生剂有BSTFA(双三甲基硅烷基三氟乙酰胺)和BSTFA+1%TMCS(三甲基氯硅烷),衍生温度为80℃左右,衍生时间为1h。采用GC-MS对猪肝脏中莱克多巴胺检测的检出限和定量限分别为0.5ng/g和2.0ng/g,对猪尿的检出限和定量限分别为0.3μg/L和1.0μg/L。GC-MS是莱克多巴胺检测最常用的定量和确证方法,但是它需要衍生,衍生效率对测定结果影响很大,因此加标回收率不高,同时衍生剂和甲苯有极强的毒性。

 

3)液相色谱-质谱法

液相色谱-质谱法不需要衍生,采用内标法定量,在提高效率的同时提高检测的准确度,采用UPLC-ESIMS-MS对牛肉中的莱克多巴胺的检出限和定量限分别为0.07μg/kg和0.22μg/kg。液相质谱法灵敏度高,重现性强,适用于莱克多巴胺的确证检测,但是其分析成本昂贵,难以普及。

 

3、传感器技术

 

1)生物传感器技术

近年来,表面等离子体共振(SPR)生物传感器受到人们的关注,原理为将能够与待测物结合的物质固定在传感器芯片上,当待测物流过芯片表面时与芯片表面的物质结合,引起芯片表面光学参数变化,并以电信号的形式表现出来。该技术可在15min内完成单个样品的莱克多巴胺检测,检出限达0.6μg/kg。

该技术无需对分子进行标记,方法的建立和样品预处理简单,所需样品量少,可利用动力学特性绘制标准曲线,检测时间短,可分析弱相互作用或瞬间相互作用,可实时检测。

 

2)电化学传感器技术

采用Nafion-Au-Nafi on修饰玻碳电极,建立了莱克多巴胺的循环伏安电化学传感方法,在pH2.0、B-R为支持液、富积时间120s、扫描速度50mV/s、电位1.1V条件下,检测限可达2μg/L,检测时间不超过5min。

 

4、分子印迹技术

 

分子印迹技术的原理是:当模板分子(印迹分子)与聚合物单体接触时会形成多重作用点,通过聚合过程这种作用就会被记忆下来,当模板分子除去后,聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴,这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。分子印迹技术具有预定性、识别性和实用性等特点,目前广泛应用于色谱技术(固相萃取前处理)、酶联免疫技术、电化学传感器技术中,对动物性食品中的莱克多巴胺进行检测。

 

5、光谱技术

 

近年来,光谱技术用于盐酸莱克多巴胺的检测也有了新的进展,主要是表面增强拉曼光谱技术和太赫兹时域光谱。将表面增强拉曼散射光谱(SERS)用于猪尿中莱克多巴胺的检测,样品中的莱克多巴胺采用液液萃取LLE)和液液萃取-固相萃取(LLE-SPE)两种方式提取后分别进行SERS检测,检测限分别为0.8μg/mL和0.4μg/mL。SERS技术测量样品的制备方法简单,具有很大的潜力,可用于快速分析的猪尿中莱克多巴胺。

 

6、化学发光法

 

根据碱性介质中莱克多巴胺对鲁米诺-铁氰化钾体系化学发光的增敏作用,建立了新的流动注射-化学发光快速测定莱克多巴胺的方法,相对发光强度与莱克多巴胺质量浓度在0.004~0.8μg/mL范围内呈良好的线性关系,检出限为2.5μg/kg。

 

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