Резюме
9,10-антрахинон (AQ) е замърсител с потенциален канцерогенен риск и се среща в чая по целия свят.Максималната граница на остатъчните количества (MRL) на AQ в сервиз за чай, определена от Европейския съюз (ЕС), е 0,02 mg/kg.Възможните източници на AQ при обработката на чай и основните етапи на възникването му бяха изследвани въз основа на модифициран аналитичен метод на AQ и анализ с газова хроматография-тандемна масспектрометрия (GC-MS/MS).В сравнение с електричеството като източник на топлина при обработката на зелен чай, AQ се увеличава с 4,3 до 23,9 пъти при обработката на чай с въглища като източник на топлина, далеч надхвърляйки 0,02 mg/kg, докато нивото на AQ в околната среда се утроява.Същата тенденция се наблюдава и при обработката на чай Oolong при въглищна топлина.Стъпките с директен контакт между чаените листа и изпаренията, като фиксиране и сушене, се считат за основните стъпки на производството на AQ при обработката на чай.В допълнение, максималното съдържание на AQ от 0,064 mg/kg се наблюдава в чаения продукт с въглища като източник на топлина, което показва, че високите нива на замърсяване с AQ в чайните продукти вероятно се дължат на въглищата.
Ключови думи: 9,10-антрахинон, обработка на чай, въглища, източник на замърсяване
ВЪВЕДЕНИЕ
През 2020 г. в световен мащаб производството на чай се е увеличило до 5 972 милиона метрични тона, което е удвояване през последните 20 години [1].За да се гарантира качеството и безопасността на продуктите, е много важно да се наблюдават нивата на замърсители и да се определи произхода.

Тежките метали могат да се натрупат в чая и да доведат до токсичност, която се дължи главно на почвата, тора и атмосферата [5-7].

По време на изгарянето на въглища и дърва за огрев се образуват замърсители като въглеродни оксиди [11].Температурата на горенето, времето и съдържанието на кислород са важни фактори, които влияят на превръщането на PAH.С повишаването на температурата съдържанието на PAH първо се увеличава и след това намалява, а пиковата стойност е възникнала при 800 ° C;

9,10-Антрахинон (AQ, CAS: 84-65-1, Фиг. 1), съдържащо кислород производно на PAH [18], се състои от три кондензирани цикъла.Той беше посочен като възможен канцероген (група 2B) от Международната агенция за изследване на рака през 2014 г.[19].AQ може да отрови комплекса за разцепване на топоизомераза II и да инхибира хидролизата на аденозин трифосфат (АТР) от ДНК топоизомераза II, причинявайки разкъсвания на двойни вериги на ДНК, което означава, че дългосрочната експозиция в среда, съдържаща AQ и директен контакт с високо ниво на AQ може да доведе до увреждане на ДНК, мутация и да увеличи риска от рак[20].Също така, въз основа на експерименталните последствия при обработката на индонезийски зелен и черен чай, очевидно е, че нивото на AQ се е променило значително и димът от оборудването за обработка е предложен като една от основните причини[22].Въпреки това, точният произход на AQ при обработката на чай остава неуловим, въпреки че бяха предложени някои хипотези за химическия път на AQ [23,24], което показва, че е изключително важно да се определят решаващите фактори, влияещи върху нивото на AQ при обработката на чай.

Фигура 1. Химическата формула на AQ.

Given the research on the formation of AQ during coal combustion and the potential menace of fuels in tea processing, a comparative experiment was carried out to explain the effect of processing heat sources on AQ in tea and air, quantitative analysis on the changes of AQ content На различни стъпки за обработка, което е полезно за потвърждаване на точния произход, модел на възникване и степен на замърсяване на AQ при обработка на чай.

В сравнение с предишното ни проучване [21], процедурата за екстракция течност-течност беше комбинирана преди инжектиране в GC-MS/MS, за да се подобри чувствителността и да се поддържат инструменталните изявления.На Фигура 2а пълен спектър на сканиране (50-350 m/z) показва, че след пречистване основната линия на MS спектъра очевидно намалява и по-малкото хроматографски пикове са налични, което показва, че голям брой интерфериращи съединения са отстранени след отстраняването liquid-liquid extraction.

Фигура 2. (а) Пълен сканиращ спектър на пробата преди и след пречистването.(b) Ефектът на пречистване на подобрения метод.
Валидирането на метода, включително линейност, възстановяване, граница на количествено определяне (LOQ) и матричен ефект (ME), са показани в таблица 1. Задоволително е да се получи линейност с коефициент на определяне (r2), по-висок от 0,998, който варира от 0,005 to 0.2 mg/kg in the tea matrix and acetonitrile solvent, and in the air sample with a range of 0.5 to 8 μg/m3.

Възстановяването на AQ беше оценено при три повишени концентрации между измерените и действителните концентрации в сух чай (0,005, 0,02, 0,05 mg/kg), пресни чаени стръкове (0,005, 0,01, 0,02 mg/kg) и проба от въздух (0,5, 1,5, 3 μg/m3).Възстановяването на AQ в чая варира от 77,78% до 113,02% в сух чай и от 96,52% до 125,69% в чаени филизи, с RSD% по-нисък от 15%.Възстановяването на AQ във въздушни проби варира от 78,47% до 117,06% с RSD% под 20%.Най-ниската повишена концентрация беше идентифицирана като LOQ, която беше 0,005 mg/kg, 0,005 mg/kg и 0,5 μg/m³ в проби от чай, сух чай и въздух, съответно.

Нивата на AQ по време на обработката на зелен чай
Едната група беше снабдена с електричество, а другата с въглища.

Както е показано на фиг. 3, нивото на AQ с електричество като източник на топлина варира от 0,008 до 0,013 mg/kg.По време на процеса на фиксиране, изсъхването на чаените листа, причинено от обработка в съд с висока температура, доведе до 9,5% увеличение на AQ.След първите стъпки на сушене, нивото на AQ се повишава леко от 0,010 до 0,012 mg/kg, след което продължава да нараства до 0,013 mg/kg до края на повторното сушене.PFs, които значително показват вариацията във всяка стъпка, бяха съответно 1.10, 1.03, 1.24, 1.08 при фиксиране, валцуване, първо сушене и повторно сушене.Резултатите от PFS предполагат, че преработката при електрическа енергия има лек ефект върху нивата на AQ в чай.

Фигура 3. Нивото на AQ по време на обработката на зелен чай с електричество и въглища като източници на топлина.
В случай на въглища като източник на топлина, съдържанието на AQ рязко се увеличава по време на обработката на чая, като нараства от 0,008 до 0,038 mg/kg.338,9% AQ бяха повишени в процедурата на фиксиране, достигайки 0,037 mg/kg, което далеч надвишава МДГОВ от 0,02 mg/kg, определен от Европейския съюз.По време на етапа на валцуване, нивото на AQ все още се повишава с 5,8%, въпреки че е далеч от фиксиращата машина.При първото сушене и повторното сушене, съдържанието на AQ се повишава малко или леко намалява.PF, използващи въглища като източник на топлина при фиксиране, първо сушене при валцоване и повторно сушене, бяха съответно 4,39, 1,05, 0,93 и 1,05.

To further determine the relationship between the coal combustion and AQ pollution, the suspended particulate matters (PMs) in air in the workshops under both heat sources were collected for air assessment, as shown in Fig. 4. The AQ level of PMs with coal as Източникът на топлина е 2,98 µg/m3, което е над три пъти по -висок от този с електричество 0,91 µg/m3.

Фигура 4. Нивата на AQ в околната среда с електричество и въглища като източник на топлина.* Показва значителни разлики в нивата на AQ в пробите (p <0,05).

Нивата на AQ по време на обработката на чай oolong Чаят Oolong, произвеждан главно във Фуджиан и Тайван, е вид частично ферментирал чай.

Фигура 5. Нивото на AQ по време на обработката на чай oolong със смес от природен газ и електричество и въглища като източник на топлина.

Нивото в етапа на опаковане на валцуване намалява до 0,018 mg/kg, което може да се дължи на загубата на сок от чай, отнасящ някои от замърсителите на AQ.След етапа на валцуване, нивото в етапа на сушене се повишава до 0,027 mg/kg.При изсъхване, изсушаване, фиксиране, валцоване и сушене, PF бяха съответно 2,81, 1,32, 5,66, 0,78 и 1,50.

Появата на AQ в чаени продукти с различни източници на топлина

Въз основа на PF по време на обработката с двата вида топлинни източници, беше ясно, че фиксирането е основната стъпка, довела до повишаване на нивата на AQ при производството на чай с въглища и обработката с електрическа енергия има лек ефект върху съдържанието на AQ in tea.По време на обработката на зелен чай, изгарянето на въглища произведе много изпарения в процеса на фиксиране в сравнение с процеса на електрическо нагряване, което показва, че може би изпаренията са основният източник на AQ замърсители от контакт с чаени филизи незабавно при обработката на чая, подобно на процеса на излагане в пробите от пушено барбекю[25].Лекото увеличение на съдържанието на AQ по време на етапа на валцоване предполага, че изпаренията, причинени от изгарянето на въглища, не само са повлияли нивото на AQ по време на етапа на фиксиране, но също и в средата на обработка поради атмосферно отлагане.Въглищата също са използвани като източник на топлина при първото сушене и повторно сушене, но в тези два етапа съдържанието на AQ леко се увеличава или леко намалява.За да се определи източникът на замърсител, бяха анализирани нивата на AQ в атмосферата, което доведе до значителна разлика между двата цеха.Основната причина за това е, че въглищата, използвани в етапите на фиксиране, първо сушене и повторно сушене, биха генерирали AQ по време на непълно изгаряне.След това тези AQ се адсорбират в малките частици твърди частици след изгаряне на въглища и се разпръскват във въздуха, повишавайки нивата на замърсяване с AQ в работната среда [15].С течение на времето, поради голямата специфична повърхност и адсорбционния капацитет на чая, тези частици след това се утаяват върху повърхността на чаените листа, което води до увеличаване на AQ в производството.Следователно се смяташе, че изгарянето на въглища е основният път, водещ до прекомерно замърсяване с AQ при обработката на чай, като изпаренията са източникът на замърсяване.

Що се отнася до обработката на чай oolong, AQ се повишава при обработка и с двата източника на топлина, но разликата между двата източника на топлина е значителна.Резултатите също предполагат, че въглищата като източник на топлина играят основна роля за повишаване на нивото на AQ и фиксирането се счита за основна стъпка за увеличаване на замърсяването с AQ при обработката на чай oolong на базата на PF.По време на обработката на чай oolong с хибрид природен газ-електричество като източник на топлина, тенденцията на нивото на AQ беше в застой под 0,005 mg/kg, което беше подобно на това в зеления чай с електричество, което предполага, че чистата енергия, като електричество и естествена Газ, може да намали риска от производство на AQ замърсители от обработка.

За разлика от етапите на търкаляне и изсъхване, където промените в нивото на AQ бяха незабележими, етапите с пряко участие на въглища и дърва за огрев, като фиксиране, са основният процес, при който замърсяването с AQ се повиши поради степента на контакт между чая and fumes during these stages.Освен това експерименталните резултати също така показаха, че при отсъствието на изпарения, генерирани от горенето, все още има други фактори, допринасящи за следи от AQ по време на обработката на чай, докато малки количества от AQ се наблюдават и в цеха с чисти горива, което трябва да бъде допълнително проучено в бъдещи изследвания.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Реактиви, химикали и материали

Антрахинонов стандарт (99.0%) е закупен от Dr. Ehrenstorfer GmbH Company (Аугсбург, Германия).Безводен натриев сулфат (Na2SO4) и магнезиев сулфат (MGSO4) (Шанхай, Китай).Флорисил се доставя от органичната химическа компания Wenzhou (Wenzhou, Китай).Paper Paper Paper Paper (90 mm) е закупен от Ahlstrom-Munksjö Company (Хелзинки, Финландия).

приготвяне на пробата

Пробите от зелен чай бяха обработени с фиксиране, валцуване, първо изсушаване и повторно изсушаване (използвайки затворено оборудване), докато пробите от чай улонг бяха обработени с изсушаване, правене на зелено (люлеене и изправяне на пресни листа последователно), фиксиране, пакетирано валцуване и сушене.Проби от всеки етап бяха събрани три пъти по 100g след цялостно смесване.Всички проби се съхраняват при -20 ° C за допълнителен анализ.

След старателно разклащане, всички проби се оставят за 12 часа, последвано от етапи на екстракция и почистване.

Извличане на проби и почистване

с няколко адаптации[21].Накратко, 1,5 g проби от чай първо се смесват с 30 μL D8-AQ (2 mg/kg) и се оставят да престоят 30 минути, след това се смесват добре с 1,5 ml дейонизирана вода и се оставят да престоят 30 минути.

Въздушна проба: Половината от влакнестата хартия, накапана с 18 μL d8-AQ (2 mg/kg), се потапя в 15 mL 20% ацетон в n-хексан, след което се обработва с ултразвук в продължение на 15 минути.Органичната фаза се отделя чрез центрофугиране при 11 000 rpm за 5 минути и целият горен слой се отстранява в колба с крушовидна форма.Всички органични фази се изпаряват почти до сухо под вакуум при 37 °С.5 mL 2,5% ацетон в хексан разтварят отново екстрактите за пречистване по същия начин, както в пробите от чай.

Газов хроматограф Varian 450, оборудван с тандемен масов детектор Varian 300 (Varian, Walnut Creek, Калифорния, САЩ), беше използван за извършване на AQ анализ с MS WorkStation версия 6.9.3 софтуер.За хроматографско разделяне се използва капилярна колона Varian Factor Four VF-5ms (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm).

Газов хроматограф Agilent 8890, оборудван с троен квадруполен масспектрометър Agilent 7000D (Agilent, Stevens Creek, Калифорния, САЩ), беше използван за анализиране на ефекта на пречистване със софтуер MassHunter версия 10.1.Agilent J&W HP-5ms GC Column (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm) се използва за хроматографско разделяне.Газът носител, хелий (> 99,999%), беше настроен на постоянна скорост на потока от 2,25 mL/min със сблъсък на газ от азот (> 99,999%).Температурата на източника на EI йони беше регулирана на 280 °C, същата като температурата на трансферната линия.Температурата на пещта започва от 80 °C и се поддържа в продължение на 5 минути;повишава се с 15 °C/min до 240 °C, след което достига 280 °C при 25 °C/min и се поддържа в продължение на 5 min.Условията на MRM са показани в таблица 3.

Статистически анализ

Промените на AQ в пробите от чай бяха оценени със софтуера Microsoft Excel и IBM SPSS Statistics 20.

Коефициентът на обработка беше използван за описание на промените в AQ по време на обработката на чая.PF = Rl/Rf, където Rf е нивото на AQ преди етапа на обработка и Rl е нивото на AQ след етапа на обработка.PF показва намаление (PF < 1) или увеличение (PF > 1) в AQ остатъка по време на конкретна стъпка на обработка.

ME = (матрица на наклон/разтворител на наклон − 1) × 100%

Когато slopematrix е наклонът на калибрационната крива в съвпадащ с матрицата разтворител, slopesolvent е наклонът на калибрационната крива в разтворител.

Конфликт на интереси
Авторите декларират, че нямат конфликт на интереси.

Авторско право: © 2022 от автора(ите).Ексклузивен лицензополучателен максимален Academic Press, Fayetteville, GA.Тази статия е статия със свободен достъп, разпространявана под лиценз Creative Commons Attribution (CC BY 4.0), посетете https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
ПРЕПРАТКИ

AU Journal of Technology 5

CrossRef Google Scholar

Scientia Agricultura Sinica 40:948−58

Земеделие 10:47 DOI: 10.3390/Земеделие10020047
CrossRef Google Scholar

[6] Jin C, He Y, Zhang K, Zhou G, Shi J и др.
CrossRef Google Scholar

CrossRef Google Scholar

[8] Garcia Londoño VA, Reynoso M, Resnik S. 2014. Полициклични ароматни въглеводороди (PAH) в йерба мате (Ilex paraguariensis) от аржентинския пазар.
CrossRef Google Scholar

[9] Ishizaki A, Saito K, Hanioka N, Narimatsu S, Kataoka H. 2010. Определяне на полициклични ароматни въглеводороди в хранителни проби чрез автоматизирана он-лайн твърдофазова микроекстракция в епруветка, съчетана с високоефективна течна хроматография-флуоресцентно откриване .
CrossRef Google Scholar

Геохимия на околната среда и здраве 42:2853−63 doi: 10.1007/s10653-020-00524-3
CrossRef Google Scholar

CrossRef Google Scholar

[12] Omodara NB, Olabemiwo OM, Adedosu TA.2019. Сравнение на PAHs, образувани в дърва за огрев и пушени въглища, и котка.American Journal of Food Science and Technology 7:86−93 doi: 10.12691/ajfst-7-3-3
CrossRef Google Scholar

[13] Zou LY, Zhang W, Atkiston S. 2003. Характеризиране на емисиите на полициклични ароматни въглеводороди от изгаряне на различни видове дърва за огрев в Австралия.Замърсяване на околната среда 124:283−89 doi: 10.1016/S0269-7491(02)00460-8
CrossRef Google Scholar

[14] Charles GD, Bartels MJ, Zacharewski TR, Gollapudi BB, Freshour NL и др.2000. Активност на бензо [а] пирен и неговите хидроксилирани метаболити в репортерен анализ на рецептор на естроген-α.Токсикологични науки 55: 320−26 doi: 10.1093/toxsci/55.2.320
CrossRef Google Scholar

[15] Han Y, Chen Y, Ahmad S, Feng Y, Zhang F, et al.2018. Измервания с висока разделителна способност по време и размер на PM и химичен състав от изгаряне на въглища: последици за процеса на образуване на EC.Environmental Science & Technology 52:6676−85 doi: 10.1021/acs.est.7b05786
CrossRef Google Scholar

[16] Khiadani (Hajian) M, Amin MM, Beik FM, Ebrahimi A, Farhadkhani M, et al.2013. Определяне на концентрацията на полициклични ароматни въглеводороди в осем марки черен чай, които се използват повече в Иран.International Journal of Environmental Health Engineering 2:40 DOI: 10.4103/2277-9183.122427
CrossRef Google Scholar

[17] Fitzpatrick EM, Ross AB, Bates J, Andrews G, Jones JM, et al.2007. Емисии на кислородни видове от изгарянето на борова дървесина и връзката им с образуването на сажди.Безопасност на процеса и опазване на околната среда 85:430−40 doi: 10.1205/psep07020
CrossRef Google Scholar

[18] Shen G, Tao S, Wang W, Yang Y, Ding J и др.2011. Емисии на окислени полициклични ароматни въглеводороди от вътрешно изгаряне на твърдо гориво.Environmental Science & Technology 45:3459−65 doi: 10.1021/es104364t
CrossRef Google Scholar

Докладвай.105:9
[20] de Oliveira Galvão MF, de Oliveira Alves N, Ferreira PA, Caumo S, de Castro Vasconcellos P, et al.2018. Изгарящи частици от биомаса в бразилския регион на Амазонка: Мутагенни ефекти на нитро и окси-PAH и оценка на рисковете за здравето.Замърсяване на околната среда 233:960−70 doi: 10.1016/j.envpol.2017.09.068
CrossRef Google Scholar

[21] Wang X, Zhou L, Luo F, Zhang X, Sun H и др.2018. Отлаганията на 9,10-антрахинон в чаени плантации може да са една от причините за замърсяване на чая.Хранителна химия 244:254−59 doi: 10.1016/j.foodchem.2017.09.123
CrossRef Google Scholar

[22] Anggraini T, Neswati, Nanda RF, Syukri D. 2020. Идентифициране на замърсяване с 9,10-антрахинон по време на обработката на черен и зелен чай в Индонезия.Хранителна химия 327:127092 doi: 10.1016/j.foodchem.2020.127092
CrossRef Google Scholar

[23] Zamora R, Hidalgo FJ.2021. Образуване на нафтохинони и антрахинони чрез реакции на карбонил-хидрохинон/бензохинон: потенциален път за произхода на 9,10-антрахинон в чая.Химия на храни 354: 129530 doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129530
CrossRef Google Scholar

[24] Yang M, Luo F, Zhang X, Wang X, Sun H и др.2022. Поемане, транслокация и метаболизъм на антрацен в чаени растения.Наука за цялостната среда 821:152905 doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.152905
CrossRef Google Scholar

[25] Zastrow L, Schwind KH, Schwägele F, Speer K. 2019. Влияние на опушването и печенето на барбекю върху съдържанието на антрахинон (ATQ) и полициклични ароматни въглеводороди (PAH) в колбаси тип Frankfurter.
CrossRef Google Scholar

[26] Fouillaud M, Caro Y, Venkatachalam M, Grondin I, Dufossé L. 2018. Антрахинони.Във Фенолни съединения в храните: Характеризиране и анализ, изд.Лео ML.Vol.9. Бока Ратон: CRC Press.стр. 130−70 https://hal.univ-reunion.fr/hal-01657104
[27] Piñeiro-Iglesias M, López-Mahı́a P, Muniategui-Lorenzo S, Prada-Rodrı́guez D, Querol X, et al.2003. Нов метод за едновременно определяне на ПАВ и метали в проби от атмосферни прахови частици.Атмосферна среда 37:4171−75 doi: 10.1016/S1352-2310(03)00523-5
CrossRef Google Scholar

Относно тази статия
Цитирайте тази статия
Yu J, Zhou L, Wang X, Yang M, Sun H и др.2022. Замърсяване с 9,10-антрахинон при обработката на чай с използване на въглища като източник на топлина.Изследване на растенията за напитки 2: 8 doi: 10.48130/BPR-2022-0008