Sažetak
9,10-antrakinon (AQ) je kontaminant s potencijalnim kancerogenim rizikom i pojavljuje se u čaju diljem svijeta.Maksimalna granica rezidua (MRL) AQ u čajnom setu koju je odredila Europska unija (EU) je 0,02 mg/kg.Mogući izvori AQ u preradi čaja i glavni stadiji njegovog nastanka istraženi su na temelju modificirane AQ analitičke metode i analize plinskom kromatografijom-tandemom masene spektrometrije (GC-MS/MS).U usporedbi s električnom energijom kao izvorom topline u preradi zelenog čaja, AQ se povećao za 4,3 do 23,9 puta u preradi čaja s ugljenom kao izvorom topline, daleko premašujući 0,02 mg/kg, dok se razina AQ u okolišu utrostručila.Isti trend uočen je u obradi oolong čaja pod toplinom ugljena.Koraci s izravnim kontaktom između listova čaja i dima, kao što su fiksacija i sušenje, smatraju se glavnim koracima proizvodnje AQ u preradi čaja.Razine AQ porasle su s povećanjem vremena kontakta, što sugerira da visoke razine zagađivača AQ u čaju mogu potjecati od para uzrokovanih ugljenom i izgaranjem.Analizirano je 40 uzoraka iz različitih radionica s električnom energijom ili ugljenom kao izvorima topline, u rasponu od 50,0%−85,0% i 5,0%−35,0% za detekciju i prekoračenje stopa AQ.Osim toga, najveći sadržaj AQ od 0,064 mg/kg primijećen je u čajnom proizvodu s ugljenom kao izvorom topline, što ukazuje da je visokim razinama kontaminacije AQ u proizvodima od čaja vjerojatno pridonio ugljen.
Ključne riječi: 9,10-antrakinon, obrada čaja, ugljen, izvor kontaminacije
UVOD
U 2020. globalno je proizvodnja čaja porasla na 5.972 milijuna metričkih tona, što je udvostručenje u posljednjih 20 godina[1].Kako bi se osigurala kvaliteta i sigurnost proizvoda, vrlo je važno pratiti razine onečišćujućih tvari i definirati podrijetlo.

Teški metali mogu se akumulirati u čaju i dovesti do toksičnosti, a uglavnom potječu iz tla, gnojiva i atmosfere [5-7].

Tijekom izgaranja ugljena i drva za ogrjev nastaju zagađivači poput ugljikovih oksida[11].Temperatura izgaranja, vrijeme i sadržaj kisika važni su čimbenici koji utječu na pretvorbu PAH-ova.S porastom temperature sadržaj PAH-a je prvo rastao, a potom opadao, a vršna vrijednost se dogodila na 800 °C;The PAHs content decreased sharply to trace with increasing combustion time when it was below a limit called 'boundary time', with the increase of oxygen content in the combustion air, PAHs emissions reduced significantly, but incomplete oxidation would produce OPAHs and other derivatives[15 −17].

9,10-Antrakinon (AQ, CAS: 84-65-1, slika 1), derivat PAH-a [18] koji sadrži kisik, sastoji se od tri kondenzirana ciklusa.Međunarodna agencija za istraživanje raka 2014. ga je uvrstila na popis mogućih karcinogena (skupina 2B) [19].AQ can poison to topoisomerase II cleavage complex and inhibit the hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP) by DNA topoisomerase II, causing DNA double-strand breaks, which means that long-term exposure under AQ-containing environment and direct contact with high level of AQ može dovesti do oštećenja DNK, mutacije i povećati rizik od raka[20].Kao negativne učinke na ljudsko zdravlje, Europska unija je u čaju postavila AQ maksimalnu granicu rezidua (MRL) od 0,02 mg/kg.Prema našim prethodnim studijama, naslage AQ sugerirane su kao glavni izvor tijekom plantaže čaja[21].

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 u različitim koracima obrade, što je korisno za potvrdu točnog podrijetla, uzorka pojavljivanja i stupnja onečišćenja AQ u obradi čaja.

REZULTATI
Validacija metode
Na slici 2b, poboljšana metoda pokazala je značajno poboljšanje u pročišćavanju uzorka, otapalo je postalo svjetlije.In Fig 2a, a full scan spectrum (50−350 m/z) illustrated that after purification, the base line of the MS spectrum reduced obviously and the fewer chromatographic peaks were available, indicating that a large number of interfering compounds were removed after the Ekstrakcija tekuće tekućine.

Slika 2. (a) Puni spektar skeniranja uzorka prije i nakon pročišćavanja.(b) Učinak pročišćavanja poboljšane metode.
Method validation, including linearity, recovery, limit of quantitation (LOQ) and matrix effect (ME), are shown in Table 1. It is satisfactory to obtain the linearity with the coefficient of determination (r2) higher than 0.998, which ranged from 0.005 do 0,2 mg/kg u matrici čaja i otapalu acetonitrilu, au uzorku zraka u rasponu od 0,5 do 8 μg/m3.

Recovery of AQ was evaluated at three spiked concentrations between measured and actual concentrations in dry tea (0.005, 0.02, 0.05 mg/kg), fresh tea shoots (0.005, 0.01, 0.02 mg/kg) and air sample (0.5, 1.5, 3 μg/m3).Iskorištenje AQ u čaju kretalo se od 77,78% do 113,02% u suhom čaju i od 96,52% do 125,69% u izdankama čaja, s RSD% manjim od 15%.Iskorištenje AQ u uzorcima zraka bilo je u rasponu od 78,47% do 117,06% s RSD% ispod 20%.Kao što je navedeno u tablici 1, matrica suhog čaja i izdanaka čaja blago je povećala AQ odgovor, što je dovelo do ME od 109,0% i 110,9%.Što se tiče matrice uzoraka zraka, ME je bio 196,1%.

S ciljem utvrđivanja učinaka različitih izvora topline na čaj i okruženje obrade, šarža svježih listova podijeljena je u dvije specifične skupine i odvojeno obrađena u dvije radionice za preradu u istom poduzeću.Jedna grupa je bila opskrbljena strujom, a druga ugljenom.

Kao što je prikazano na slici 3, razina AQ s električnom energijom kao izvorom topline kretala se od 0,008 do 0,013 mg/kg.Tijekom procesa fiksacije, prženje lišća čaja uzrokovano obradom u posudi s visokom temperaturom rezultiralo je povećanjem AQ-a od 9,5%.Zatim, razina AQ ostala je tijekom procesa valjanja unatoč gubitku soka, što sugerira da fizički procesi možda neće utjecati na razinu AQ u obradi čaja.Nakon prvih koraka sušenja, razina AQ lagano se povećala s 0,010 na 0,012 mg/kg, a zatim je nastavila rasti na 0,013 mg/kg do kraja ponovnog sušenja.PF-ovi, koji su značajno pokazali varijaciju u svakom koraku, bili su 1,10, 1,03, 1,24, 1,08 u fiksaciji, valjanju, prvom sušenju i ponovnom sušenju.Rezultati PF-a sugeriraju da je obrada električnom energijom imala blagi učinak na razine AQ u čaju.

Slika 3. Razina AQ tijekom obrade zelenog čaja s električnom energijom i ugljenom kao izvorima topline.
U slučaju ugljena kao izvora topline, sadržaj AQ naglo je porastao tijekom obrade čaja, skočivši s 0,008 na 0,038 mg/kg.338,9% AQ je povećano u postupku fiksacije, dosegnuvši 0,037 mg/kg, što je daleko premašilo MRL od 0,02 mg/kg koji je postavila Europska unija.Tijekom faze valjanja, razina AQ-a i dalje je porasla za 5,8% unatoč tome što je bila daleko od stroja za fiksiranje.U prvom sušenju i ponovnom sušenju sadržaj AQ se malo povećao ili se neznatno smanjio.PF-ovi koji koriste ugljen kao izvor topline u fiksaciji, prvom sušenju valjanjem i ponovnom sušenju bili su 4,39, 1,05, 0,93, odnosno 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 izvor topline iznosio je 2,98 μg/m3, što je preko tri puta više od onog s električnom energijom 0,91 μg/m3.

Razine AQ tijekom obrade oolong čaja Oolong čaj, koji se uglavnom proizvodi u Fujianu i Tajvanu, vrsta je djelomično fermentiranog čaja.

Slika 5. Razina AQ tijekom obrade oolong čaja s mješavinom prirodnog plina i električne energije i ugljena kao izvora topline.

S ugljenom kao izvorom topline, razine AQ u prva dva koraka, sušenje i stvaranje zelene boje, bile su u biti iste kao i kod mješavine prirodnog plina i električne energije.Međutim, postupci koji su uslijedili do fiksacije pokazali su da se jaz postupno širio, u kojoj je točki razina AQ porasla s 0,004 na 0,023 mg/kg.Razina u pakiranom koraku valjanja smanjila se na 0,018 mg/kg, što može biti posljedica gubitka soka čaja koji odnosi neke od kontaminanata AQ.Nakon faze valjanja, razina u fazi sušenja se povećala na 0,027 mg/kg.U sušenju, sušenju, fiksaciji, valjanju i sušenju, PF su bili 2,81, 1,32, 5,66, 0,78, odnosno 1,50.

Pojava AQ u čajnim proizvodima s različitim izvorima topline

Najočiglednije je da je električna energija imala najnižu stopu detekcije i prekoračenja od 56,4% odnosno 7,7%, s maksimalnim sadržajem od 0,020 mg/kg.

RASPRAVA

To se može objasniti činjenicom da je zatvorena sušilica s vrućim vjetrovima držala čaj dalje od dima uzrokovanih izgaranjem ugljena [26].

Što se tiče obrade oolong čaja, AQ je povećan tijekom obrade s oba izvora topline, ali je razlika između dva izvora topline bila značajna.Rezultati su također sugerirali da je ugljen kao izvor topline igrao veliku ulogu u povećanju razine AQ, a fiksacija se smatrala glavnim korakom za povećanje kontaminacije AQ u preradi oolong čaja na temelju PF-ova.Tijekom obrade oolong čaja s hibridom prirodnog plina i električne energije kao izvorom topline, trend razine AQ stagnirao je ispod 0,005 mg/kg, što je bilo slično onom u zelenom čaju s električnom energijom, što sugerira da je čista energija, poput električne energije i prirodnog plina, može smanjiti rizik od stvaranja AQ kontaminanata iz obrade.

Što se tiče testova uzorkovanja, rezultati su pokazali da je situacija s onečišćenjem AQ bila gora kada se kao izvor topline koristi ugljen, a ne električna energija, što bi moglo biti zbog para od izgaranja ugljena koji dolaze u dodir s listovima čaja i zadržavaju se oko radnog mjesta.Međutim, iako je bilo očito da je električna energija najčišći izvor topline tijekom obrade čaja, još uvijek je bilo AQ kontaminanata u proizvodima od čaja koji koriste električnu energiju kao izvor topline.Čini se da je situacija donekle slična prethodno objavljenom radu u kojem je reakcija 2-alkenala s hidrokinonima i benzokinonima predložena kao potencijalni kemijski put [23], a razlozi za to će se istražiti u budućim istraživanjima.

ZAKLJUČCI

U ovom su radu mogući izvori onečišćenja AQ u zelenom i oolong čaju potvrđeni usporednim eksperimentima temeljenim na poboljšanim GC-MS/MS analitičkim metodama.Naši su nalazi izravno potvrdili da je glavni izvor zagađivača visokih razina AQ bio dim uzrokovan izgaranjem, koji nije utjecao samo na faze obrade, već je utjecao i na okruženje u radionici.Za razliku od faza valjanja i sušenja, gdje su promjene u razini AQ bile neprimjetne, faze s izravnim uključivanjem ugljena i ogrjevnog drva, kao što je fiksacija, glavni su proces u kojem je kontaminacija AQ porasla zbog količine kontakta između čaja and fumes during these stages.Stoga su čista goriva kao što su prirodni plin i električna energija preporučena kao izvor topline u preradi čaja.Dodatno, eksperimentalni rezultati također su pokazali da u nedostatku dima nastalog izgaranjem, još uvijek postoje drugi čimbenici koji pridonose tragovima AQ tijekom obrade čaja, dok su male količine AQ primijećene i u radionici s čistim gorivima, što bi trebalo dodatno istražiti u budućim istraživanjima.

MATERIJALI I METODE

Antrakinonski standard (99,0%) nabavljen je od Dr. Ehrenstorfer GmbH Company (Augsburg, Njemačka).Interni standard D8-antrakinona (98,6%) kupljen je od C/D/N Isotopes (Quebec, Kanada).Bezvodni natrijev sulfat (Na2SO4) i magnezijev sulfat (MgSO4) (Šangaj, Kina).Florisil je isporučila tvrtka Wenzhou Organic Chemical Company (Wenzhou, Kina).Papir od mikrostaklenih vlakana (90 mm) kupljen je od tvrtke Ahlstrom-munksjö (Helsinki, Finska).

Priprema uzorka

Uzorci zelenog čaja obrađeni su fiksacijom, valjanjem, prvim sušenjem i ponovnim sušenjem (pomoću priložene opreme), dok su uzorci oolong čaja obrađeni sušenjem, zelenilom (naizmjenično ljuljanje i stajanje svježih listova), fiksacijom, pakiranim valjanjem i sušenje.

Uzorci zraka prikupljeni su papirom od staklenih vlakana (90 mm) pomoću uzorkivača srednjeg volumena (PTS-100, Qingdao Laoshan Electronic Instrument Company, Qingdao, Kina) [27], koji rade pri 100 L/min tijekom 4 sata.

Obogaćeni uzorci obogaćeni su AQ-om od 0,005 mg/kg, 0,010 mg/kg, 0,020 mg/kg za svježe izdanke čaja, od 0,005 mg/kg, 0,020 mg/kg, 0,050 mg/kg za suhi čaj i od 0,012 mg/kg (0,5 µg/m3 za uzorak zraka), 0,036 mg/kg (1,5 µg/m3 za uzorak zraka), 0,072 mg/kg (3,0 µg/m3 za uzorak zraka) za stakleni filter papir.Nakon temeljitog mućkanja, svi su uzorci ostavljeni 12 sati, nakon čega su uslijedili koraci ekstrakcije i čišćenja.

Sadržaj vlage dobiven je uzimanjem 20 g uzorka nakon svakog koraka miješanja, zagrijavanjem na 105 °C tijekom 1 sata, zatim vaganjem i ponavljanjem tri puta te uzimanjem prosječne vrijednosti i dijeljenjem s težinom prije zagrijavanja.

Uzorak čaja: Ekstrakcija i pročišćavanje AQ iz uzoraka čaja provedeno je na temelju objavljene metode Wang et al.Ukratko, 1,5 g uzoraka čaja prvo je pomiješano s 30 μL D8-AQ (2 mg/kg) i ostavljeno stajati 30 minuta, zatim je dobro pomiješano s 1,5 mL deionizirane vode i ostavljeno stajati 30 minuta.15 mL 20% acetona u n-heksanu dodano je u uzorke čaja i sonicirano 15 minuta.Zatim su uzorci vrtloženi s 1,0 g MgSO4 30 s, te centrifugirani 5 min, pri 11 000 okretaja u minuti.Nakon što je premješteno u kruškolike tikvice od 100 mL, 10 mL gornje organske faze ispareno je gotovo do suhog pod vakuumom na 37 °C.5 mL 2,5% acetona u n-heksanu ponovno je otopilo ekstrakt u tikvicama oblika kruške za pročišćavanje.Stakleni stupac (10 cm × 0,8 cm) sastojao se od dna do vrha od staklene vune i 2 g florisila, koji je bio između dva sloja od 2 cm Na2SO4.Zatim je kolona prethodno isprana sa 5 mL 2,5% acetona u n-heksanu.Nakon dodavanja ponovno otopljene otopine, AQ je eluiran tri puta s 5 mL, 10 mL, 10 mL 2,5% acetona u n-heksanu.Kombinirani eluati su prebačeni u tikvice u obliku kruške i ispareni do gotovo suhoće pod vakuumom na 37 °C.Osušeni ostatak je zatim rekonstituiran s 1 mL 2,5% acetona u heksanu nakon čega je uslijedilo filtriranje kroz filter veličine pora od 0,22 µm.Zatim je rekonstituirana otopina pomiješana s acetonitrilom u volumnom omjeru 1:1.Nakon koraka mućkanja, subnatant je korišten za GC-MS/MS analizu.

Uzorak zraka: Polovica vlaknastog papira, nakapanog s 18 μL d8-AQ (2 mg/kg), uronjena je u 15 mL 20% acetona u n-heksanu, zatim sonikirana 15 minuta.Organska faza razdvojena je centrifugiranjem pri 11.000 o / min tijekom 5 minuta, a cijeli gornji sloj uklonjen je u tikvici u obliku kruške.Sve organske faze su isparene do gotovo suhoće pod vakuumom na 37 °C.5 mL 2,5% acetona u heksanu ponovno je otopilo ekstrakte za pročišćavanje na isti način kao u uzorcima čaja.

GC-MS/MS analiza

Varian 450 plinski kromatograf opremljen s varijanom 300 detektorom tandema mase (Varian, Walnut Creek, CA, USA) korišten je za izvođenje AQ analize s MS Workstation verzijom 6.9.3 softvera.

Plinski kromatograf Agilent 8890 opremljen trostrukim kvadrupolnim masenim spektrometrom Agilent 7000D (Agilent, Stevens Creek, CA, SAD) korišten je za analizu učinka pročišćavanja pomoću softvera MassHunter verzija 10.1.Za kromatografsko odvajanje korištena je Agilent J&W HP-5ms GC kolona (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm).MRM uvjeti prikazani su u tablici 3.

Statistička analiza
Sadržaj AQ u svježem lišću korigiran je na sadržaj suhe tvari dijeljenjem s sadržajem vlage kako bi se usporedile i analizirale razine AQ tijekom obrade.

Promjene AQ u uzorcima čaja procijenjene su softverom Microsoft Excel i IBM SPSS Statistics 20.

Faktor obrade korišten je za opisivanje promjena u AQ tijekom obrade čaja.PF = Rl/Rf, gdje je Rf razina AQ prije koraka obrade, a Rl razina AQ nakon koraka obrade.PF označava smanjenje (PF < 1) ili povećanje (PF > 1) ostatka AQ tijekom određenog koraka obrade.

ME označava smanjenje (ME < 1) ili povećanje (ME > 1) kao odgovor na analitičke instrumente, što se temelji na omjeru nagiba kalibracije u matrici i otapalu kako slijedi:

Gdje je matrica nagiba nagib kalibracijske krivulje u otapalu usklađenom s matricom, nagib otapala je nagib kalibracijske krivulje u otapalu.

Sukob interesa
Autori izjavljuju da nisu u sukobu interesa.
Prava i dopuštenja
Ovaj je članak članak s otvorenim pristupom koji se distribuira pod licencom Creative Commons Attribution (CC BY 4.0), posjetite https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
REFERENCE
[1] ITC.2021. Godišnji bilten statistike 2021. https://inttea.com/publication/
[2] Hicks A. 2001. Pregled globalne proizvodnje čaja i utjecaj azijske ekonomske situacije na industriju.
Google znalac

[3] Katsuno T, Kasuga H, Kusano Y, Yaguchi Y, Tomomura M, et al.2014. Karakterizacija mirisnih spojeva i njihova biokemijska tvorba u zelenom čaju s postupkom skladištenja na niskoj temperaturi.Kemija hrane 148:388−95 doi: 10.1016/j.foodchem.2013.10.069

[4] Chen Z, Ruan J, Cai D, Zhang L. 2007. Trodimenzionalni lanac onečišćenja u ekosustavu čaja i njegova kontrola.
Google znalac

[5] He H, Shi L, Yang G, You M, Vasseur L. 2020. Ekološka procjena rizika od teških metala u tlu i ostataka pesticida u plantažama čaja.Poljoprivreda 10:47 doi: 10.3390/agriculture10020047

2005. Kontaminacija olovom u listovima čaja i needafski čimbenici koji na to utječu.Chemosphere 61:726−32 doi: 10.1016/j.chemosphere.2005.03.053

[7] Owuor PO, Obaga SO, Othieno CO. 1990. Učinci nadmorske visine na kemijski sastav crnog čaja.Journal of the Science of Food and Agriculture 50:9−17 doi: 10.1002/jsfa.2740500103

[8] Garcia Londoño VA, Reynoso M, Resnik S. 2014. Policiklički aromatski ugljikovodici (PAH) u yerba mate (Ilex paraguariensis) s argentinskog tržišta.Dodaci hrani i zagađivači: dio B 7:247−53 doi: 10.1080/19393210.2014.919963

[9] Ishizaki A, Saito K, Hanioka N, Narimatsu S, Kataoka H. 2010. Određivanje policikličkih aromatskih ugljikovodika u uzorcima hrane automatiziranom on-line mikroekstrakcijom čvrste faze u epruveti u kombinaciji s tekućinskom kromatografijom visoke učinkovitosti-fluorescentnom detekcijom .Journal of Chromatography A 1217:5555−63 doi: 10.1016/j.chroma.2010.06.068

[10] Phan Thi LA, Ngoc NT, Quynh NT, Thanh NV, Kim TT, et al.2020. Policiklički aromatski ugljikovodici (PAH) u suhom lišću čaja i čajnim infuzijama u Vijetnamu: razine kontaminacije i procjena rizika u prehrani.Geokemija okoliša i zdravlje 42:2853−63 doi: 10.1007/s10653-020-00524-3

2019. Usporedba PAH-ova nastalih u ogrjevnom drvu i drvenom ugljenu dimljenom temeljcu i mačkici.

[14] Charles GD, Bartels MJ, Zacharewski TR, Gollapudi BB, Freshour NL, et al.2000. Aktivnost benzo [a] pirena i njegovih hidroksiliranih metabolita u testu estrogenskog receptora-α reporterskog gena.Toksikološke znanosti 55:320−26 doi: 10.1093/toxsci/55.2.320

Environmental Science & Technology 45:3459−65 doi: 10.1021/es104364t

Izvješće.
[20] de Oliveira Galvão MF, de Oliveira Alves N, Ferreira PA, Caumo S, de Castro Vasconcellos P, et al.2018. Čestice koje spaljuju biomasu u brazilskoj regiji Amazone: Mutageni učinci nitro i oksi-PAH-ova i procjena zdravstvenih rizika.Onečišćenje okoliša 233:960−70 doi: 10.1016/j.envpol.2017.09.068

[21] Wang X, Zhou L, Luo F, Zhang X, Sun H i sur.2018. 9.10-antrakinon ležište u plantaži čaja mogao bi biti jedan od razloga zagađenja u čaju.Kemija hrane 244: 254–59 doi: 10.1016/j.foodchem.2017.09.123

Kemija hrane 327:127092 doi: 10.1016/j.foodchem.2020.127092

Kemija hrane 354:129530 doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129530

[24] Yang M, Luo F, Zhang X, Wang X, Sun H, et al.2022. Unos, translokacija i metabolizam antracena u biljkama čaja.Znanost o ukupnom okolišu 821:152905 doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.152905

Journal of Agricultural and Food Chemistry 67:13998−4004 doi: 10.1021/acs.jafc.9b03316

[26] Fouillaud M, Caro Y, Venkatachalam M, Grondin I, Dufossé L. 2018. Antrakinoni.U Phenolic Compounds in Food: Characterization and Analysis, eds.str. 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. Nova metoda za istovremeno određivanje PAH-a i metala u uzorcima atmosferskih čestica.Atmosferski okoliš 37:4171−75 doi: 10.1016/S1352-2310(03)00523-5

2022. 9,10-antrakinon zagađenje u preradi čaja pomoću ugljena kao izvora topline.Istraživanje biljaka pića 2: 8 doi: 10.48130/BPR-2022-0008