《Journal of Food Composition and Analysis》：Optimization of extraction protocols for microplastics analysis in lipid-rich food matrices by Experimental Design
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食品中的微塑料（MPs）引发了关于通过摄入导致人体暴露的担忧。在脂质丰富基质中对MPs进行可靠鉴定仍具挑战性，原因是消化效率不足以及傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析过程中的光谱干扰。研究人员采用了实验设计（DoE）方法来优化不同脂质含量鱼类（如鲑鱼、金枪鱼和
食品中的微塑料（MPs）引发了关于通过摄入导致人体暴露的担忧。在脂质丰富基质中对MPs进行可靠鉴定仍具挑战性，原因是消化效率不足以及傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析过程中的光谱干扰。研究人员采用了实验设计（DoE）方法来优化不同脂质含量鱼类（如鲑鱼、金枪鱼和鳕鱼）中的MP提取方案。回收率百分比和羰基指数（CI）被用作提取效率及吸光度光谱中残余脂质干扰的替代指标。筛选设计和响应面方法（RSM）使得研究人员能够评估消化时间、温度和溶剂类型的影响。具体最优条件确定为：鲑鱼使用脂肪酶在60°C下处理30小时，金枪鱼使用10% KOH在45°C下处理40小时，鳕鱼使用10% KOH在55°C下处理36小时，实现了高回收率和低CI值以及可靠的化学表征。对真实鱼类样本的分析确认了MPs污染，42-57%的总颗粒被可靠表征，丰度范围为每克干重0.7-2.9个颗粒，纤维为主要形态。研究人员证明了DoE在优化复杂食品基质中MPs提取的有效性，并强调了需要基质特异性分析方案以支持协调的食品安全评估。
微塑料（microplastics, MPs）在食品中的存在引发了关于通过摄入导致人体暴露的担忧，特别是脂质丰富的海产品。目前存在的主要问题是：在脂质丰富的基质中，由于消化不完全和傅里叶变换红外（Fourier-Transform Infrared, FTIR）光谱分析中的光谱干扰，MPs的可靠鉴定仍具挑战性。此外，缺乏标准化的分析方法和基质特异性方案，阻碍了不同研究间的比较和食品安全阈值的制定。为此，研究人员开展了本研究，旨在应用实验设计（Design of Experiments, DoE）方法系统优化脂质丰富食品基质（以不同脂质含量的鱼类为代表：鲑鱼、金枪鱼和鳕鱼）中MPs的提取方案，以实现高回收率和低残余脂质干扰，从而支持可靠的化学表征和食品安全评估。该研究证明了DoE在复杂食品基质优化中的有效性，并强调了基质特异性分析方案的必要性。论文发表在《Journal of Food Composition and Analysis》。
研究人员为开展研究主要采用了以下关键技术方法：首先，使用实验设计（DoE）方法，包括筛选设计（Screening Design）和响应面方法（Response Surface Methodology, RSM），以系统评估消化时间、温度和溶剂类型三个关键参数对两个关键方法属性——回收率（recovery percentage）和羰基指数（carbonyl index, CI）——的影响。样品来自意大利佛罗伦萨当地市场购买的鲑鱼、金枪鱼和鳕鱼鱼片，其脂质含量分别为32.5%、11.7%和1.3%。实验中采用聚乙烯（polyethylene, PE）标准微珠（standard microbeads, SMs）作为内标，通过立体显微镜计数和二维成像FTIR光谱进行表征和CI计算。数据分析使用NemrodW和MODDE Pro软件进行建模和优化。
结果与讨论部分以四个子标题展开：
**3.1 筛选阶段**：研究人员通过不对称筛选矩阵系统评估了时间、温度和溶剂类型对回收率和CI的影响。对于鲑鱼，脂肪酶（Lipase）是最优溶剂，能在中高温度下实现高回收率，且短时间消化有利于降低CI。对于金枪鱼，10% KOH在中等温度（50°C）和低时间（24小时）下同时最大化回收率和最小化CI。对于鳕鱼，10% KOH在中低时间下获得高回收率，中高时间有利于降低CI。筛选阶段为每种鱼确定了对相应CMA最有利的溶剂和实验域，为后续RSM阶段奠定了基础。
**3.2 响应面方法（RSM）**：基于筛选结果，研究人员使用面心中心设计（Face Centered Design, FCD）对每种鱼进行RSM建模，绘制了时间与温度对回收率和CI的等高线图。通过甜点图（sweet spot plots）确定最佳操作区域，最终选择的最佳工作点为：鲑鱼使用脂肪酶在60°C下30小时；金枪鱼使用10% KOH在45°C下40小时；鳕鱼使用10% KOH在55°C下36小时。这些条件下回收率>70%且CI<0.5，实现了高回收率和低残余脂质干扰。值得注意的是，鳕鱼的CI模型质量不佳，但所有RSM实验中CI均低于目标值，因此不再深入优化。
**3.3 光谱结果与考虑**：研究人员展示了优化条件下标准微珠的FTIR吸收光谱，与未优化条件相比，光谱质量显著改善，清晰显示PE特征峰，背景噪声极低。回收率和CI并非直接相关，高回收率可能源于颗粒与残余脂质附着而非完全释放，而低CI表明脂质有效去除。DoE方法在优化MP提取方案中的有效性和高效性得以证实。
**3.4 真实样品分析**：研究人员对三种鱼的实际污染进行了分析，MPs在所有样品中都有检出，丰度分别为：鲑鱼0.7±0.6个/g干重，金枪鱼2.9±2.0个/g干重，鳕鱼2.7±2.9个/g干重。纤维是主要形态（60-80%），颜色以黑色和蓝色为主。化学表征显示，42-57%的颗粒可被可靠鉴定，主要聚合物为人工/纺织来源的纤维素（67%）、聚丙烯（25%）和聚苯乙烯（8%）。研究结果确认了MPs的普遍存在，并表明基质特异性方案对可靠光谱分析的重要性。
总结讨论部分：研究人员指出，MPs在食品中虽未列为受管污染物，但通过膳食尤其是鱼类摄入是人体暴露的主要途径。本研究通过DoE成功优化了脂质丰富基质中MPs的提取方案，证明了多变量优化方法的潜力。但DoE的性能依赖于基质和响应类型，需要更多研究扩展至更广泛的食品基质、聚合物类型和真实污染场景。缺乏标准化方法阻碍了研究间的比较和监管安全阈值的制定，因此开发可行方法对于未来食品安全监测和MPs相关风险评估至关重要。
研究结论部分：尽管MPs目前未作为食品污染物受到监管，但越来越多证据表明通过鱼类摄入是人体暴露的主要途径，引起对健康影响的担忧。本研究应用实验设计（DoE）优化了脂质丰富食品（如鱼类）中MPs的表征提取方案。通过筛选步骤和后续响应面方法（RSM），系统评估了时间、温度和溶剂类型等因素。通过回收率百分比和羰基指数（CI）的测量逐步记录了消化过程的详细信息。每种鱼均定义了甜点区域，最优条件确定为：鲑鱼使用脂肪酶溶液在60°C下30小时，金枪鱼使用10% KOH在45°C下40小时，鳕鱼使用10% KOH在55°C下36小时。在这些条件下，实现了高回收率和MPs的可靠化学表征。此外，本研究强调“一刀切”方法可能不适用于脂质丰富食品等复杂基质。在MP分析领域，DoE的使用尚属探索阶段，但本研究作为概念验证，展示了多变量方法的潜力，值得未来研究者关注。其优势包括逐步深入了解不同提取参数间的相互作用、开发稳健方法以及提高效率和资源管理，提供了传统单因素方法无法获得的见解，如多准则优化。然而，DoE框架对大多数响应（尤其是鲑鱼和金枪鱼）有效，但其性能表现出基质和响应依赖性，这凸显了需要在复杂食品系统中开展更多基于DoE优化的研究，涵盖更广泛的基质、聚合物类型和真实污染场景。缺乏标准化的分析方法和基质特异性方案阻碍了研究间的比较和监管安全阈值的确立，且现有MP化学品风险评估多基于聚合物特异性毒性数据，因此直接依赖于可靠的化学表征。基于这些原因，通过实施新的可行方法获取MPs污染食品领域的广泛知识，将支持未来的食品安全监测和MPs相关人类健康风险评估。
