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        奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)的應用

        2016-11-21 03:14:54王智聰馮炫余笑波沙躍兵
        食品研究與開發(fā) 2016年21期
        關鍵詞:亞硝酸硝酸鹽亞硝酸鹽

        王智聰,馮炫,余笑波,沙躍兵

        (浙江省計量科學研究院,浙江杭州310018)

        奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)的應用

        王智聰,馮炫,余笑波,沙躍兵

        (浙江省計量科學研究院,浙江杭州310018)

        建立了奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量準確測定的方法,以奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)作為質(zhì)控品進行方法學的考察與評價。奶粉樣品經(jīng)低溫-酸沉淀/固相萃取凈化,采用離子色譜-電導檢測分析。結(jié)果表明,亞硝酸鹽(以NO2-計)和硝酸鹽(以NO3-計)分別在0.010 μg/mL~0.500 μg/mL和0.100 μg/mL~5.00 μg/mL的范圍內(nèi)線性良好,相關系數(shù)(r)均大于0.99,在奶粉中的最低定量限分別為0.400/4.00mg/kg(NO2-/NO3-);亞硝酸鹽和硝酸鹽測定方法中的基質(zhì)效應分別為95.6%/99.6%(NO2-/NO3-);基于基質(zhì)效應的加標回收率分別為90.3%/87.1%(NO2-/NO3-);以奶粉基體標準物質(zhì)進行方法學考察,方法的準確性分別為90.5%/89.9%(NO2-/NO3-),精密度(RSD)分別為2.1%/0.7%(NO2-/ NO3-)。奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)作為質(zhì)控品,可以用于分析測試方法的評價、實驗室結(jié)果的比對,以及相關行業(yè)奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量監(jiān)測量值傳遞體系的建立,為奶粉的質(zhì)量控制和安全評價提供保障。

        奶粉;亞硝酸鹽;硝酸鹽;奶粉基體標準物質(zhì)

        亞硝酸鹽可以在生物體內(nèi)與胺類物質(zhì)生成致癌性極強的亞硝基化合物,硝酸鹽在體內(nèi)能夠還原為亞硝酸鹽,并且還可以內(nèi)源性形成亞硝胺類物質(zhì),從而威脅人體健康[1-3]。在我國,1999~2008年公開報道的亞硝酸鹽食物中毒案例有237起,中毒3500人,其中死亡35人[4]。奶粉中含有多種營養(yǎng)成分,如蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、礦物質(zhì)和多種營養(yǎng)添加劑等,技術要求必須符合國家標準《食品安全國家標準乳粉》(GB 19644-2010)的規(guī)定。在奶粉的生產(chǎn)、加工、儲藏、運輸及使用過程中,可能會引入或產(chǎn)生微量的亞硝酸鹽和硝酸鹽。我國國家標準《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB 2762-2012)中規(guī)定了相關污染物的限量,其中,乳粉中亞硝酸鹽的最大允許濃度為2.00 mg/kg(以NaNO2計),嬰幼兒配方食品中硝酸鹽的最大允許濃度為100 mg/kg(以NaNO3計)。

        乳品中亞硝酸鹽和硝酸鹽的國家標準檢測方法是《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》(GB 5009.33-2010),在第二法“分光光度法”和第三法“乳及乳制品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定”中,亞硝酸鹽采用基于重氮-偶合反應機理的分光光度法測定,而硝酸鹽均采用鎘柱還原為亞硝酸鹽后間接測定。其中,鎘柱還原法操作復雜繁瑣,亞硝酸鹽和硝酸鹽需分步測定,而且測定干擾因素多,專屬性差,重現(xiàn)性不好,不適宜大批量樣品的檢測;同時,鎘對試驗操作人員具有潛在的危害,對環(huán)境也容易造成污染。第一法“離子色譜法”樣品前處理簡便、快速,且容易批量制備,文獻中多采用離子色譜法進行乳制品中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的測定[5-11]。但是該方法中亞硝酸鹽和硝酸鹽標準曲線的基質(zhì)和測試樣品不一致,并且奶粉中亞硝酸鹽的含量較低,由于奶粉基質(zhì)的干擾較大,對樣品前處理和色譜分離提出了較大的挑戰(zhàn)。另外,由于缺乏亞硝酸鹽和硝酸鹽的奶粉基體標準物質(zhì),不同的分析測試方法和不同實驗室之間的結(jié)果很難進行比對。最近,李筱翠等[12]報道了脫脂乳粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽標準物質(zhì)的制備技術,可望用于乳粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的研究。本文改進了國標第一法“離子色譜法”,并考察了基質(zhì)效應對奶粉樣品測定的影響,同時采用具有量值準確的奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)作為質(zhì)控品,提高了分析過程的有效性和測試結(jié)果的可靠性。

        1 材料與方法

        1.1材料與試劑

        乙酸(分析純):購自Sigma-Aldrich公司;試驗用水為Milli-Q制備的超純水;亞硝酸鹽水溶液標準物質(zhì)(以NO2-計,1 000 μg/mL,Urel=2%,k=2)、硝酸鹽水溶液標準物質(zhì)(以NO3-計,1 000 μg/mL,Urel=1%,k= 2)、奶粉中亞硝酸鹽(以NO2-計,17.0 mg/kg)和硝酸鹽(以NO3-計,168 mg/kg)成分分析基體標準物質(zhì):均由浙江省計量科學研究院提供;C18固相萃取柱:購自美國Waters公司;奶粉樣品:購自當?shù)爻小?/p>

        1.2儀器與設備

        ICS-2100型離子色譜系統(tǒng),配淋洗液在線發(fā)生裝置、ASRS型抑制器、電導檢測器和50 μL定量環(huán):美國戴安公司;SQP型精密電子天平:瑞士梅特勒公司;2-16KL型冷凍離心機:美國Sigma公司;Milli-Q超純水系統(tǒng):美國Millipore公司;KQ-100DE型數(shù)控超聲波清洗器:昆山超聲儀器有限公司;電子連續(xù)等分移液器:德國Brand公司。

        1.3方法

        1.3.1標準溶液的配制

        準確移取亞硝酸根離子(NO2-)標準溶液2.00 mL和硝酸根離子(NO3-)標準溶液20.0 mL于1 000 mL容量瓶中,用含0.06%(體積分數(shù))的乙酸水溶液稀釋至刻度,配成濃度分別為2.00/20.0 μg/mL(NO2-/NO3-)的亞硝酸鹽和硝酸鹽混合標準使用液;再用含0.06%(體積分數(shù))的乙酸水溶液系列稀釋,配成含亞硝酸根/硝酸根離子濃度為分別為0.010/0.100、0.020/0.200、0.040/0.400、0.060/0.600、0.080/0.800、0.100/1.00、0.150/ 1.50、0.200/2.00、0.500/5.00 μg/mL的混合標準工作溶液。

        1.3.2供試樣品的制備

        稱取奶粉試樣1.25 g(精確至0.01 g),置于50 mL離心管中,加超純水40.0 mL,搖勻,超聲30 min,加入3%乙酸水溶液1.00 mL,于4℃放置20 min,取出放置至室溫,再加10.0 mL超純水,搖勻,于9 000 r/min離心15 min。取上清液適量過C18柱(使用前依次用10.0 mL甲醇、15.0 mL超純水通過,靜置活化30 min),棄去前面5 mL,收集后面洗脫液待測。

        1.3.3色譜條件

        陰離子色譜分析柱為IonPac AS19(4×250 mm),保護柱為IonPac AG19(4×50 mm);柱溫為30℃;電導檢測池溫度為35℃;進樣體積為50 μL;淋洗液為氫氧化鉀溶液,由淋洗液自動發(fā)生器在線產(chǎn)生;流速為1.3 mL/min;梯度程序為5 mmol/L保持33 min,1 min上升至50 mmol,50 mmol/L保持5 min,1 min降至5 mmol,5 mmol/L保持5 min。

        2 結(jié)果與討論

        2.1樣品前處理方法的優(yōu)化

        奶粉基體成分復雜,除含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物之外,還添加多種食品添加劑,如不同種類的功能成分維生素類、植物油類、核苷酸類、氨基酸類、糖類和無機鹽類等。去除蛋白質(zhì)及脂肪常用的方法有無機鹽沉淀法、酸沉淀法、有機溶劑沉淀法、低溫沉淀法、透析法和固相萃取法等。無機鹽沉淀法如醋酸鋅/亞鐵氰化鉀、鎢酸鈉/硫酸、乙酸鉛/三氯乙酸等方法,會引人大量的金屬離子,從而干擾結(jié)果的測定;有機溶劑沉淀法不利于無機離子從奶粉樣品中析出,高含量的有機溶劑也不利于后續(xù)固相萃取進一步凈化;而低溫-酸沉淀結(jié)合固相萃取法操作簡單、回收率高,國標GB 5009.33-2010《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》第一法“離子色譜法”即采用這樣的樣品前處理方法。但國標方法中采用容量瓶進行沉淀,操作繁瑣、不易批量進行、效率低;同時,沉淀后采用濾紙過濾的方法除去顆粒沉淀,濾液再進行固相萃取時容易堵塞固相萃取柱。本文改進了國標方法,采用離心管作為沉淀器皿,所需液體體積采用電子連續(xù)等分移液器進行準確吸取;同時,沉淀后樣品直接離心,取上清液即可進行固相萃取,改進后的方法簡便易行、效率高、批次重復性好,適于大批量樣品測定。

        2.2色譜條件的優(yōu)化

        試驗比較了不同濃度氫氧化鉀洗脫的情況,如20、15、10 mmol/L和5 mmol/L氫氧化鉀等度洗脫以及梯度洗脫的方式。采用高濃度的氫氧化鉀,亞硝酸根和硝酸根離子雖然洗脫較快,但與雜質(zhì)的分離度較差,如采用20 mmol/L氫氧化鉀,亞硝酸根離子與氯離子后面的雜質(zhì)不能基線分離;采用5 mmol/L氫氧化鉀等度洗脫,亞硝酸根和硝酸根離子均與雜質(zhì)實現(xiàn)基線分離,含量較高的氯離子對測定也無影響,如圖1所示。由于奶粉基質(zhì)組成復雜,亞硝酸根和硝酸根離子洗脫之后還需要高濃度的氫氧化鉀清洗色譜柱,從圖1也可看出,在清洗階段有大量雜質(zhì)洗脫出來。

        圖1 奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽的離子色譜分析譜圖Fig.1 Ion chromatogram of nitrite and nitrate in milk powder sample

        2.3工作曲線、檢出限和最低定量限

        按1.3.1節(jié)所述試驗方法配制亞硝酸根和硝酸根離子的混合標準工作溶液,在優(yōu)化的色譜條件下進行測定,以峰面積(μS·min)為縱坐標,亞硝酸根或硝酸根離子的濃度(μg/mL)為橫坐標進行線性分析,如圖2所示。

        圖2 亞硝酸根和硝酸根離子的線性標準曲線Fig.2 Calibration curves of nitrite and natrate

        由圖2可知,回歸方程分別為Y=0.306 52X+ 0.003 21和Y=2.713 04X+0.016 82,相關系數(shù)(r)分別為0.999 62和0.999 87。亞硝酸根和硝酸根離子的線性范圍分別是0.010 μg/mL~0.500 μg/mL和0.100 μg/mL~ 5.00 μg/mL。以3倍信噪比計算檢出限,亞硝酸根和硝酸根離子的檢出限分別為0.005 μg/mL和0.009 μg/mL,對應奶粉的檢出限分別為0.200 mg/kg和0.36 mg/kg。

        國標GB 5009.33-2010《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》第一法“離子色譜法”給出奶粉中亞硝酸鹽(以NO2-計)和硝酸鹽(以NO3-計)的檢出限分別為0.200 mg/kg和0.400 mg/kg,國標方法中對亞硝酸根和硝酸根離子的曲線擬合,采用通過原點的線性擬合方式,標準曲線中除零點之外的最低點分別為0.020 μg/mL和0.200 μg/mL。由于國標中沒有給出最低定量限(LOQ),如以零計算,顯然不合理,因為最低定量限不可能低于檢出限;如以標準曲線中非零的最低點為最低定量限,對亞硝酸根和硝酸根離子,在奶粉中則分別為0.800 mg/kg和8.00 mg/kg。但在奶粉樣品的實際測定過程中,通常遇到奶粉中亞硝酸根離子的含量小于0.800 mg/kg以及硝酸根離子的含量小于8.00 mg/kg的情況,這樣就很難給出實際測定值,否則,則是最低定量限外推計算得到的濃度。本文在國標方法的基礎上作了改進,在標準曲線下線增加一個濃度點0.010/0.100 μg/mL(NO2-/NO3-),這樣,以此點為最低定量限,對應奶粉中亞硝酸根和硝酸根離子的最低定量限分別為0.400 mg/kg和4.00 mg/kg。

        2.4基質(zhì)效應

        在國標GB 5009.33-2010《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》第一法“離子色譜法”中,亞硝酸鹽和硝酸鹽標準工作溶液用水進行系列稀釋后直接測定,并通過該標準曲線計算未知樣品的含量;在奶粉樣品的前處理方法中,采用乙酸低溫沉淀蛋白的方法去除蛋白質(zhì)等。由于在奶粉樣品的前處理過程中添加了乙酸,以及由于奶粉基質(zhì)的影響,待測奶粉樣品與標準曲線工作溶液的基質(zhì)不一致,在電導檢測中造成信號響應的差異,即產(chǎn)生基質(zhì)效應。為評價基質(zhì)效應的影響,分別用超純水和含0.06%(體積分數(shù))的乙酸水溶液稀釋亞硝酸鹽和硝酸鹽標準溶液,配制低濃度(0.050/0.500 μg/mL,NO2-/NO3-)和高濃度(0.400/4.00 μg/mL,NO2-/NO3-)的混合溶液,進行離子色譜分析并比較峰面積。對亞硝酸根離子,在低濃度和高濃度水平,基質(zhì)效應分別為94.5%和96.6%,平均值為95.6%;對硝酸根離子,在低濃度和高濃度水平,基質(zhì)效應分別為99.3%和99.8%,平均值為99.6%。可見,對亞硝酸根離子,基質(zhì)效應影響比較大。究其原因,雖然亞硝酸根和雜質(zhì)實現(xiàn)基線分離,但是乙酸峰拖尾對亞硝酸根的電導檢測造成影響;相比而言,硝酸根的保留時間較大,乙酸峰對其影響也較小,其基質(zhì)效應較小。文獻中對奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的測定均采用水配制標準工作溶液[6-11],基于離子色譜-電導檢測法中測定亞硝酸鹽的基質(zhì)效應,在奶粉樣品測定中造成亞硝酸鹽的含量偏低。因此,為了矯正基質(zhì)效應的影響,配制標準工作溶液應該采用含0.06%(體積分數(shù))的乙酸水溶液進行稀釋。

        2.5基于基質(zhì)效應的加標回收率

        稱取奶粉樣品1.25 g,加入適量的亞硝酸根和硝酸根離子標準溶液,再加入適量超純水使得總體積為40 mL,其余步驟按1.3.2節(jié)進行樣品的前處理,每個試樣平行制備3份,按試驗方法進行測定,結(jié)果見表1。

        表1 奶粉中亞硝酸根和硝酸根離子的加標回收試驗結(jié)果(n=3)Table 1 Recoveries of nitrite and nitrate in milk powder(n=3)

        由表1可以看出,添加2種不同濃度水平的亞硝酸根和硝酸根離子,平均加標回收率分別為90.3%和87.1%。

        2.6方法準確性和精密度

        稱取奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)1.25 g,按照1.3.2節(jié)所述方法進行預處理,平行制備6份,按照1.3.3節(jié)色譜方法進行測定分析,結(jié)果如表2所示,其中準確性為6次測定的平均值與標準值比值的百分含量,精密度為6次測定的相對標準偏差(RSD)。

        表2 奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)測試方法的準確性和精密度Table 2 Accuracy and precision of matrix reference material of nitrite and nitrate in milk powder

        在奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量測定的文獻報道中[6-11],有些沒有進行方法準確性的測定,有些是利用加標回收的方法進行評估,但是,加標回收后測定的濃度并不能真實地反映奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量,一方面是涉及到奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽的絕對提取效率和加標部分的回收率;另一方面是在測定方法中,由于標準曲線和奶粉基質(zhì)的差異,產(chǎn)生基質(zhì)效應。因此,需要亞硝酸鹽和硝酸鹽含量準確的奶粉基質(zhì)樣品進行方法準確性的評價。本試驗中采用的奶粉基體標準物質(zhì)中亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量是經(jīng)過準確定值的,具有量值準確和可溯源的特點。從表2可以看出,本文建立的方法精密度較好,準確性測定結(jié)果偏低,主要是由于奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽的回收率偏低,但與回收率測定結(jié)果一致。另外,統(tǒng)計分析相關奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量測定的文獻,其中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量測定結(jié)果差異較大,由于樣品前處理和分析測試方法不同,方法準確性難以評估,對不同實驗室測定的結(jié)果也很難進行比對分析。但是,如果利用奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)作為質(zhì)控品進行方法準確性的評估,即使不同實驗室采用不同的分析測試方法,或不同實驗室采用相同的測試方法都可以進行測試結(jié)果的比對。同時,利用奶粉基體標準物質(zhì),可以確保奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的測量結(jié)果具有溯源性、可比性和準確性。

        2.7奶粉樣品的測定

        對當?shù)爻兴彽?種不同品牌的奶粉樣品進行亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的篩查,結(jié)果見表3。

        由表3可以看出,6種奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量均小于國標GB 2762-2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》中規(guī)定的限值(2.00 mg/kg,以NaNO2計,或1.30 mg/kg,以NO2-計;100 mg/kg,以NaNO3計,或73.0 mg/kg,以NO3-計),其中一種品牌的奶粉未檢出亞硝酸鹽和硝酸鹽。對亞硝酸根離子,其中一種品牌奶粉的含量小于最低定量限(0.400 mg/kg),一種品牌奶粉的含量大于0.800 mg/kg,3種品牌奶粉的含量介于0.400 mg/kg~0.800 mg/kg之間;對硝酸根離子,其中一種品牌奶粉的含量小于最低定量限(4.00 mg/kg),一種品牌奶粉的含量大于8.00 mg/kg,3種品牌奶粉的含量介于4.00 mg/kg~8.00 mg/kg之間。同時也說明,如果采用國標GB 5009.33-2010《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》方法(亞硝酸根和硝酸根離子的最低定量限分別為0.800 mg/kg和8.00 mg/kg),則本試驗篩查的6種奶粉只有一種能夠匯報測定值,其他均小于最低定量限(<LOQ)。鑒于亞硝酸鹽的強致毒性,其限量要求非常低,建立靈敏度高和準確性好的檢測方法,對其產(chǎn)品質(zhì)量控制至關重要。

        表3 奶粉樣品中亞硝酸鹽(以NO2-計)和硝酸鹽(以NO3-計)的含量(n=3,mg/kg)Table 3 Amounts of nitrite(count as NO2-)and nitrate(count as NO3-)in milk powder samples(n=3,mg/kg)

        3 結(jié)論

        本文建立了奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量測定的方法,在樣品前處理及定量分析中改進了國標方法,并且利用奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽成分分析基體標準物質(zhì)作為質(zhì)控品,用于樣品前處理過程及分析測試方法的可靠性和準確性評估。同時,本文所建立的方法及與基體標準物質(zhì)的配合使用,可以確保測試結(jié)果的溯源性、可比性和準確性,有助于生產(chǎn)企業(yè)、檢測及執(zhí)法部門對奶粉中亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量進行監(jiān)測,并在相關行業(yè)建立相應的量值傳遞體系,統(tǒng)一計量標準,對保障食品安全具有重大意義。

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        The Application of Matrix Reference Material of Nitrite and Nitrate in Milk Powder

        WANG Zhi-cong,F(xiàn)ENG Xuan,YU Xiao-bo,SHA Yue-bing
        (Zhejiang Province Institute of Metrology,Hangzhou 310018,Zhejiang,China)

        An accurate method was developed for the analysis of nitrite and nitrate in milk powder,which using matrix reference material as quality control tool to evaluate the analytical method.Milk powder sample was sequence cleaned by low temperature-acid precipitation and sold phase extraction,and then analyzed by ion chromatography-conductivity detector.The results showed that nitrite and nitrate displayed good linear relationships over the range of 0.010 μg/mL-0.500 μg/mL(NO2-)and 0.100 μg/mL-5.00 μg/mL(NO3-),with correlation coefficients greater than 0.99.The quantitation limits of nitrite and nitrate in milk powder were 0.400 mg/kg and 4.00 mg/kg.The matrix effects of the method for nitrite and nitrate were 95.6%and 99.6%,and the addition recoveries based on matrix effect were 90.3%and 87.1%separately.The accuracies and precisions of the method were 90.5%/89.9%(NO2-/NO3-)and 2.1%/0.7%(NO2-/NO3-)when validated by milk powder matrix reference material.Also,the matrix reference material of nitrite and nitrate in milk powder can be used as quality control tool to evaluate the analytical method,to compare results among labs,to establish the value transferable system for nitrite and nitrate determination and monitor in milk powder industries,and to provide guarantee for quality control and safety evaluation of milk powder.

        milk powder;nitrite;nitrate;milk powder matrix reference material

        10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.029

        浙江省質(zhì)監(jiān)科研計劃項目經(jīng)費資助(20140210)

        王智聰(1977—),男(漢),博士,研究方向:化學分析與標準物質(zhì)的研制。

        2015-12-18

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