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        微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時測定鐵罐裝食品中錫和9種礦物質(zhì)元素

        2022-12-27 02:05:12占文慧呂昭瑋陳啟興
        現(xiàn)代食品 2022年21期
        關(guān)鍵詞:罐裝罐頭硝酸

        ◎ 占文慧,劉 瓊,呂昭瑋,陳啟興

        (廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院,廣東 佛山 528300)

        罐裝食品其包裝罐材質(zhì)大多為玻璃、塑料、陶瓷和馬口鐵(鍍錫薄鐵)等。早期罐頭食品大多采用玻璃材質(zhì),其安全性好,無毒無味;但是避光性差,較重,不便于運輸[1]。塑料罐裝材質(zhì)可塑性好、輕便,便于運輸,但是塑料中的加工助劑易向罐頭內(nèi)的食品中遷移。陶瓷材質(zhì)耐熱耐腐蝕、美觀,但是陶瓷材料易碎且容易有鉛、鎘析出。馬口鐵導(dǎo)熱性好、密封性好,能有效抑制微生物的繁殖。徐文慧等[2]研究發(fā)現(xiàn),罐頭食品包裝材料中馬口鐵的密封性、不透光性及阻氧性能都優(yōu)于玻璃瓶和高阻隔軟包裝。潘新春[3]研究表明,采用馬口鐵罐作為黃桃罐頭的包裝容器,在果肉硬度、咀嚼性、凝聚性以及風(fēng)味物質(zhì)保留方面,都優(yōu)于玻璃和塑料包裝容器。馬口鐵由于優(yōu)良的性能,在食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但馬口鐵大多采用鍍錫薄鐵,其耐酸堿性能較差,容易發(fā)生重金屬錫遷移。錫是人體必需的微量元素之一,但是若攝入過多,會引起頭暈、惡心、腹瀉等癥狀[4],也會引起血氨升高,血鉀下降[5]。因此在鐵罐內(nèi)壁覆一層膜,可阻止錫元素遷移[6]。

        在保證食品安全的前提下,消費者也越來越希望了解食品的營養(yǎng)特性,在購買商品時也會關(guān)注食品的配料表、營養(yǎng)成分等?!吨腥A人民共和國食品安全法》實施以來,我國發(fā)布實施了《食品安全國家標準 預(yù)包裝食品標簽通則》(GB 7718—2011)[7]、《食品安全國家標準 預(yù)包裝食品營養(yǎng)標簽通則》(GB 28050—2011)[8]和《食品安全國家標準 預(yù)包裝特殊膳食用食品標簽》(GB 13432—2013)[9],在保護消費者食品安全和營養(yǎng)健康等方面發(fā)揮了重要作用。

        本文在分析鐵罐食品礦物質(zhì)元素的同時,考慮到鐵罐食品錫的遷移風(fēng)險,因此研究出一種同時測定鐵罐食品中錫和9 種礦物質(zhì)元素的方法。檢測食品中礦物質(zhì)元素常用的方法是《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》(GB 5009.268—2016)中第二法電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[10];檢測食品中錫的方法是《食品安全國家標準 食品中錫的測定》(GB 5009.16—2014)[11]。本文采用微波消解法結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜法建立同時測定9 種元素和錫的方法,并對方法進行優(yōu)化,為相關(guān)食品企業(yè)和食品檢測機構(gòu)提供更為高效的檢測方法。

        1 材料與方法

        1.1 試劑和材料

        鹽酸(36%,廣州化學(xué)試劑廠);硝酸(65%,蘇州晶銳);9 種元素混標標準溶液(鉀為5 000 μg·mL-1、鈉為3 750 μg·mL-1、鈣為3 750 μg·mL-1、鎂為1 000 μg·mL-1、磷為2 500 μg·mL-1、鐵為125 μg·mL-1、錳為30 μg·mL-1、銅為30 μg·mL-1和鋅為75 μg·mL-1,介質(zhì)為2% HNO3,IV-16658);錫標準溶液(1 000 μg·mL-1,介質(zhì)為20% HCl,GSBG62042-90)。

        柑橘葉成分分析標準物質(zhì)(GBW10020,中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所);乳粉中錫分析質(zhì)控樣品(MRM0269,北京美正檢測技術(shù)有限公司);嬰兒配方乳粉(QC-IP-701,中國檢驗檢疫科學(xué)研究院測試評價中心);實驗用水(電阻率為18.2 M?.cm,25 ℃)由艾科浦純水系統(tǒng)制得。

        1.2 儀器與設(shè)備

        Agilent 5800 ICP-OES 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國Agilent 公司);ETHOS UP 微波消解儀(意大利Milestone 公司);趕酸器(北京萊伯泰科儀器股份有限公司);萬分天平(梅特勒);純水系統(tǒng)(艾科浦公司)。

        1.3 實驗方法

        1.3.1 樣品前處理方法

        稱取樣品0.3~2.0 g 于微波消解罐中,加入一定量的硝酸后,加蓋放置過夜(室溫下使樣品與硝酸充分混合),加入合適酸 ,快速旋緊罐蓋,按照微波消解儀操作步驟進行消解,冷卻后取出,開罐排氣,至棕色氣體排盡,用水定容至50 mL,混勻備用,同時做空白試驗,微波消解程序見表1。

        表1 微波消解程序表

        1.3.2 儀器檢測方法

        樣品經(jīng)微波消解轉(zhuǎn)化成無機溶液,由電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀采用標準曲線法進行測定。根據(jù)初測值設(shè)定鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、磷和錫的觀測方式,其中高濃度元素(鉀、鈉、鈣、鎂和磷)采用徑向觀測;低濃度元素(鐵、錳、銅、鋅和錫)采用軸向觀測,電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀的工作參數(shù)見表2、表3。

        表2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)表

        表3 各元素對應(yīng)的分析譜線波長表

        2 結(jié)果與分析

        2.1 微波消解酸體系研究

        采用《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》(GB 5009.268—2016)中第二法電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定食品中鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、銅、鋅、錳和磷,其微波消解法采用硝酸體系。

        鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、銅、鋅、錳和磷元素在稀硝酸溶液中都能以穩(wěn)定的離子狀態(tài)存在,但Sn2+在稀硝酸溶液中存在穩(wěn)定性問題,放置過夜后會出現(xiàn)白色錫膠,使溶液渾濁,這是因為Sn2+在水溶液中容易氧化和水解,其水解產(chǎn)物和氧化后Sn4+的錫膠均為白色沉淀。沈慕昭等[12]研究發(fā)現(xiàn)SnSO4在水中極易發(fā)生水解,必須存在足夠多的硫酸才能抑制這種水解。

        本文若采用硝酸-硫酸體系,鈣離子在硫酸溶液中易形成硫酸鈣,在硝酸-硫酸體系中,當硝酸濃度為20%以上時對硫酸鈣有較強的溶解性,那么采用硝酸-硫酸體系需提高溶液中的硝酸含量[13]。譙斌宗等[14]考察了鹽酸、硝酸和硫酸3 種常用無機酸對ICP-AES 測定元素靈敏度、準確度和溶液提升量的影響,其研究結(jié)果表明在0%~20%酸度范圍內(nèi),鹽酸基體對元素靈敏度、準確度無影響;硝酸、硫酸基體隨酸度的增大導(dǎo)致待測元素靈敏度、準確度降低;硫酸基體產(chǎn)生的影響要大于硝酸。龍有前等[15]研究表明pH 值大于1.9 時,Sn2+開始水解,pH 值大于0.5 時,Sn4+開始水解,為了防止水解,必須嚴格控制酸度。陳喜紅等[16]研究表明鹽酸是用于錫溶液測定、保存的理想介質(zhì)。蔡展帆等[17]采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定食品中的錫含量,其研究表明采用硝酸-鹽酸體測定食品中錫含量,結(jié)果準確、精密度高。

        本文不僅要確保錫含量測定的準確性,還要確保9 種礦物質(zhì)元素測定的準確性。以柑橘葉(GBW10020)為對象,采用硝酸和硝酸-鹽酸兩種體系進行實驗,實驗1 加入6 mL 硝酸后,微波消解,冷卻后直接定容;實驗2 加入6 mL 硝酸和1 mL 鹽酸后,微波消解,冷卻后直接定容,實驗結(jié)果見表4。

        表4 不同酸體系下柑橘葉(GBW10020)中9 種礦物質(zhì)元素和錫含量的結(jié)果比較表

        由表4知,在硝酸體系和硝酸-鹽酸體系下測得的9 種礦物質(zhì)元素含量均在標示范圍內(nèi)。硝酸-鹽酸體系下測得的錫含量在標示范圍內(nèi),硝酸體系測得的錫含量低于標準值。說明有部分錫氧化水解,導(dǎo)致測得值偏低。結(jié)果說明硝酸-鹽酸體系適用于9 種礦物質(zhì)元素和錫含量的同時測定。硝酸-鹽酸體系中硝酸是用于氧化分解樣品中有機物,將樣品溶液轉(zhuǎn)化為無機溶液。鹽酸是用于抑制微波消解過程中錫離子的氧化水解,錫離子與氯離子形成配合物,就不易發(fā)生氧化反應(yīng)[18],當鹽酸含量達到一定濃度能夠使錫離子在溶液中穩(wěn)定存在[16]。

        2.2 前處理優(yōu)化

        2.2.1 硝酸量的優(yōu)化

        罐裝奶粉、罐頭肉和罐頭魚等產(chǎn)品含有油脂、蛋白質(zhì)等難消解有機物;罐裝番茄、玉米等產(chǎn)品的有機物含量較少,水分含量多。硝酸的加入量與稱樣量、樣品的水分以及樣品有機物含量有關(guān)。本研究中罐頭奶粉、罐頭魚的取樣量為0.3~0.4 g;罐頭番茄、罐頭玉米的取樣量為1.5~2.0 g。各稱取樣品4 份,分別加入5 mL、6 mL、7 mL 和8 mL 的硝酸溶液,觀察消解液的顏色。由表5知,5 mL 硝酸不能完全消解樣品,導(dǎo)致氧化反應(yīng)不充分;當硝酸量增加至6 mL以上,消解液無色澄清,消解反應(yīng)完全??紤]到試劑成本、消解液酸度等因素,當罐頭奶粉、罐頭魚等含水量少的樣品取樣量為0.3~0.4 g;罐頭番茄、罐頭玉米等含水量多的樣品取樣量為1.5~2.0 g 時,6 mL 硝酸為最佳使用量。若稱樣量增加,硝酸的使用量也應(yīng)按比例增加。

        表5 不同硝酸量下消解效果比較表

        2.2.2 鹽酸加入量的優(yōu)化

        本研究中罐裝奶粉、午餐肉罐頭和豆豉鯪魚罐頭等油脂、蛋白質(zhì)含量高的樣品稱取0.3 g;番茄罐頭、玉米罐頭和水果罐頭等有機物含量較少,水分含量多的樣品稱取2.0 g;加入6 mL 硝酸,在保證樣品完全消解的情況下,考慮優(yōu)化鹽酸的加入量。以試樣所測10 種元素的儀器響應(yīng)值總和(以下簡稱T值)的變化為依據(jù)來確定鹽酸的加入量[19]。以番茄罐頭為研究對象,依據(jù)表6中的數(shù)據(jù),由單因素方差分析得出,3 組數(shù)據(jù)的F值小于臨界值(F=0.257,<F0.05(2,6)=2.66,P=0.781),說明鹽酸加入量的影響因素不顯著。一方面微波消解過程中,某些油脂含量高的樣品氧化反應(yīng)劇烈,導(dǎo)致溫度升高,鹽酸有損失;另一方面減少試劑用量,降低空白值并控制酸度,綜合考慮這兩個方面,本研究鹽酸加入量為1 mL。

        表6 鹽酸加入量的比較表(n=3)

        2.2.3 排酸氣溫度的優(yōu)化

        樣品經(jīng)微波消解后,消解罐內(nèi)產(chǎn)生大量的酸氣,會影響定容時無損失轉(zhuǎn)移。大量酸氣也會導(dǎo)致酸濃度過高,而降低待測元素的靈敏度和準確度,此外對電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀霧化器有損傷。

        本研究采用的微波消解酸體系為6 mL 硝酸和1 mL 鹽酸,定容體積為50 mL;定容后上機溶液中硝酸濃度小于12%,鹽酸濃度小于2%(考慮到微波消解過程中損失一部分酸)。譙宗斌等[14]研究表明0%~20%硝酸介質(zhì)對待測元素的靈敏度影響較小,0%~20%鹽酸介質(zhì)對靈敏度影響甚微。綜上,本研究上機溶液的酸度能滿足要求,不需要加熱趕走部分酸,考慮到酸氣對定容的影響,因此需要排酸氣。鑒于鹽酸是用于穩(wěn)定溶液中錫離子,濃鹽酸(38%)沸點48 ℃,鹽酸與水形成的最高共沸物為20%鹽酸,其沸點為108.6 ℃[20],這樣加熱排酸氣溫度不宜超過108.6 ℃。因此本研究采用水果罐頭為研究對象,分別采用25 ℃(室溫)排酸氣和不同溫度加熱排酸氣進行比較實驗,以試樣所測10 種元素的儀器響應(yīng)值總和變化為依據(jù),確定排酸氣溫度(以下簡稱T值)的變化結(jié)果見表7。由單因素方差分析得出,3 組數(shù)據(jù)的F值小于臨界值[F=0.172<F0.05(2,6)=2.66,P=0.846],說明溫度控制在90 ℃以下排酸氣無明顯差異。

        表7 不同溫度排酸氣對10 種元素的總T 值影響表(n=3)

        2.3 標準曲線、線性關(guān)系和檢出限

        精密吸取一定量“1.1”項下的9 種混合元素標準溶液和錫標準溶液用體積分數(shù)為12%的硝酸和2%鹽酸混合溶液,逐級稀釋為表8中系列標準溶液。

        表8 標準溶液系列濃度表

        將標準溶液依次分析,以待測元素對應(yīng)的分析譜線信號強度為縱坐標,待測元素濃度為橫坐標,繪制標準曲線,得到線性回歸方程和相關(guān)系數(shù),見表9。測定空白20 次,算出20 次標準偏差,檢出限為3 倍標準偏差除以曲線斜率;定量限為10 倍標準偏差除以曲線斜率[21]。

        表9 標準曲線、檢出限和定量限表

        2.4 精密度

        對市售罐裝奶粉、罐裝豆豉鯪魚、罐裝腰豆、罐裝八寶粥、罐裝番茄醬和罐裝玉米等共13 種基質(zhì)進行測定,10 種元素每個元素進行3 次平行試驗。由表10可知,所有樣品3平行的相對標準偏差都<5%,滿足《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》(GB/T 27404—2008)對于精密度的要求。

        表10 基質(zhì)樣品的測定結(jié)果表(n=3)

        續(xù)表10

        2.5 標準物質(zhì)驗證

        在相同試驗條件下,對標準物質(zhì)進行測定,所測元素的測量值均在標準值范圍內(nèi),說明本研究方法可靠,滿足罐裝食品中9 種礦物質(zhì)元素和錫元素的同時測定,結(jié)果見表11。

        表11 標準物質(zhì)測定結(jié)果表

        2.6 加標回收率

        以罐裝番茄為研究對象,采用10 種元素混合標準溶液進行3 個不同濃度水平的加標,結(jié)果見表12,加標回收率在95%~107%,滿足《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》(GB 27404—2008)對回收率的要求。

        表12 番茄罐頭3 水平加標回收率與精密度表(n=3)

        3 結(jié)論

        本研究采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時測定罐裝食品中9 種礦物質(zhì)元素和錫元素。采用6 mL 硝酸-1 mL 鹽酸體系進行微波消解,消解完室溫趕酸氣后直接定容,罐裝奶粉、午餐肉罐頭和豆豉鯪魚罐頭等油脂、蛋白質(zhì)含量高的樣品稱取0.3 g;對于番茄罐頭、玉米罐頭和水果罐頭等有機物含量較少,水分含量多的樣品稱取2.0 g;消解液無色澄清透明,多種基質(zhì)樣品的精密度<5%,回收率在95%~107%。該方法適用于罐頭食品中礦物質(zhì)元素和錫元素同時測定。

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