林 淼 時文興 金曉芬 劉海燕
(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所,上海 奉賢 201403)
二氧化鈦俗稱鈦白粉,化學(xué)式為TiO2,是世界上最白的物質(zhì),l g 二氧化鈦可以把450 cm2的面積涂白[1]。二氧化鈦跟鉛白相似,但又不會像鉛白那樣會變黑;同時二氧化鈦又具有鋅白一樣的持久性,因此,二氧化鈦是一種性能非常穩(wěn)定的惰性顏料。二氧化鈦可以作為一種允許使用的食品色素[2],添加到果醬、話梅、糖果、膨化食品中;也可以作為油漆中的白色顏料等。到目前為止,雖然還沒有關(guān)于二氧化鈦對人體產(chǎn)生毒性的報道,但是其安全性問題還是引起各領(lǐng)域?qū)<业膹V泛關(guān)注[3-5]。
雙孢蘑菇色白味美,為百姓所喜愛,但因其易氧化褐變,影響賣相。筆者團隊在采樣過程中發(fā)現(xiàn):不法商販和生產(chǎn)者會將雙孢蘑菇投入一種液體中浸泡后出售,浸泡后表面略顯干燥,色白,褐變現(xiàn)象極其緩慢。筆者經(jīng)過多次試驗驗證,發(fā)現(xiàn)浸泡劑為二氧化鈦,而雙孢蘑菇等食用菌自身并不含二氧化鈦。用國標(biāo)方法[6]檢測食用菌中二氧化鈦含量時,由于土壤(含鈦元素)背景吸收的干擾,使得檢測結(jié)果常常偏高,容易引起較大誤差。目前測定二氧化鈦含量的方法主要有ICP-MS[7]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[8],X 射線熒光光譜法[9]等,因其儀器昂貴,維護及運行費用高,不利于普及。比色法操作簡單,重現(xiàn)性好,對儀器設(shè)備的要求不高,比較適合推廣應(yīng)用[10-11]。因此,筆者在對比研究樣品消化方法的基礎(chǔ)上,采用比色法測定食用菌中二氧化鈦的含量,以期建立一種簡單快速、方便有效、準(zhǔn)確度高的食用菌二氧化鈦檢測方法,以便于相關(guān)部門監(jiān)管。
高氯酸、濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸、硫酸銨(分析純),國藥集團化學(xué)試劑有限公司;抗壞血酸(分析純),國藥集團化學(xué)試劑有限公司(抗壞血酸溶液需要現(xiàn)用現(xiàn)配);二安替比林甲烷(分析純),上海源葉生物科技有限公司;鈦標(biāo)準(zhǔn)貯備液(1 mg∕mL),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;5%二安替比林甲烷溶液:稱取5 g二安替比林甲烷,用鹽酸(鹽酸與水的體積比為1∶23)溶解并定容至100 mL。
分析天平(精確到0.1 mg),AL204-IC 型,梅特勒托利多(中國)有限公司;電熱板,JH404 型,上海錦凱科學(xué)儀器有限公司;高溫電阻爐,上海精宏實驗設(shè)備有限公司;分光光度計(420 nm),8453 型,安捷倫科技有限公司;食品處理機,歐麥斯,市購;樣品粉碎機,DFT系列,上海鼎廣機械設(shè)備有限公司。
1.3.1 消化方式的選擇
目前應(yīng)用于食品中二氧化鈦檢測的消化方式主要有兩種:濕式消化法與干式消化法。干式消化法是近幾年提出的一種消化方法,操作較為簡單,時間短,過程干擾少,但適用的范圍較窄,適應(yīng)于易灰化的面粉等極少數(shù)食品;濕法消化耗時較長,但是應(yīng)用范圍較廣,兩者各有優(yōu)缺點。
1.3.2 食用菌干品消化條件優(yōu)化
以銀耳干品為例(樣品中添加二氧化鈦,添加量為25 mg∕kg,添加方法如下:根據(jù)稱樣量換算標(biāo)準(zhǔn)溶液添加量,以干品1 g 為例,加入體積質(zhì)量為1 mg∕mL 的鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液25 μL,靜置4 h,先小火加熱樣品充分碳化至無煙,將碳化完全的樣品轉(zhuǎn)移至高溫電阻爐中,于(525±25)℃,灼燒灰化3 h,冷卻。試驗優(yōu)化濃硫酸的加入量和微沸時間,樣品灰化后,分別加入2.5 mL、5 mL、7.5 mL、10 mL 濃硫酸和1 g硫酸銨,蓋上表面皿,加熱至冒硫酸煙,微沸時間保持5 min、10 min、15 min、20 min。
1.3.3 食用菌鮮品消化條件優(yōu)化
以市面購得的2份含有添加二氧化鈦的雙孢蘑菇為例,將樣品置于錐形瓶或高型燒杯中,放數(shù)粒玻璃珠,進行濕式消化。在使用10 mL 硝酸和高氯酸混合酸消化的同時,選擇兩種酸的比例。
1.3.4 顯色過程中各種試劑的選擇
1.3.4.1 鹽酸添加量的選擇
在二氧化鈦檢測的顯色過程中,需要保持在0.5~3.0 mol∕L 的鹽酸酸性溶液中吸光值才能穩(wěn)定,因此考察不同濃度的鹽酸對吸光度的影響。
1.3.4.2 抗壞血酸的選擇
在顯色過程中還需配制抗壞血酸溶液,該溶液可以有效消除鐵等高價離子的干擾。
1.3.4.3 二安替比林甲烷溶液添加量的選擇
試樣經(jīng)酸消解后,在強酸介質(zhì)中鈦與二安替比林甲烷會形成黃色絡(luò)合物,在分光光度計波長420 nm 處可測量。二安替比林甲烷使用鹽酸(鹽酸與水體積比1∶23)溶解,配制成5%的溶液,在比色過程中采取不同的添加量,觀察其對吸光度的影響。選取含較低二氧化鈦和含較高二氧化鈦的食用菌干品、鮮品樣品,然后再分別添加3 mL、4 mL、5 mL、6 mL、7 mL 的二安替比林甲烷溶液顯色劑,以考察其添加量對吸光度的影響。
1.3.4.4 顯色時間的選擇
顯色試劑添加后,優(yōu)化顯色時間,選取含較低二氧化鈦和含較高二氧化鈦的食用菌干品、鮮品樣品。樣品前處理完畢,加入顯色劑定容后,選擇20 min、30 min、40 min、50 min、60 min 這5 個時間段測定顯色時間對吸光度的影響。
2.1.1 消化方式的確定
因食用菌鮮樣水分含量較大(約為90%左右),在干式消化的灰化過程中易發(fā)生噴濺或坩堝碎裂等情況;而濕式消化在處理含膠質(zhì)多的樣品如銀耳時同樣會遇到樣品起泡撲出的現(xiàn)象,綜合考慮食用菌樣品的特性和兩種消化方式的適應(yīng)對象以及前處理時間,在樣品前處理過程中食用菌干品采用干式消化法,食用菌鮮品采用濕式消化法。
在消化前的樣品處理過程中需要特別注意,因土壤大多含有鈦元素,且含量較高,為避免樣品測定過程中的外源引入,一定要將食用菌(特別是覆土栽培的食用菌)上粘帶土壤的部分削除干凈后再進行粉碎或勻漿處理。
2.1.2 食用菌干品消化條件的確定
由表1 可知,微沸時間過短,檢測結(jié)果偏低,當(dāng)濃硫酸為5 mL并且微沸時間達10 min時,二氧化鈦的檢測值即趨于穩(wěn)定,并且隨著濃硫酸添加量的增加和微沸時間的增加,對檢測結(jié)果無明顯影響,考慮到檢測效率及試劑使用量,在處理食用菌干品時選擇添加濃硫酸5 mL,保持微沸時間為10 min。
表1 濃硫酸用量和煮沸時間對食用菌干品中二氧化鈦檢測的影響
2.1.3 食用菌鮮品消化條件的確定
由表2 可知,僅用硝酸消化,檢測結(jié)果偏低,高氯酸在消化中的作用是更好地分解有機質(zhì),當(dāng)高氯酸與硝酸的比例達1∶9 的時候,檢測二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,而隨著混合酸中高氯酸比例的提高,樣品檢測二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)無明顯變化,因此在對食用菌鮮品消化的時候選擇高氯酸與硝酸比為1∶9。然后再加1 g 硫酸銨和5 mL 濃硫酸消化的目的:一是去除殘留的高氯酸,二是溶解二氧化鈦。需要注意的是,在消化過程中如果高氯酸有殘留,其會與二安替比林甲烷顯色劑反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀[12],因此在試驗過程中,消化混合酸近干時再加入硫酸銨和濃硫酸,這樣可以大大縮短去除高氯酸的時間。
表2 混合酸比例對食用菌鮮品中二氧化鈦檢測的影響
2.1.4 顯色過程中各類試劑添加量的確定
在顯色過程中所添加的鹽酸濃度高于3.0 mol∕L時吸光值會逐漸降低,而低于0.5 mol∕L 時鈦離子產(chǎn)生聚合,因此配制1∶1的鹽酸溶液,在比色過程中吸取15 mL,保持比色液體(定容至50 mL)中鹽酸的濃度約為1.5 mol∕L。
在顯色過程中配制2%的抗壞血酸溶液,可有效消除鐵等高價離子的干擾。
當(dāng)二安替比林溶液添加量低于4 mL時,會造成吸光值偏低,即樣品測定含量偏低;當(dāng)添加量高于等于5 mL 時,吸光值穩(wěn)定,即二氧化鈦含量測定穩(wěn)定,因此在顯色反應(yīng)中選取5%二安替比林甲烷顯色劑的添加量為5 mL。
顯色時間過短,吸光值沒有達到最高,會導(dǎo)致檢測結(jié)果偏低。顯色時間達40 min 及以上時,吸光值維持不變,檢測結(jié)果穩(wěn)定。因此在顯色反應(yīng)中選取顯色時間為40 min。
根據(jù)市面上所售食用菌(主要為雙孢蘑菇樣品)中添加二氧化鈦的含量范圍,建立鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度分別為0.1 μg∕mL、0.5 μg∕mL、1.0 μg∕mL、2.0 μg∕mL、4.0 μg∕mL,線性方程(吸光值為X,鈦濃度為Y)為Y=4.6762X+0.0068,R2=0.9999。
選用4 種常見的白色食用菌樣品(雙孢蘑菇鮮樣、金針菇鮮樣、杏鮑菇鮮樣、銀耳干樣)作為基質(zhì)做添加回收試驗(表3),其中雙孢蘑菇本底值為39.25 mg∕kg。結(jié)果可見,二氧化鈦在食用菌樣品中的加標(biāo)回收率均在86.2%~105.5%,證明該方法的準(zhǔn)確度較高。
表3 食用菌樣品加標(biāo)回收
將雙孢蘑菇鮮樣樣品按標(biāo)準(zhǔn)處理方法處理后檢測,每個樣品重復(fù)5次,以樣品二氧化鈦的含量測定結(jié)果計算日內(nèi)變異系數(shù),進行3 批處理以計算日間變異系數(shù)(表4)。
表4 雙孢蘑菇樣品中二氧化鈦精密度
由表4 可知,檢測結(jié)果的日內(nèi)變異系數(shù)為3.65%~5.35%,日間變異系數(shù)為3.69%。
分光光度法的檢出限,根據(jù)國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的規(guī)定:
式中:K′—根據(jù)一定置信水平確定的系數(shù),IUPAC 建議取3,此時置信水平大約為90%;Sb—空白多次測得信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差(至少20 次);κ—方法靈敏度,即校準(zhǔn)曲線的斜率。
通過計算,該方法檢出限為4.77 mg∕kg,為便于計算,該方法檢出限為5 mg∕kg。
用該方法測定食用菌中的二氧化鈦的含量,準(zhǔn)確度好,精密度高,方法快速、簡便,有效避免了樣品粘帶土壤引入的假陽性結(jié)果,能為上海市食用菌安全監(jiān)管提供技術(shù)支持。