袁 堃 ,陳家偉 ,趙娜娜 ,毛思浩 ,王 峰*

(1.浙江省食品藥品檢驗(yàn)研究院 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(功能食品質(zhì)量與安全),杭州 310052;2.浙江省食品藥品檢驗(yàn)研究院 浙江省市場(chǎng)監(jiān)管保健食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310052;3.浙江中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)技術(shù)與信息工程學(xué)院,杭州 310052)

鋁是人體非必需元素,在自然界廣泛存在。大量研究表明,過多的鋁元素通過血液進(jìn)入人體細(xì)胞后會(huì)干擾其正常代謝,引起諸如貧血、免疫力降低等癥狀,嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致老年癡呆、帕金森病等疾病[1]。食品中鋁的污染以及健康風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。海蜇是一種水生無脊椎動(dòng)物,鮮海蜇由大量水分以及膠原蛋白組成,捕撈上岸后易發(fā)生分解和自溶,必須經(jīng)過十二水合硫酸鋁鉀(明礬)、食鹽和石灰腌漬處理后才能保藏[2],但這種傳統(tǒng)的加工方式會(huì)引起鋁元素的大量殘留。GB 2760—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定即食海蜇中鋁殘留量不得超過500 mg·kg—1,雖然遠(yuǎn)高于其他食品中的,但關(guān)于海蜇制品中鋁殘留量超標(biāo)的報(bào)道還是屢見不鮮。因此,建立一種快速測(cè)定海蜇制品中鋁殘留量的方法具有重要意義。

目前,食品中鋁元素的檢測(cè)方法主要包括滴定法[3]、紫外分光光度法[4]、原子吸收光譜法[5]、電感耦合等離子體原子吸收光譜法[6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[7]等,其前處理方法大多采用微波消解、濕法消解和干法灰化等。這些前處理方法需要在高溫條件下進(jìn)行,耗時(shí)較長(zhǎng)(一般需要4～6 h),增加了待測(cè)組分損失和被污染的風(fēng)險(xiǎn),無法滿足大批量樣品快速檢測(cè)的需求;并且需要使用大量的硝酸、硫酸、氫氟酸等強(qiáng)腐蝕性酸以及過氧化氫等氧化劑,這些試劑的使用增加了儀器的損耗和操作人員的健康風(fēng)險(xiǎn)。為適應(yīng)快速檢測(cè)的要求,不斷有新的前處理技術(shù)被應(yīng)用到食品有害元素的檢測(cè)中。目前常見的快速前處理技術(shù)主要包括液液萃取[8]、固相萃取[9]、微波輔助[10],以及無需前處理的直接進(jìn)樣[11]等。具有較強(qiáng)溶解能力的酸溶液可將樣品中的重金屬元素以可溶性鹽的形式交換到提取液中,該方法酸試劑用量少,反應(yīng)條件溫和,操作簡(jiǎn)單快速,能有效縮減前處理時(shí)間與檢測(cè)成本。基于超聲波的空化效應(yīng),超聲可增加細(xì)胞膜的通透性,提高傳質(zhì)速率,實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)物質(zhì)與周圍溶劑之間的高質(zhì)量傳遞[12-13]。因此,本工作以硝酸溶液為提取劑,采用超聲提取的前處理方法,提出了ICP-MS測(cè)定海蜇制品中鋁殘留量的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

350D 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀;MARS 型微波消解儀;EH35B 型電熱板;Milli-Q Integral型超純水處理系統(tǒng);KH-500DV 型數(shù)控超聲波清洗器;Multi Rerx型多通道渦旋混合器。

鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液:1 000 mg·L—1。

內(nèi)標(biāo)溶液:含鉍、鍺、銦、鋰、鈧、鋱、釔元素,質(zhì)量濃度均為10 mg·L—1,

所用試劑均為優(yōu)級(jí)純;試驗(yàn)用水為超純水(電阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

海蜇樣品購(gòu)自浙江省內(nèi)流通和餐飲環(huán)節(jié)。

1.2 儀器工作條件

射頻功率1 600 W;等離子體流量15.0 L·min—1,輔助氣流量1.2 L·min—1,霧化氣流量0.85 L·min—1;碰撞反應(yīng)模式,碰撞氣為氦氣,流量4.0 L·min—1;掃描次數(shù)3次;掃描模式為跳峰;蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速20 r·min—1;測(cè)定同位素27Al,內(nèi)標(biāo)同位素45Sc;積分時(shí)間1.0 s。

1.3 試驗(yàn)方法

海蜇樣品粉碎均勻后,取約0.5 g(精確至0.01 g)于50 mL 離心管中,加入1.0%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液50.0 mL,渦旋振蕩1 min,于25 ℃超聲10 min(超聲功率為400 W),以轉(zhuǎn)速10 000 r·min—1離心5 min,取上清液,按照儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定,外標(biāo)法定量。隨同進(jìn)行試劑空白試驗(yàn)。采用方差分析(ANOVA 分析)和鄧肯(Duncan)多重比較分析進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn),顯著性水平設(shè)置為P＜0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理方法的選擇

選取3種不同類別且鋁殘留量為低、中、高3個(gè)濃度水平的海蜇樣品,考察了標(biāo)準(zhǔn)方法中的濕法消解[4]、微波消解[6]、酸煮提取[14]以及超聲提取對(duì)鋁測(cè)定值的影響,結(jié)果見表1。

表1 前處理方法對(duì)鋁測(cè)定值的影響(n＝5)Tab.1 Effect of pretreatment method on the determined value of aluminum(n＝5)

對(duì)4種前處理方法分別進(jìn)行Duncan多重比較分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)4種前處理方法測(cè)定結(jié)果的差異均沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05),說明超聲提取與其他3種前處理方法所得檢測(cè)結(jié)果均沒有顯著性差異。海蜇制品中鋁元素大部分以Al(OH)3、Al3＋、Al(OH)2＋等無機(jī)態(tài)形式存在,還有一部分以有機(jī)態(tài)形式存在[15]。按照試驗(yàn)方法對(duì)上述3種海蜇樣品超聲提取后,收集殘?jiān)?按照GB 5009.268—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》第一法(微波消解)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示,殘?jiān)芯礄z出鋁元素,進(jìn)一步說明超聲提取的提取效果較好,可將海蜇制品中的鋁提取完全。因此,試驗(yàn)選擇的前處理方法為超聲提取。

2.2 提取條件的選擇

2.2.1 硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)和提取時(shí)間

以硝酸溶液為提取劑,采用超聲的方式,考察了硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)分別為0(水),0.5%,1.0%,2.0%,5.0%,提取時(shí)間分別為0,5,10,30,60 min時(shí)對(duì)海蜇樣品中鋁測(cè)定值的影響,結(jié)果見圖1。

圖1 硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)和提取時(shí)間對(duì)鋁測(cè)定值的影響Fig.1 Effects of volume fraction of nitric acid solution and extraction time on the determined value of aluminum

結(jié)果表明:硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)不小于0.5%,超聲10 min時(shí)的鋁測(cè)定值與超聲30,60 min時(shí)的無顯著性差異(P＞0.05),但與0,5 min時(shí)的有顯著性差異(P＜0.05),因此提取時(shí)間選擇為10 min。鋁是兩性金屬,酸度太低時(shí)易形成氫氧化鋁膠體,造成樣品的不均勻,嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞管路。以0.5%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液提取時(shí),鋁測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n＝6)為7.5%～17%;以1.0%硝酸溶液提取時(shí),鋁測(cè)定值的RSD(n＝6)為2.9%～5.3%,因此試驗(yàn)選擇的硝酸溶液體積分?jǐn)?shù)為1.0%。

2.2.2 固液比、超聲溫度和超聲功率

在1.0%硝酸溶液、超聲10 min條件下,考察了固液比[稱樣量(g)∶提取劑體積(mL)]分別為0.2∶50.0,0.5∶50.0,1.0∶50.0,2.0∶50.0,3.0∶50.0,超聲溫度分別為25,35,45,55,65 ℃,超聲功率分別為200,300,400,500 W 時(shí)對(duì)海蜇樣品中鋁測(cè)定值的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 固液比、超聲溫度和超聲功率對(duì)鋁測(cè)定值的影響Fig.2 Effects of solid-liquid ratio,ultrasonic temperature and ultrasonic power on the determined value of aluminum

結(jié)果表明:固液比和超聲溫度對(duì)鋁測(cè)定值影響不大,各組數(shù)據(jù)中鋁測(cè)定值均無顯著性差異(P＞0.05),考慮到海蜇中鋁殘留量較高,試驗(yàn)選擇的固液比為0.5∶50.0,超聲溫度為25 ℃;隨著超聲功率的升高,鋁測(cè)定值也逐漸升高,400 W 和500 W 所得結(jié)果無顯著性差異(P＞0.05),因此試驗(yàn)選擇的超聲功率為400 W。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和測(cè)定下限

用1.0%硝酸溶液將1 000 mg·L—1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋成0.1,0.5,1.0,3.0,5.0,10.0 mg·L—1的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,按照儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定,在線加入內(nèi)標(biāo)溶液。以鋁的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)的響應(yīng)強(qiáng)度與內(nèi)標(biāo)響應(yīng)強(qiáng)度比值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示:鋁標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍為0.1～10.0 mg·L—1,線性回歸方程為y＝3.276x—0.037 01,相關(guān)系數(shù)為0.999 9。

根據(jù)GB/T 5009.1—2003《食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法理化部分 總則》規(guī)定,對(duì)試劑空白溶液進(jìn)行21次測(cè)定,以3倍空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為檢出限,10倍空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為測(cè)定下限。結(jié)果顯示:檢出限為1μg·L—1,測(cè)定下限為3.5μg·L—1;當(dāng)稱樣量為0.5 g,提取劑體積為50.0 mL時(shí),方法檢出限為0.1 mg·kg—1,測(cè)定下限為0.35 mg·kg—1,小于GB 5009.182—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鋁的測(cè)定》中的檢出限(0.5 mg·kg—1)及測(cè)定下限(2 mg·kg—1)。

2.4 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)海蜇樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定,計(jì)算測(cè)定值的RSD,結(jié)果為2.9%。

分別在0.5 g海蜇樣品中加入100 mg·L—1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2,0.5,1.0,2.0,3.0 mL,相當(dāng)于鋁加標(biāo)量為40,100,200,400,600 mg·kg—1,按照試驗(yàn)方法測(cè)定鋁含量,計(jì)算回收率。結(jié)果顯示:5個(gè)加標(biāo)濃度水平下,鋁的回收率為95.3%～99.9%,符合分析要求。

2.5 方法比對(duì)

分別采用本方法和標(biāo)準(zhǔn)方法中的滴定法[14]、紫外分光光度法[4]、電感耦合等離子體原子吸收光譜法[6]對(duì)3種海蜇樣品進(jìn)行分析,結(jié)果見表2。

結(jié)果表明,本方法測(cè)定結(jié)果與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定結(jié)果之間沒有顯著性差異(P＞0.05)。

本工作提出了超聲提取-ICP-MS測(cè)定海蜇制品中鋁殘留量的方法。與傳統(tǒng)的干法消解、濕法消解和微波消解前處理方法相比,該方法酸試劑用量少,操作簡(jiǎn)便,避免了高溫、高壓的過程,極大地縮短了樣品的前處理時(shí)間,降低了樣品被污染的概率,而且檢出限低、準(zhǔn)確度高,是一種簡(jiǎn)單快速的海蜇制品中鋁殘留量的分析方法,適合大批量樣品的快速檢測(cè)。