超聲萃取-ICP-OES法 快速測(cè)定食品中硼砂

,,,,,

(廣東省惠州市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所,廣東惠州 516003)

硼砂(Na2B4O7·10H2O)是一種化工原料,加入食品中有防腐、增加彈性和膨脹的作用,但其毒性較高,有致癌作用,可在體內(nèi)蓄積,影響消化酶作用。對(duì)成人至死量約20g,幼兒約5g,成人使用1～3g即可引起中毒[1]。目前世界各國多將其作為禁用的食品添加劑,我國也嚴(yán)令禁止硼砂在食品中使用[2-3]。但一些不法商販仍然在面條、米粉、粽子、腐竹、肉丸、糕點(diǎn)等食品中添加硼砂,非法添加事件屢禁不止,嚴(yán)重危害消費(fèi)者的身體健康和生命安全,因此,對(duì)食品中硼砂含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分必要。

硼砂的測(cè)定方法主要有比色法[4-5]、高效液相色譜法[6-7]、熒光法[8-9]和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES法)[10-12]等,這些方法前處理冗長費(fèi)時(shí)、操作繁瑣,不便于食品中硼砂的日?？焖贆z測(cè)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21918-2008《食品中硼酸的測(cè)定》中的姜黃比色法、ICP-AES法、ICP-MS法,都是利用測(cè)定硼元素來間接確定食品中硼砂或硼酸含量[13]?？紤]到食品中都含有一定量的硼元素[14-19],通過此法來直接判斷食品中是否添加硼砂則顯得很不科學(xué)。因此,建立一種有效提取食品中硼砂,準(zhǔn)確測(cè)定其含量的方法非常必要,對(duì)保障人民群眾的身體健康和食品安全監(jiān)管具有重要意義。本文采用水超聲萃取,能夠有效提取食品中的硼砂,通過優(yōu)化儀器條件,建立了ICP-OES快速測(cè)定食品中硼砂含量的分析方法。該方法分析速度快,準(zhǔn)確性高,結(jié)果令人滿意。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

表1 超聲萃取法和微波消解法對(duì)不同樣品中硼砂的萃取量(以硼砂計(jì),mg/kg)Table 1 Amount of borax in different samples by ultrasonic extraction method and microwave digestion method(the borax,mg/kg)

硼標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1000μg/mL,GSB G 62003-90) 國家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院;硼砂,分析純 廣州化學(xué)試劑廠;超純水 18.2MΩ·cm;亞鐵氰化鉀溶液 稱取106.0g亞鐵氰化鉀用水溶解并稀釋至1000mL;乙酸鋅溶液 稱取220.0g乙酸鋅,加30mL冰乙酸溶于水并稀釋至1000mL。

ICP6300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 美國Thermo Scientific,CID檢測(cè)器,石英同心霧化器;超聲儀 上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司;恒溫干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;Milli-Q型超純水機(jī) 美國Millipore;高速搗碎機(jī) 德國IKA。

1.2 儀器條件

RF發(fā)射功率1150W,輔助氣流量0.5L/min,霧化氣壓力0.18MPa,冷卻氣流速16L/min,樣品清洗時(shí)間20s,泵穩(wěn)定時(shí)間5s,短波積分時(shí)間15s,長波積分時(shí)間5s,觀測(cè)方式:水平觀測(cè),蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為75r/min,分析波長B:249.773nm。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 硼砂樣品的制備 從農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)購買新鮮的大米、黃豆、小麥、豬肉(不含骨頭),用粉碎機(jī)粉碎,每類樣品稱取相同質(zhì)量的3組于聚丙烯燒杯中,共分為12組;稱取不同質(zhì)量的硼砂,用水溶解,分別加入到12組樣品中,放置24h,然后置于50℃烘箱中干燥,再用粉碎機(jī)粉碎,制備低中高不同濃度的硼砂模擬樣品,備用。

1.3.2 樣品的萃取 稱取模擬樣品1.0000g左右于50mL聚丙烯容量瓶中,加水30mL,搖勻樣品,常溫超聲提取15min,取出后加亞鐵氰化鉀溶液和乙酸鋅溶液各5mL[13],放置于室溫,用水定容至刻度,混勻,過濾,棄去最初濾液10mL,取濾液于聚丙烯試管中。同時(shí)制備樣品空白,待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法的選擇

采用微波消解方法和超聲萃取法分別對(duì)不添加硼砂的4類新鮮樣品(大米、黃豆、小麥、豬肉)和12組添加硼砂的模擬樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn),樣品中硼砂提取效果見表1。通過實(shí)驗(yàn)分析,食品中本底的硼元素以準(zhǔn)束縛態(tài)(單糖結(jié)合態(tài))存在[20],不溶于水,不能通過水超聲萃取的方式提取出來。硼的4個(gè)羥基與單糖的鄰羥基脫水共價(jià)結(jié)合,形成網(wǎng)狀復(fù)合物需反應(yīng)熱且比較復(fù)雜,因此人為添加到食品中的硼砂不會(huì)與組織結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)[21],并且在樣品中主要以硼酸根離子形式存在,能夠直接用水超聲提取。由表1可知,采用微波消解方法,樣品中本底存在的硼元素也被提取出來,給測(cè)定結(jié)果帶來偏差;水超聲萃取能把模擬樣品中添加的硼砂全部分離出來,而本底含有的硼元素沒有被萃取出來,因此,本方法選擇水超聲萃取作為樣品的前處理方法。

2.2 超聲條件選擇

2.2.1 超聲試劑的選擇 分別用相同濃度的HNO3、H3PO4、HCl、H2SO4、HClO4(v/v,1∶5)和水對(duì)模擬大米2、模擬黃豆2、模擬小麥2、模擬豬肉2樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn),常溫下超聲15min,然后按1.3.2方法定容、過濾,測(cè)定。由表2可知,幾種酸和水對(duì)樣品中硼砂的萃取回收率在99.4%～100.3%之間,提取效果都顯著,但是考慮到酸操作過程的危險(xiǎn)性和空白值較高,本方法采用水作為超聲試劑。

表2 不同試劑對(duì)樣品中硼砂的萃取量(以硼砂計(jì),mg/kg)Table 2 Amount of borax in the sample by extracted with different reagents(the borax,mg/kg)

2.2.2 超聲溫度的選擇 選擇溫度20、25、30、35、40、45、50、55、60℃對(duì)模擬大米2、模擬黃豆2、模擬小麥2、模擬豬肉2樣品分別用水超聲15min,然后按1.3.2方法定容、過濾,測(cè)定。圖1結(jié)果表明,超聲溫度在20～60℃范圍內(nèi),硼砂萃取回收率分布在95%～106%之間,其中20℃時(shí)回收率接近100%,表明其萃取效果是最好的。模擬大米2、模擬黃豆2、模擬小麥2、模擬豬肉2在20～25℃時(shí)硼砂回收率不存在顯著性差異(p>0.05),且回收率維持在100%左右。超聲溫度大于25℃后,模擬大米2、模擬黃豆2、模擬小麥2、模擬豬肉2硼砂回收率隨著溫度升高先增加后降低,萃取效果沒有明顯增加,且硼砂回收率存在顯著性差異(p<0.05)。因此,本實(shí)驗(yàn)采用超聲溫度為20℃。

2.2.3 超聲時(shí)間的選擇 在常溫條件下,對(duì)模擬大米2、模擬黃豆2、模擬小麥2、模擬豬肉2樣品分別用水超聲5、10、15、20、25、30、35、40、50、60min,然后按1.3.2方法定容、過濾,測(cè)定。由圖2可知,提取時(shí)間不同,樣品中硼砂回收率也不同。其中模擬大米2、模擬黃豆2、模擬小麥2、模擬豬肉2在萃取時(shí)間少于15min時(shí),隨著時(shí)間的延長,回收率呈上升趨勢(shì);模擬大米2和模擬豬肉2在15～30min時(shí)硼砂回收率不存在顯著性差異(p>0.05),且回收率維持在100%左右,超過30min時(shí),回收率下降。模擬黃豆2在15～25min時(shí)硼砂回收率不存在顯著性差異(p>0.05),且萃取效果明顯,之后隨著時(shí)間增加回收率降低。模擬小麥2在15～35min時(shí)硼砂回收率不存在顯著性差異(p>0.05),且回收率維持在100%左右,之后隨著時(shí)間延長回收率降低。結(jié)果說明,隨著時(shí)間的增加,超聲萃取效果明顯增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定時(shí)間后,萃取效果沒有顯著變化,因此,本實(shí)驗(yàn)采用超聲時(shí)間為15min。

表3 冷卻氣流量對(duì)譜線強(qiáng)度的影響Table 3 Effect of cooling air flow on the spectral line intensity

圖1 萃取溫度對(duì)硼砂回收率的影響 Fig.1 Effect of extraction temperature on the recovery of borax

圖2 萃取時(shí)間對(duì)硼砂回收率的影響 Fig.2 Effect of extraction time on the recovery of borax

2.3 分析波長的選擇

查閱儀器譜線數(shù)據(jù)庫,以譜線靈敏、干擾少的原則來選擇分析線。先確定待測(cè)元素較靈敏分析線B 249.773、B 249.678、B 208.959、B 208.893、B 182.641nm 5條譜線。固定待測(cè)元素的濃度,加入一定濃度的試樣基體元素的純?nèi)芤?分別實(shí)驗(yàn)基體對(duì)B的干擾情況,實(shí)驗(yàn)表明,選用B 249.773nm的譜線,基本可排除鐵元素的光譜干擾,而鋁、鎂、鈉、鈣等元素在B 249.773nm下均無明顯吸收峰,因此,選擇B 249.773nm為本實(shí)驗(yàn)的分析線。

2.4 儀器條件的優(yōu)化

2.4.1 RF發(fā)射功率及霧化氣壓力 RF發(fā)射功率在一定的范圍內(nèi)時(shí),隨著功率的增加,等離子體溫度升高,待測(cè)譜線的強(qiáng)度增加,有利于改善檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性,但同時(shí)背景也相應(yīng)增強(qiáng),而且功率過大影響矩管的使用壽命。當(dāng)輸出功率達(dá)到一定數(shù)值后,霧化氣流量是影響信號(hào)強(qiáng)度的另一個(gè)重要因素,隨著霧化氣壓力增加,霧化氣流量也增加,樣品的霧化效果改變、總體提升量增加,譜線強(qiáng)度也隨著改變[22],但霧化氣壓力增大到一定程度后信噪比反而下降,影響霧化效果[23]。通過實(shí)驗(yàn)確定RF發(fā)射功率為1150W,霧化氣壓力為0.18MPa。

2.4.2 輔助氣流量 在RF功率一定的情況下,隨著輔助氣流量的增加,信號(hào)強(qiáng)度也增加,但流量過大,易熄火,有可能損壞儀器,實(shí)驗(yàn)選用輔助氣流量為0.5L/min。

2.4.3 冷卻氣流量的影響 用2.0mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)溶液考察了冷卻氣流量對(duì)譜線強(qiáng)度的影響,由表3可知,冷卻氣流量大于16L/min時(shí),隨著冷卻氣流量增加,譜線強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),當(dāng)冷卻氣流量超過19L/min時(shí),火焰不穩(wěn)定,且容易熄火和浪費(fèi)氣體。而冷卻氣流量小于16L/min時(shí),譜線強(qiáng)度變化不明顯,但冷卻氣流量低于13L/min時(shí),容易燒炬管。最終選擇冷卻氣流量為16L/min。

2.4.4 蠕動(dòng)泵速的選擇 用2.0mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析,考察了蠕動(dòng)泵速分別為25、50、75、100、125r/min時(shí)對(duì)譜線強(qiáng)度的影響。由表4可知,泵速為25r/min時(shí)檢測(cè)靈敏度不夠,譜線強(qiáng)度較低,進(jìn)樣速度太慢,125r/min時(shí)蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速太快,影響溶液的霧化效率且浪費(fèi)樣品。最終選擇蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為75r/min。

表4 蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速對(duì)譜線強(qiáng)度的影響Table 4 Effect of peristaltic pump speed on the spectral line intensity

2.5 基體干擾與消除

分別測(cè)定2.0mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)溶液及硼標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加了亞鐵氰化鉀和乙酸鋅的混合溶液,觀察譜線強(qiáng)度的變化,結(jié)果表明添加的亞鐵氰化鉀和乙酸鋅對(duì)硼的測(cè)定結(jié)果幾乎沒有影響。超聲萃取出來的少量共存離子含量小,與硼元素之間基本上不存在干擾,并且可以通過儀器軟件的校正功能完全消除。

2.6 方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,硼濃度在0.05～50mg/L范圍內(nèi)濃度和信號(hào)強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系,線性方程為Y=20558.9X+8.3,相關(guān)系數(shù)為0.9999。以空白溶液11次測(cè)定值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限,硼砂檢出限為0.95mg/kg。

表5 樣品的加標(biāo)回收率(n=9)Table 5 Spiked recoveries for samples(n=9)

2.7 加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn)

選定沙琪瑪樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn),分別添加硼標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.5、5.0、15.0mg/L,平行測(cè)定9次,加標(biāo)回收率為99.1%～102.4%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.55%～0.80%(見表5)。結(jié)果說明方法具有很好的加標(biāo)回收率,可用于食品中硼砂的檢測(cè)。

2.8 樣品測(cè)定

按照1.3.2方法對(duì)市售肉丸、沙琪瑪、腐竹、面粉、粽子、面條、餃子皮、蛋糕、湯圓進(jìn)行處理,然后按1.2的儀器條件對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè),其中腐竹、沙琪瑪、粽子、涼皮樣品中含有硼砂,肉丸、面粉、面條、蛋糕、湯圓未檢出硼砂。

3 結(jié)論

通過比較微波消解和水超聲萃取兩種前處理方法對(duì)結(jié)果的影響,建立了水超聲萃取-ICP-OES快速測(cè)定食品中的硼砂含量的方法。水超聲萃取能有效地提取食品中的硼砂,超聲溫度為20℃,超聲時(shí)間為15min,方法的加標(biāo)回收率、精密度和檢出限都能滿足實(shí)驗(yàn)的要求。本方法前處理簡單,結(jié)果準(zhǔn)確可靠,適用于日常食品中硼砂的準(zhǔn)確測(cè)定和結(jié)論判定。

[1]鄭鵬然. 食品衛(wèi)生全書[M]. 北京:紅旗出版社,1996:425.

[2]中華人民共和國衛(wèi)生部.食品中可能違法添加的非食用物質(zhì)和易濫用的食品添加劑品種名單(第一批)[S]. 食品整治辦,2008(3).

[3]中華人民共和國衛(wèi)生部. GB2760-2011. 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[4]中華人民共和國衛(wèi)生部. GB/T 5750.6-2006. 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 無機(jī)非金屬指標(biāo)[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[5]鄭彬,鄭春梅. 分光光度法測(cè)定食品中硼砂[J]. 現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2004(3):446-447.

[6]陳艷,李紅光. 食品中硼砂的反相高效液相色譜測(cè)定法[J]. 環(huán)境與健康,2007,24(12):994-995.

[7]龐艷萍,趙志磊,吳廣臣,等. 高效液相色譜法測(cè)定面制品中硼砂的含量[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(8):126-128.

[8]董學(xué)芝,張國勝,張明麗,等. 三元雜多酸熒光猝滅測(cè)定食品中硼砂的研究[J]. 分析科學(xué)學(xué)報(bào),2008,24(5):573-575.

[9]吳芳英,黃堅(jiān)鋒,嵇志琴. 熒光法測(cè)定硼的研究[J]. 分析實(shí)驗(yàn)室,1998,17(6):17-19.

[10]胡小玲,黃輝濤,肖學(xué)成. ICP-AES法測(cè)定食品中硼砂[J]. 中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志,2008,18(10):1994-1995.

[11]Krejcova A,Cernohorsky T. The determination of boron in tea and coffe by ICP-AES method[J]. Food Chemistry,2003,82(2):303-308.

[12]黃子偉,王世平,湯大鵬. 微波消解等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定腐竹中硼砂[J]. 食品科技,2012,37(7):298-304.

[13]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T21918-2008.食品中硼酸的測(cè)定[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[14]池衛(wèi)廷,謝少斌,楊貴彬,等. 45種食品中硼含量的測(cè)定及分析[J]. 河南預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2010,21(3):170-173.

[15]周秀錦,周向陽,邵宏宏,等. 舟山出口海產(chǎn)品硼酸本底及市場(chǎng)調(diào)查[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,18(2):30-31.

[16]Sah R N,Brown P H. Boron Determination-A Review of Analytical Methods[J]. Biochemical Journal,1997,56:285-304.

[17]Sun D H,Waters J K,Maw hinnay T P. Determination of boron in paints and plant-derived food by ultrasonic nebuzation-inductively coupled plasma atomic emission spectrometry with addition of mannitol[J]. Joumal of AOAC International,1997,80(1):20-24.

[18]宋筱瑜,李鳳琴,劉兆平,等.中國12省市部分食品中硼本底含量調(diào)查及居民攝入量初估[J]. 衛(wèi)生研究,2011,40(4):431-433.

[19]許玉宏. 微波消解-分光光度法測(cè)定大豆中的硼量[J]. 分析實(shí)驗(yàn)室,2008,27(3):112-113.

[20]李金林,劉林勇,黃麗. 腐竹硼砂本底調(diào)查及其加工過程中硼砂遷移研究[J]. 食品工業(yè)科技,2012,33(24):177-179.

[21]Hu H,Penn S G,Lebrilla C B,etal. Isolation and characterizationof soluble boron complexes is higher plants[J]. Plant Physiol,1997,113:649-651.

[22]顧宇翔,徐紅斌,葛宇,等. 消解方法對(duì)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定化妝品中銻鎘鉻銣的影響[J]. 理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè),2010,46(9):1031-1033.

[23]吳序鋒,張海峰,曹曉燕,等. 微波灰化/DUO-ICP-AES測(cè)定殘?jiān)剂嫌椭械匿X、硅、釩[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào),2011,30(2):229-232.