電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定乳扇中的18種元素含量

范曉旭，周美麗，楊偉，楊春花，楊夏，李志成

（1.大理州食品檢驗(yàn)檢測(cè)院，云南大理，671000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,陜西楊凌712100）

0 引 言

乳扇是云南大理白族最著名的風(fēng)味食品[1]。乳扇色澤光潔，呈白色或乳黃色，形如紙扇，薄如扇紙，一般長(zhǎng)30多厘米，寬7～9厘米，每?jī)缮忍庄B成一對(duì)[2]。乳扇鮮香可口，可干吃、生吃、煎烤，是下酒的好菜，切碎后也加進(jìn)白族特色三道茶中飲用[3]。乳扇加工是一個(gè)牛奶的自然發(fā)酵過程，制作方法是將發(fā)酵的酸乳清加入鐵鍋中煮沸，然后倒入牛奶，牛奶在酸的作用下變成凝塊，用竹筷將凝塊拉制成扇形薄片，最后用木桿將其撐開拉薄、晾曬即可[4]。乳扇具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，含有豐富的必需氨基酸、脂溶性維生素、脂肪、礦物質(zhì)[5]，特別是一些人體必需的常量元素和微量元素，如鐵、鋅、錳、銅、硒、鎂、鉀、磷和鈉等，這些元素參與人體代謝，能夠維持機(jī)體自身的穩(wěn)定性[6]。但是由于環(huán)境污染的加劇，化肥、農(nóng)藥的濫用，以及生產(chǎn)加工過程中隨意添加食品添加劑等，導(dǎo)致奶源受到重金屬污染。一些重金屬元素，如鉛、鎘、鉻等在人體內(nèi)蓄積，會(huì)破壞人體的生化反應(yīng)，對(duì)人體造成傷害[7-9]。所以建立一種便捷、準(zhǔn)確、快速的分析方法測(cè)定乳扇中的常量元素和微量元素是非常重要的。

目前乳扇中元素的文獻(xiàn)報(bào)道多為乳扇中鋁含量的測(cè)定[10-11]。對(duì)于乳扇中多元素的測(cè)定鮮有報(bào)道。測(cè)定乳制品中元素含量的方法通常有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）[12-13]，相比較前兩種方法而言，ICP-MS具有靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、分析速度快、自動(dòng)化程度高、樣品處理簡(jiǎn)單、可同時(shí)測(cè)定多種元素等優(yōu)點(diǎn)[14]。因此，本工作采用微波消解-ICP-MS法對(duì)乳扇中的鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、鋅、釩、鉻、錳、鈷、鐵、鎳、銅、砷、硒、鎘、鋇和鉛共18種元素進(jìn)行測(cè)定，并改進(jìn)微波消解條件，為乳扇的營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑與樣品采集

多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（Na,Mg,Al,K,Ca,Zn,V,Cr,Mn,Co,Fe,Ni,Cu,As,Se,Cd,Ba,Pb）：質(zhì)量濃度10μg/mL（Agilent,Part#8500-6940）；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧溶液（Li,Y,Ge,Tl,Co）：質(zhì)量濃度1μg/L（Agilent,Part#5188-6564）；混合內(nèi)標(biāo)溶液（Sc,Ge,Rh,In,Bi）：質(zhì)量濃度100μg/mL（Agilent,Part#5188-6525）；國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)雞肉（GBW 10018）；HNO3（GR，德國Merck）；H2O2（GR，蘇州晶瑞）。實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

乳扇（洱源鄧川、大理下關(guān)、大理巍山三地隨機(jī)選取25個(gè)樣品，包括來自農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、超市和生產(chǎn)企業(yè)），采樣后放置于4℃冰箱冷藏保存。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備

7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Agilent公司）；VB24 up趕酸儀（萊伯泰科公司）；微波消解儀（意大利Mileston公司）；渦旋振蕩器（美國Thermo公司）；電子分析天平（METLER TOLEDO）；XF-100固體樣品高速粉碎機(jī)（杰瑞爾公司）；PURELAB chorus1超純水機(jī)（英國ELGA公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

用陶瓷刀將乳扇切成細(xì)片，然后在高速樣品粉碎機(jī)中粉碎，將制備好的乳扇粉末樣品置于4℃冰箱冷藏備用。

1.2.2 預(yù)消解

稱取樣品0.4 g（精確至0.0001 g），置于100 mL聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene,PTFE)消解罐中，精密加入硝酸6 mL，渦旋混勻使樣品充分浸沒，蓋上內(nèi)蓋，置于趕酸儀上，80℃預(yù)消解30 min，取下，冷卻至室溫。

1.2.3 微波消解

將預(yù)消解好的樣品加入2 mL雙氧水，旋緊罐蓋，置于微波消解儀中，按表1設(shè)定程序進(jìn)行消解，消解完畢后，取出，放至室溫，用少量純水洗滌罐蓋合并至罐中，然后將消解罐置于趕酸儀內(nèi)140℃趕酸，溶液剩余0.5 mL左右取下冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，用純水洗滌罐壁3～5次，定容至刻度，再經(jīng)0.45μm水系濾膜過濾，混勻備用。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

表1 微波消解程序

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

精密量取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用體積分?jǐn)?shù)為1%HNO3逐級(jí)稀釋，V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,As,Se,Cd,Ba,Pb混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列濃度為0.0,1.0,5.0,10.0,30.0,50.0μg/L；Fe標(biāo)準(zhǔn)系列濃度為0.0,10.0,50.0,100.0,300.0,500.0μg/L；Na,Mg,Al,K,Ca,Zn混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列濃度為0,500.0,1000.0,2500.0,5000.0,10000.0μg/L。以質(zhì)量濃度為1 000μg/L的45Sc,72Ge,103Rh,115In,209Bi作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。

1.2.5 ICP-MS工作條件

用質(zhì)量濃度為1μg/L(Li,Y,Ge,Tl,Co)的調(diào)諧溶液對(duì)儀器條件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，使儀器達(dá)到最佳狀態(tài)。各元素測(cè)定的同位素分別為23Na,24Mg,27Al,39K,44Ca,66Zn,51V,52Cr,55Mn,59Co,56Fe,60Ni,63Cu,75As,78Se,114Cd,135Ba,208Pb。等離子體模式為高靈敏模式，He模式分析，經(jīng)優(yōu)化后儀器的最佳工作條件如表2所示。

表2 ICP-MS工作條件

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理?xiàng)l件的選擇

常用的樣品前處理方法為：干法灰化、濕法消解和微波消解法。干法灰化操作簡(jiǎn)單，適于用酸難分解的有機(jī)質(zhì)，但由于灰化溫度較高，致樣品中易揮發(fā)的As、Se等元素會(huì)有損耗。部分還可能吸附于坩堝或器皿上[15]，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低。濕法消解需用大量的硝酸和高氯酸，消解過程復(fù)雜，試劑用量大，待測(cè)組分易被損失和污染[16]，且不利于實(shí)驗(yàn)人員的身體健康。微波消解法操作方便快捷、空白值低、能避免揮發(fā)損失和樣品污染，回收率令人滿意[17]。所以選擇微波消解密閉系統(tǒng)處理樣品。國標(biāo)法及前人分析乳扇中元素的報(bào)道消解體系為硝酸，本工作對(duì)消解試劑和微波消解程序進(jìn)行優(yōu)化,確定樣品前處理方法以6 mL硝酸和2 mL雙氧水為消解試劑，并先于趕酸儀上80℃預(yù)消解30 min，如此獲得的樣品溶液澄清透明，消解得更徹底。

乳扇基質(zhì)復(fù)雜且油脂含量高，在上機(jī)檢測(cè)之前,為防止樣品堵塞ICP進(jìn)樣系統(tǒng)。需要使用0.45μm水系濾膜過濾。

2.2 ICP-MS干擾的消除

ICP-MS的干擾主要分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾，質(zhì)譜干擾主要是由同質(zhì)異位素、多原子離子、雙電荷干擾等引起的[18]，本實(shí)驗(yàn)通過選擇干擾最少、豐度相對(duì)較高的同位素，優(yōu)化等離子體調(diào)諧條件，八級(jí)桿氦氣碰撞反應(yīng)池濾除干擾離子等方法減少質(zhì)譜干擾[19]；由于乳扇基質(zhì)復(fù)雜，應(yīng)加入內(nèi)標(biāo)液來消除基體效應(yīng)所引起的非質(zhì)譜干擾，內(nèi)標(biāo)選擇時(shí)盡量與所測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)相接近；同時(shí)在進(jìn)樣前清洗霧化室，進(jìn)樣錐等消除物理干擾。

2.3 線性關(guān)系

線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表3。結(jié)果表明線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.9995。

2.4 方法檢出限和精密度

連續(xù)測(cè)定11次樣品空白溶液，以其標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對(duì)應(yīng)的濃度計(jì)算檢出限；相同儀器條件下，對(duì)乳扇樣品進(jìn)行6份平行樣試驗(yàn)，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果（見表3）表明18種元素的檢出限在0.002～0.84 mg/kg之間，計(jì)算得到的RSD值在0.31%～3%。說明方法檢出限低、精密度好，有較好的重復(fù)性，適合乳扇中多元素的分析。

表3 線性回歸方程、檢出限和精密度（n=6）

2.5 加標(biāo)回收率

稱取已知含量的乳扇樣品，加入一定濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按上述方法進(jìn)行前處理，平行制備3份樣品，相同儀器條件測(cè)定，高濃度元素的樣品進(jìn)行一定倍數(shù)的稀釋，結(jié)果取平均值計(jì)算，結(jié)果見表4。各元素回收率在91.4%～108.7%之間，RSD值小于4.6%?；厥章瘦^好，說明所建立的方法準(zhǔn)確可靠。

2.6 方法的準(zhǔn)確度

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)雞肉（GBW 10018）進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表5。由表5可以看出，18種元素測(cè)定結(jié)果均在證書值的范圍內(nèi)，說明該方法準(zhǔn)確度高，適合乳扇中多元素的測(cè)定。

2.7 樣品含量測(cè)定

用ICP-MS測(cè)定從不同市場(chǎng)購買的25個(gè)乳扇樣品中的18種元素,每個(gè)樣品進(jìn)行3份平行性實(shí)驗(yàn)，取平均值，測(cè)定結(jié)果見表6。結(jié)果表明，乳扇中含有豐富的微量元素，其中鋅（48.36 mg/kg）、鐵（22.92 mg/kg）、鋇（1.55mg/kg）含量最高，錳、銅、硒元素含量在0.1～1 mg/kg之間，鎳、釩、鈷元素含量均小于0.1 mg/kg，這些微量元素，對(duì)維持機(jī)體的生理平衡有重要意義。此外，乳扇中還有豐富的礦物元素，在鈉（1046 mg/kg）、鎂（336 mg/kg）、鉀（3356 mg/kg）、鈣（4848 mg/kg）中，鈣元素含量最高，所以乳扇是理想的補(bǔ)鈣食品。乳扇中含有的砷、鎘、鉛含量相對(duì)較低，并未超過食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于有毒重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)[20]。

表4 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=3）

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果（n=3）

本次調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，25個(gè)樣品均有鋁檢出，在目前有效的標(biāo)準(zhǔn)GB 2760-2014中[21]，乳制品中未允許添加含鋁的添加劑，參照焙烤食品中鋁的殘留量限值≤100 mg/kg統(tǒng)計(jì)，有88%樣品(22個(gè))鋁的含量＞100 mg/kg，說明整體上乳扇中鋁含量偏高。有可能是在生產(chǎn)過程中，為了提高其口感，添加了含鋁的添加劑，比如硫酸鋁鉀與硫酸鋁銨。此外，有32%樣品(8個(gè))鉻的含量＞0.3 mg/kg，有2件樣品鉻含量＞2.0 mg/kg，在GB 2762-2017中，沒有對(duì)乳制品中鉻含量作出限量要求，但生鮮乳中的鉻含量不得超過0.3 mg/kg，乳粉中的鉻含量不得超過2.0 mg/kg。乳扇中的鉻含量存在偏高現(xiàn)象，可能是奶牛在飼養(yǎng)過程中，喂食了含鉻的飼料[22]，如皮革水解蛋白粉，通過生物遷移、富集，造成牛奶中鉻含量高。因此建議相關(guān)部門加強(qiáng)監(jiān)管力度,根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)更新國家標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)戶規(guī)范生產(chǎn)工藝。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新地建立了微波消解-ICP-MS法同時(shí)測(cè)定乳扇中18種元素含量，并對(duì)前處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化。預(yù)消解后得到的乳扇樣品澄清透明。方法檢出限為0.002～0.84 mg/kg，加標(biāo)回收率為91.4%～108.7%，精密度小于4.6%，所測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)基本符合標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定值范圍。表明該方法簡(jiǎn)便快速、檢測(cè)限低、準(zhǔn)確度高、精密度好。需要的樣品與溶劑量均較少，適合于乳扇的常規(guī)檢測(cè)分析。含量特征分析表明，乳扇營養(yǎng)豐富，含有鈣、鐵、鋅、硒等元素，有毒重金屬均未超出國家限量標(biāo)準(zhǔn)，但鋁、鉻元素含量存在偏高現(xiàn)象，因此建議有關(guān)部門加強(qiáng)監(jiān)管力度,規(guī)范生產(chǎn)工藝，確保食品安全。

表6 乳扇中18種元素含量（n=3，mg/kg）