自動(dòng)電位滴定法測定辣椒制品中二氧化硫殘留量檢測條件優(yōu)化

趙 琨,曹 揚(yáng),印 杰,鐘 霖

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院,上海 200233)

辣椒是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N重要的蔬菜和調(diào)味品。目前全球有三分之二的國家種植辣椒,我國辣椒產(chǎn)量居全世界之首。常見的辣椒類型,一是食用型的辣椒,提供給喜愛辣椒獨(dú)特風(fēng)味的人們食用;二是辣椒的深加工產(chǎn)品,為食品、醫(yī)藥、化工等產(chǎn)業(yè)提供了原料。傳統(tǒng)的辣椒食品多數(shù)是以鮮食辣椒或干制辣椒、辣椒醬制品為主。辣椒干制工藝中常采用硫磺熏蒸來起到保鮮和提亮的作用,目前國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)嚴(yán)格控制辣椒干制品中亞硫酸鹽的殘留量,但近年來干辣椒及辣椒粉在食品安全抽檢中二氧化硫超標(biāo)問題仍時(shí)常出現(xiàn)[1]。

亞硫酸鹽,通常是指二氧化硫(SO2)及能夠產(chǎn)生SO2的無機(jī)性亞硫酸鹽的統(tǒng)稱,對(duì)食品有漂白、抗氧化、防腐的作用,廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)中。但長期過量攝入二氧化硫會(huì)導(dǎo)致機(jī)體免疫力下降,造成胃腸障礙引起腹瀉,導(dǎo)致肝、脾等臟器退行性病變,還會(huì)對(duì)呼吸產(chǎn)生刺激作用[2-4]。

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 2760-2014中對(duì)亞硫酸鹽在食品中的使用范圍、使用量及殘留量等都作了明確限制,規(guī)定干制蔬菜中的殘留限量為0.2 g/kg[5]。國際食品法典委員會(huì)規(guī)定亞硫酸鹽含量在10 mg/kg及以上的預(yù)包裝食品須進(jìn)行聲明,并規(guī)定香辛料中二氧化硫類添加劑的最大使用量為150 mg/kg[6]。

目前對(duì)二氧化硫測定的主要報(bào)道有蒸餾滴定法、分光光度法、氣相色譜法、離子色譜法、電化學(xué)分析法等[7-12]。國內(nèi)針對(duì)食品主要采用的是《GB/T 5009.34-2016食品中二氧化硫的測定》中規(guī)定的酸蒸餾碘滴定法,除此之外,還有針對(duì)中藥材的《中國藥典2015四部 二氧化硫殘留量測定法》中規(guī)定的酸堿滴定法、氣相色譜法和離子色譜法等方法[13]。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design

對(duì)于辣椒制品,由于其本身含有色素,分光光度法顯色影響因素過多,穩(wěn)定性差;色譜法靈敏度高,但樣品處理步驟復(fù)雜,儀器設(shè)備使用成本高昂;蒸餾滴定法作為國標(biāo)規(guī)定方法,精密度和回收率高,但由于通過顏色變化判斷滴定終點(diǎn),不同人員間比對(duì)誤差較大,且單個(gè)樣品耗時(shí)較長[14-15]。本文擬建立一個(gè)以自動(dòng)蒸餾儀對(duì)辣椒制品進(jìn)行蒸餾處理,并利用電位滴定儀測量反應(yīng)過程中電位的突躍來確定終點(diǎn)的測定方法,并通過正交試驗(yàn)對(duì)檢測條件進(jìn)行優(yōu)化,與國標(biāo)檢測方法進(jìn)行比對(duì),最終確立一個(gè)高效可靠的檢測方法,為辣椒制品乃至各類食品中二氧化硫殘留量的監(jiān)督檢測提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干辣椒(樣品1～5,各500 g) 市售;辣椒粉(樣品1～5,各500 g) 市售;濃鹽酸(分析級(jí))、鹽酸溶液(1+1)、乙酸鉛溶液(20 g/L,分析純) 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(0.01 mol/L) 中國上海計(jì)量院;二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL) 環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

KjelFlex K-360型自動(dòng)蒸餾儀及SO2附件 步琦實(shí)驗(yàn)室設(shè)備貿(mào)易(上海)有限公司;Metrohm 877型自動(dòng)電位滴定儀 瑞士萬通儀器有限公司;電子分析天平 梅特勒-托利多公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的前處理 將干辣椒樣品適當(dāng)剪成小塊,再用粉碎機(jī)粉碎均勻。稱取5 g粉碎均勻的干辣椒樣品和辣椒粉樣品(精確至0.001 g),置于自動(dòng)蒸餾裝置的蒸餾管中,備用。

1.2.2 樣品中二氧化硫的蒸餾 在已稱取樣品的蒸餾管中加入蒸餾水和10 mL鹽酸(1+1)溶液,置于自動(dòng)蒸餾裝置上進(jìn)行加熱蒸餾,蒸汽發(fā)生量設(shè)置為100%,采用20 g/L的乙酸鉛溶液作為接收液,接收管需浸入接收液之中，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.2.3 樣品中二氧化硫的測定 設(shè)置適當(dāng)?shù)牡味〝嚢杷俣群碗娢蛔兓?再向接收瓶中加入10 mL鹽酸溶液(1+1),采用自動(dòng)電位滴定儀,將Pt氧化還原電極插入接收瓶中,并使用0.01 mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定,通過電位躍突自動(dòng)記錄滴定終點(diǎn)。計(jì)算公式如下:

式中:X-試樣中的二氧化硫總含量(以SO2計(jì)),單位為g/kg;V-滴定樣品所用的碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,單位為mL;V0-空白試驗(yàn)所用的碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,單位為mL;c-碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度,單位為mol/L;m-試樣質(zhì)量或體積,單位為g或mL;0.032-1 mL碘標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于二氧化硫的質(zhì)量,單位為g。

1.2.4 回收率、精密度的測定 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn):稱取干辣椒和辣椒粉樣品,各分為18份,每份稱取5 g(精確至0.001 g),進(jìn)行3水平二氧化硫加標(biāo)回收檢測,每個(gè)水平各6份,加標(biāo)濃度分別為0.010、0.050和0.200 g/kg。計(jì)算公式如下:

式中:P-加入的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率,單位為%;m-加入的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量,單位為g/kg;X1-加標(biāo)試樣的測定值,單位為g/kg;X0-未加標(biāo)試樣的測定值,單位為g/kg。

精密度實(shí)驗(yàn):選取干辣椒和辣椒粉樣品各兩組,每組各6份,每份稱取5 g(精確至0.001 g),按照實(shí)驗(yàn)方法分別測定,計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD,以考察精密度。

1.2.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 基于現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)[16-18],本文選擇蒸餾時(shí)間、蒸餾水體積、接收液體積、攪拌速率和電位變化率五個(gè)因素作為研究對(duì)象,以干辣椒樣品三次加標(biāo)回收率均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用正交試驗(yàn)L16(45)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化試驗(yàn)(表1),對(duì)自動(dòng)電位滴定法檢測辣椒制品中二氧化硫的方法進(jìn)行條件優(yōu)化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 20.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

表3 正交試驗(yàn)方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)優(yōu)化

根據(jù)表1進(jìn)行正交試驗(yàn),極差分析結(jié)果表明(見表2),影響自動(dòng)電位滴定法檢測辣椒制品中二氧化硫效果的因素依次是蒸餾時(shí)間>蒸餾水體積>接收液體積>攪拌速率>電位變化率。方差分析表明(見表3),蒸餾時(shí)間對(duì)檢測結(jié)果有顯著影響(P<0.05)。條件優(yōu)化結(jié)果為:蒸餾時(shí)間5 min,蒸餾水體積200 mL,接收液體積40 mL,攪拌速率8 r/min,電位變化率50 mV/min。

通過正交試驗(yàn)獲得的上述最優(yōu)條件并未出現(xiàn)在正交設(shè)計(jì)表中,為了進(jìn)一步考察和驗(yàn)證優(yōu)化條件的可靠性和穩(wěn)定性,在此條件下對(duì)干辣椒樣品進(jìn)行精密度和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。檢測結(jié)果顯示(見表4～表5)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.69%～0.95%之間,加標(biāo)回收率在98.3%～99.6%之間,均高于正交試驗(yàn)中回收率最大值97.1%,表明該優(yōu)化條件符合試驗(yàn)預(yù)期。

2.2 線性關(guān)系的考察

配置不同濃度的二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)溶液,濃度依次為0.000、0.010、0.050、0.100、0.200、0.500 g/kg,在優(yōu)化條件下按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定,結(jié)果顯示,在0.000～0.500 g/kg范圍內(nèi),線性關(guān)系良好,線性回歸方程為y=15.29x+0.007,相關(guān)系數(shù)r=0.9994。對(duì)不含二氧化硫的空白樣品進(jìn)行20次連續(xù)測定,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差,以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限,以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法定量限。本方法檢出限為0.0015 g/kg,定量限為0.0050 g/kg。

2.3 精密度、回收率的考察

在優(yōu)化條件下對(duì)干辣椒樣品1、2和辣椒粉樣品1、2進(jìn)行二氧化硫殘留量的精密度檢測,分別對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行6次測定,結(jié)果表明(見表4),該方法測定結(jié)果的精密度在0.69%～0.95%之間,符合方法學(xué)要求,精密度和準(zhǔn)確度良好。

表4 精密度測定結(jié)果Table 4 Results of precision test

表5 回收率測定結(jié)果Table 5 Results of average spike recovery rates

表6 不同方法檢測結(jié)果比較Table 6 Comparison of different methods

在優(yōu)化條件下對(duì)干辣椒樣品1和辣椒粉樣品2分別進(jìn)行3水平二氧化硫加標(biāo)回收檢測,加標(biāo)濃度分別為0.010、0.050和0.200 g/kg,每個(gè)水平重復(fù)測定6次,結(jié)果表明(見表5),全自動(dòng)電位滴定法的加標(biāo)回收率在98.3%～99.6%之間,符合方法學(xué)要求。

2.4 與國標(biāo)法檢測結(jié)果的比較

采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.34-2016[19]規(guī)定的蒸餾碘量法和本文研究的自動(dòng)電位滴定法分別對(duì)干辣椒樣品3、4、5和辣椒粉樣品3、4、5進(jìn)行檢測,對(duì)檢測結(jié)果(見表6)進(jìn)行T檢驗(yàn),P值大于0.05,表明兩種方法檢測結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,均可滿足檢測要求。

3 結(jié)論

目前國內(nèi)有多項(xiàng)研究表明辣椒制品中二氧化硫檢出普遍[20-23],甚至有部分樣品檢出值大大超過了國標(biāo)限值。干辣椒作為一種常用的香辛料,應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)管。然而目前現(xiàn)行的國內(nèi)及國際標(biāo)準(zhǔn)中使用的蒸餾碘量法和酸堿滴定法均有檢測耗時(shí)較長、終點(diǎn)判斷誤差較大、自動(dòng)化程度低等不足,應(yīng)推行更加快速高效的二氧化硫檢測方法。本文建立以自動(dòng)蒸餾儀對(duì)辣椒制品進(jìn)行蒸餾處理,并利用電位滴定儀測量反應(yīng)過程中電位的突躍來確定終點(diǎn)的測定方法,通過正交試驗(yàn),對(duì)檢測過程進(jìn)行了優(yōu)化,檢測結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.69%～0.95%之間,加標(biāo)回收率在98.3%～99.6%之間,精密度和回收率都較高。通過與國標(biāo)法對(duì)比,兩種方法檢測結(jié)果無顯著性差異,符合二氧化硫殘留量的檢測要求。

本方法將自動(dòng)蒸餾儀和電位滴定儀相連接,全程自動(dòng)化進(jìn)行,蒸餾結(jié)束后可立即自動(dòng)進(jìn)行電位滴定,并利用電位突躍替代淀粉指示劑對(duì)滴定終點(diǎn)進(jìn)行判定,滴定誤差小速度快,只需6～8 min即可完成一個(gè)樣品的檢測。自動(dòng)電位滴定法回收率高,穩(wěn)定性好,檢測速度快,操作簡便,適合批量樣品自動(dòng)化檢測的需要,可以為電位滴定應(yīng)用于辣椒制品乃至各類食品中二氧化硫的測定提供參考。