乳及乳制品中碘含量及檢測技術(shù)研究進(jìn)展

武倫瑋，劉麗君，段國霞，唐 爍，劉春霞，李翠枝

（內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團(tuán)股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110）

碘是人體必需的微量元素之一，也被稱之為智力元素，對人體的生長發(fā)育、新陳代謝非常關(guān)鍵[1]。碘在體內(nèi)主要參與甲狀腺素的合成，發(fā)育期兒童的身高、體質(zhì)量、肌肉、骨骼的增長和性發(fā)育都必須有甲狀腺素的參與，而攝入過多的碘會造成高碘性甲狀腺腫。成年人對碘的需求量為0.1～0.3 mg/d，兒童的正常尿碘水平應(yīng)低于300 μg/L?！暗馊狈Α焙汀暗膺^量”仍然是當(dāng)今世界上普遍關(guān)注的問題。碘的食物來源主要包括海帶、紫菜、帶魚、貝類、蛋、乳和一些肉類。隨著人們生活水平的提高，牛乳的日常食用量越來越大，尤其是兒童[2]。由于生牛乳中碘含量受到地域、水源和牛的飼料影響很大，所以有必要對乳中碘含量進(jìn)行檢測分析。作為乳品企業(yè)，嚴(yán)格把控乳制品中碘含量，對提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。本文就近十幾年的研究文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，對牛乳中的碘含量影響因素及現(xiàn)有的檢測技術(shù)進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)檢測行業(yè)提供技術(shù)參考。

1 乳及乳制品中碘含量及影響乳中碘含量的因素

1.1 乳碘含量

近年來，隨著食品科學(xué)的發(fā)展，人們越來越細(xì)化深入研究乳及乳制品中的成分，并進(jìn)一步探討各成分的含量分布和影響因素。碘為微量元素，國內(nèi)牧場中生牛乳的碘含量為7.9～74.1 μg/100 g[3]。歐洲的大量研究數(shù)據(jù)表明，牛乳中的碘含量平均值為100～200 μg/L[4]。 Sch?ne等[5]對德國近年來市售牛乳進(jìn)行調(diào)研，碘平均含量為94～122 μg/kg。Janet等[6]對美國不同州24 個超市的不同脂肪含量牛乳進(jìn)行分析，碘含量分布在39～185 μg/240 mL，平均含量85 μg/240 mL，不同地域、不同產(chǎn)品中碘含量表現(xiàn)出明顯的差異性。蘇運聰?shù)萚3]用氣相色譜法對國內(nèi)22 個牧場生牛乳中碘含量的差異進(jìn)行分析，分析的因素包括飼料、水、含碘藥浴液，證明飼料是影響生牛乳中碘含量的重要因素，飲用水和是否使用含碘藥浴液擦洗乳頭均對乳碘含量無太大影響。該研究進(jìn)一步分析了棉籽、苜蓿、青貯、泌乳料、甜菜粕和壓片玉米6 種飼料，得出泌乳料和壓片玉米對乳碘的含量貢獻(xiàn)最大。Flachowsky等[4]的研究表明，牛乳飼料中的碘多達(dá)一半是通過牛乳來代謝，并且人類可以吸收牛乳中全部的碘。Leiterer等[7]采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS） 和離子色譜-ICP-MS法測定德國圖林根州的乳碘，發(fā)現(xiàn)在長時間冷藏（約1 周）條件下或煮沸后，乳碘含量及結(jié)合形態(tài)均具有較高穩(wěn)定性，該結(jié)果可以為制作凍干乳制品的碘含量提供數(shù)據(jù)支持。

Bath等[8]對英格蘭南部16 個地區(qū)的零售有機(jī)純牛乳和普通純牛乳碘含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)純牛乳的碘含量比普通純牛乳低42.1%。有機(jī)純牛乳碘含量較低的原因可以通過有機(jī)牧場的養(yǎng)殖條件限制來解釋，有機(jī)飼料通常至少有60%必須是新鮮或青貯飼料，限制使用維生素或礦物質(zhì)制劑，這是導(dǎo)致有機(jī)純牛乳比普通純牛乳碘含量偏低的主要因素。該研究還指出，三葉草在有機(jī)農(nóng)業(yè)中用來代替人工肥料，白色三葉草含有氰基葡萄糖苷，被認(rèn)為可引起甲狀腺腫，這種甲狀腺素飼料可通過抑制奶牛乳腺中的鈉碘轉(zhuǎn)用體來降低乳碘含量，這是導(dǎo)致有機(jī)乳碘含量低于純牛乳的另一個因素。

1.2 碘在牛乳中的分布情況

碘在牛乳中的分布一般包括無機(jī)碘和有機(jī)碘，有機(jī)碘主要分布在蛋白質(zhì)和脂肪中。Isaac-Olive等[9]采用中子活化分析技術(shù)對乳成分中碘的分布情況進(jìn)行研究，采用異丙醇-正己烷（1∶1，V/V）提取牛乳中的脂質(zhì)，通過(NH4)2SO4沉淀、透析或二者結(jié)合來實現(xiàn)總蛋白的分離，測得牛乳中主要碘為無機(jī)碘，占碘總量的94%，蛋白質(zhì)和脂類中均為4%左右。Leiterer等[10]也得出相同結(jié)論，牛乳中碘主要存在形式是碘離子，碘酸鹽約占碘總量的0.7%，離子色譜-ICP-MS法測得碘占總碘含量平均值為89%，未測得碘可能為有機(jī)結(jié)合碘，有機(jī)結(jié)合碘可能在離子色譜圖上有體現(xiàn)，但并未對有機(jī)碘的存在形式做進(jìn)一步探討。Fernández-Sánchez等[11]采用ICP-MS（氨水解法）法對14 份母乳（來自圣地亞哥-德孔波斯特拉）及27 份嬰幼兒配方乳粉（來自雀巢（Nestle）、美樂寶（Milupa）、歐迪賽（Ordesa）等廠家）中總碘含量進(jìn)行測定，將樣本在4 ℃、50 000 r/min條件下超速離心15 min，分離出脂肪、乳清和酪蛋白。結(jié)果表明：母乳中總碘含量均值為（144.0±93.2） μg/kg，嬰幼兒配方乳粉的總碘含量均值為（53.3±19.5） μg/kg；對于母乳和嬰幼兒配方乳粉2 種類型的樣品，乳清部分（指水相）碘含量為80%～90%，而脂肪中碘含量約為總碘的2%，酪蛋白部分為5%～10%，不同樣品之間略有差異。

2 乳及乳制品中碘的定量檢測技術(shù)

碘是一種有多種形態(tài)的非金屬元素，可存在幾種氧化態(tài)（-1、0、＋1、＋3、＋5、＋7），具有極強(qiáng)的生物親和性和高活動性，易發(fā)生氧化還原反應(yīng)、易揮發(fā)、易吸附，其穩(wěn)定的天然同位素為127I。在自然界中，碘以單價陰離子碘化物、碘酸鹽及甲基碘或更復(fù)雜的有機(jī)化合物形態(tài)廣泛存在于鹽溶液和不同的分子化合物中[12]。本文列舉了一些乳碘的檢測方法，并對6 種檢測方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。其他測定食品中碘的方法還有高效液相色 譜法[13]、毛細(xì)管電泳法[14]、X射線熒光法[15]、斷續(xù)流動注射催化原子熒光光譜法[16]、極譜法[17]、溶出伏安法、離子選擇電極法[18-19]等，但是在乳制品檢測中的應(yīng)用較少。

2.1 光度法

光度法測定食品中碘包括砷鈰催化光度法、硫氰酸鐵-亞硝酸催化光度法、阻抑動力學(xué)光度法、高聚物萃取光度法、共振光散射法和化學(xué)發(fā)光法等[20-23]，但是乳碘的測定常見的有砷鈰催化化學(xué)光度法，其他光度法在乳碘檢測中并不常見。最早由美國化學(xué)家提出的砷鈰催化動力法[24]，先將樣品礦化處理，然后使用碘催化砷鈰反應(yīng)，如式（1）～（2）所示。

各學(xué)者對催化反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了深入研究，例如， 周傳靜等[25]對痕量碘的測定方法，即砷鈰催化動力學(xué)進(jìn)行研究，認(rèn)為除碘之外氯離子也是該反應(yīng)的一種催化劑。

2.2 氣相色譜法

大部分氣相色譜法測定碘是將乳制品通過亞鐵氰化鉀和乙酸鋅沉淀去除蛋白，濾液中結(jié)合態(tài)的碘在酸性條件下被氧化劑氧化為單質(zhì)碘，單質(zhì)碘與衍生試劑反應(yīng)生成碘的衍生物，有機(jī)溶劑萃取，經(jīng)氣相色譜-電子捕獲檢測器檢測。GB 5413.23—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 嬰幼兒食品和乳品中碘的測定》[26]以硫酸作為酸性介質(zhì)，雙氧水作為氧化劑，2-丁酮作為衍生試劑，正己烷萃取。陳玉鋒[27]、龐民好[28]等以硫酸作為酸性介質(zhì)，重鉻酸鉀作為氧化劑，丁酮作為衍生試劑，環(huán)己烷萃取。 曹葉中等[29]以硫酸作為酸性介質(zhì)，雙氧水作為氧化劑，3-戊酮作為衍生試劑，正己烷萃取。顧曉梅等[30]在探討酮類作為衍生試劑測定碘的研究中，對碘代戊酮、碘代丁酮、碘代甲基異丁酮、碘代丙酮在電子捕獲器上的響應(yīng)進(jìn)行排序，結(jié)果表明，碘代戊酮在電子捕獲檢測器中的響應(yīng)值最高，比響應(yīng)值最小的碘代丙酮高出10 倍之多。采用戊酮作為衍生劑，對提高氣相色譜測定碘的方法靈敏度有良好作用。

多數(shù)研究在分析衍生試劑種類的情況下，還會考察酸、氧化劑和衍生劑的用量，如鄂穎等[31]對丁酮、雙氧水、硫酸的用量和衍生時間選用L9（34）進(jìn)行正交試驗，得出結(jié)論：丁酮、硫酸和衍生時間對測定結(jié)果從大到小依次有顯著影響；雙氧水的加入量對測定結(jié)果有影響，但是無統(tǒng)計學(xué)意義。譚進(jìn)衍[32]也對傳統(tǒng)的分液漏斗萃取碘的衍生方式進(jìn)行改進(jìn)，采用離心管代替分液漏斗，解決了實驗前處理操作繁瑣、試劑消耗量大、工作效率低等問題。

衍生-氣相色譜法測定乳制品中的碘，方法穩(wěn)定，檢出限較低，對實驗人員和設(shè)施設(shè)備要求不高，在廣泛應(yīng)用于乳制品中碘含量的測定中具有重要作用。

2.3 離子色譜法

離子色譜法測定乳制品中的碘在很多文獻(xiàn)中已報道過。其中SN/T 3727—2013《進(jìn)出口食品中碘含量的測定 離子色譜法》[33]中規(guī)定了出口食品中碘含量的離子色譜測定方法，其中包括乳制品、營養(yǎng)米粉等嬰幼兒食品及食鹽中碘含量的測定。該方法的乳制品中碘含量測定原理是將試樣用水溶解，乙腈沉淀蛋白，如果試樣中加入碘酸鉀，則需要在提取時加入抗壞血酸將碘酸根離子還原成碘離子，離子色譜-脈沖安培檢測器測定。柴成文等[34]使用離子色譜法測定乳品中微量的碘，該法使用氫氧化鈉作為淋洗液，比較了使用稀硝酸作為淋洗液時檢測碘離子的靈敏度，發(fā)現(xiàn)前者的檢測效果更優(yōu)。李征等[35]建立了同時測定生鮮乳中碘離子、硫氰酸根的離子色譜-電導(dǎo)檢測方法，結(jié)果表明，碘離子在0.01～1.00 mg/kg范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，檢出限為0.2 mg/kg，但該法只能測定生鮮乳中的碘離子，無法測定總碘含量，并且檢出限比離子色譜-安培檢測法高，優(yōu)點是操作簡單、快速。杜艷[36]、王洋[37]等同樣采用離子色譜-電導(dǎo)檢測法測定蛋白胨中的碘離子等陰離子，通過淋洗液發(fā)生器產(chǎn)生氫氧化鉀溶液作為流動相進(jìn)行梯度洗脫，前處理采用乙酸溶液、RP柱和Na柱去除雜質(zhì)干擾，對生牛乳及乳制品中碘離子的檢測有一定的啟發(fā)意義。

2.4 ICP-MS

食品中的碘以碘酸鹽、碘化物、單質(zhì)碘和有機(jī)碘的形態(tài)存在，ICP-MS法對于總碘的測定是最有效的方法，特別適合特殊醫(yī)學(xué)用途食品中碘的測定，在食品中具有廣泛應(yīng)用，關(guān)注度較高[38]。目前，國內(nèi)外有大量文獻(xiàn)采用ICP-MS法測定乳品中的碘，如國際標(biāo)準(zhǔn)BS ISO 20647：2015《嬰幼兒配方乳粉和成人營養(yǎng)配方乳粉-總碘的測定-ICP-MS法》[39-40]。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了ICP-MS 法測定嬰兒配方乳粉和成人營養(yǎng)配方乳粉中總碘的方法，將液體試樣或用水復(fù)原后的固體試樣加入5%氫氧化鉀溶液，（105±5） ℃條件下進(jìn)行消解，然后加入碘穩(wěn)定劑氨水-硫代硫酸鈉溶液，采用同位素內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行上機(jī)測定。而在美國AOAC method 2012-15《嬰幼兒配方粉、成人/兒童配方粉中總碘的測定-ICP-MS法》[41]中，是將液體試樣或固體試樣復(fù)原成液體后，加入硝酸進(jìn)行微波消解，然后再加入25%氨水和5%曲拉通溶液，趕酸后定容，上機(jī)測定。Hieda等[42]改進(jìn)了AOAC方法，該研究提到，樣品在某些情況下消化不完全，殘留的有機(jī)碳會導(dǎo)致碘的信號增強(qiáng)，在樣品上機(jī)液和標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入5%甲醇溶液，可以作為有效的基質(zhì)匹配劑，從而對嬰兒配方乳粉和基質(zhì)消化不完全的特殊配方乳粉中的碘進(jìn)行更準(zhǔn)確定量。我國在近期修訂的食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.267—2020《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中碘的測定》[21]中第一法為ICP-MS法，該法直接用四甲基氫氧化銨提取，定容后取上清液上機(jī)，采用同位素內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行測定。李宗芮等[43]采用超聲水提法-ICP-MS測定配方乳粉中碘的含量，該法用水超聲提取，并使用乙酸鋅和亞鐵氰化鉀沉淀蛋白，加入氨水保證環(huán)境的堿性，優(yōu)點在于檢測速度快、氨水較四甲基氫氧化銨更便宜。 Picoloto等[44]采用微波誘導(dǎo)燃燒樣品處理技術(shù)測定成人乳粉和嬰幼兒配方乳粉中的碘和溴。該前處理方法對高有機(jī)質(zhì)含量的樣品可完全分解，并且根據(jù)綠色化學(xué)理念，避免使用過量的試劑或強(qiáng)堿，消化水解液具有長期穩(wěn)定性（可達(dá)30 d），分析時間較短，記憶效應(yīng)小。 Mesko等[45]采用微波誘導(dǎo)燃燒消化后，使用ICP-MS法測定食品中碘的含量，同樣指出其具有綠色環(huán)保、分析時間短、消化效能高的特點。微波誘導(dǎo)燃燒和ICP-MS對食品樣品中的低碘含量測定具有更深入的探討價值。除此之外，馬蘭等[46]研究酸水解法的前處理方式，樣品加硝酸進(jìn)行微波消解趕酸后直接測定，并證明酸消解法存在較大的系統(tǒng)誤差，可能的原因是碘在中性和酸性環(huán)境中不太穩(wěn)定。在ICP-MS法中大多采用內(nèi)標(biāo)法，有效消除了樣品的基體效應(yīng)。

2.5 液相色譜（或離子色譜）-ICP-MS

隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，對元素分析的要求已經(jīng)不滿足于總量測定，因為總量不能真實反映元素的實際存在狀態(tài)。孫凱峰等[47]利用高效液相色譜-ICP-MS法對乳粉中的碘酸根離子和碘離子進(jìn)行分離并測定，該方法采用高溫易分解的碳酸銨為流動相，克服了高鹽組分容易堵塞質(zhì)譜儀錐孔的缺點，對多個嬰幼兒配方乳粉進(jìn)行測定，檢測限可達(dá)0.01 mg/kg，定量檢出限為0.05 mg/kg。Nelson等[48]采用高效液相色譜-ICP-MS法對嬰幼兒配方乳粉中碘和溴進(jìn)行形態(tài)分析，該方法檢測限較低，重復(fù)性良好，可以為嬰兒配方乳粉中碘和溴酸鹽的生物利用度、潛在毒性風(fēng)險等方面提供有價值的信息。

2.6 中子活化法

中子活化法是通過中子或質(zhì)子轟擊樣品中某些粒子，產(chǎn)生核反應(yīng)，生成具有放射性的核素，并幅射能量，經(jīng)γ射線檢測器檢測，通過檢測幅射能的強(qiáng)度來進(jìn)行定量的一種分析手段。它的優(yōu)點在于可以測定痕量與超痕量的物質(zhì)含量，不破壞樣品，可同時測定多種元素。但該方法需要的儀器成本昂貴、專業(yè)化程度較高，且需核反應(yīng)堆來激發(fā)中子，因此很難在實驗室和生產(chǎn)應(yīng)用中普及。中子活化法主要包括放射化學(xué)中子活化法和超熱中子活化法[49]。Isaac-Olive等[9]采用萃取溶劑異丙醇-正己烷（1∶1，V/V）分離牛乳中脂質(zhì)，再通過(NH4)2SO4進(jìn)行蛋白質(zhì)沉淀、滲析方法進(jìn)行分離，采用熱中子活化技術(shù)和康普頓抑制計數(shù)系統(tǒng)分析牛乳中的總碘、無機(jī)碘、脂質(zhì)碘和蛋白碘。該方法優(yōu)點在于精密度高、準(zhǔn)確性好、檢測限低，缺點是樣品的分析時間長。

3 結(jié) 語

本文綜述牛乳中碘的含量分布影響因素和分析測試技術(shù)的研究進(jìn)展。牛乳中碘的含量由于地域和不同飼料飼喂存在較大差異，牛乳中碘含量在不同國家、地域間不盡相同；碘在牛乳中的存在形式主要為無機(jī)碘，在脂肪和酪蛋白中存在較少量的有機(jī)形式的碘，占總碘量的4%～10%。在分析測量中，碘的記憶效應(yīng)、揮發(fā)性及高第一電離能等造成了檢測難點，分光光度法靈敏度低，難以達(dá)到痕量測定，但實驗成本較低，對于一般常量分析有很好的參考效果；氣相色譜法的前處理較為繁瑣，需要衍生，當(dāng)?shù)獾男螒B(tài)不相同時，可能會對碘的衍生效果產(chǎn)生影響，并且由于前處理一般要去除脂肪和酪蛋白，所以并不能測定總碘含量，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，但對一些普通基質(zhì)、已知碘的形態(tài)時，檢測限較低，準(zhǔn)確性良好；碘處于紫外光區(qū)，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定比較困難，靈敏度較差，但可采用間接方式測定；采用ICP-MS法測定，應(yīng)用較為廣泛，樣品在堿性條件下消化，碘較為穩(wěn)定，是較為理想的測定方式；離子色譜法測定碘含量具有一定的參考價值，而離子色譜與ICP-MS聯(lián)用用于碘形態(tài)分析是今后的一大熱點。