食品中金屬元素形態(tài)分析技術(shù)及應(yīng)用研究

周濤 袁麗 黃玉婷

摘要：金屬元素在食品中的使用非常廣泛，也是化學(xué)中應(yīng)該研究的課題之一。人體所需的礦物質(zhì)中，以金屬元素居多，包括鈣、鐵、鋅、硒等。金屬元素的含量雖然較低，但對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要的作用，因此對(duì)食物中金屬元素的研究越來(lái)越受到重視。由于金屬元素的形態(tài)影響人體對(duì)金屬元素的吸收，因此對(duì)食物中金屬元素形態(tài)的研究也是當(dāng)前的重要課題之一。本文結(jié)合資料查閱和工作經(jīng)驗(yàn)，從以下幾個(gè)方面介紹了食品中金屬元素種類(lèi)分析技術(shù)。

關(guān)鍵詞：食品;金屬元素;形態(tài)分布;分析技術(shù)

1食品中的金屬元素形態(tài)分析

食物中含有多種金屬元素，其中許多是人體必需的礦物質(zhì)。同時(shí)，一些有毒有害的食物中也含有對(duì)人體有害的重金屬。如果注射過(guò)多，它們會(huì)威脅到人類(lèi)的生命和健康。相關(guān)研究表明，食物中金屬元素的存在對(duì)生物吸收和利用有顯著影響。以人體所需的礦物質(zhì)元素為例，如果現(xiàn)有形態(tài)對(duì)人體吸收有用，在類(lèi)似金屬元素的條件下，吃這類(lèi)食物對(duì)人體更有益。但從另一個(gè)角度來(lái)看，如果有害金屬元素以對(duì)人類(lèi)有益的方式存在，它們也會(huì)使人們?nèi)菀装l(fā)生食物中毒。因此，必須采用有效的方法對(duì)食品中的金屬元素進(jìn)行分析和檢測(cè)。目前，金屬元素的形態(tài)主要分為6類(lèi)，具體為：（1）膠體和非膠體。（2）絡(luò)合態(tài)和非絡(luò)合態(tài)。（3）有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)。（4）溶解態(tài)和非溶解態(tài)。（5）離子態(tài)和非離子態(tài)。（6）價(jià)態(tài)。另外，還可以根據(jù)分離和測(cè)定的手段來(lái)劃分，在實(shí)際應(yīng)用中比較常見(jiàn)。例如，陽(yáng)極溶出伏安法可以將測(cè)量結(jié)果分為活性和非活性。也有一些分析方法使用6組方法來(lái)描述形態(tài)水平。例如，初始形態(tài)分析的主要目的是研究其金屬含量成分的溶解情況，因此結(jié)果既有溶解的，也有未溶解的。

2金屬元素形態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用

2.1化學(xué)分析技術(shù)

在食品中的金屬元素的形態(tài)中的化學(xué)技術(shù)主要包括：化學(xué)沉淀技術(shù)和逐級(jí)提取技術(shù)等，對(duì)于不同的金屬元素的測(cè)定會(huì)利用原子吸收等技術(shù)進(jìn)行判斷。

化學(xué)沉淀技術(shù)是食品金屬元素形態(tài)分析中重要的方法之一，同時(shí)是根據(jù)化學(xué)方法研究出的分析食品中金屬元素的技術(shù)，它是對(duì)某一形態(tài)的金屬或金屬?gòu)?fù)合物進(jìn)行分離，并利用檢測(cè)儀器對(duì)金屬的含量和性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。

化學(xué)逐級(jí)提取法是食品中金屬元素形態(tài)分析技術(shù)中最為常見(jiàn)的方法，主要是通過(guò)各種化學(xué)試劑對(duì)食品中的金屬元素進(jìn)行稀釋和溶解。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以采用不同的提取劑對(duì)食品中的金屬元素形態(tài)進(jìn)行有效分析，并逐級(jí)提取和分離出來(lái)，對(duì)于沉淀物中的重金屬提取方法與食品中金屬元素的普通提取方法不盡相同，要將氯化鎂以及醋酸、醋酸鹽等物質(zhì)與氧化物相結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而得出重金屬元素?；瘜W(xué)逐級(jí)的提取方法最初應(yīng)用于土壤中的金屬，但由于食品中的金屬元素與土壤中的元素有著密切的聯(lián)系，因此將此方法應(yīng)用到食品的金屬元素提取中來(lái)。例如：可以通過(guò)逐級(jí)提取法去提取果梨中的金屬元素，其中包括將去離子水、氯化鈉、醋酸等溶液連續(xù)提取，從而測(cè)定果梨中含有的金屬元素，以及金屬元素的含量。

而濁點(diǎn)萃取技術(shù)是分析食品中金屬元素形態(tài)的全新方法，這種方法操作簡(jiǎn)便且利于環(huán)保，它是以表面活性劑的濁點(diǎn)為基本形態(tài)，通過(guò)改變外界的條件，讓表面的溶劑相分離，從而完成萃取技術(shù)。濁點(diǎn)萃取技術(shù)操作簡(jiǎn)便，并能進(jìn)一步完成樣品的萃取，同時(shí)還能保持環(huán)境不受到任何污染，達(dá)到了一舉兩得的目的和效果。

2.3色譜技術(shù)

色譜分析技術(shù)法是利用物質(zhì)在流動(dòng)相中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)流動(dòng)相做相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)可以進(jìn)行多次反復(fù)的分離。色譜分析技術(shù)可以對(duì)不同的化學(xué)形態(tài)的金屬進(jìn)行一定程度上的分離，對(duì)于不同形態(tài)的化學(xué)金屬來(lái)說(shuō)，它的性質(zhì)是不同的，色譜分離的條件和操作規(guī)則也是有所區(qū)分的。當(dāng)分析食品中的金屬元素形態(tài)時(shí)，高效液相色譜是應(yīng)用最多的色譜，以及離子交換色譜和尺寸排阻色譜等都經(jīng)常被應(yīng)用，所以在分析食品中的金屬元素形態(tài)時(shí)，通常將其與原子吸收光譜等技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而提高檢測(cè)效率。

2.4電化學(xué)技術(shù)

在食品中金屬元素的電化學(xué)技術(shù)分析法包括循環(huán)伏安法以及離子選擇性電極電位的分析法等，近幾年來(lái)，使用次數(shù)最多且效果最好的是溶出伏安法，這種方法不僅應(yīng)用起來(lái)較為方便，同時(shí)靈敏性較高，工作電極呈現(xiàn)出多樣化的特征。溶出伏安法包括陰極溶出伏安法和陽(yáng)極溶出伏安法，在分析食品中的金屬元素通常采用陽(yáng)極溶出伏安法。這種方法能夠準(zhǔn)確地判斷出食品中存在的重金屬的毒性，毒性金屬通過(guò)細(xì)胞膜并在生物體內(nèi)聚集，從而決定毒性的大小，在溶液中，透過(guò)細(xì)胞膜的金屬是毒性形態(tài)，非脂溶性金屬在膜表面分解成金屬離子，再透過(guò)膜，集聚在生物的體內(nèi)，并與陽(yáng)極溶出伏安法中的絡(luò)合物分解成金屬，蓄積在電極上，再加以測(cè)量。

2.5生物法

2.5.1酶抑制法

酶的內(nèi)部有一個(gè)活性酶中心，酶的活性受活性中心的影響。當(dāng)重金屬元素與酶活性部位的活性源結(jié)合時(shí)，酶失去活性或改變其性質(zhì)，導(dǎo)致酶系統(tǒng)中顯色劑的顏色、電導(dǎo)率等變化。由于酶系中量的變化，得到重金屬物質(zhì)的種類(lèi)和含量。酶抑制法僅需少量樣品即可完成檢測(cè)，檢測(cè)速度快，外部污染低，常用于重金屬元素的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

2.5.2免疫分析法

免疫測(cè)定法特異性很強(qiáng)，針對(duì)性很強(qiáng)，可以快速檢測(cè)出樣品中金屬離子的含量和形態(tài)。首先使用合適的化合物，化合物和金屬離子進(jìn)行反應(yīng)，化合物后出現(xiàn)新的金屬組，然后新組附著在載體蛋白上，出現(xiàn)免疫原性。

微波消化器出現(xiàn)后，食物中金屬元素的消化變得容易了。微波消解器可以通過(guò)絕緣分解金屬?gòu)?fù)合物，用能量照射測(cè)試材料，加熱電解液使其分離。微波消解對(duì)供試品中的硒、砷、汞等元素不破壞，效率高，反應(yīng)物少，對(duì)環(huán)境無(wú)危害，因此常用于食品金屬元素的檢測(cè)。但是，在消解樣品時(shí)，微波脫除法必須在檢測(cè)前與噴酸等其他方法結(jié)合，以確保完全消解，但對(duì)于金屬元素汞，脫酸溫度是必要的，以防止高溫逸出，這可能會(huì)對(duì)造成丟失等問(wèn)題，并對(duì)檢測(cè)內(nèi)容帶來(lái)一定的影響。

2.5.3濾膜過(guò)濾技術(shù)

金屬離子的游離態(tài)與不穩(wěn)定的金屬顆粒有明顯的區(qū)別，因此可以根據(jù)不同金屬離子在濾膜中的滲透性來(lái)識(shí)別顆粒的種類(lèi)和數(shù)量。例如，過(guò)濾膜技術(shù)可用于分離中草藥中的鐵、銅、鋅等元素，進(jìn)而對(duì)金屬的性質(zhì)和含量進(jìn)行檢測(cè)。

如果金屬元素對(duì)人體是必需的，那么它在溶液中比不溶對(duì)人體更有用。膜過(guò)濾技術(shù)可以分析金屬元素的溶解度，獲得金屬元素的具體作用。

雖然膜過(guò)濾技術(shù)對(duì)金屬元素有很好的分辨率，同時(shí)，具有精度高，操作更容易的特點(diǎn)。但由于膜的成本較高，膜技術(shù)的應(yīng)用范圍有限，一般不采用膜過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

結(jié)語(yǔ)

金屬元素是人體的重要組成部分。金屬元素的形狀和含量影響人體對(duì)金屬元素的吸收。因此，對(duì)金屬元素形狀的研究是當(dāng)前研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，由于環(huán)境影響，部分食品中的金屬含量超標(biāo)，因此檢測(cè)食品中的金屬元素非常重要。從檢測(cè)過(guò)程分析，生物檢測(cè)方法是為未來(lái)發(fā)展，符合環(huán)保理念和檢測(cè)所需時(shí)間。未來(lái)需要加大對(duì)生物檢測(cè)方法的投入，并爭(zhēng)取盡快發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確率高、成本低的診斷方法。

參考文獻(xiàn)

[1]王騰.食品中金屬元素形態(tài)分析技術(shù)及應(yīng)用研究[J].當(dāng)代化工研究，2020（04）：50-51.

[2]黃天翔.食品中金屬元素形態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊，2018（06）：62.

[3]駱月霞.食品中金屬元素形態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊，2017（21）：88-89.

[4]廖洪波，李洪軍.食品中金屬元素形態(tài)分析技術(shù)及其應(yīng)用[J].食品科學(xué)，2008（01）：369-373.