顶空进样-气相色谱法测定食品中丙酸盐

杨乙强/泉州市产品质量检验所

0 引言

丙酸盐是我国近年来发展起来的一种新型防腐剂，可有效抑制食品中霉菌、好气性芽孢杆菌、革兰阴性菌等的生长繁殖，也可以抑制黄曲霉毒素的产生。丙酸盐在防腐的同时对酵母的生长繁殖基本无影响，广泛应用于面包、西点、饼干等食品的防腐[1]。丙酸盐作为防腐剂主要有丙酸钙和丙酸钠。我国《GB 2760-2007 食品添加剂使用卫生标准》[2]规定（以丙酸计）：丙酸及其钠盐、钙盐在生湿面制品（如面条、饺子皮、馄饨皮、烧麦皮）的最大使用量为0.25 g/kg（以丙酸计），在豆类制品、面包、糕点、醋、酱油中的最大使用量为2.5 g/kg（以丙酸计）。

目前，食品中丙酸盐的检测方法有酸碱滴定法、气相色谱法等。酸碱滴定法较为简单，但不能排除样品中其他组分的干扰[3]；GB/T 5009.120-2003规定了填充柱气相色谱法测定食品中丙酸钠、丙酸钙含量的方法[4]，GB/T 23382-2009则使用高效液相色谱对食品中的丙酸钠、丙酸钙进行测定[5]，但这两种方法的前处理比较繁琐，在检测量大的情况下效率较低。本文采用顶空进样气相色谱法定量测定食品中的丙酸盐，即将样品移入密闭容器中恒温，待酸化后的丙酸在气、液两相间分配平衡后，取液上气相进行色谱分析。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

气相色谱仪（GC）：带氢火焰离子化检测器（FID），SP 3420，北京分析仪器厂；

顶空自动进样器：HTA250D，意大利HTA公司；

1×10-4电子天平：AB104，Mettler Toledo公司；

硫酸（优级纯）；

丙酸钠（固体纯度≥99.0%）

丙酸（液体纯度≥ 99.5%）。

1.2 色谱条件及顶空进样条件

色谱柱：OV-FFAP毛细管柱（30 m×0.53mm×0.25 μm）；进样口温度：170 ℃；检测器温度：170 ℃；升温程序：初温50 ℃，先以15 ℃/min的速率升温到90 ℃，保持3min，再以30 ℃/min的速率升温到180 ℃，保持3min；载气柱前压：0.1 MPa；空气柱前压：0.4 MPa；氢气流量：60 mL/min；进样量：1 mL；进样针温度：85℃；炉温：80 ℃；样品顶空平衡时间：30min。

1.3 标准溶液配制

1） 储备液：将丙酸用超纯水配制成浓度为1000 μg/mL的溶液，于4℃保存。

2）工作液：将储备液配制成100、200、400、800和1000 μg/mL的工作液，各取5 mL放入20 mL顶空进样瓶中，再加5 mL硫酸溶液（6 mol/L），立即盖紧进样瓶盖后摇匀。

1.4 样品制备

称取10 g样品（准确到0.01 g）用水溶解，对于可溶性样品，直接取5 mL样液放入20 mL顶空瓶；如果是不溶样品，应用控温超声波将温度控制在35℃，超声15min后，用水定容到100 mL，取5 mL样品过滤液放入20 mL顶空进样瓶，加5 mL硫酸溶液（6 mol/L），立即盖紧进样瓶盖后摇匀，供气相色谱测定。

1.5 测定

按1.2条件，以目标物丙酸的保留时间为定性依据，丙酸溶液的浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，作线性回归方程，根据标准曲线外标法定量。丙酸的出峰时间大致为3.08min左右，其谱图见图1。

图1 丙酸的顶空进样-气相色谱图

2 结果与讨论

2.1 样品前处理方法的选择

本方法涉及的前处理最主要的是酸化，因此酸及酸浓度的选择至关重要。分别用2 mol/L、6 mol/L及12 mol/L的硫酸及磷酸进行酸化，在相同条件下进行顶空进样，结果表明硫酸与磷酸酸化的效果并无显著差异。使用2 mol/L稀硫酸的情况，需要延长气液平衡时间才能得到6 mol/L硫酸溶液平衡30min的峰面积；12 mol/L的硫酸则会使样品颜色变深，因此最终选用6 mol/L的硫酸溶液。

2.2 色谱条件及顶空进样条件的选择

首先对程序升温的条件进行优化，分别选用50℃和90℃为初温。以90℃为初温的情况，丙酸出峰时间为0.89min，出峰位置靠前。而选用50℃的初温，丙酸的出峰位置在3.08min，出峰时间较前者更为理想。丙酸的沸点141.1℃，能与水混溶，并与水形成恒沸点（99.98℃）溶液。综合考虑丙酸的沸点及进样效率，对顶空进样器涉及到的主要参数进行设置，见表1。

表1 顶空进样器参数设置值

试验结果表明，使用其他参数的话，灵敏度并没有明显改善，且分析时间较长，最终确定的最佳参数值见“1.2 色谱条件及顶空进样条件”。

2.3 相关性试验

取丙酸的系列标准溶液，按1.3条件操作并进样，记录峰面积。以峰面积为横坐标，浓度为纵坐标，绘制线性曲线，并进行线性回归计算。结果显示，在给定的范围内目标物呈良好线性相关。本方法检出限以最低加标水平中目标组分的3倍平均信噪比对应的浓度为检出限（LOD），10倍平均信噪比对应的浓度为定量限（LOQ），平行测定3次，取平均值作为该方法的LOD及LOQ，结果见表2。可知，目标组分的LOD和LOQ均低于国家标准的限量值[2]。

2.4 精密度试验

选择面条、面包、醋为基质，添加丙酸溶液，按分析步骤，在20个工作日内，分6次进行重复提取和测定，计算回收率和日内精密度；另外，选择其中一天，测定6个平行样，计算回收率和日内精密度。在完成回收率试验的同时也做空白样品试验以得到各基质样品的背景值。在基质中，分别添加两个浓度水平的标准溶液，按给定方法平行测定6次（表3）。

从表3中可以看出，目标组分丙酸的平均回收率89.3%～104.1%，日内精密度在3.5%～8.1%，日间精密度2.4%～9.6%，完全符合微量物质的分析要求[6]。

2.5 面包中丙酸的测定

采用所建立的方法对面包中的丙酸盐含量进行测定，得到的气相色谱图如图2所示。由谱图可见，该面包中添加了丙酸盐，其含量为0.083 g/kg。（以丙酸计）

图2 面包中丙酸的测定

表2 线性方程及检出限

表3 各基质加标回收试验结果（n = 6）

3 小结

与国标GB/T 5009.120-2003和GB/T 23382-2009的蒸馏法相比，顶空进样色谱法具有明显的优越性。蒸馏法耗时长且步骤繁琐，而本方法中，对于可溶性样品，酸化后便可进样，对于不溶性样品也只需多加一步过滤程序。样品酸化后在密闭的顶空瓶中加热，丙酸盐转化为丙酸，抽取其中的气体进样，其色谱图中杂峰的干扰较少。顶空进样器还配有自动进样装置，可连续进样和同时检测大量样品，能满足日常检测食品中丙酸盐的需要，同时也为丙酸的快速检测提供了新的检测方法。

[1]孙平.食品添加剂使用手册[M].北京：化学工业出版社，2004：15～16.

[2]中华人民共和国卫生部，GB 2760-2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

[3]化工部北京化工研究院和卫生部食品卫生监督检验所，GB 10615-1989[S].北京：中国标准出版社，1989.

[4]中华人民共和国卫生部，GB/T 5009.120-2003[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5]中国标准化研究院，GB/T23382-2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6]全国认证认可标准化技术委员会，GB/T27404-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.