全自动蒸馏-电位滴定法测定食品中二氧化硫残留量

周小清，樊发年，林静宜，汪静静

1(泰州市食品药品检验所, 江苏 泰州， 225300)2(中海油气(泰州)石化有限公司, 江苏 泰州， 225300)

二氧化硫、焦亚硫酸钾、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、低亚硫酸钠以及硫磺(仅限于熏蒸)都是我国允许使用的食品添加剂，主要起漂白、防腐、抗氧化甚至杀虫防霉等作用[1]。该类添加剂具有一定毒性，长期摄入会对食用者的健康造成严重不良影响[2-3]。因此国家标准GB 2760—2014食品安全国家标准 食品添加剂使用标准[4]对蜜饯凉果、干制蔬菜等25类食品中的二氧化硫残留量进行严格限定，约在10～400 mg/kg不等，经硫磺熏蒸过的食品，最大残留量为100～900 mg/kg不等。

目前，广泛用于测定二氧化硫的方法主要有比色法、光谱法、离子色谱法和滴定法[5-15]。随着科学技术的发展以及智能检测的普及，相关研究人员也在不断对二氧化硫残留量检测技术进行改善和变革。冯俊贤等[16]提出了间接碘量法及等电位间隔电位滴定法测定葡萄酒中游离二氧化硫的方法，避免直接使用易挥发的碘滴定液。而近几年，凯氏定氮仪的蒸馏功能亦被研究用于食品[17-18]及中药[19]二氧化硫测定。王永姣等[20]研究了电位滴定法测定中药材白术饮片中二氧化硫残留量，建立的方法与2015版《中国药典》相比，具有重复性高等优点。

本试验采用顺昕6000 Pro型全自动智能蒸馏仪对食品进行批量自动蒸馏，然后利用Metrohm 888 型自动电位滴定仪进行滴定，复合铂环电极测定，通过电位的突跃来判定滴定终点，建立全自动蒸馏-电位滴定法测定食品中的二氧化硫残留量。采用不同二氧化硫含量水平的样品对可能影响测定结果的因素进行优化，并将本文所建立的方法与GB 5009.34—2016中的淀粉指示剂法进行对比以考察本法测定结果是否有显著差异，同时对所建立的方法进行回收率、重复性等分析性能进行考察，以进一步确定该方法的准确性和可靠性。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

顺昕6000 pro型全自动智能蒸馏仪，青岛顺昕科技；Metrohm 888型全自动电位滴定仪，复合Pt 氧化还原电极，瑞士万通； XS204万分之一电子天平，德国梅特勒托利多。

I2、Na2S2O3、HCl、乙酸铅、Na2SO3(分析纯)，均购于国药试剂；碘标准滴定溶液 [c(1/2 I2)=0.100 2 mol/L](临用前稀释20倍待用)，自配自标；超纯水(18.25 MΩ·cm)，mill-Q。

1.2 试验材料

本试验中用到的所有样品材料均购自于本地(江苏泰州)市场或超市。

1.3 测定原理及方法

1.3.1 测定原理

含二氧化硫及相关添加剂或是经过硫磺熏蒸的食品在酸性条件下加热，被馏出的二氧化硫被乙酸铅吸收生成暂时稳定的亚硫酸铅，亚硫酸铅在酸性条件下重新释放出二氧化硫，最终释放出的二氧化硫与碘滴定液发生定量反应。反应方程式如公式(1)～公式(4)所示：

(1)

H2O+SO2+Pb(AC)2←→PbSO3↓+2HAC

(2)

PbSO3+2H+←→Pb2++SO2↑+H2O

(3)

(4)

由上述方程式可以看出碘与二氧化硫的反应为1∶1反应，以100%蒸馏回收率(即样品中的二氧化硫残留量可以完全蒸馏出来被滴定检测)为前提，推算出样品中二氧化硫含量,按公式(5)计算：

(5)

式中：X，二氧化硫残留量(以SO2计)，mg/kg 或mg/L；V，样品消耗碘滴定液的体积，mL；V0，空白消耗碘滴定液的体积，mL；0.032，换算系数(意指1 mL碘标准溶液[c(1/2 I2)=1.0 mol/L]相当于二氧化硫的质量)，g；c，碘滴定液浓度，mol/L。

1.3.2 方法

顺昕6 000 Pro全自动智能蒸馏仪方法：精密称取或移取适量样品到500 mL两口蒸馏瓶中，加入10 mL盐酸溶液(体积比1∶1)，按要求安装蒸馏瓶，下端采用以事先加入25 mL乙酸铅(20 g/L)溶液的500 mL定制烧杯接收馏出液。开启装置，根据样品性质设置适当的加热功率、设置馏出液约为175 g(最终体积约为200 mL)。

瑞士万通888型自动电位滴定仪方法：滴定模式为等体积电位滴定(METU)，加液速度为 5 mL/min，搅拌速度为8 r/s，最小等待时间为 2 s，最大等待时间为15 s，暂停为 20 s，可接受信号漂移为50.0 mV/min，温度为 25 ℃。

2 结果与分析

2.1 考察馏出液体积

馏出液体积是决定该方法中二氧化硫回收率的重要因素，由于食品基质复杂程度不等，故选择高含量样品(凉果蜜饯，二氧化硫含量约为200～300 mg/kg)与低含量样品(生粉，二氧化硫含量约为1.0 mg/kg)同时进行馏出液体积考察，结果如图1所示。2种水平样品中二氧化硫含量对溜出液体积的反馈趋势基本一致，均为随着溜出液体积增加而增加，在150 ～220 mL基本达到平衡，最终与国标一致，选择溜出液体积为200 mL。

A-低二氧化硫含量的生粉；B-高二氧化硫含量的凉果蜜饯

2.2 全自动蒸馏仪蒸馏功率的考察

蒸馏功率决定反应速率快慢，有可能会影响二氧化硫最终回收率，本文考察了加热功率在50～250 kW对二氧化硫结果的影响，结果如图2所示。2种水平样品中，在满足200 mL溜出液的前提下，50～250 kW加热功率对二氧化硫含量基本无明显影响。但是过低的加热功率导致蒸馏时间太长，降低工作效率，过大的加热功率则出现了明显爆沸及糊瓶概率，增加样品平行误差。因此建议根据样品本身性质，选择合适(100～200 kW)的加热功率，保证蒸馏效率及可靠性。

A-低二氧化硫含量的水产制品；B-高二氧化硫含量的凉果蜜饯

2.3 电位滴定搅拌速率的影响

图3考察了搅拌速率在1～14 r/s对二氧化硫含量测定的影响。搅拌速度过慢为1 r/s时，200 mL的液体不能被及时混匀，电极表面吸附反应产生的沉淀使电极响应灵敏度降低，导致滴定曲线抖动异常，出现假阳性突越，从而使测定值偏低；当搅拌速度过高，达到14 r/s时，剧烈搅拌产生大量气泡吸附在电极表面，同样易造成假阳性突越，导致结果偏低；当搅拌速度在3～12 r/s，能够满足200 mL左右液体均匀稳定混合同时避免电极被沉淀或是气泡钝化，从而获得较满意的测定结果。图4代表了不同搅拌速率条件下二氧化硫滴定曲线。以上结果表明搅拌速率是影响电位滴定结果准确性的一个重要因素，应根据滴定样品体积调整适当搅拌速率以保证滴定准确性。在本次研究中，由于蒸馏液体积为200 mL，所以最终选择搅拌速率为8 r/s。

图3 电位滴定搅拌速率对二氧化硫含量测定的影响

2.4 方法比较

将最终所建立的全自动蒸馏-电位滴定法与GB 5009.34—2016中的淀粉指示剂滴定法进行比较，选取了橘子罐头、开心果、枸杞、葡萄酒、蜜饯凉果、果干等6种不同样品(二氧化硫含量水平由几毫克每千克到几百毫克每千克，且样品包含液固2种形态)进行测定，同时采用三人二次(n=6)的方式进行，表1为详细的测定结果，可以得出以下2个结论：(1)电位滴定法和淀粉指示剂法对6种样品平行测定的RSD(n=6，三人二次)分别为2.6%～6.4%和3.5%～9.0%，采用F-test和t-test对2种方法测得数据进行分析，其中2～6号样品F值在1.44～4.20，小于F0.05,(5,5)=5.05(查临界表得)，说明2种方法精密度无差异，而1号样品F值为10.77，大于F0.05,(5,5)=5.05。小于F0.01,(5,5)=10.97(查临界表得)，显示精密度差异可接受；在F-test的基础上进行t-test分析，考察2种方法的显著性差异，结果显示1～3号样品t值在3.01～3.15，大于t0.0，5.10=2.228(查临界表得)但是小于t0.0，1.10=3.169(查临界表得)，说明2种方法测定结果差异可接受，4～6号样品t值为0.37～0.47，小于t0.0，5.10=2.228，表明2种方法测定结果无显著差异。(2)在所有样品分析中，电位滴定法测定结果均略低于指示剂滴定法测定结果(15%以内)，原因可能是指示剂滴定法的终点判断易带入主观因素，不同人员视觉对“无色透明/白色浑浊-淡蓝/浅紫-深蓝/深紫”这一颜色变化过程敏感程度不同，而电位滴定终点完全依赖客观的电位突越变化，减少了系统误差。综合上述两点来看，样品中二氧化硫含量越低，自动蒸馏-电位滴定法比国标法更可信。

A-滴定体积从0～1.7 mL采用搅拌速率为1 r/s，1.7 mL之后将搅拌速率设置为3 r/s；B-采用搅拌速率为8 r/s；C-采用搅拌速率为14 r/s

2.5 加标回收率考察

取上述橘子罐头、开心果、葡萄酒、蜜饯凉果4种不同的样品各 3份，添加不同质量的亚硫酸钠，添加水平、测得值及回收率如表2所示，4种样品的加标回收率在83.2%～99.1%，相对标准偏差在5.7%～9.3%，其中葡萄酒的回收率和RSD都较好，推测与其本身是液态，易获得均匀的、无损失的加标样品有关，而橘子罐头回收率和RSD相对较差，原因是其本底值太低，加标量也低，因此系统误差对其影响相较于其他样品也大。

表1 电位滴定法—淀粉指示剂滴定法测定结果比较

注：a,本实验所建立的全自动蒸馏-电位滴定法;b,GB 5009.34—2016中的淀粉指示剂滴定法

A-空白；B-低含量样品；C-高含量样品

表2 回收率和相对标准偏差(RSD, n=3)

注：c,本底值数据来源于表1中电位滴定法测定结果平均值；d,500 g橘子罐头里精确加入亚硫酸钠4.9 mg后搅拌均匀待测，500 g开心果粉里精确加入亚硫酸钠9.8 mg后搅拌均匀待测，500 mL葡萄酒中精确加入亚硫酸钠19.7 mg后混匀待测，500 g蜜饯凉果里精确加入亚硫酸钠196.9 mg后搅拌均匀待测

3 结论

利用自动蒸馏仪和电位滴定仪，建立全自动蒸馏-电位滴定法对食品中二氧化硫残留量进行测定，满足不同形态、不同基质、宽范围二氧化硫含量(从几毫克每千克到几百毫克每千克)食品的检测分析。3个专业实验人员用该方法对橘子罐头、开心果、枸杞、葡萄酒、蜜饯凉果、果干等6种食品中二氧化硫残留量进行平行测定，并将测定结果与GB 5009.34—2016中的淀粉指示剂法进行比较，2种方法各自测定相对标准偏差RSD(n=6)分别为2.6%～6.4%和3.5% ～9.0%，F-test和t-test结果表明所建立方法与国标方法相比差异在可接受范围内。对其中的橘子罐头、开心果、葡萄酒和蜜饯凉果等4种样品进行加标回收率考察，回收率在83.2%～99.1%，平行测定RSD(n=3)在5.7%～9.3%。该方法相对于全玻璃蒸馏-淀粉指示剂法具有可批量操作以及抗基质干扰能力强等优点，可满足大多数食品中二氧化硫残留量的分析检测及日常监管控制。