超声提取-电感耦合等离子体质谱法快速测定海蜇制品中铝的残留量

袁 堃 ,陈家伟 ,赵娜娜 ,毛思浩 ,王 峰*

(1.浙江省食品药品检验研究院 国家市场监管重点实验室(功能食品质量与安全),杭州 310052;2.浙江省食品药品检验研究院 浙江省市场监管保健食品质量安全重点实验室,杭州 310052;3.浙江中医药大学 医学技术与信息工程学院,杭州 310052)

铝是人体非必需元素,在自然界广泛存在。大量研究表明,过多的铝元素通过血液进入人体细胞后会干扰其正常代谢,引起诸如贫血、免疫力降低等症状,严重时还可能导致老年痴呆、帕金森病等疾病[1]。食品中铝的污染以及健康风险已经引起广泛关注。海蜇是一种水生无脊椎动物,鲜海蜇由大量水分以及胶原蛋白组成,捕捞上岸后易发生分解和自溶,必须经过十二水合硫酸铝钾(明矾)、食盐和石灰腌渍处理后才能保藏[2],但这种传统的加工方式会引起铝元素的大量残留。GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定即食海蜇中铝残留量不得超过500 mg·kg—1,虽然远高于其他食品中的,但关于海蜇制品中铝残留量超标的报道还是屡见不鲜。因此,建立一种快速测定海蜇制品中铝残留量的方法具有重要意义。

目前,食品中铝元素的检测方法主要包括滴定法[3]、紫外分光光度法[4]、原子吸收光谱法[5]、电感耦合等离子体原子吸收光谱法[6]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[7]等,其前处理方法大多采用微波消解、湿法消解和干法灰化等。这些前处理方法需要在高温条件下进行,耗时较长(一般需要4～6 h),增加了待测组分损失和被污染的风险,无法满足大批量样品快速检测的需求;并且需要使用大量的硝酸、硫酸、氢氟酸等强腐蚀性酸以及过氧化氢等氧化剂,这些试剂的使用增加了仪器的损耗和操作人员的健康风险。为适应快速检测的要求,不断有新的前处理技术被应用到食品有害元素的检测中。目前常见的快速前处理技术主要包括液液萃取[8]、固相萃取[9]、微波辅助[10],以及无需前处理的直接进样[11]等。具有较强溶解能力的酸溶液可将样品中的重金属元素以可溶性盐的形式交换到提取液中,该方法酸试剂用量少,反应条件温和,操作简单快速,能有效缩减前处理时间与检测成本。基于超声波的空化效应,超声可增加细胞膜的通透性,提高传质速率,实现膜内物质与周围溶剂之间的高质量传递[12-13]。因此,本工作以硝酸溶液为提取剂,采用超声提取的前处理方法,提出了ICP-MS测定海蜇制品中铝残留量的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

350D 型电感耦合等离子体质谱仪;MARS 型微波消解仪;EH35B 型电热板;Milli-Q Integral型超纯水处理系统;KH-500DV 型数控超声波清洗器;Multi Rerx型多通道涡旋混合器。

铝标准溶液:1 000 mg·L—1。

内标溶液:含铋、锗、铟、锂、钪、铽、钇元素,质量浓度均为10 mg·L—1,

所用试剂均为优级纯;试验用水为超纯水(电阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

海蜇样品购自浙江省内流通和餐饮环节。

1.2 仪器工作条件

射频功率1 600 W;等离子体流量15.0 L·min—1,辅助气流量1.2 L·min—1,雾化气流量0.85 L·min—1;碰撞反应模式,碰撞气为氦气,流量4.0 L·min—1;扫描次数3次;扫描模式为跳峰;蠕动泵转速20 r·min—1;测定同位素27Al,内标同位素45Sc;积分时间1.0 s。

1.3 试验方法

海蜇样品粉碎均匀后,取约0.5 g(精确至0.01 g)于50 mL 离心管中,加入1.0%(体积分数,下同)硝酸溶液50.0 mL,涡旋振荡1 min,于25 ℃超声10 min(超声功率为400 W),以转速10 000 r·min—1离心5 min,取上清液,按照仪器工作条件进行测定,外标法定量。随同进行试剂空白试验。采用方差分析(ANOVA 分析)和邓肯(Duncan)多重比较分析进行显著性差异检验,显著性水平设置为P＜0.05。

2 结果与讨论

2.1 前处理方法的选择

选取3种不同类别且铝残留量为低、中、高3个浓度水平的海蜇样品,考察了标准方法中的湿法消解[4]、微波消解[6]、酸煮提取[14]以及超声提取对铝测定值的影响,结果见表1。

表1 前处理方法对铝测定值的影响(n＝5)Tab.1 Effect of pretreatment method on the determined value of aluminum(n＝5)

对4种前处理方法分别进行Duncan多重比较分析,结果发现4种前处理方法测定结果的差异均没有统计学意义(P＞0.05),说明超声提取与其他3种前处理方法所得检测结果均没有显著性差异。海蜇制品中铝元素大部分以Al(OH)3、Al3＋、Al(OH)2＋等无机态形式存在,还有一部分以有机态形式存在[15]。按照试验方法对上述3种海蜇样品超声提取后,收集残渣,按照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》第一法(微波消解)进行测定。结果显示,残渣中均未检出铝元素,进一步说明超声提取的提取效果较好,可将海蜇制品中的铝提取完全。因此,试验选择的前处理方法为超声提取。

2.2 提取条件的选择

2.2.1 硝酸溶液体积分数和提取时间

以硝酸溶液为提取剂,采用超声的方式,考察了硝酸溶液体积分数分别为0(水),0.5%,1.0%,2.0%,5.0%,提取时间分别为0,5,10,30,60 min时对海蜇样品中铝测定值的影响,结果见图1。

图1 硝酸溶液体积分数和提取时间对铝测定值的影响Fig.1 Effects of volume fraction of nitric acid solution and extraction time on the determined value of aluminum

结果表明:硝酸溶液体积分数不小于0.5%,超声10 min时的铝测定值与超声30,60 min时的无显著性差异(P＞0.05),但与0,5 min时的有显著性差异(P＜0.05),因此提取时间选择为10 min。铝是两性金属,酸度太低时易形成氢氧化铝胶体,造成样品的不均匀,严重时甚至堵塞管路。以0.5%(体积分数)硝酸溶液提取时,铝测定值的相对标准偏差(RSD,n＝6)为7.5%～17%;以1.0%硝酸溶液提取时,铝测定值的RSD(n＝6)为2.9%～5.3%,因此试验选择的硝酸溶液体积分数为1.0%。

2.2.2 固液比、超声温度和超声功率

在1.0%硝酸溶液、超声10 min条件下,考察了固液比[称样量(g)∶提取剂体积(mL)]分别为0.2∶50.0,0.5∶50.0,1.0∶50.0,2.0∶50.0,3.0∶50.0,超声温度分别为25,35,45,55,65 ℃,超声功率分别为200,300,400,500 W 时对海蜇样品中铝测定值的影响,结果见图2。

图2 固液比、超声温度和超声功率对铝测定值的影响Fig.2 Effects of solid-liquid ratio,ultrasonic temperature and ultrasonic power on the determined value of aluminum

结果表明:固液比和超声温度对铝测定值影响不大,各组数据中铝测定值均无显著性差异(P＞0.05),考虑到海蜇中铝残留量较高,试验选择的固液比为0.5∶50.0,超声温度为25 ℃;随着超声功率的升高,铝测定值也逐渐升高,400 W 和500 W 所得结果无显著性差异(P＞0.05),因此试验选择的超声功率为400 W。

2.3 标准曲线、检出限和测定下限

用1.0%硝酸溶液将1 000 mg·L—1铝标准溶液逐级稀释成0.1,0.5,1.0,3.0,5.0,10.0 mg·L—1的铝标准溶液系列,按照仪器工作条件进行测定,在线加入内标溶液。以铝的质量浓度为横坐标,对应的响应强度与内标响应强度比值为纵坐标绘制标准曲线。结果显示:铝标准曲线的线性范围为0.1～10.0 mg·L—1,线性回归方程为y＝3.276x—0.037 01,相关系数为0.999 9。

根据GB/T 5009.1—2003《食品卫生检验方法理化部分 总则》规定,对试剂空白溶液进行21次测定,以3倍空白值的标准偏差对应的质量浓度为检出限,10倍空白值的标准偏差对应的质量浓度为测定下限。结果显示:检出限为1μg·L—1,测定下限为3.5μg·L—1;当称样量为0.5 g,提取剂体积为50.0 mL时,方法检出限为0.1 mg·kg—1,测定下限为0.35 mg·kg—1,小于GB 5009.182—2017《食品安全国家标准 食品中铝的测定》中的检出限(0.5 mg·kg—1)及测定下限(2 mg·kg—1)。

2.4 精密度和回收试验

按照试验方法对海蜇样品进行6次平行测定,计算测定值的RSD,结果为2.9%。

分别在0.5 g海蜇样品中加入100 mg·L—1铝标准溶液0.2,0.5,1.0,2.0,3.0 mL,相当于铝加标量为40,100,200,400,600 mg·kg—1,按照试验方法测定铝含量,计算回收率。结果显示:5个加标浓度水平下,铝的回收率为95.3%～99.9%,符合分析要求。

2.5 方法比对

分别采用本方法和标准方法中的滴定法[14]、紫外分光光度法[4]、电感耦合等离子体原子吸收光谱法[6]对3种海蜇样品进行分析,结果见表2。

结果表明,本方法测定结果与现行标准方法测定结果之间没有显著性差异(P＞0.05)。

本工作提出了超声提取-ICP-MS测定海蜇制品中铝残留量的方法。与传统的干法消解、湿法消解和微波消解前处理方法相比,该方法酸试剂用量少,操作简便,避免了高温、高压的过程,极大地缩短了样品的前处理时间,降低了样品被污染的概率,而且检出限低、准确度高,是一种简单快速的海蜇制品中铝残留量的分析方法,适合大批量样品的快速检测。