不完全消化-微乳液进样-FAAS法测定3 种休闲食品中Fe

刘 辉,陈尚龙,唐仕荣,李同祥,刘全德,巫永华

(徐州工程学院食品(生物)工程学院,江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室,江苏 徐州 221111)

 

摘 要:建立不完全消化-微乳液进样-高分辨-火焰原子吸收光谱法测定休闲食品(鸡味块、方便面、薯条)中Fe的方法。以不完全消化作为样品的前处理方式,正丁醇作为助乳化剂,研究微乳液的形成条件,分析乙炔流量、燃烧器高度、KCl的质量浓度对吸光度的影响。在单因素试验的基础上,通过正交试验确定最佳测定条件为乙炔流量60 L/h、燃烧器高度4 mm、KCl质量浓度1.5 g/L。在此条件下,使用本法测定3 种休闲食品中Fe,通过F检验和t检验,表明在0.05显著性水平上本法和国标的精密度和所测得结果的平均值无显著性差异,且本法的加标回收率为92.5%~96.7%。方法快速、准确、稳定,具有较高的实用价值,可为休闲食品中金属元素的检测提供科学依据。

关键词:不完全消化;微乳液;火焰原子吸收光谱法;休闲食品;铁

 

Determination of Iron in Three Leisure Foods by Incomplete Digestion-Microemulsion Sampling-Flame
Atomic Absorption Spectrometry

 

LIU Hui, CHEN Shang-long, TANG Shi-rong, LI Tong-xiang, LIU Quan-de, WU Yong-hua

(Jiangsu Key Construction Laboratory of Food Resources Development and Quality Safe, College of Food (Biological) Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221111, China)

 

Abstract: A fast and effective method was developed for the determination of Fe in leisure food samples by incomplete digestion-microemulsion sampling-high resolution continuum source flame atomic absorption spectrophotometry (HR-CS FAAS). Microemulsions were prepared with digestive liquor using n-butyl alcohol as an auxiliary emulsifier after incomplete digestion treatment. The conditions of microemulsion formation and the effects of the fuel flow, the burner height and KCl mass concentration on the absorbance were investigated. Single factor experiments were initially carried out. The appropriate fuel flow, 60 L/h; the optimum burner height, 4 mm; and the suitable KCl mass concentration, 1.5 g/L
were obtained by orthogonal experiment. Under the optimum conditions, Fe contents in three leisure food sample were determined by the proposed method. F-test and t-test at a significance level of 0.05 indicated that the Fe contents obtained by the proposed method and the national standard method were not significantly different. The recoveries for spiked samples were from 92.5% to 96.7%. Therefore, the proposed method was rapid, accurate and stable with a high practical value. It provided a scientific basis for the determination of metal elements in leisure food samples.

Key words: incomplete digestion; microemulsion; flame atomic absorption spectrophotometry (FAAS); leisure food; iron

中图分类号:O657.31 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2014)24-0286-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201424055

Fe是人体必需的微量元素,具有造血功能,同时参与了血蛋白、细胞色素及各种酶的合成,在血液中还起运输氧和营养物质的作用。Fe含量偏低的人会发生低色素小细胞性贫血、免疫功能下降和生长发育受阻[1]。人体内的Fe主要来源于日常食物,因此,建立快速、准确地检测食品中Fe的方法非常必要。样品的前处理是影响食品中金属元素检测速度的重要因素,传统的前处理方式有湿法消解[2]和干法灰化[3],这2 种方法的缺点是耗时长,干法灰化有时需要几十小时,而湿法消解还需要大量的强酸。微波消解[4-5]作为一种新型的前处理方式已被广泛应用,由于食品成分复杂,在进行微波消解前,通常需要进行一个较长时间的预处理。不完全消化[6-10]是利用强酸在低温加热条件下,将样品中大部分有机物除去。它只要求消化液均匀透明,不要求除去全部有机物,也不要求消化液呈无色,这样大大加快了样品处理速度,一般耗时20 min左右。

国内外已有使用微乳液直接进样测定金属元素的报道,例如Luana等[11]建立以无机标准品为参比,将样品制成微乳液,对大豆油、橄榄油和葵花籽油中的Cu、Fe、Ni和Zn进行直接测定的方法,取得了良好的效果。本实验以鸡味块、方便面和薯条这3 种休闲食品为研究对象,采用不完全消化作为样品的前处理方式。由于休闲食品中含有大量油脂类物质,这些物质在低温常压条件下很难被消解完全,导致消解液分层、不均匀,不能直接测定。为了形成均匀的待测液,以正丁醇为助乳化剂,形成均匀稳定的微乳液[12],再使用高分辨-连续光源火焰原子吸收光谱(high resolution-continuum source flame atomic absorption spectrometry,HR-CS FAAS)法[11,13-17]测定这3 种休闲食品中Fe,建立不完全消化-微乳液进样-火焰原子吸收光谱法测定休闲食品中Fe的方法,以期为快速检测休闲食品中金属元素提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

休闲食品(鸡味块、方便面、薯条) 市售。

浓盐酸、浓硝酸、高氯酸、正丁醇、氯化钾、30%(V/V)过氧化氢(均为优级纯) 国药集团化学试剂有限公司;Fe标准溶液(100 mg/L) 国家化学试剂质检中心;实验用水皆为超纯水(电阻率为18.2 MΩ•cm);玻璃器皿均用5%(V/V)硝酸(以浓硝酸为基准)溶液浸泡24 h以上。

1.2 仪器与设备

ContrAA 700高分辨-连续光源原子吸收光谱仪
德国Analytik Jena公司;CascadaTM实验室超纯水系统 美国Pall公司;EL204电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;220V-AC电子电炉(0~2 000 W) 上海
树立仪器仪表有限公司;移液器 德国Eppendorf公司。

1.3 方法

1.3.1 仪器工作条件

HR-CS AAS法测定Fe的工作条件:波长248.327 nm;火焰类型C2H2-Air;燃烧器类型100 mm;乙炔流量60 L/h;空气流量470 L/h;燃烧器高度4 mm。

1.3.2 标准工作曲线的配制

在8 个25 mL容量瓶中,分别加入0.00、0.05、0.125、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 mL Fe标准溶液(100 mg/L),再各加入0.15 mL KCl溶液(250 g/L),用超纯水将各容量瓶中体积补至2.00 mL,最后用正丁醇定容至刻度,振荡、摇匀,形成均匀的微乳液。即配制成Fe的标准系列溶液,质量浓度分别为0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mg/L。

1.3.3 样品处理

取适量的休闲食品置于干燥的玛瑙研钵中,充分研磨后,制成粉末状样品,装入自封袋中备用,并贮藏在干燥器中。

准确称取0.5 g左右(精确至0.1 mg)粉末状样品置于50 mL小烧杯中,加入8 mL浓硝酸和2 mL高氯酸,用玻璃棒缓慢搅匀,放到电子电炉上,调节电炉功率至1 000 W,在通风橱内加热,低温条件下消解至溶液透明(无固体颗粒存在),再加入10 mL超纯水继续加热赶酸至2.0~3.0 mL之间,用正丁醇多次冲洗小烧杯中的样液,并将冲洗液转移至25 mL容量瓶中,再加入0.15 mL KCl溶液(250 g/L),用正丁醇定容至刻度,振荡、摇匀,待测,并做空白实验。

2 结果与分析

2.1 微乳液的制备

在不完全消化实验中,由于休闲食品中含有大量油脂类物质,这些物质在低温常压条件下很难被消解完全,虽然实验过程中可以观察到消解液呈现透明状,但自然冷却后,发现消解液液面上漂浮大量油状物质。为形成均匀、透明、稳定的微乳液,必须控制好消解液的体积[18-23]。经实验发现,当消解液体积大于3.0 mL时,用正丁醇定容至25 mL容量瓶中,形成的微乳液浑浊、不稳定,静置一段时间后分层;当消解液体积小于2.0 mL时,如果继续加热,极易发生炭化现象;当消解液体积在2.0~3.0 mL之间时,用正丁醇定容至25 mL容量瓶中,形成的微乳液均匀、透明、长时间静置不会出现分层现象。因此,控制赶酸后的消解液体积在2.0~3.0 mL之间,选择正丁醇作为助乳化剂。

2.2 单因素试验

2.2.1 乙炔流量对吸光度的影响

在HR-CS FAAS测定金属元素过程中,流量比(乙炔-空气)是显著影响吸光度的参数之一。仪器的空气流量固定为470 L/h,因此试验选择调节乙炔流量,从而改变流量比。固定燃烧器高度为5 mm,KCl质量浓度为1.0 g/L,只改变乙炔流量,测定其吸光度,如图1所示。

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图 1 乙炔流量对吸光度的影响

Fig.1 Effect of the fuel flow on the absorbance

由图1可知,乙炔流量小于60 L/h,吸光度随乙炔流量的增大逐渐增加;乙炔流量为60 L/h时,吸光度达到最大值;此后随着乙炔流量的增大,吸光度逐渐减小。这与之前的研究结果[24]不一致,这是因为之前的研究是以0.5%(V/V)硝酸溶液作为介质,最佳乙炔流量为70 L/h;而本实验则以正丁醇为助乳化剂形成的微乳液作为介质,由于正丁醇是一种易燃液体,当它进入火焰时会发生燃烧,需要消耗一定量的空气,为保持之前乙炔燃烧时的最佳燃助比,所以乙炔流量要有所减小。

2.2.2 燃烧器高度对吸光度的影响

在HR-CS FAAS测定金属元素过程中,燃烧器高度也是显著影响吸光度的参数之一。固定乙炔流量为60 L/h,KCl质量浓度为1.0 g/L,只改变燃烧器高度,测定其吸光度,如图2所示。

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图 2 燃烧器高度对吸光度的影响

Fig.2 Effect of the burner height on the absorbance

由图2可知,燃烧器高度为5 mm时,吸光度达到最大值;此后随着燃烧器高度的增加,吸光度逐渐减小。这与之前的研究结果[24]也不一致,这是由于正丁醇的燃烧和乙炔流量的改变,导致火焰的原子化区发生变化而引起的。

2.2.3 KCl质量浓度对吸光度的影响

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图 3 KCl质量浓度对吸光度的影响

Fig.3 Effect of KCl mass concentration on the absorbance

在HR-CS FAAS测定金属元素过程中,通常选择KCl作为一种电离缓冲剂,适量的KCl有助于提高吸光度。固定乙炔流量为60 L/h,燃烧器高度为5 mm,只改变KCl质量浓度,测定其吸光度,如图3所示。

由图3可知,KCl质量浓度小于1.5 g/L,吸光度随质量浓度的增大逐渐增加;KCl质量浓度为1.5g/L时,吸光度达到最大值;此后随着质量浓度的增大,吸光度逐渐减小。

2.3 测定条件的优化

在单因素试验的基础上,以乙炔流量、燃烧器高度、KCl质量浓度为影响因素,以吸光度为指标,选用
L9(34)正交表进行正交试验设计,试验设计及结果见
表1,对试验结果进行方差分析见表2。

表 1 正交试验设计及结果

Table 1 Design and results of the orthogonal experiments

试验号

A乙炔流

量/(L/h)

B燃烧器

高度/mm

C KCl质量

浓度/(g/L)

D空列

吸光度

1

1(50)

1(4)

1(1.0)

1

0.101 3

2

1

2(5)

2(1.5)

2

0.098 4

3

1

3(6)

3(2.0)

3

0.090 1

4

2(60)

1

2

3

0.108 5

5

2

2

3

1

0.102 8

6

2

3

1

2

0.088 1

7

3(70)

1

3

2

0.087 4

8

3

2

1

3

0.084 7

9

3

3

2

1

0.077 4

k1

0.097

0.099

0.091

0.094

 

k2

0.100

0.095

0.095

0.091

 

k3

0.083

0.085

0.093

0.094

 

R

0.017

0.014

0.004

0.003

 

 

表 2 正交试验方差分析结果

Table 2 Analysis of variance of the orthogonal experiments

方差来源

偏差平方和

自由度

方差

F值

显著性

A

0.000 47

2

0.000 23

28.16

*

B

0.000 31

2

0.000 15

18.59

 

C

0.000 02

2

0.000 01

1.06

 

D

0.000 02

2

0.000 01

 

 

总和

0.000 82

8

 

 

 

 

注:F0.05(2,2)=19.00;*.差异显著(P<0.05)。

 

由表1可知,3 个因素对吸光度的影响顺序为A>B>C,即乙炔流量>燃烧器高度>KCl质量浓度,其中乙炔流量对吸光度的影响最强;极差分析所得的最佳测定条件为A2B1C2,与试验最佳测定条件吻合,即乙炔流量60 L/h、燃烧器高度4 mm、KCl质量浓度1.5 g/L。由表2可知,在0.05显著性水平上乙炔流量对吸光度的差异显著,燃烧器高度和KCl质量浓度对吸光度的影响不显著。

2.4 标准工作曲线的绘制

在最佳测定条件下,使用HR-CS FAAS测定Fe的标准系列溶液、空白溶液和样品溶液。以质量浓度ρ为横坐标、吸光度A为纵坐标,经ASpect CS软件绘制标准工作曲线(非线性),所得回归方程为A=(-0.000 844 3+
0.051 606 9×ρ)/(1+0.020 929 6×ρ),相关系数为0.999 8。

2.5 样品测定

在最佳测定条件下测定3 种休闲食品中Fe含量,将结果与国标[25]所测得的结果进行比较,通过F检验和t检验,检验这2 种方法之间是否有显著差异,结果见表3。

表 3 3 种休闲食品中Fe的含量(n=3)

Table 3 Contents of Fe in three leisure foods (n = 3)

样品

本法/(mg/kg)

国标/(mg/kg)

F值

t值

鸡味块

12.65±0.43

11.97±0.22

3.82

2.44

方便面

5.31±0.21

5.17±0.08

6.89

1.08

薯条

3.12±0.13

2.98±0.07

3.45

1.64

 

注:F0.05(2,2)=19.00;t(4,0.05)=2.78。

 

由表3可知,F值都小于19.00,表明在0.05显著性水平上本法和国标的精密度没有显著差异;t值都小于2.78,表明在0.05显著性水平上本法和国标所测得结果的平均值没有显著差异。

2.6 加标回收率

将一定量Fe的标准溶液和鸡味块样品一起加入到小烧杯中进行不完全消化(加标水平为5.0 mg/kg),按1.3.3节进行操作,重复3 次。在最佳条件下进行测定,计算加标回收率[26],分别为96.7%、92.5%和94.3%。表明用不完全消化-微乳液进样-HR-CS FAAS测定休闲食品中Fe含量,结果准确可靠。

3 结 论

实验选择正丁醇作为助乳化剂,控制赶酸后的消解液体积在2.0~3.0 mL之间,可形成均匀、透明、稳定的微乳液。在单因素试验基础上,通过正交试验确定最佳测定条件为乙炔流量60 L/h、燃烧器高度4 mm、KCl质量浓度1.5 g/L。在此条件下,使用本法测定3 种休闲食品中Fe,通过F检验和t检验,表明在0.05显著性水平上本法和国标的精密度和所测得结果的平均值没有显著差异,且本法的加标回收率为92.5%~96.7%。

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收稿日期:2014-06-28

基金项目:江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室资助项目(SPKF201317);

2013年度国家星火计划项目(2013GA690417);国家自然科学基金面上项目(31270577)

作者简介:刘辉(1969—),女,副教授,硕士,研究方向为食品分析与检测。E-mail:longfeng821003@163.com