卢丽娟 赵 静 毕静莹
(1.西北农林科技大学 园艺学院,陕西 杨凌712100;
2.宁夏职业技术学院,宁夏 银川750021)
磷是生命活动中不可或缺的重要元素,参与生物体的物质代谢和能量代谢[1],是牙齿、骨骼、细胞膜、核酸、磷蛋白及一些辅酶的组成成分[2]。但是,人体摄入过多磷时,也会引起多动症、呕吐和肾功能不全等。肉类食品磷含量高,极易被人体吸收利用,是很好的磷摄入来源[3]。同时,磷酸盐能提高肉的保水性和嫩度,在肉制品加工行业应用广泛,但是过量添加容易造成磷超标[4]。因此,准确检测肉类中磷含量对于指导肉类饮食、肉类食品的安全和质量控制具有重要意义。
目前,食品中的磷含量通常采用分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、连续流动分析法、近-中红外光谱融合技术或X射线荧光光谱法进行测定[5-8]。其中,连续流动分析法具有自动化程度高、分析速度快、准确度好、方法灵敏度高等优点[9-10],在批量样品检测方面有很大优势,广泛应用于水体、植物、土壤等样品的磷含量检测。目前,连续流动分析法的样品前处理,通常采用干法灰化或湿法消解。然而,干法灰化消解时间长,而湿法消解易产生污染。微波消解作为一种新型的样品消解方法,具有试剂用量少、消解速度快、消解完全、元素无挥发性损失、操作简单等优点[11-15],广泛应用于肉类食品中钙、镁等多元素的测定,但是,对于微波消解与连续流动法结合测定肉中磷含量的方法未见报道。
为了快速准确地测定肉类食品中的磷含量,本文采用微波消解法对肉类食品进行前处理,重点优化了微波消解酸体系、消解条件,并结合连续流动分析法进行测定,将前处理条件与后续测试条件相互配合,为肉类食品中总磷的测定提供更安全、准确的方案。
牛肉、猪肉、鸡肉和鱼肉,产地均为陕西,购于杨凌示范区农贸市场。
FLOWSYS型连续流动化学分析仪(Systea公司,意大利),Multiwave PRO型微波消解仪(配有赶酸仪,安东帕有限公司,奥地利);
AUY220型天平(感量0.1 mg,岛津(中国)有限公司),FLOWSYS型连续流动化学分析仪仪器参数见表1。
表1 连续流动分析仪仪器参数
数据采集和处理软件:Syslyzers III1.6.14(Systea公司,意大利)。
硝酸、过氧化氢、钼酸铵、酒石酸锑钾、十二烷基磺酸钠、抗坏血酸、磷酸二氢钾,均购自上海国药集团化学试剂有限公司,均为分析纯;
实验用水为去离子水。
钼酸铵溶液:1.5 g钼酸铵溶于去离子水,稀释至100 mL,混匀。
硫酸溶液:将13.5 mL硫酸,缓慢加入去离子水中,并不断搅拌,冷却至室温,定容至100 mL。
酒石酸锑钾溶液:0.34 g酒石酸锑钾溶于去离子水,稀释至250 mL,混匀。
显色剂:将酒石酸锑钾溶液、钼酸铵溶液、硫酸溶液按照1∶2∶5的体积混匀,并加入润滑剂SDS溶液1 mL。
抗坏血酸溶液:1.35 g抗坏血酸溶于去离子水,稀释至50 mL,混匀。
标准储备溶液(1 000 mg/L):0.439 4 g磷酸二氢钾溶于250 mL烧杯中,加入去离子水定容至100 mL,混匀;
标准溶液(50 mg/L,用标准储备溶液逐级稀释而成)。
称取样品0.2 g(精确至0.000 1g)于微波消解罐中,加入6 mL硝酸,在赶酸仪上预消解30 min(温度100 ℃),放上密封圈旋紧盖子,放入微波消解仪中,按设定好的微波消解程序进行消解(见表2)。消解完成后,在通风橱中缓慢拧开瓶塞,将消解罐放置于赶酸仪上进行赶酸(温度160 ℃),赶酸至试样溶液剩余1 mL左右全部转移至50 mL容量瓶中,用去离子水清洗瓶塞,并将清洗液一并转移至消解罐中,最后用去离子水进行定容,同时做试剂空白对照。
表2 微波消解程序
采用微波消解法对肉类样品进行消解处理,并考察微波消解酸体系及酸用量、取样量、赶酸温度和消解液稀释倍数,消解处理后的样品放置时间等对磷含量检测结果的影响。
HNO3-H2O2是目前广泛应用于有机化合物的消解体系,其中的H2O2具有强氧化性,与浓硝酸共用,可以大幅度提高其氧化作用。但H2O2加入过多或样品有机化合物含量较高,在消解升温过程中会快速释放大量气体,使消解罐内压力急剧升高,容易导致样品泄露而影响测定准确度。因此,本研究分别选择了HNO3(6 mL)和HNO3-H2O2溶液(6 mL)作为肉类样品的消解体系,考察HNO3和HNO3-H2O2两种消解体系的消解效果以及对肉中磷提取量的影响。结果显示(图1),牛肉、猪肉、鸡肉和鱼肉经过两种消解体系消解后的溶液均澄清透明,且没有残渣,这说明肉类样品可以被完全消解。因此,将硝酸体系作为后续微波消解提取磷元素的实验体系。
图1 不同消解体系的影响Figure 1 Influence of different digestion systems.
同时,对两种消解体系处理后的鸡肉样品磷含量进行检测,从表3可以看出,两种消解体系对检测结果影响不显著。因此,为了保证实验的安全性和准确性,选择HNO3体系对肉类样品进行消解。
表3 消解酸体系对测定结果的影响
根据密闭微波消解系统的操作要求,HNO3用量应不少于3 mL。硝酸具有强腐蚀性,因此为了尽可能减少其使用量,进一步考察了HNO3加入量对磷检测结果的影响。称取试样0.2 g(精确至0.000 1 g)于微波消解罐中,分别加入4、6、8、10 mL HNO3,按照实验方法处理样品后,使用连续流动分析仪进样检测。从表4可以看出,硝酸加入体积对磷的测定结果影响不显著。在消解过程中,由于预消解时硝酸会挥发一部分,因此当加入4 mL硝酸时,在消解过程中需补加硝酸,这增加了前处理工作量。而加入10 mL硝酸,后续赶酸时间会相对较长。综合试剂用量和后续赶酸时间,选择6 mL硝酸作为微波消解的酸用量较为合适。
表4 消解酸用量对测定结果的影响
经过微波消解以后的样品,通常都要进行赶酸操作后再定容稀释,从而减少强酸对测试仪器的腐蚀。同时,连续流动法测定磷含量时,待测液的酸浓度对检测结果有较大影响。赶酸过程中设置的赶酸温度越高,硝酸挥发的越快,赶酸时间也就越短,但是太高的温度又可能会增加磷损失的可能性,从而影响检测结果。因此,本研究将赶酸仪的温度分别设置为120、180、210、240 ℃进行,直到消解液剩余1 mL后再定容。
从表5中可以看出,赶酸温度对磷含量的检测结果影响不显著。实验过程发现,设置120 ℃赶酸,所用时间5 h左右,设置240 ℃进行赶酸,所用时间1 h左右,随着赶酸温度的增加,所用赶酸时间逐渐减少。通常赶酸快结束时,会提前关闭赶酸仪电源开关,待消解液降至室温再定容。但是赶酸仪温度下降很慢,如果设置赶酸温度过高,当降至室温时可能消解酸体系硝酸已挥发完了,影响检测准确性。同时,微波消解罐材质是聚四氟乙烯,它的正常使用温度是-65~260 ℃,温度太高容易发生不可逆的变形。综合考虑,选择赶酸温度210 ℃较为合适。
表5 赶酸温度对实验结果的影响
微波消解仪的操作手册中推荐的样品使用量为0.1~0.5 g。取样量的选择对检测结果的精密度影响较大。如果取样量少,则会放大检测过程中的不确定度,因此本研究考察了不同取样量对检测结果的影响。分别称取0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g试样,加入6 mL硝酸,经过预消解、微波消解、赶酸、定容至50 mL后,进样检测。从表6可以看出,取样量0.05~0.5 g时,样品的精密度均在5%以内,这也说明微波消解在取样量较少的情况下,磷损失少,从而保证较高的准确性和重复性。考虑到取样均匀与代表性,应该取尽量多的样品,但是称样过多有机质含量高,增加了反应的剧烈程度,从而增加了预消解时间,加剧了微波消解反应罐的压力,以及后续样品的稀释倍数。综合考虑,选择0.1 g取样量较为合适。
表6 取样量对测定结果的影响
应用连续流动-磷钼蓝比色时,酸度对检测结果影响较大,酸度过高会造成显色不足[16]。经过微波消解的样品溶液含有高浓度硝酸,不能直接上机测定,因此需要通过赶酸使硝酸挥发剩余1 mL左右,随后加入去离子水稀释来降低待测液酸度。本研究考察了不同稀释倍数对检测结果的影响。称取试样0.2 g(精确至0.000 1 g)于微波消解罐中,加入6 mL硝酸,经过预消解、微波消解、赶酸至试样溶液剩余1 mL左右,分别定容至10、25、50、100、200 mL后,进样检测。
结果如表7所示,样品溶液稀释10和25倍,检测的磷含量偏低,精密度较差,同时样品峰形异常,这可能是酸浓度太高造成的;
当稀释50、100和200倍时,测定结果精密度较好,说明酸浓度合适,比色充分。但是,稀释倍数太大引入的实验误差也会增加。因此,一般选择稀释100倍即可,如果磷含量过高的样品,可以适当增加稀释倍数。
表7 消解液稀释倍数对测定结果的影响
连续流动分析仪一次可以测定100多个样品,而微波消解仪一般配置8~64个反应罐,一次最多可以消解64个样品,大批量检测时,为了节省检测时间,一般将微波消解定容液(待测液)先放在4 ℃冰箱保存,等所有样品前处理完毕,再集中进行连续流动分析测定。为了考察待测液中磷的稳定性,本研究将待测液放置在4 ℃冰箱,分别放置0、4、8、12、24、48、72、144 h后测定磷含量。由表8可知,待测液放置0~144 h,检测出的磷含量差异不显著,说明待测液中磷含量稳定性好。
表8 待测液放置时间对实验结果的影响
优化后的微波消解-连续流动分析法测得样品质量浓度在0~4 mg/L范围内与吸光度呈一次线性关系,拟合得到线性回归方程y=0.1464x+0.0084,R2=0.9994,表明在此浓度范围内线性关系良好。
取10份磷含量为估计方法检出限值3~5倍的鸡肉样品,稀释10倍(使加标样品与检出限比值在3~5)按照以上优化的方法,测定磷含量,根据标准计算出检出限MDL=[t(n-1,0.99)]×S,其中n为样品的平行测定次数;
t为自由度为n-1,置信度为99%时t分布(单侧),结果如表9所示,本方法检出限结果为0.041 g/kg。
表9 方法检出限
利用本研究所优化的样品消解条件和检测条件,选择牛肉、猪肉、鱼肉进行标准溶液加标回收实验,将10次测定的平均值作为测定结果,计算相对标准偏差(RSD)和回收率。结果见表10,精密度范围在2.5%~4.6%,加标回收率在92.5%~103%。表明优化后的方法精密度和准确度较高。
表10 精密度和回收率实验
本研究利用微波消解法提取肉中磷元素,选择了硝酸作为消解酸体系,并进一步优化了微波消解体系,研究显示硝酸使用量6 mL、样品用量0.1 g、赶酸温度210 ℃和消解液稀释倍数100倍,较为适合作为肉类样品的微波消解条件,同时也发现,经过消解处理后的样品4 ℃放置144 h以内,样品磷元素含量不变。利用优化后的样品消解条件对肉类样品进行处理,结合连续流动分析仪进行检测,测定结果表明方法检出限0.041 g/kg,加标回收率在92.5%~103%,测定结果的相对标准偏差小于5%,说明本研究建立的方法具有较高的准确度和精密度。
综上所述,采用微波消解-连续流动分析法测定肉类食品中磷的方法是可行的。此方法由微波消解进行样品处理,消解安全,试剂用量少,结合连续流动分析仪进行检测,分析速度快,准确度与精确度较高,适用于大批量的肉类样品磷含量的测定,为肉类食品中磷的安全监测与标准制定提供了参考依据。
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