（食品科学专业论文）食品中铝的测定及食源铝污染的初步研究.pdf

摘要 食品中铝的测定及食源铝污染 的初步研究 食品科学硕士研究生石建军 指导教师肖纯副研究员 摘要 微量元素与人体健康的研究是当前的重大热门课题。铝是地壳丰度最大的金属元素，铝 与人体健康息息相关。食品工业通常认为铝对人体无害，将含铝化合物广泛用于食品加工、 饮用水处理等；另外，医药行业用铝化合物制作各种片剂和胶囊，利用铝离子的两性作抗胃 酸药。随着人们对铝的研究逐渐深入，对铝的生物毒性的揭示，铝与人体健康的关心也渐渐 被人们所关注，食源性铝及其危害已引起了人们的普遍关注。w h o f a o 于1 9 8 9 年正式将铝确 定为食品污染物加以控制，提出人体铝的暂定摄入量为7 m g l oi o 年舌月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：日集保密，口保密期限 至年月止)。 学位论文作者签名： 万建毕 签字日期。加户年妒，日 导师签名： 签字日期泐沙年名z - n 第一章文献综述 第一章文献综述 铝普遍存在于自然界中，过去曾认为铝对人体是无害的，又因其本身具有优良的理化性 质，被广泛用于日常生活中，如临床抗胃酸药、铝制炊具、食品添加剂、水处理剂等。但是 随着人们自我保健意识的增强，对铝的认识也不断深入，铝的生物毒性也逐渐被揭示。1 9 8 0 年，u l r i c h 对全球森林衰退进行系统的调查研究提出铝毒假训，w h o f a o 于1 9 8 9 年正式 将铝确定为食品污染物加以控制，提出人体铝的暂定摄入量为7 m g k g b w 1 2 j ，我国也于1 9 9 4 年提出了面制食品中铝的限量卫生标准( 1 0 0 m g k g ) 【3 1 。国外关于铝毒的研究较早，国内 从8 0 年代起有关铝毒的报道才逐渐出现。目前国内外关于铝的毒害以及测定方法研究已经相 当的成功，但在如何促进人体铝的排出的研究报道还比较少。 1 1 生物界铝的研究现状 铝不仅存在于环境中，作为一种在自然界广泛存在的元素，它还存在与植物、动物以及 人体中，在我们所生存的这个生物圈中铝可谓是无处不在。不过铝的生物有效性和毒性依赖 于它在溶液中的形态分布，通常认为，固定态铝是没有危害作用的，只有离子态铝才对环境 和生物产生影响，毒理学研究表明，a 1 3 + 、a i o h2 + 、a i ( o h ) 2 + 毒性最大，聚合铝次之，而a i - o r g 和a i f 的毒性大为降低甚至消失。 1 1 1 植物界的铝 铝是植物的非必须元素，在很低的有效铝情况下，能促进植物生长，当a i “ 0 1 1 0 m g l ，对铝敏感的植物可能造成毒害，a 1 3 + 1 0 3 0 m g l ，就会发生铝害。铝毒是酸性 土壤限制作物生长的主要障碍因子之一，对作物产生毒害的铝形态一般为无机铝单体( a 1 3 + 、 a i ( o h ) 2 + 及、a i ( o h ) 2 + ) 1 4 】。土壤中铝的形态受p h 影响，随着土壤的酸化，引起土壤盐基离 子的淋失，促进活性铝的释出，一般认为p h 5 5 时，就有无机锅单体释出【5 l 。铝毒最明显 的外在表现是根系生长受阻，主要表现为主根变得粗短，根尖膨大，根尖变褐，侧根、根毛 减少其至消失，有的根尖弯曲，呈不规则的勾状，根冠脱落，根系的生物氧化能力明显下降1 4 】。 茶叶是植物中含铝量最高的植物之一，但因为大部分铝以非活性形态相对稳定的存在于茶叶 叶片中，所以对人体无害。 铝毒影响植物营养成分的吸收与代谢，其主要表现为：抑制c a 2 + 、m g “、k + 、c u 2 + 、p 0 4 3 + 等离子的吸收，最重要的是影响植物对c a 2 + 的吸收。铝离子通过与膜上特殊通道受体结合位 点结合，阻碍c a 2 + 在膜上的整合，影响c a 2 + 跨膜运输的g t p 蛋白活性，降低原生质体c a 2 + 通 道的流量，导致c a 2 + 外流量增加，c a 2 + 平衡破坏，进而影响细胞结构和功能1 6 1 。铝对细胞分裂 期间d n a 复制有直接抑制作用，其主要表现为：铝主要与d n a 的磷酸基结合，增加d n a 双螺旋的刚性，铝聚合体束缚了染色质的双螺旋，导致了解链的困难，降低模板的活性，同 时染色质被结合在d n a 铝聚合体上集结成为低转录活性的聚合物1 6 j 。铝影响酶的活性，破坏 两南大学硕十学付论文 膜的结构和功能，铝与膜磷脂的亲水区结合，改变膜脂的流动性；同时，膜脂与整合蛋白相互 作用，影响其构象与活性。铝通过形成铝一酶复合体对膜蛋白直接产生影响，并改变膜蛋白 表面电荷状况【6 。 1 1 2 动物界的铝 关于铝对动物毒性毒理的研究报道并不多，大量的研究是铝对实验动物的毒性。李福成 等【7 1 研究了鸡铝氟联合中毒模型，实验鸡出现典型的骨软化、骨质疏松、骨形成率下降，摄铝 过量时，骨铝含量下降，但依然发生骨损害，同时肝、肾已有明显的铝蓄积。陈怀涛等【8 l 在关 于马属动物动物混合性尘肺的研究中指出，铝硅酸盐与其它致病因子共同作用形成了新型的 动物尘肺。铝对水生生物的危害是以氢氧化铝的形态沉积在鱼鳃，致使鱼鳃破坏，阻止氧送 达到血液，鱼体内含盐浓度失调而死亡。水中铝浓度增加，导致有机物凝聚作用加强，浓度 减少，将水体的可溶性磷沉淀为a 删孔，对水生生物带来致命的威胁。在p h 值5 0 的水中， 铝对泥鳅仔鱼毒性最大，铝含量达到0 1 m g l 时，即对草鱼仔鱼产生致死毒性1 9 1 。在酸性水中 铝会显著地抑制鲤鱼对钙的吸收和积累。 张万起等【l o j 用兔作实验动物研究指出，铝导致背试动物脑组织超氧化物歧化酶降低，脂 质过氧化物升高，血浆单胺氧化酶一b 活性降低，大脑中央前回、海马和脊髓发生病变，神经 细胞肿胀、萎缩和坏死，尼氏小体溶解，核固缩，胶质细胞增生，局部神经纤维髓鞘溶解， 神经微丝、微管排列紊乱及突触结构异常。 1 1 3 微生物界的铝 由于微生物与人们的生活直接的联系不多，对于铝对微生物的危害，目前研究的较少。 辛健康掣1 1 】从茶树根际高铝土壤中未发现有耐酸铝细菌和放线菌的生长，只有大量的霉菌生 长，这表明细菌和放线菌的耐铝性较差，而霉菌的耐铝性较强。进一步实验证明高铝浓度对 真菌菌落生长和产孢都有抑制作用，并最终分离得到抗酸铝微生物。借助抗酸铝微生物对酸 性土壤活性铝的吸收、吸附及其分泌物对铝离子的螯合作用，可减轻铝毒害。华靖等旧采用 酿酒酵母菌株l k 及其耐铝突变株l k t ，分析它们胞内海藻糖含量的差异，研究铝胁迫下胞 内海藻糖的变化，研究结果表明海藻糖含量的提高可明显增加酵母细胞在铝胁迫时的存活率， 是酵母主要耐铝机制之一。崔涛等1 1 3 】对水中铝盐对微生物活性影响的研究表明铝对微生物的 毒性使好氧或厌氧菌活性降低，数量减少，使水处理工艺的成本增加，减少水处理构筑物和 反应器的工作效率和使用寿命，并且影响出水水质。 1 2 人体铝的研究现状 随着人类接触和使用铝的情况日益增多，人体含铝量也随之逐渐增加，铝是一种对人体 有害的元素，人体长期的接触和摄入铝就会在体内蓄积并产生慢性毒性。人体中吸收的铝是 通过血液传输的，已经有文献报道铝在血清中的主要形态是a l 一去铁胺和a i - - 铁蛋白，对于 2 第一章文献综述 小分子量的配体来说，柠檬酸和磷酸是最重要的1 1 4 】。铁转移蛋白可能是唯一结合铝的蚩白质， 它结合了血清中的大部分的铝，约占总铝的8 0 , - - - 9 0 1 1 5 】，柠檬酸和磷酸结合了大约总铝的 1 0 - 一2 0 。 1 2 1 人体铝的含量与分布 通常情况下，由于胃肠道在铝吸收上的一些屏蔽作用，还有肾脏的清除作用，人体组织 铝的含量维持在一个较低的水平。正常人的含铝总量约4 5 - - 1 5 0 m g ，平均为1 0 0 m g 左右【1 6 】。 铝在体内分布于所有组织中，铝经呼吸道进入人体后，肺铝含量在各器官中是最高的；经消 化道吸收时，肝、脑、血的铝含量水平增高。对于正常人，肺以外的其他组织的铝含量较恒 定，一般在2 m g k g 干重左右 1 7 1 。 1 2 2 人体铝的吸收与代谢 通常胃肠道是可溶性铝化合物的主要吸收通道，一般认为铝在体内的吸收部位在十二指 肠近胃端和胃，其吸收转运是通过一种主动而非能量依赖性过程吸收至十二指肠上皮粘膜的。 吸收依赖以下几个因素：铝的离子化程度、胃液p h 值、铝络合剂摄入量、甲状腺激素与维生 素d 的量、胃肠环境为铝化合物提供的离子化作用【1 6 1 。 正常情况下，肾脏可以排除吸收的全部铝，当铝的摄入量增多时，正常人的铝排泄量也 随之增多。但大量口服铝或胃肠道外长期给铝，即使肾功能正常，也会超过其排除能力，部 分被吸收的铝无法及时的排除体外就会蓄积在体内。 1 2 3 人体铝的生物活性 m 旷a t p 络合物在生命体系中是个重要的辅助因子，铝同样可以与a t p 形成a 】一a t p 络合物，而且铝与a t p 形成络合物的能力大于镁，铝与a t p 的络合主要在磷酸基上。在细胞 水平上的研究表明，由于高浓度铝抑制磷酸化反应，而造成血液里的a t p 水平和a t p a d p 比 值的下降。细胞内铝过量时，将干扰含a t p 和镁的磷酸转移酶系统，同时也干扰糖类的代谢 【17 1 。体外试验表明，铝可减少d n a 的合成，可影响r n a 聚合酶、核苷酸前体物或模板，造 成核苷酸前体物的掺入d n a 减少5 0 【1 7 l 。铝能刺激丙酮酸的酶促脱羧反应，抑制己糖激酶活 性，并抑制异柠檬酸转化为洳酮戊二酸f 1 7 】。己糖激酶需要m 9 2 + 参与，m 9 2 + 首先同a 1 1 p 结合， 形成酶的底物m g - a t p 络合物，当a 1 3 + 形成a i a t p 络合物后，就能干扰m g - a t p 的形成和 作用，成为己糖激酶的竞争性抑制剂。 1 2 4 人体铝的毒性与毒理 大量的研究显示，铝是一种对人体健康有害的元素，人们日常生活摄入不等量的铝，经 机体吸收，如果不能及时的排除体外，就会残留于人体组织中，从而在人体内蓄积并产生慢 性毒性。 3 两南大学硕十学位论文 ( 1 ) 神经毒性：神经系统是铝作用的主要靶器官。m o o r e 、c a m p b e l l l l 8 j i l 9 1 等研究发现，铝的 过量蓄积可能是导致老年痴呆症主要原因。唐焕文掣2 0 l 研究表明，铝可引起大脑顶叶、小脑 及海马神经元细胞数目减少，进而导致学习记忆障碍。电镜观察，染铝2 5 m g k 9 1 2 周组海马 神经细胞核内出现空泡变性，必然导致核的功能受损，可能影响到活跃且容易受到度性物质 攻击的正常染色体的功能，使其不能正常转录r n a ，从而相关结构蛋白质和功能受损。张本 钟等1 2 1 】研究发现，铝选择性的蓄积在海马神经元内，脑组织各部位神经元内的神经微丝微管 排列不规则，互相交织，核膜溶解，髓鞘分离，突触明显变性，这些病变会干扰轴突运输和 突触对递质的摄取，神经冲动通路受阻。黄国伟【2 2 】采用体外细胞培养法发现高剂量铝可以抑 制人胚大脑神经细胞的生长发育，神经细胞各种膜结构损害及神经微管微丝排列混乱。 ( 2 ) 骨骼毒性：现有的临床和研究表明，铝不仅阻止了骨的矿化，也抑制了骨的形成，产 生铝致骨软化f 2 3 1 。铝可以通过以下方面影响骨骼：竞争抑制c a 2 + 吸收并使甲状旁腺素浓度下 降，影响钙吸收；铝与胶原蛋白结合沉积骨上，抑制成骨细胞和破骨细胞增殖及功能；干扰 骨磷酸产生和骨内钙，磷结晶的形成【2 引。黄国伟等口5 1 采用无血清体外培养方法，观察不同剂 量铝对人胚成骨细胞生长及形态影响，结果显示高铝组细胞成活数显著低于对照组和低铝组， 而细胞变性坏死率则明显高于对照组和低铝组。说明高剂量铝可抑制体外培养的人胚成骨细 胞的生长发育，并对其产生一定的毒性作用。 ( 3 ) 免疫毒性：铝对免疫功能有明显的抑制作用。韦小敏等1 2 6 j 对体外培养人t 、b 淋巴细 胞的研究发现，铝对机体的t 、b 淋巴细胞生长密度有明显的抑制作用和对t 、b 淋巴细胞合 成分泌的细胞因子t n f 也有明显的抑制作用。 ( 4 ) 生殖毒性：铝对生殖细胞有致突变作用。王松鹤等【2 7 1 给雄性大鼠腹腔注射铝，发现睾 丸曲细精管萎缩，生精上皮细胞变性、坏死，临床表现为生精上皮细胞生精低下，发育阻断， 严重时，曲细精管中精母细胞、精细胞、精子仅残存一层精原细胞或支持细胞，似袖套状改 变。铝对体外培养小鼠卵母细胞影响的实验显示，铝可以显著抑制卵母细胞第一极体的释放， 这种抑制作用可能是由于铝离子在细胞中置换了镁离子，从而影响了微管的正常聚合，导致 有丝分裂器不能正常形成和正常移动，细胞分裂无法正常进行，铝可以使小鼠生殖细胞和骨 髓细胞染色体畸变率提高1 2 8 j ( 5 ) 胚胎发育毒性：张本钟等【2 1 】例通过体外实验，证实了a i c l 3 的胚胎发育毒性。高剂量的 铝实验组表现为畸形，神经管闭合不全，脑泡发育不良的头畸形和体翻转不全，胚胎死亡增 加不明显，小剂量实验组可抑制胚胎的生长发育和器官形态分化。 ( 6 ) 其它毒性：铝与肾病、肿瘤等疾病有一定的关系，另外，铝对造血功能也有毒性作用。 熊丽萍等报道，1 2 例肾病患者中，l l 例为高铝血症，占9 1 7 1 3 0 l 。龙际银等调查显示，在 食道癌高发区健康人和对照区健康人中，除铝元素外，其它元素如锌、铁、铍等均无显著差 异，至少说明，铝与食道癌有一定的相关性。据报道【3 2 1 ，铝是细胞性贫血和肾疾病晚期恶性 贫血的一个因素。 4 第一章文献综述 1 3 食品中铝的研究现状 食品与我们的生活息息相关，因此对食品中铝的研究对我们来说更具有现实的意义，只 有这样才能更好的预防铝害的发生。 1 3 1 食品中铝的来源 食物中铝的主要来源为天然存在的铝、含铝添加剂、饮用水中的铝以及烹调、储存的铝 制炊具和容器中迁移出的铝。 铝普遍存在于食物中，但一般食物中含铝量都较小。不过面制食品由于在加工过程中使 用了含铝添加剂( 钾明矾和铵明矾、发酵粉等) 作为膨松剂，因此这类食品含有较大量的铝。饮 用水中净化广泛用铝盐作混凝剂，使经过处理的水铝含量增高。在水处理过程中，沉淀、气浮 等许多工艺都要投加混凝剂。这样虽然去除了铝以外的某些杂质，但是水中的铝浓度很高， 一般即使经过沉淀大约仍有1 1 的铝残留于水中，目前的常规净水工艺很多铝离子进入并穿透 滤层。铝制炊具、容器也是食物铝的主要来源之一，由于氧化膜的保护作用，通常条件下的 铝制炊具迁移到食品中铝量是很少。铝制炊具溶入水中的铝随温度的升高和时间延长溶出量 增加。王伟君例报道，持续煮沸6 0 m i n 铝制容器中水( 铝含量0 1 5 4 - 0 0 2 m g l ) ，能使铝溶出 总量增大( 0 7 5 o 2 0m g l ) ，放置2 4 h 后，水铝量增至1 2 0 o 2 0 m g l ，在铝锅中加4 h c i 溶液，则水铝含量明显增加，煮沸5 r a i n ，铝达到1 5 0 _ + 0 0 2 m g l ，煮沸3 0 m i n ，铝含量为 7 o o _ 4 - 0 1 5 m g l ，而且其中具有生化活性的单体铝也占有相当的比例。 1 3 2 食品中铝的含量与分布 铝在各类食物中含量差别较大，其规律表现为植物性食品高于动物性食品。植物性食品 中，以干豆类含量最高，粮谷类次之，蔬菜、水果类最低；动物性食品中，畜禽类稍高，蛋 奶鱼较低，有的甚至未检出；饮料和调味品中铝含量共低，但茶叶铝含量则极高。未加工的 蔬菜、水果、粮谷、动物性食品一般含量 1 0 m g k g ，尤其是含水较多的蔬菜、水果等 0 3 m g k g ， 但茶叶的含量高达3 2 0 4 8 5 m g k g ，粮食类1 2 6 m g k g ，蔬菜、水果类4 9 m g k g ，鱼、肉类 1 7 m g k g ，酒及饮料类1 1 m g k g ，调味品1 2 m g k g l 3 4 1 。铝含量较高的食物主要是一些面制加 工食品，如油条、粉丝、糕点、挂面等，这主要是由于在加工过程中使用了含铝添加剂作为 膨松剂的缘故。吴英等3 5 1 对面食中铝含量的调查分析结果表明，蒸的面食的平均铝含量为 5 0 m g k g ，符合卫生标准( 一1 0 0 m g k g ) 的占9 5 2 ；而油炸面食中铝平均含量为3 0 2 m g k g ，超 标率为4 2 ，其中油条超标率达8 0 ，最高值为1 7 9 0 m g k g ：烘烤面食( 面包) 平均铝含量为 1 2 6 m g k g ，超标率为5 5 。 1 3 3 食品中铝的危害现状 透析液中高浓度的铝是导致d e 的病冈，环境中吸收的铝可能与a d 有关系，长期职业性 的铝接触会导致许多职业性铝病。w h o f a o j e c f a 提出成人每天允许摄入铝量为6 0 m g ，我 5 两南大学硕十学位论文 国人体普通膳食铝摄入量为4 5 9m g d ，进食铝添加剂的面制品后，摄入量可达3 3 8 8m g d 【3 6 j 。 尽管人体从食物中摄入的铝不是导致许多铝病的主要原因，但长期使用铝含量较高的食物会 使铝在体内蓄积，其危害是显而易见。含铝超标的食物主要是使用了含铝添加剂的面制食品。 江苏质检中心2 0 0 6 年1 月1 9 号的检验报告显示：康师傅香橙牛奶、奶油和巧克力口味的妙 芙蛋糕铝含量分别为5 0 2 、3 9 7 、3 1 2 m g k g 。2 0 0 6 年4 月上海市质监局公布抽查糕点产品5 3 种，合格4 3 种，1 0 种不合格产品中有9 种糕点铝含量超标。何福德等对广西部分地区的面点 进行随机采样，6 类面点1 5 3 份样品，总合格率为3 9 2 ；其中，面包类、油条类、蛋糕类、饼 干类、油炸小食类、其它类的合格率分别为：6 5 5 、4 8 、2 8 1 、7 2 4 、2 0 2 、2 9 4 0 5 。 方亚敏等嗍采集上海4 个品种9 4 份样品按国家标准进行铝含量检测。以油条铝含量最高，合 格率仅为5 3 5 ，馒头合格率8 1 8 ，糕点合格率8 5 7 。饼干合格率1 0 0 0 5 。铝含鼍超标不仅 影响了食品的商品品质，而且对食用者的健康产生危害。 1 4 食品中总铝的定量方法 常量铝的测定主要有直接滴定、返滴定、原子吸收等几种，由于原子吸收需用n 2 0 一c 2 h 2 火焰，成本较高，直接滴定法存在终点不完全特点，返滴定法金属离子干扰较多等原因，一 般只适用于工业铝的测定。铝在食品中一般为微量或痕量元素，常用的测定方法有分光光度 法、石磨炉原子吸收光谱法、质谱法和电感耦合等离子发射光谱法等。 1 4 1 食品预处理工艺中的消解方法 测定食品中的铝首先要进行样品的处理，国际通用的样品处理方法是湿法消解，该法的 缺点是对于含油脂多的样品效果不好，消化时间长，消耗硝酸量大，赶酸不彻底造成高氯酸 残留，无论是用分光光度法还是石墨炉法进行检测，都会引入负干扰，严重影响检测结果的 准确性。实验证明，5 0 m l 消化液中残留0 1 m l h c l 0 4 即可对吸光度产生影响，从而直接影响 测定的结果【3 9 】。陈春祝等p 9 1 选用h n o 广m 2 s 0 4 h 2 0 2 取代h n 0 3 h 2 s 0 4 n h c l 0 4 作为消化 体系，取得了同等效果，且操作易控制、终点好掌握、测定结果稳定，同时大大减少了消解 时间。谢金成和唐孝富f 4 0 1 采用干法灰化与国标法比较差异无统计学意义，本法解决了样品中 油脂含量高，湿法消化样品时油脂难消化的问题，同时，不使用h c l 0 4 减少对实验操作人员 可能产生的人体危害和环境污染。但在高温条件下铝容易生成难溶的氧化铝异构体，使测定 结果偏低。高岐等【4 l 】采用微波消解的方法进行样品处理，测定结果与国标法相比无显著性差 异，并且大大减少了取样量和溶剂量，缩短了样品的测定周期( 湿法消解的时间为8 h ，此法 只需6 7 m i n ) ，易于批量样品的分析，提高了测定的效率，减少了环境污染和环境对测定的 干扰。 1 4 2 微量及痕量铝的测定 ( 1 ) 分光光度法 6 第一章文献综述 普通光度法，以铬大青s 为显色剂的方法应用最多，但由于其灵敏度不高( 摩尔吸收系 数多在1 0 4 数量级) ，易干扰及操作过程较繁琐等问题，对该方法进行了较多的改进，主要是 加入各种表面活性剂形成多元络合物以增敏、增溶，或使用其它显色剂。谢金成和唐孝剖4 2 j 采用生活饮用水卫生规范中乙二胺一盐酸缓冲液，铝在聚乙二醇辛基苯醚( o p ) 和溴代 十六烷基吡啶( c p b ) 的存在下与铬天青s 反应生成蓝色的四元络合物，提高了方法的灵敏度， 具有相当高的精密度与准确度，同时减少了试剂的配制，降低了工作量，更加适合大批量样 品的同步检测。赵国坡等【4 3 】采用离子液体与表面活性剂联用明显的提高了传统的分光光度法 的灵敏度，在体系( 铬天青s + 曲拉通x 一1 0 0 + a 1 ) 加入氯化一卜丁基一3 一甲基咪唑，和没有加入时 吸收度相比明显增加。欧阳立群等【删用依莱铬氰作显色剂，铝在聚乙二醇辛基苯醚( o p ) 和 十六烷基三甲基溴化铵( c 吓怕b ) 的存在下与依莱铬氰反应生成四元络合物，吸光度与铝浓 度在0 0 0 5 0 4 0 0 1 唱, m l 范围内呈良好线性关系，相关系数r = o 9 9 9 9 ，方法检出限为 0 0 0 5 p g m l ，本方法简便、快捷、稳定，并且有较好的精密度和准确度。张捷莉等1 4 5 】用水杨 基荧光酮为显色剂，十六烷基三甲基溴化铵( c t m a b ) 为增敏剂同样取得了较好的测定效果， 在o o 2 弘g m l 范围内吸光度与浓度有良好线性关系，相关系数r = 0 9 9 9 2 ，回收率为9 3 1 0 3 。 ( 2 ) 石磨炉原子吸收光谱法 石磨炉原子吸收光谱法是一种准确、精密、可靠的分析方法，但对仪器要求较高，需要 较高的原子化温度，仪器易受损伤。提高方法的灵敏度，减少其它元素的负干扰一直是人们 研究的方向，目前主要是加入基体改进剂来减少干扰。陈素军掣4 6 】以乙酰丙酮( 含体积分数2 0 的乙醇) 为基体改进剂，石墨炉原子吸收法测定食品中的铝，方法的线性范围在0 0 1 4 0 “g m l ，相关系数r - - 0 9 9 9 4 ，检出限为0 0 0 5 6 5 肛g m l ，加标回收率为9 1 0 - - - - 9 5 5 ， 相对标准偏差r s d = 5 7 1 ，与国标法相比减少了人为误差，有较高的灵敏度和准确度，重现 性好，适合大批量样品的检测。邰春娇等用硝酸镁作为基体改进剂，石墨炉原子吸收光谱 法测定面制食品中铝，检出限为0 0 0 4 8 “g m l ，相对标准偏差r s d = 0 1 3 6 - - - 0 1 8 8 之间，回收 率在8 8 8 1 0 5 5 之间。 ( 3 ) 极谱法 极谱法测定食品中的铝具有灵敏、准确、简便、快速等优点。郑彬等【4 8 1 在p h 7 6 以三乙 醇胺、茜素红、磷酸二氢钠作混合底液，用示波极谱法测定茶叶中的铝，在0 0 0 0 5 , - - - 0 2 5 0 0 嵋几 范围内，峰电流与铝含量呈良好的线性关系，该方法相关性好( r = o 9 9 9 9 ) ，线性范围宽，加 标回收率为9 6 6 1 0 3 8 ，方法检出限为0 0 0 0 5 g m l 。李敏娇等1 4 9 1 用同样的方法测定了啤酒 中铝的含量同样取得了令人满意的结果。梁朝河等【5 0 】在p h 3 6 的乙酸一乙酸铵缓冲溶液，2 一 羟基一3 一萘酸中用示波极谱法测定茶叶中的铝也取得了满意的效果。 ( 4 ) 电感耦合等离子体发射光谱法 电感耦合等离子体发射光谱法( i c p _ a e s ) 及电感耦合等离子质谱法( i c p m s ) 灵敏、 7 两南火学硕十学位论文 准确、快速、精密度好、检出限低、干扰小，是权威性很高的痕量铝的检测方法，但由于仪 器尚未普及，应用受限。李春野等剐用i c 卜a e s 法测定油条中的铝含量，检出限为 0 0 1 5 1 x g m l ，相关系数r = 0 9 9 9 9 ，取得了满意的测定效果。林松和陈湘君【5 2 1 用i c p m s 法测 定面制食品中的铝，仪器检出限为0 1 2 n g m l ，测定的相对标准偏差小于5 2 ，加标回收率 9 0 4 一- 9 7 6 。相比于分光光度法，i c 卜m s 用于面制食品中铝的测定灵敏度更高，检出限更 低，重现性更好，完全能够满足实际检测的要求。 1 5 铝形态分析的研究 研究表明，铝的毒效应往往不是由总锅浓度引起，而是与其具体的形态密切相关。因此 测定铝在食物中的具体形态，对探讨铝的毒理学行为具有十分重要的意义。从毒性的角度来 看，不稳定的自由铝和单核羟基铝毒性最大，铝与氟形成的配合物次之，铝与有机物形成的 配合物则无毒。分析食物中的铝形态，特别是有毒的无机单核铝形态，比单纯测定总铝更有 意义。 1 5 1 离子交换色谱法( ie c ) i e c 所用的流动相为水溶液的缓冲体系，所有的检测在柱后完成，因此不会导致分析过程 中铝的形态发生变化。d r i s c o l l 最早建立了区别天然水中可溶性单核铝( a l a ) 、无机单核铝( a 1 1 ) 和有机单核铝( a l o ) 的实验方案，即：在阳离子交换柱上，将无机单核铝与有机单核铝分离， 总铝和被洗脱的有机单核铝的差值即为无机单核铝的量。该方法长期以来作为水中铝形态分 级的基准方法【5 3 1 。 1 5 2 反相高效液相色谱法( r p - h p l c ) 该方法需要经过柱前衍生形成，生成结构明确、稳定性好的螯合物，所以主要用于分类 形态分析。l i a n 掣5 4 1 对r p h p l c 柱前8 - h q 衍生、紫外检测法对测定铝的方法进行了全面的 最佳化，并测定了1 0 种饮用水和天然水样，检测灵敏度提高至0 1 n g 。s a t o 掣5 5 1 建立了用8 - h q 作为铝的衍生试剂、动力学差示模式r p h p l c 荧光检测铝的方法，实际用于饮用水中铝的测 定，最小检测质量浓度为1 烬几。该方法的最大特点是样品中除铝以外的其他金属离子均没有 响应，具有独特的选择性。 1 5 3 荧光分光光度法 荧光分光光度法可快速测定天然水中铝形态，方法具有灵敏度高、仪器价廉等优点，铬 蓝黑r ( e b b r ) 作为一种常用于金属离子测定的有机配体，可与铝离子在乙酸铵一乙酸缓冲溶液 中生成配合物。本研究小组冈曾以e b b r 为配体示波计时电位法测定了天然水中的无机单核 铝。8 - h q 能够快速地与水合游离铝离子( a 1 3 + ) 、羟基铝、硫酸铝以及氟化铝等配位，还能有 效地竞争有机小分子结合铝，因此，8 - h q 可以被用来测定总单核铝【5 7 1 。 8 第一章文献综述 有效的分离方法和检测技术的有机结合是形态分析的关键，联用技术是形态分析发展的方 向。 1 6 机体铝负荷指标和铝螯合剂的研究进展 机体内有大量铝时，发铝含量增高，发铝可作为机体铝负荷指标。发铝大于6 0 p p m ，表 明体铝显著增高，小于1 0 p p m 时，表示无毒性，1 0 2 0 p p m 表示可疑，大于2 0 p p m 时则表示 中毒。骨也可作为机体铝负荷指标，但不易获得。血铝量也可作为机体铝负荷指标，血清铝 大于2 0 0 昭l ，机体会出现症状。 目前，临床上普遍采用螯合剂治疗金属中毒性疾病。去铁胺( d f o ) 是一种应用广泛的铝螯 合剂，但其具有价格高、毒副作用大、半衰期较短且必须非胃肠道给药等缺点。1 ，2 一二甲基 - 3 - 羟基- 4 - p l 七啶酮( d h p o ) 是一种口服有效的铁螯合剂，具有分子量小、口服易吸收且毒副作 用小等优点。根据f e 3 + 与a 1 3 + 所带电荷相同、离子半径相近等特点，许多科学工作者将d h p o 作为新型铝螯合剂进行动物实验，发现d h p o 对实验动物体内铝的排出有明显的效果。禚金 花等【5 8 1 1 5 9 1 【6 0 1 毒理学实验发现d h p o 在促进肝脏排铝的同时，对肝脏中锌、铜、铁、钙、镁含 量无影响，且在一定剂量范围内对谷草转氨酶、碱性磷酸酶活力具有恢复作用，对胆红素未 产生明显的影响，对肾脏中锌、铜、铁、钙、镁含量无影响，且能使受损的肾功能得到一定 程度地恢复。 1 7 结束语 减少铝害首先要做的就是保护环境，改进各类铝工业生产的工艺，做好废水治理工作， 减少铝的排放，从而减少铝在土壤中的残留。其次就是改善生产工艺包括饮用水的生产、输 送工艺和食品生产工艺。改变絮凝剂的形态和种类，部分或全部用铁盐替代铝盐，降低水中 余铝的含量；在食品加工过程中尽可能少使用含铝的添加剂，严格按照国家标准使用添加剂， 采用新型无铝膨松剂，减少食品中锅残留；还要尽可能少用或不用铝制炊具烹调食物，即使 使用铝制炊具，最好不烹调酸碱性食物，不长时间盛放含糖、盐的腌渍物和富有蛋白质的食 品。饮用硅含量丰富的矿泉水，食用含硅丰富的食物，如水果、新鲜蔬菜等，可能有助于降 低人体体液内的铝浓度，因为硅元素能够迅速地将铝转化为铝硅酸盐而排出体外。 食品监管部门要加大宣传的力度，提高食品生产者和广大消费者对铝毒害的认识，自觉 减少铝食品添加剂的应用和抵制高含铝食品；同时，监管部门要加强高含铝类食品的监督、 检测，为预防铝对人体的危害提供科学依据，保障大家的食品安全。由于现行的国家食品添 加剂卫生标准( g b 2 7 6 0 8 6 ) 对含铝食品添加剂的容许使用范围和最火使用范围尺度较宽，这对 控制食品中含铝量是不利的，应尽快修订标准，限制含铝食品添加剂的使用范围，修订容许 使用范围和最大使用范围的限量，这也是降低面制食品中铝含量过高的关键控制措施。 9 两南大学硕+ 学位论文 第二章绪论 2 1 研究目的和意义 微量元素与人体健康的研究是当前的重大热门课题，铝与人体健康息息相关。铝广泛存 在于自然界中，是地壳丰度最大的金属元素。食品工业中将铝化合物如铝矾等作为膨松剂用 于食品中，将含氧化铝的高岭土等作为助滤剂直接用于食品加工，利用金属铝的优良理化性 质，直接用作食品包装材料和食品机械材料广泛应用。医药行业利用铝离子的两性用作抗胃 酸药，将高岭土等作吸附稀释剂等用于多种片剂和胶囊。日常生活中金属铝和铝的化合物制 品同样被广泛应用，如铝制炊具和厨具。 随着人们对铝的研究逐渐深入，对铝的生物毒性的认识，铝与人体健康的关心也渐渐被 揭示，食源性铝及其危害已引起人们的普遍关注。当铝在人体内富集到一定数值，就会引起 病变，诸如老年性痴呆症，记忆力减退；使骨质变得疏松软化；肾功能失调，肾衰竭及尿毒症； 使血液和心血管发生疾病；对体细胞及生殖细胞有致突变的作用等。w h 0 f a o 于1 9 8 9 年正式 将铝确定为食品污染物加以控制，提出人体铝的暂定摄入量为7 m g k g b w ，我国也于1 9 9 4 年 提出了面制食品中铝的限量卫生标准( l o o m g k g ) 。 尽管人体从食物中摄入的铝不是导致许多铝病害的主要原因，但长期食用铝含量超标的 食物会使铝在人体蓄积，其危害是显而易见的。正是由于铝的生物毒性作用使我们有必要对 食品中的铝含量进行定量研究，并在此基础上对市售食品进行铝污染评估。 应用于微量和痕量铝定量的方法很多，主要有分光光度法、石磨炉原子吸收光谱法、质 谱法和电感耦合等离子发射光谱法等。综合考虑众多因素，本文选择对铝定量应用较多的铬 天青s 比色法和铝试剂法两种方法进行比较性研究，从而选择一种精密度高、重现性好、简 单易操作又适合本实验室条件的方法对所采集样品进行定量分析，并对该方法的相关实验条 件进行优化。 在重庆这样一个特定的饮食文化背景下，对市售食品中铝含量的调查分析目前尚未见有 文献报道，应用铬天青s 比色法对重庆市售食品进行铝污染情况的定量分析，从而对其铝污 染情况进行评估，并在此基础上对一部分样品中的铝进行形态分析。本研究旨在对重庆市售 食品中总铝含量及对人体危害较大的无机单核铝进行定量分析，为卫生监督执法、保障人民 的健康以及督查、指导面制食品生产单位合理使用含铝添加剂提供依据，让更多的人认识铝 害并远离它。 2 2 研究内容和方法 ( 1 ) 分别使用铬天青s 比色法、铝试剂法对标准铝溶液进行测定，从实验条件的限制、仪 器普及的程度、实验的可操作性、实验的精密度、准确度、灵敏度以及实验的重现性等方面 综合评价。选择一种合适的测定方法并对其进行条件优化。 两南大学硕十学何论文 ( 2 ) 在( 1 ) 的基础上应用所选出的一种测定方法对重庆市市售食品的总铝含量进行定量分 析。 ( 3 ) 应用荧光分光光度法对部分样品中的铝进行形态分析，从而确定其对人体危害较大的 无机单核铝的含量。 1 2 第二章食品中总铝含帚测定方法的优选、优化 第三章食品中总铝含量测定方法的优选、优化 食品中总铝含量的定量方法很多，分光光度法是国际传统经典方法，其中尤以铬天青s 和铝试剂作为显色剂的最多。本章主要对铬天青s 比色法、铝试剂法进行研究和比较，从而 找到一种适合本实验室条件而又较易应用于生产实际的方法，并对方法的实验条件进行优化。 3 1 铬天青s 比色法 样品经处理后，三价铝离子在乙酸一乙酸钠缓冲介质中，与铬天青s 及溴化十六烷基三 甲胺反应形成蓝色三元络合物，于6 4 0 n m 波长处测定吸光度并与标准比较定量。 3 1 1 材料与方法 ( 1 ) 试剂 6 0 t o o l l 盐酸( 量取5 0 0 m l 浓盐酸，加水稀释至1 0 0 m l ) 、1 ( v v ) 硫酸溶液、 硝酸、双氧水、氟化钠、硝酸镧、三氯化铁、高氯酸。 乙酸一乙酸钠溶液：称取3 4 0 9 乙酸钠( n a a c 3 h 2 0 ) 溶于4 5 0 m l 水中，加2 6 m l 冰乙 酸，调p h 至5 5 ，用水稀释至5 0 0 m l 。 0 5 9 l 铬天青s 溶液：称取5 0 0 m g 铬天青s ，用水溶解并稀释至1 0 0 m l 。 0 2 9 l 溴化十六烷基三甲胺溶液：称取2 0 0 m g 溴化十六烷基三甲胺，用水溶解并稀释 至1 0 0 m l 。必要时加热助溶。 1 0 o g l 抗坏血酸溶液：称取1 0 9 抗坏血酸，用水溶解并定容至1 0 0 m l 。临用时现配。 铝标准贮备液：准确称取4 4 7 2 9 氯化铝( a i c l 3 6 h 2 0 ) ，溶于纯水中，定容到5 0 0 m l ，该 溶液每毫升相当于l m g 铝。铝标准使用液：吸取1 0 m l 铝标准贮备液，置于1 0 0 m l 容量瓶 中，用水稀释至刻度，再从中吸取5 0 m l 于5 0 m l 容量瓶中，用水稀释至刻度。该溶液每毫 升相当于l p g 铝。 以上所用试剂均为分析纯。 ( 2 ) 仪器 7 2 2 可见分光光度计 笔式p h 计( p h f 一8 型) f a 2 0 0 4 电子天平 ( 3 ) 样品处理 上海菁华科技仪器有限公司 上海虹益仪器仪表有限公司 上海恒平科技仪器有限公司 将样品( 不包括夹心、夹馅部分) 粉碎均匀，取约5 o g 置8 5 。c 烘箱中干燥4 h 后，称取 1 o g ，置于5 0 m l 消著管中，加数粒玻璃珠，加1 0 0 m l h n o a 、0 5 m l h 2 s 0 4 、2 0 m l h 2 0 2 ， 静置过夜，陈化。先在水浴锅中7 0 c 消煮2 h ，然后升至1 0 0 。c 消煮2 h ，最后在可控电炉上控 制温度1 5 0 。c 至消煮液无色透明，管中消煮液剩约1 - 2 m l 。若加热过程样液变棕色，应补加 h n o a 2 5 m l 。加入l m l 体积分数为5 0 ( v ) 的盐酸，用水冲洗消化管内肇，取下冷却后用水定 1 3 两南大学硕十学位论文 容至5 0 m l 量瓶中。同时做两个试剂空白。 ( 4 ) 测定步骤 吸取0 0 、0 5 、1 0 、2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 m l 铝标准使用液( 相当于0 0 、0 5 、 1 0 、2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 9 9a i ) 分别置于2 5 m l 量瓶中，依次向各瓶中加入1 0 m l l 硫酸溶液。吸取1 0 m l 消化好的样品液，置于2 5 m l 量瓶中。向标准瓶，样品瓶，试剂空 白瓶中依次加入8 0 m l p h 值5 5 的乙酸一乙酸钠缓冲液，1 0 m l l 0 0 9 l 抗坏血酸溶液，混 匀，加2 0 m l 0 2 9 l 溴化十六烷基三甲胺溶液，混匀，再加2 0 m l 0 5 9 l 铬天青s 溶液， 混匀后，用水稀释至刻度。2 0 c 下放置2 0 m i n ，用l c m 比色管，于分光光度计上，以零管调 零点，于6 4 0 n m 波长处测吸光度，绘制标准曲线比较。 ( 5 ) 计算公式 x 出1 。胞卜1 唠。) 川。 式中：x 一样品中铝的含量，m g 蝇； a 1 一测定用样品液中铝的含量，g g ； a 2 一试剂空白液中铝的含量，l a g ； m 一样品质量，g ； v 1 一样品消化液总体积，m l ； v 2 - 测定用样品消化液体积，m l 。 3 1 2 标准曲线的绘制 按照本方法对8 个不同浓度的标准系列进行吸光值测定，平行测定6 次取平均值结果见 表3 - 1 。绘制标准曲线如图3 - 1 所示，回归方程a b s = 0 0 9 4 2 c + 0 0 1 1 9 ，r = 0 9 9 9 4 。铝离子浓 度在0 1 0 0 9 9 2 5 m l 范围内符合朗伯一比耳定律，线性关系良好。 表3 - 1 标准系列的吸光值 t i b 3 1a b s o r b a n c eo fs t a n d a r dc o l o rs e r i e s 1 4 第三章食品中总铝含量测定方法的优选、优化 1 2 l 0 8 篓o 6 餐 0 4 o 2 o 02 4681 01 2 铝标准序列浓度( i lg 2 5 m l ) 图3 - 1 标准曲线 f i g 3 一ls t a n d a r da b s o r p t i o nc u r v eo f a l ( m ) - c a s c t m a b 3 1 3 波长响应曲线 吸取标准溶液2 0 m l 置于2 5 m l 量瓶中，依次加入1 o m l l 硫酸溶液、8 o m l p h 值5 5 的乙酸一乙酸钠缓冲液、1 0 m l l 0 0 9 l 抗坏血酸溶液，混匀，加2 o m l o 2 9 l 溴化十六 烷基三甲胺溶液，混匀，再加2 o m l o 5 9 l 铬天青s 溶液，混匀后，用水稀释至刻度。并 做试剂空白。2 0 。c 放置2 0 m i n ，于分光光度计上在4 7 0 7 8 0 n m 之间对标准溶液进行光谱扫描。 得到a l ( ) - c a s c t m a b 对试剂空白吸收光谱曲线如图3 2 所示。 0 2 5 o 2 j 四0 1 5 螂 米 整0 i 0 0 5 o 4 5 04 7 55 0 0 5 2 5 5 5 0 5 7 5 6 0 0 6 2 5 6 5 0 6 7 5 7 0 0 7 2 5 7 5 0 7 7 58 0 0 测定波长( r i m ) 图3 - - 2 吸收光谱图 f i g 3 2a b s o r p t i o ns p e c t r a 1 5 两南大学硕十学何论文 由图3 - 2 可以看出在6 4 0 n m 处吸光度值最大，因此本实验选择6 4 0 n m 作为吸收波长来进行 铝的定量。 3 1 4 时间响应曲线 吸取标准溶液2 0 m l 置于2 5 m l 量瓶中，依次加入1 0 m l l 硫酸溶液、8 0 m l p h 值5 5 的乙酸一乙酸钠缓冲液、1 0 m l1 0 0 9 l 抗坏血酸溶液，混匀，加2 0 m l 0 2 9 l 溴化十六 烷基三甲胺溶液，混匀，再加2 0 m l0 5 9 l 铬天青s 溶液，混匀后，用水稀释至刻度。同 时做试剂空白。2 0 。c 下放置5 、1 0 、1 5 、2 0 、3 0 、4 5 、6 0 、1 2 0 、1 8 0 m i n ，分别测定吸光值， 平行测定做标准差如图3 3 所示。 悭 枭 馨 51 01 52 03 04 56 01 2 01 8 0 显色时间血i n ) 图3 - 3 显色时间对标准溶液吸光度的影响 f i g 3 - 3c o l o rt i m eo na b s o r b a n c eo fs t a n d a r ds o l u t i o n 由图3 - 3 可以看出，显色时间少于2 0 m i n ，吸收值偏低，显色不完全，2 0 m i n 后基本稳定， 试剂空白及络合物在2 h 之内基本上都是稳定的，但最好的2 0 m i n 到6 0 m i n 这段时间内定量， 本实验选择2 0 m i n 测定。 3 1 5p h 值响应曲线 分别吸取