面制食品中Al含量的测定方法

1、面制食品中Al含量的测定方法摘 要：旨在探讨食品中的铝检测方法的发展趋势；通过讨论前处理的优化，分析分光光度法、原子吸收光谱法和电感耦合等离子法检测铝的原理、方法和检测结果，得出结论：超高压微波消解技术更有利于含铝样品的前处理，电感耦合等离子体质谱法是食品中多元素同时、快速分析检测研究的前沿，在食品中铝和其他元素含量的检测方法研究领域具有广阔的应用前景。关键词：面制食品；铝；检测方法铝普遍存在于自然环境和动植物体内，并广泛应用于人类的日常生活中，如各种铝制炊具、容器、水处理剂、食品添加剂、临床药物如抗胃酸药物等。大量研究表明：铝在人体内积蓄至一定的量后，会对人体产生慢性毒性，危害人体的健康，因

2、此，1989年世界卫生组织对铝的安全性经过多次评估后，正式将铝确定为食品污染物进行管理，并暂定铝每周摄入量（包括食品添加剂）为7mg/kg。2006年6月，国际专家委员会再度评估铝的安全性，认为即使铝在低于目前制定的安全参考值的剂量，仍然有可能影响实验哺乳动物的生殖系统和发育中的神经系统，因此决定暂定每周可容忍摄入量为1mg/kg。2012年3月，欧洲食品安全局（EFSA）建议将铝允许周摄入量降低到1mg/kg/周，EFSA认为欧盟的大部分消费者，尤其是儿童对铝的摄入量超过了现有的允许摄入量。我国对食品中的铝的限量也有要求，GB2762-2005食品中污染物限量规定，面制食品中铝的限量为100

3、mg/kg。目前，我国公布的食品中铝含量的检测方法有分光光度法和电感耦合等离子体法，研究比较多的还有原子吸收光谱法、荧光分析法和中子活化分析法等，上述方法各有优势，其中比较成熟的是第一种方法，研究的热点则集中在电感耦合等离子体法。1. 食品中铝的来源与含量铝在自然界的土壤、淡水和海洋中的含量甚微，原因是铝的化学性质与pH密切相关，酸性条件（pH6.0）或碱性条件（pH8.0）下，铝的含量会急剧升高。人类从食品中摄入铝的来源主要有：饮用水、动植物自身含有或从土壤中吸收的铝、铝制炊具和容器、食品添加剂等。天然水中的铝含量很低，自来水由于使用明矾做净化剂，水中铝的含量比天然水高，卫生组织和大部分国家

4、对水中的铝都规定了限量，瑞士为0.05mg/L，美国为0.050.2mg/L，我国、欧共体和卫生组织规定不得高于0.2mg/L。另外，高氟地区使用铝盐除去水中的氟也会造成饮用水中的铝残留。大部分动植物性食品中的铝含量很少，主要源于植物生长过程中吸收土壤和水中微量的铝；不过有研究表明，一些香料和芳香植物中铝含量为较高，平均为3.7456.50g/g（干重）；晾干的山茶中铝的含量也高达501500mg/kg。我国研究人员对日常食物中铝含量的调查结果显示：大部分食物的铝含量小于10mg/kg；其中铝含量较少的食品为酒和饮料1.1mg/kg，较高的食品为粮食类12.6mg/kg，调味品为1.2mg/k

5、g，肉类为1.7mg/kg，蔬菜水果类为4.9mg/kg；茶叶中铝的含量最高，为400mg/kg1400mg/kg，平均值为940.5mg/kg。另外，面制食品由于加工工艺的原因添加了含铝添加剂如明矾（硫酸铝钾）或泡打粉（硫酸铝钾、碳酸氢钾、磷酸钙）等，使得这些食品中的铝含量较其他食品偏高。2010年我国面制食品中铝含量的文献调查数据显示：油条、粉丝、馒头、蛋糕和膨化食品等食品不同程度的存在铝含量超标的分析检测食品工业2012年第33卷第11期192问题。2. 前处理方法人摄入铝的来源有水、食品、药品和铝制炊具等，其中水中铝的检测无需前处理，可以直接取样或过滤膜后检测；食品中的面制食品（如蛋糕

6、、面包、桃酥、馒头和膨化食品等）、豆类制品、水产品和茶叶中含有较高的铝，需要前处理过程。样品前处理有三种方法：湿法、干法、微波消解法。2.1 湿法GB/T5009.182-2003面制食品中铝的测定中采用湿法处理样品，该方法的不足之处是试剂用量大，杂质干扰多，空白值偏高，而且需要用到强腐蚀性的浓硝酸、高氯酸和硫酸。不易驱除干净，会造成显色不灵敏，回收率低(同时消化处理过程耗时很长，消化中会产生大量的有毒有害气体，给操作人员和环境带来很大危害,对测定结果影响较大2.2干法干法处理样品在灰化前需要将样品炭化完全，避免灰化过程中着火，造成损失；样品通过灰化，可以消除有机物的干扰，有利于仪器的测定，缺

7、点是需要严格控制灰化的温度和时间，否则铝会有损失，造成检测结果偏低。2.3微波消解微波消解仪消解样品，消化时间短，试剂用量小，安全、环保；缺点是仪器价格较高，对于蛋白和油脂含量高的样品，在微波消解前仍需要预消解。且受到微波消解仪的限制，不适宜大批量样品检验2.4超高压微波消解超高压微波消解仪解决了样品预消解的问题，样品加入试剂后无需预消解，可以直接进入微波消解仪进行消解，缩短了处理时间，但成本较高。3. 测定方法近年来，微量、痕量元素的分析研究成为热点，与之配套的各种分析仪器飞速发展，同时带动了许多先进分析检测方法应用到食品检验中，如原子吸收分光光度法、氢化物发生原子荧光光谱法、电感耦合等离子

8、体原子发射光谱法等。目前国内有关食品中铝的检测标准主要有GB/T5009.182-2003面制食品中铝的测定、GB/T8538-2008饮用天然矿泉水检验方法、GB/T23374-2009食品中铝的测定电感耦合等离子体质谱法和DB13/T1105-2009食品中铝的测定石墨炉原子吸收法。3.1分光光度计法分光光度法是应用于食品检测行业较为普遍的方法。分光光度仪操作简单，价格便宜，适合检测食品中常量、微量的铝。例如GB/T5009.182-2003面制食品中铝的测定采用分光光度计法，以铬天青S为显色剂测定样品中的铝含量，检出限为0.5g；GB/T8538-2008饮用天然矿泉水检验方法中“铝试剂

9、分光光度法”的检出限为0.5g，“铬天青S分光光度法”的检出限为0.2g。也有一些研究人员采用其他显色剂，如贺萍等人采用芦丁与铝的显色反应测定海洋生物样品，线性范围为00.6mg/L；赵玉霞采用铍试剂为显色剂测定水中的铝。总之，分光光度法适合检测食品中常量的铝，方法简单、检测结果可靠、检测费用低，缺点是检测过程容易受到一些因素影响，如显色时间、显色温度、溶液的酸碱度和体系内其他组分特别是阳离子的干扰，而且需要配制多种试剂，试剂的处理也会对环境造成一定的污染。3.2原子吸收光谱法（AAS）自十九世纪五十年代中期至今，原子吸收光谱法（AtomicAbsorptionSpectrometry，AAS

10、）作为能够检测60多种微量、痕量金属元素的方法，被广泛应用在农业、生物、医药、食品、矿业和环境领域。原子吸收光谱仪的关键部件是原子化系统，按照原子化装置的不同可以分为火焰原子吸收光谱法（FlameAtomicAbsorbSpectrometry，F-AAS）、石墨炉原子吸收法（GF-AAS）和氢化物发生原子吸收光谱法（HGAAS），适合检测铝元素的是前两种方法。目前，由于安全问题和关键部件损耗大等问题，利用上述方法检测食品中铝的含量仍停留在方法研究阶段，至今未有相关国家标准公布。3.2.1火焰原子吸收光谱法（F-AAS）火焰原子吸收法测定食品中的铝具有快速、准确等特点，但测定痕量铝时仍要预先富

11、集。火焰原子吸收法的核心部位是原子化系统，原子化系统的作用是将样品中的待测元素转化为自由态的原子蒸气，并不是所有的金属元素都能够被充分气化，火焰原子吸收光谱法中常用的气体混合物有空气煤气（丙烷），火焰温度为18401925；空气乙炔，火焰温度为2300；氧化亚氮（笑气）乙炔，火焰温度为3000。铝是高温元素，气化温度在2467以上，前两种混合气体的火焰温度不够，铝在气化过程中易形成难解离的氧化物，因此适合采用产生高温的氧化亚氮-乙炔火焰来检测，检出限为10100PPb。例如，SemaB.Erdemolu等人通过火焰原子吸收法检测到茶饮料中含有铝1112mg/L。氧化亚氮乙炔火焰背景强，噪声大，

12、测定精密度比最常用的空气乙炔火焰差，且其燃烧速度快，为了防止回火必须使用缝长50mm的燃烧器，笑气是一种麻醉剂，使用时需注意安全。3.2.2石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）石墨炉原子吸收法的检测灵敏度高于氧化亚氮乙炔火焰原子吸收法，目前研究应用较为广泛。例如我国学者采用石墨炉原子吸收光谱法检测了膨化食品中的铝含量，检出限为3.410-11g；张志胜等人研究了水产加工品中铝含量的测定，检出限为0.35ng/分析检测食品工业2012年第33卷第11期193mL；张萍对油条中铝的含量进行了分析，检出限为42pg；还有研究人员分析了水中铝的含量。石墨炉原子吸收法测定食品中的铝时存在着非光谱干扰，导

13、致测定的灵敏度降低和干扰的增加，原因是石墨管的不等温性和石墨管的表面性质。因为铝的原子化温度较高，易造成石墨管寿命缩短，解决上述问题的方法包括石墨管的结构改造和石墨管的改性技术。从结构上改进的石墨管有平台石墨管、凹台石墨管、横向加热石墨管。目前普通的石墨管为纵向加热石墨管，其缺点为原子化的前段时间内石墨管温度中间高两端低，存在不均匀的时间温度差，造成石墨管中部产生的原子整齐扩散到温度低的两端冷凝，从而降低了检测的灵敏度。食品中铝的测定更适合采用横向加热石墨管，因为横向加热石墨管的灰化、原子化温度比纵向加热石墨管普遍降低200400，原子化时间短，瞬间升温容易实现，对高温元素原子化效果好，记忆效

14、应影响小，管的寿命得以延长，特备适合高温元素的检测。石墨管的改性技术包括难熔碳化物涂层技术、热解涂层技术。首先，难熔碳化物技术的涂覆较为方便，对铝的分析提供了有力条件，难熔碳化物涂层较为常用的包括涂钽、钨、锆等。例如河北省的地方标准DB13/T1105-2009食品中铝的测定石墨炉原子吸收法详细阐述涂钽石墨管测定铝的方法，检出限为0.05g/kg；但涂钽层经过几次原子化高温灼烧后容易损耗，使用十多次后涂层会被侵蚀，有研究学者以钨与钽机体代替石墨管涂钽，每次测定均能形成难熔碳化物涂层，检出限为1.0g/L。另外热解涂层技术可以使普通的石墨管升华温度提高500，达到3700，抗氧化能力提高数十倍，

15、渗透率低，减少铝元素的吸附和损失，同时能够提高灵敏度和石墨管的使用寿命。另外，采用热解涂层石墨管可以减少基体的干扰，由于热解涂层石墨管比普通石墨管具有较小的孔隙度，因此可以避免试样对管内的渗透，利于样品表面蒸发。有研究表明使用热解石墨管后，17中共存元素对铝的测定干扰明显减少。3.3电感耦合等离子体法（ICP）电感耦合等离子体（IndctivelyCoupledPlasma，ICP），ICP指离子源，即电感等离子体火焰。ICP由于可以达到近10K的温度，能够使样品中的元素充分原子化，尤其适用于高温元素铝的测定。3.3.1电感耦合等离子发射光谱法（ICP-OES/AES）电感耦合等离子发射光谱可

16、以分为ICP-AES（ICPAtomicEmissionSpectrometry）和ICP-OES（ICPOpticalEmissionSpectrometry）两类，他们光源相同，检测器不同，前者是中阶梯光栅，后者是阵列式检测器。通过分光光度法和ICP-AES法对面制食品中铝含量的测定结果进行了比较，结果显示，ICP-AES法检出限为0.5mg/kg，RSD值小于1.2%，重复性好，具有直接进样，线性范围宽，试剂用量少，结果重现性好，稳定可靠等特点；孙世宏等人采用微波消解ICP-AES法测定了食品中的铝；采用ICP-OES法测定了面包、蛋糕等10类不同食品中的铝含量，检出限为2.2mg/kg

17、；利用ICP-AES法测定了膨化食品中铝的含量，检出限为0.25mg/kg。3.3.2电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）电感耦合等离子体质谱（InductivelyCoupledPlasma-MassSpectometry，ICP-MS）是19世纪80年代发展起来的多元素同时分析技术，几乎可以分析地球上所有的元素（Li-U，C，O，N，F及惰性气体除外）。ICP-MS以独特的接口技术将ICP的高温电离特性与质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合，形成一种新型元素和同位素分析技术，具有检出限极低，动态线性范围极宽、谱线简单、干扰少，分析精密度高，分析速度快以及可以提供同位素信息等分析特性。19世纪

18、90年代，国外的研究学者就开始应用ICPMS方法分析食品中的铝和其他金属的含量。二十世纪初，我国逐渐开展ICP-MS检测方法的研究，并于2009年公布了国家标准GB/T23374-2009食品中铝的测定电感耦合等离子体质谱法。4. 结论详细论述了食品中铝检测的各种前处理过程和检测方法，讨论了干法、湿法和微波消解法的优缺点，其中超高压微波消解法以简便、环保、安全等优势代表了样品前处理的发展方向；探讨了分光光度计法、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体法检测铝元素的原理、研究现状、优势和劣势。其中分光光度计法原理简单，仪器便宜、配备广泛，适合常量和半微量铝的检测；原子吸收光谱法发展迅速，仪器普及率逐年提高，且检出限低，但由于检测