食品中二氧化硫检测方法初探

2018-06-21 14:58:26

　　前言

　　随着人民生活质量的提高，食品安全问题日益引起人们的高度重视。自20世纪80年代起，食品中二氧化硫的安全性引起了越来越多的关注。许多国家对食品中的二氧化硫和亚硫酸盐含量规定了最大使用量和最大残留限量，并且建立了多种二氧化硫的测定方法。正确对待食品中二氧化硫问题，不仅需要可靠的检测技术，还需要了解其来源与途径。鉴于此，DECHEM-TECH中国技术服务中心与朗诚化学分析技术研发中心合作，就食品中二氧化硫的来源、安全性、限量标准以及检测方法的研究进展进行综述，以期为广大用户对食品中二氧化硫残留的检测及控制研究提供一定的参考与借鉴。

　　一、食品二氧化硫检测的必要性

　　二氧化硫在通常状态下是一种无色的有刺激性气味的气体，有毒，易溶于水。并且溶解后和水发生化学反应生成亚硫酸。二氧化硫及亚硫酸盐具有漂白性，它与有色物质发生化合作用生成无色的化合物，但是这种反应是可逆的，在受热后物质又会变为原来的颜色。由于二氧化硫及亚硫酸盐的S 原子的化合价为正四价,所以其既有氧化性也有还原性,在常温下就可以和许多的氧化性物质发生氧化还原反应。

　　二氧化硫及其衍生物对人体的各种系统、器官、组织都会产生不利的影响,二氧化硫进入呼吸道后因其易溶于水, 所以大部分被阻塞在上呼吸道, 在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强，损害支气管和肺，进而可以诱发各种呼吸道炎症，而且还对呼吸器官有毒理作用, 而且对其他多种器官如脑、心、肝、胃、肠、脾、胸腺、肾、翠丸及骨髓细胞等均有毒理作用，是一种全身性毒物。

　　鉴于二氧化硫对人体的严重危害性, 为避免食品中二氧化硫残留量超标而引起食用者中毒等不良反应, 各国都制定了一系列标准来严格控制二氧化硫使用量和残留量。美国FDA要求亚硫酸盐使用量高于20mg/L 的食品要予以标明。日本对盐渍蔬菜、淀粉等食品中二氧化硫限量为30mg/L，德国对大蒜制品限量为50mg/L。鉴于亚硫酸盐在啤酒中使用,许多国家对啤酒中的二氧化硫残留限量也作了规定。我国《发酵酒卫生标准》(GB2758-81)规定了以游离二氧化硫计的残留二氧化硫的限量。我国《食品添加剂使用卫生标准》对二氧化硫类物质在各类食品中的使用范围、使用量及允许最大残留量做出了明确的规定。如硫磺只限于熏蒸蜜饯、干果、干菜、粉丝和食糖; 低亚硫酸钠可用于蜜饯、干果、干菜、粉丝、蘑菇及蘑菇罐头, 最大使用量为0.4mg/Kg，二氧化硫可用于葡萄酒、果酒等，最大使用量不应超过0.25mg/Kg，对芝麻、乳、豆类、蔬菜以及生食用鲜鱼贝类则禁止使用。

　　FDO 和WHO 联合食品添加剂专家委员会对二氧化硫类物质作为食品添加剂的危险性评估为:二氧化硫的日容许摄入量为0-0.7gmg/Kg体重，即一个60Kg 体重的成人, 每天二氧化硫的摄入量不超过42mg。

　　二、当前食品中二氧化硫的传统检测方法

　　由于食品基质的差异性，使二氧化硫检测需要不同的方法，且检测原理也各不相同。随着分析检测的要求逐步提高，检测任务也越来越大，寻找一种合适的分析方法势在必行。近年来，在计算机技术、化学计量学技术、光机电一体化技术的支持下，全自动化的理化分析成功运用于食品中二氧化硫的检测,分析方法的智能化、自动化成为重要的发展方向，不仅提高了检测速度和准确度，满足了当前批量分析检测的现实要求，而且节省了大量的人力和物力。目前，应用于食品中二氧化硫检测方法有比色法、滴定法和色谱法等，其中全自动间断化学分析技术成功应用于食品分析也越来越受到关注。

　　(一)比色法

　　国标GB/T5009.34-2003中规定用盐酸副玫瑰苯胺法检测食品中二氧化硫含量，其主要原理是利用亚硫酸盐与吸收液生成较稳定的络合物，再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺作用生成紫红色络合物, 在波长550nm 处测定溶液吸光度，与标准系列比较定量。

　　该方法自动程度低，分析速度慢，检测精度及准确度受人为因素影响大，不同操作者可能会产生不同的分析结果，而且所使用的浸提液为四氯汞钠，毒性较大，整个过程均由人工完成，对人体安全造成比较大的影响。

　　(二)滴定法滴定法

　　常见的有直接滴定碘量法, 蒸馏一碘量法, 蒸馏一碱滴定法。

　　1.直接滴定法

　　直接滴定碘量法原理是样品中的被测成分(包括游离和化合二氧化硫)在碱液中失去结合力，被固定为亚硫酸盐，在硫酸的作用下，又使其游离出来, 并用碘标准溶液进行滴定。当达到滴定终点时，过量的碘与淀粉指示剂作用，生成蓝色的碘一淀粉复合物。由碘标准溶液的滴定量计算出总二氧化硫的含量。

　　直接滴定碘量法操作简便、快速, 特别适用于测定葡萄酒中的亚硫酸盐。但是对于脱水大蒜、姜制品等, 由于含有较多的挥发性芳香物质, 往往导致滴定终点的颜色不稳定，易褪色, 不能保持30秒不消失，终点难以判定。

　　2.蒸馏一碘量法

　　采用“蒸馏一碘量法，是对样品酸化并加以蒸馏，样品中二氧化硫逸出，通过乙酸铅溶液接收，并用浓盐酸酸化，以碘标准溶液滴定。

　　采用蒸馏法对样品进行前处理，可以有效地避免样品本底的干扰,但是需要的时间较长，一般蒸馏一份样品大约需一个多小时，不适合大批量样品检测。

　　3.蒸馏一碱滴定法

　　该方法利用酸碱中和滴定的原理，样品酸化后在氮气流中加热蒸馏，以过量氢氧化钠接收，然后将接收液酸化并氧化为硫酸，用标准氢氧化钠溶液滴定即可测定样品中亚硫酸盐总量。

　　该方法属于快速测定方法，广泛用于各类食品的检测。其蒸馏时间短, 溶液沸腾后蒸馏10-15分钟即可对接收液以碱标准溶液滴定，终点易判断。取样量可从1g 至100g 灵活掌握，检测范围宽，可以避免样品中因亚硫酸盐分布不均所致结果重复性差的现象。但该方法需要定制一套按规定尺寸的全玻璃蒸馏装置, 容易损坏。操作中需用脱气的水，充入的氮气也需是高纯度的。对于有机酸含量高的样品, 产生挥发性有机酸, 测定时会产生误差。

　　(三)色谱法

　　1.顶空-气相色谱法

　　将食品中的游离亚硫酸和总亚硫酸分别用酒石酸提取液提取后，取出一定量在密封容器中使之成为酸性挥发亚硫酸，取顶空气体, 注入附有火焰光度检测器的气相色谱仪中进行定量。通过测定气相中二氧化硫的含量, 间接测定样品中的二氧化硫含量。

　　本方法具结果准确、灵敏度高等优点，但分析速度慢，操作复杂，仪器耗材成本高，不适合样品的批量分析且分析成本高，并未得到广泛应用。

　　2.离子色谱法

　　离子色谱法具有操作简单、灵敏，是分析食品中二氧化硫的研究热点。其原理是试样中的亚硫酸在20%磷酸酸性条件下,于 90℃水浴中通氮气分离，收集在三乙醇胺溶液中, 用离子色谱法测定。

　　离子色谱法适用于食品中残留亚硫酸盐和天然亚硫酸盐的测定，但食品样品成份复杂, 含较多的蛋白质、油脂、色素、纤维素等有机大分子，这些组份与分离柱的填料发生作用，影响柱子的性能和寿命。部分亚硫酸盐在食品中以结合状态存在，如直接测定，样品处理过程中样品溶液放置时间对测定结果影响较大，但是在酸性条件下蒸馏样品可以避免该误差的出现。

　　(四)化学发光法

　　化学发光法因化学发光法灵敏度高，操作简便，受到了重视。在酸性介质中, 某些氧化剂可氧化亚硫酸根，产生发光，当某些化合物存在时可使化学发光增强。

　　此方法简便、灵敏，但影响化学发光机制的因素较多，稳定性不强。

　　(五)电化学法及传感器

　　将涂有石墨/环氧树脂/固化剂的铜或金电极浸泡在饱和4一甲基呱陡二硫代氨基甲酸钾水溶液和饱和硝酸汞水溶液中各1小时，然后用此电极来测定亚硫酸根。二氧化硫传感器主要用电化学方法，还有用压电晶体传感器同时测定二氧化硫及相对湿度，用表面声波传感器测定二氧化硫等。

　　电化学传感器具有灵敏度高, 使用方便等优点，但是干扰因素多，并未实际应用至日常检测工作中。

　　(六)酶光度分析法

　　原理是在pH3.6的NaAC-HAC介质和亚硫酸盐氧化酶存在下，亚硫酸盐被氧化成硫酸根，在过氧化氢酶作用下,用3,3,5,5 一四甲基联苯胺显色, 在650nm波长下间接测定亚硫酸盐的含量。

　　该法灵敏度高，可以检测痕量的二氧化硫，但是样品前处理较为繁琐。

　　(七)快速检测试剂盒

　　目前市场上还出现了食品中二氧化硫现场快速检测试剂盒、仪器，其原理是食品中的二氧化硫与显色剂反应生成有色化合物，采用目视比色分析方法，直接在二氧化硫快速检测色阶卡上读出食品中二氧化硫的含量。

　　该仪器具有操作简单，使用方便，可随身携带，即时现场检测，检测速度快，样品和试剂用量少，无污染等优点，但是灵敏度低，不适合大批量样品的精确测定。

　　三、创新的食品中二氧化硫检测技术——全自动间断化学分析技术检测法

　　(一)简介

　　近年来, 食品中超量使用及滥用亚硫酸盐的现象非常严重, 加强对食品中二氧化硫及亚硫酸盐的监督和检测己成为急需解决的问题，研究与应用二氧化硫及亚硫酸盐含量的快速测定技术, 是实现监督管理的有效措施之一。食品安全的保障依赖于可靠的质量监控，因此迫切需要一种操作简单、自动化及智能化程度高、分析成本低、检测快速且灵敏度高的分析方法。运用全自动间断化学分析仪检测食品中的二氧化硫，不仅可以在实验室实现自动化及智能化，而且由于其分析速度极快、灵敏度极高，可实现二氧化硫的微量分析，更为重要的是此技术分析成本极低，污染极小，降低了实验对人体的危害，经济价值高，必将成为食品中二氧化硫快速检测的主流技术，是当前和今后一段时期内食品中二氧化硫快速检测的首选方法，为政府部门的市场监督及食品生产厂家的自我监控提供有力的技术保障。

　　全自动间断化学分析仪是使传统比色法检测自动化的一种分析检测仪器，其完全模拟传统比色法，将待测样品及相应的反应试剂按照一定的比例自动加入比色皿中，待测物浓度与生成物颜色深浅成正比关系，经仪器比色计检测生成物吸光强度，通过标准曲线，自动计算样品中待测组分的浓度。全自动间断化学分析仪可实现多达119个样品的多个待测物的同时测定，测定过程全程由专业仪器软件控制和监控，实现分析测试过程的自动化、智能化。

　　(二)原理：

　　通过进样臂将样品组分和试剂组分加入至指定的恒温反应装置中进行反应并直接读取数据。亚硫酸盐与四氯汞钠反应生成稳定的络合物，再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺作用生成紫红色络合物，并在550nm波长处测定。

　　(三)前处理：

　　1.水溶性固体样品如白砂糖等可称取约3-5g均匀样品，以少量溶解，置于100ml的比色管中，加入4ml氢氧化钠溶液(20g/L)，5min后加入4ml硫酸(1+71)，然后加入20ml四氯汞钠吸收液，以水稀释至刻度。

　　2.其他固体样品如饼干、粉丝等可称取约3-5g研磨均匀的样品，以少量水湿润并移入100ml比色管中，然后加入20ml四氯汞钠吸收液，浸泡4小时以上，若上层不澄清可加入亚铁氰化钾及乙酸锌溶液各2.5ml，最后用水稀释至100ml刻度，过滤后备用。

　　3.液体样品如饮料可直接取3-5.0g样品至于100ml比色管中，以少量水稀释，加入20ml四氯汞钠吸收液，摇匀，浸泡4小时以上，最后用水稀释至刻度，过滤后备用。

　　(四)分析步骤

　　1. 将过滤好的样品放置于样品盘中;

　　2. 将配制好的试剂放置于试剂盘中;

　　3. 将配制好的标准溶液(3ug/ml)，启动自动稀释器，将标准曲线的梯度制作成0-3 ug/ml;

　　4.编辑工作列表，包括标准点编辑、样品编辑、试剂编辑;

　　5.启动仪器分析：测速为60个样/小时

　　6.收集结果数据;

　　(五)全自动间断化学分析技术的优势

　　1.仪器易操作

　　操作者只需将样品和化学试剂放置在指定的位置并编辑工作列表，然后启动分析程序，整个操作过程小于3分钟。

　　2.分析速度快

　　二氧化硫的分析速度为60个样/小时，批量分析能力强，大大解放了实验室劳动力。

　　3.仪器自动化及智能化程度高

　　包括标准曲线的自动制作、超标样品的自动稀释及重分析、废液自动收集、比色皿自动清洗及光路校准、试剂或样品缺少警报、故障自动警报等。

　　4.仪器灵敏度高

　　最低检测的准确量为0.8mg/Kg，优于经典手工分析法的1mg/Kg。

　　5.方法稳定性强

　　精密度高，RSD小于等于2%。批次间稳定性强，批次间的相对标准偏差小于2%。

　　6.方法准确度高

　　样品回收率均处于90-110%之间。

　　7.方法可比性强

　　与手工经典分析法比较，样品间的差异性均小于5%。

　　8.分析成本低

　　仪器最大试剂消耗量仅为0.7ml，为经典分析法的二十分之一，且仪器为整机分析模式，所需要的耗材少，一年维护成本只需1000-3000元。

　　9.保障实验人员人身安全

　　仪器含有密封式的废液收集装置，加上仪器的自动取样、取试剂及自动清洗比色皿等功能，最大限度地保障了操作者的人身安全，同时也防止了分析对实验室的污染，更为重要的是降低了实验过程对环境的二次污染。

　　(六)与深圳出入境检验检疫局食检中心合作研发本项目的部分实验数据

　　1.斜率实验

量程范围	线性回归方程	线性相关系数r	a值
0-1mg/l	y=0.1923x-0.0010	0.9994	0.1923
	y=0.1927x-0.0014	0.9995	0.1927
	y=0.1966x+0.0004	0.9999	0.1966
	y=0.1933x+0.0053	1	0.1933
	y=0.1938x+0.0046	0.9993	0.1938

　　表1

　　由表1数据说明，线性较好，斜率稳定，a值始终处于0.192至0.196之间，方法稳定性强。

　　2.灵敏度实验

编号	称样量g	处理批次	加标情况	检测结果mg/l	RSD%	加标回收率%
1	5.056		不加标	0.0927	3.42	空白平均值为0.0915,标准偏差值为0.00313
2	4.996		不加标	0.0939
3	5.027		不加标	0.0912
4	5.032		不加标	0.0945
5	4.998		不加标	0.0894
6	5.095		不加标	0.0922
7	5.003		不加标	0.0935
8	5.015		不加标	0.0849
9	5.115	（一）	加标0.04ppm	0.1326	0.69	102.75%
10	5.062		加标0.04ppm	0.1348		108.25%
11	4.993		加标0.04ppm	0.1337		105.50%
12	5.018		加标0.04ppm	0.1326		102.75%
13	5.024		加标0.04ppm	0.1337		105.5%
14	5.022		加标0.04ppm	0.1332		104.25%
15	5.001		加标0.04ppm	0.1325		102.5%
16	5.036		加标0.04ppm	0.1319		101%
17	5.004	（二）	加标0.04ppm	0.1319	1.3	101%
18	5.034		加标0.04ppm	0.1295		95%
19	5.036		加标0.04ppm	0.1318		100.75%
20	5.057		加标0.04ppm	0.1297		95.5%
21	5.061		加标0.04ppm	0.1288		93.25%
22	5.012		加标0.04ppm	0.1297		95.5%
23	5.008		加标0.04ppm	0.1335		105%
24	5.013	（三）	加标0.04ppm	0.1338	1.43	105.75%
25	4.997		加标0.04ppm	0.1332		104.25%
26	5.005		加标0.04ppm	0.1364		112.25%
27	5.014		加标0.04ppm	0.1319		101%
28	5.038		加标0.04ppm	0.1302		96.75%
29	5.029		加标0.04ppm	0.1314		99.75%
30	4.997		加标0.04ppm	0.1327		103%
31	5.025		加标0.04ppm	0.1307		98%
32	4.997		加标0.04ppm	0.1339		106%

　　表2

　　由表2数据表明，采用间断化学分析仪测定食品中的二氧化硫具有较好的灵敏度，其最低检测浓度为0.04mg/L,即0.8mg/Kg。

　　3.精密度实验

　　由表2数据表明，用间断化学分析仪测定三批食品中的二氧化硫，批次间数据稳定性好(RSD=1.38)，同批样品的相对标准偏差小(小于2%)，精密度高。

　　4.准确度实验

　　由表2数据表明，用间断化学分析仪测定食品中的二氧化硫的回收率较高，样品回收率均处于95%-105%间，准确度高。

　　5.间断化学分析法与经典分析方法样品数据比较

编号	样品类型	手工比色法结果（mg/Kg）	间断化学分析法结果（mg/Kg）	偏差(100%)
1	鲜龙眼	4.35	4.54	4.27
2	鲜龙眼	2.33	2.27	2.6
3	鲜龙眼	2.74	2.68	2.21
4	鲜龙眼	2.51	2.39	4.89
5	鲜龙眼	2.13	2.22	4.13
6	鲜龙眼	2.81	2.74	2.52
8	银耳	22.17	22	0.76
9	蛋白粉	19.49	18.98	2.65
10	面条	6.13	5.98	2.47
13	腊肉	3.37	3.51	4.06
14	饮料	1.09	1.14	4.48
16	饮料	1.24	1.22	1.62
17	饮料	1.78	1.74	2.27
18	饮料	1.59	1.67	4.9
20	果脯	7.81	7.56	3.25
21	果脯	8.02	7.89	1.63
22	当归	10.33	10.11	2.15
23	苹果	2.21	2.17	1.82
25	苹果	2.44	2.53	3.62
26	鲜龙眼	3.33	3.25	2.43
27	鲜龙眼	4.47	4.54	1.55
28	鲜龙眼	4.74	4.68	1.27
29	鲜龙眼	5.79	5.66	2.27
30	饮料	1.9	1.81	4.85
31	饮料	3.17	3.32	4.62
32	饮料	4.14	4.33	4.48