酶法检测食品中镉离子的研究

张桂，赵国群，姜娟娟

（河北科技大学，河北 石家庄 050018）

酶法检测食品中镉离子的研究

张桂，赵国群，姜娟娟

（河北科技大学，河北 石家庄 050018）

研究利用脲酶比色法检测食品中镉离子的条件与分析步骤，对松花蛋和番茄酱样品中的镉离子进行了对照测定，与原子吸收测定结果无显著性差异（p＝0.95）。回收率为83.2%～99.7%，可靠性良好。

酶法；脲酶；镉；重金属

镉（Cadmium，Cd）在自然界中常与锌、铜、铅并存[1]。在食品中，镉的来源主要有工业“三废”、食品添加剂和原材料、食品容器具、矿物复合肥等。

食品中镉的含量直接关系到食品安全[2]。利用脲酶活性对重金属有高度的敏感性[3]，探寻用脲酶活性的测定来评价食品样品中重金属含量的方法，研究食品中的镉对脲酶活性影响的规律及准确测定的条件，此方法不需要价格昂贵的大型仪器，适用于中小型食品企业进行食品中镉含量的测定。

1 技术方案

根据已经掌握的资料，确定基本试验方案见图1。所有试验用试管均需在硝酸与水体积比为1:5的硝酸溶液中浸泡过夜，然后用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗干净。

图1 分析步骤图Fig.1 Flow chart of analysis

2 实验原理

脲酶水解尿素产生2分子氨和1分子二氧化碳，氨在碱性介质中与苯酚及次氯酸钠反应，生成蓝色的靛酚，在671 nm处有吸收峰。将一定浓度的镉离子溶液加入到尿素底物溶液中时，镉离子会抑制脲酶的活性，其催化尿素分解生成靛酚的吸光度值的变化可以间接反映镉的含量。

3 材料与设备

3.1 原料与主要试剂

松花蛋、马口铁罐装番茄酱。硝酸、过氧化氢、镉粒、尿素、氢氧化钠、苯酚、脲酶等，化学试剂均为分析纯。

3.2 仪器与设备

AAS-100型原子吸收分光光度计、HGA-800型石墨炉：美国PE公司；LTG-20钢衬F4高压消解罐：上海隆拓厂；镉空心阴极灯：美国加联仪器有限公司；TU-1810型紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司。

3.3 主要试剂配制方法

1）酚显色剂：苯酚5.00 g，亚硝基铁氰化钠（含2分子结晶水）0.025 g，溶于500 mL去离子水中，常温下保存。

2）碱性次氯酸钠溶液：氢氧化钠2.50 g溶于去离子水中，加安替福明4 mL，稀释至500 mL，置棕色瓶内，常温下避光保存。

3）脲酶溶液：精确称取脲酶2.5 mg，加三蒸水至25 mL，置于冰箱保鲜室内可以保存约1周，呈现浑浊时不得使用。

4）尿素溶液（3%）：精确称取尿素 3.00 g，溶解于去离子水，定容至100 mL，置于冰箱保鲜室内保存。

5）镉标准贮备液：准确称取0.5000 g金属镉粒，加20 mL盐酸和2滴硝酸溶解，移入500 mL容量瓶中，加水至刻度。混匀后，此溶液每毫升含1.0 mg镉，用时再用去离子水稀释至相应浓度。

6）镉标准使用液：精确量取6 mL镉标准贮备液，用去离子水稀释至50 mL，室温下备用。

4 脲酶法检测食品中镉的条件探索

4.1 抑制率的计算

按照图1试验步骤，每次试验过程中设置4支试管，1支作为对照管，3支作为样品管。使用分光光度计测定纯净的铅、镉溶液对脲酶活性呈现抑制的效果。用“抑制率”作为评价指标。计算公式为：

式中：μ为重金属对脲酶的抑制率，%；A1为对照管吸光度值；A2为3支样品管吸光度均值。

4.2 正交试验设计与结果

为了考察各种因素，不同水平的综合效应，在单因素试验的基础上，以脲酶含量，反应温度，反应时间，显色时间4个参考因素4个水平，以镉对脲酶活性抑制率为评价指标，进行L16（45）正交试验，结果见表1。

表1 镉抑制率正交试验因素水平表L16(45)Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of cadmium inhibition rate L16(45)

4.3 不同因素水平对镉的抑制率的影响

镉抑制率正交试验结果见表2。

表2 镉抑制率正交试验结果Table 2 Results of orthogonal test of cadmium inhibition rate

对镉抑制率而言，各因素作用的主次顺序如下：反应时间＞反应温度＞脲酶用量＞显色时间。并得出各因素的较好水平组合为A1B3C2D3，即脲酶用量0.5 mL、反应温度50℃、反应时间30 min、显色时间30 min。

由于正交试验得出的各因素水平最佳组合在正交试验中并没有出现，因此必须使用最佳组合的各因素水平进行试验，与正交试验中抑制率最高的组合进行比较，验证得出该因素水平组合是否为最优组合，此即验证性试验。通过验证性试验，得出较好水平A1B3C2D3组合的抑制率为85.53%，比正交试验中抑制率最高的2号试验组合，即A1B3C3D3组合的抑制率83.58%高。因此确定最佳的试验条件为A1B3C2D3，即：脲酶用量0.5 mL、反应温度50℃、反应时间30 min、显色时间30 min。

4.4 测定镉含量时掩蔽剂的选择

经过多次实验证明复合掩蔽剂250 g/L柠檬酸钠:400 g/L 酒石酸钾钠:200 g/L 氢氧化钠=3:4:1，掩蔽其它离子效果最好。

4.5 镉离子对脲酶作用效果标准曲线的绘制

镉离子对脲酶作用效果标准曲线，见图2。

图2 吸光度与镉溶液浓度的标准曲线Fig.2 Relationship between absorbency and cadmium ions solution concentrations

5 脲酶法测定食品样品中镉含量的结果比较

严格遵照所探索的最佳条件，按照实验步骤图1所示，在正交试验确定的最佳的条件下，在加入1 mL食品样品预处理液之后，加入相应体积的掩蔽剂，完成反应后测定体系的吸光度值，按照标准曲线进行计算出样品中的镉含量。将测定结果与原子吸收法测定结果进行比对，考察差异的显著性结果见表3。

表3 食品样品中镉含量测定的结果Table 3 Results of cadmium ions concentrations in food samples

t0.05（2）=4.3027，表3中t值绝对值均小于此值，说明p=0.95，差异不显著，可认为脲酶法的检测结果与石墨炉法的检测结果没有明显差异，因而认为脲酶法的检测结果是值得信任的。

6 脲酶法测定食品中镉的回收率

量取番茄酱和松花蛋预处理液5 mL，分别加入10 μg/mL 和 30 μg/mL 的镉离子溶液 5 mL，混匀，按照试验流程，用脲酶法进行检测3次，结果见表4。考虑到溶液体积变化，计算回收率为83.2%～99.7%。

表4 食品样品中镉离子回收率实验的结果Table 4 Experimental recovery of cadmium ions in food samples

7 结论

1）研究证明脲酶检测法确实可以用于食品中镉含量的测定。脲酶的抑制率与镉的含量呈线性正相关，最小检测量能够满足国家标准的限量检测，为进一步研究快速检测奠定了基础。

2）确定了食品中镉离子检测的最佳条件为：即脲酶用量0.5 mL、反应温度50℃、反应时间30 min、显色时间30 min。镉离子溶液对脲酶活性的抑制率最高可以达到85.53%。

3）找到了适宜食品中镉离子检测使用联合掩蔽剂。

4）分别用酶法与原子吸收法检测番茄酱和松花蛋预处理液中的镉元素，检测结果两者无显著性差异（p=0.95）。回收率为83.2%～99.7%，可靠性良好。

[1]Landi L,Renella G,Morexo J L,et al.Influence of Cd on the Metabolic Quotient,L-：D-glutamic acid respiration ratio and enzyme activity:microbial biomass ratio under laboratory conditions[J].Biology and Fertility of Soils，2000,32：8-16

[2]刘宁,沈明浩.食品毒理学[M].北京：中国轻工业出版社,2005：279-280

[3]Tadeusz K,Malgorzata M,Trojanowicz M.Inhibitive determination of mercury and other metal ions by potentiometric urea biosensor[J].Biosensors&bioelectronics，2000，15：681-691

Study on Determination of Cadmium Ions in Food by Using Enzyme

ZHANG Gui，ZHAO Guo-qun，JIANG Juan-juan
（Hebei University of Science ＆ Technology，Shijiazhuang 050018，Hebei，China）

Study on the condition and approach by used urease to detect Cd ions in food,detect cadmium ions concentration in preserved egg and tomato sauce,which had yielded highly desirable results.Compared with the results of atomic absorption spectrometry,there was no significant difference（p＝0.95）.The recovery rate was between 83.2%and 99.7%,which was much reliable.

enzyme method;uerase;cadmium;heavy metals

张桂（1951—），女（汉），教授，本科，研究方向：食品加工与保鲜。

2010-08-15