豆粕中溶剂残留检测方法的研究
2020-01-14邹燕娣周青燕包李林熊巍林张谦益周双全
邹燕娣，周青燕，包李林，熊巍林，张谦益，周双全
(道道全粮油股份有限公司 规划发展研究院质量管理中心，湖南 岳阳 414000)
豆粕是大豆浸出提油后得到的副产品。由于蛋白质含量高，豆粕是制作牲畜与家禽饲料的主要原料，还可以用于制作糕点食品、健康食品、化妆品以及抗菌素原料和宠物食品等，应用广泛。但是浸出工艺中使用的提取溶剂一般为6号溶剂，其易燃易爆，具有较大的毒性[1-2]。如果豆粕中残留较高的6号溶剂，不但影响其品质，还会间接损害人体健康[3-4]。因而对于豆粕而言，溶剂残留量是一项经济指标和质量指标[5-6]。GB 14932—2016规定豆粕中的溶剂残留最大限量为500 mg/kg。所以能否准确测定豆粕中的溶剂残留量具有重要意义。目前国标方法(GB 5009.262—2016)中存在样品测定结果偏低的缺陷，本试验针对该缺陷进行了系列影响因素的研究，旨在建立一种准确检测豆粕中溶剂残留的方法。
1 材料与方法
1.1 试验材料
豆粕，含水量13%，公司自供；N,N-二甲基乙酰胺，纯度≥99%； 6号溶剂，采用食品级正己烷。
6号溶剂标准品制备：向10 mL容量瓶中预先加入适量的N,N-二甲基乙酰胺，再快速加入0.110 5 g正己烷，用N,N-二甲基乙酰胺定容至刻度，此时6号溶剂质量浓度为11.05 mg/mL，摇匀，置于冰箱中-20℃保存。
7890B GC、7697A顶空仪，安捷伦公司；202型电热恒温干燥器；HP-5色谱柱(30 m×0.25 μm×0.25 mm)；载气为氮气，纯度0.999 99；空气，纯度0.999 99；氢气，氢气发生器制备。
1.2 试验方法
1.2.1 仪器条件
1.2.1.1 顶空进样器条件
加热平衡时间1 min，循环时间13 min，加热箱平衡温度75℃，定量环/阀温度85℃，传输线温度100℃，进样体积1 mL。
1.2.1.2 气相色谱条件
柱箱程序升温为55℃保持4 min，以30℃/min速率升至200℃，保持2 min；进样口温度250℃；检测器温度300℃；载气(氮气)流速1 mL/min；氢气流速25 mL/min；空气流速300 mL/min。
1.2.2 基准豆粕的制作
将适量的豆粕放在不锈钢托盘上铺匀，加入适量的水，搅拌充分润湿豆粕，放入烘箱中在130℃下加热24 h，冷却。称取3 g豆粕于20 mL顶空瓶中，加入蒸馏水，加盖密封，并将顶空瓶倾斜在水平桌面上，轻轻敲打顶空瓶，使水分充分润湿豆粕，放入烘箱中加热一段时间后取出、冷却、上机检测，此时豆粕中溶剂残留量应低于仪器检测线，否则，再向豆粕中加入适量水继续加热处理，直至豆粕中溶剂残留量低于检测线，即可作为基准豆粕。
1.2.3 基准豆粕标准溶液的配制
称量基准豆粕3.0 g(精确至0.001 g)各6份于20 mL顶空瓶中，加入200 μL水，用微量移液枪迅速分别加入0、15、30、60、90、150 μL 6号溶剂标准品，压盖密封，得到6号溶剂质量分数(以豆粕质量计，下同)分别为0、55.25、110.5、221、331.5、552.5 mg/kg的基准豆粕标准溶液。
1.2.4 标准曲线的绘制
将配制的基准豆粕标准溶液放入120℃的烘箱中加热120 min，取出放在顶空样品架上，按照气相色谱分析条件进行检测，以6号溶剂质量分数为横坐标，总峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。
1.2.5 样品测定
称量3 g(精确至0.001 g)豆粕样品于20 mL顶空瓶中，加入一定量蒸馏水，压盖密封，在水平桌面上做圆周旋转，使样品混匀，而后放入烘箱中加热平衡一段时间，取出放在顶空样品瓶架上，按照气相色谱分析条件检测。根据标准曲线，计算样品中溶剂残留量。
2 结果与讨论
2.1 基准豆粕的制作
将豆粕分别加入适量水搅拌润湿和不加水两种方式放入120℃烘箱中加热，48 h后取出冷却，按照1.2.1进行测定。试验结果发现：加入适量水搅拌润湿的豆粕中的溶剂残留量可以达到检测线以下，而不加水直接加热的豆粕，其溶剂残留量远高于检测线。原因可能是加水润湿豆粕，随着水蒸气的挥发有助于有机溶剂挥发，因此本试验的基准豆粕制作中加入适量水，助其除去残留的有机溶剂。
2.2 6号溶剂定性
将6号溶剂质量分数为552.5 mg/kg的基准豆粕标准溶液，按照1.2.1条件检测，确定6号溶剂和N,N-二甲基乙酰胺出峰时间，结果如图1所示。
图1 标样出峰色谱图
由图1可知，6号溶剂出峰时间在2～4 min，即在此时间段的有所峰面积之和作为6号溶剂的总峰面积，而N,N-二甲基乙酰胺出峰时间为9.45 min。
2.3 标准曲线回归方程
本试验的标准曲线回归方程为y=19.002x+35.186，R2为0.999 6，表明线性关系良好。以3倍信噪比所对应的溶剂质量分数为检出限(LOD)，检出限为5 mg/kg。
2.4 溶剂残留准确定量测定的影响因素
要准确测定豆粕中的溶剂残留量，主要有两个关键条件：一是标准曲线的准确建立，即加入的标样要得到充分挥发；二是样品中有机溶剂的充分挥发。影响标样和样品中有机溶剂充分挥发(用总峰面积表示)的因素主要为加热平衡温度、加热平衡时间、加水量。
2.4.1 加热平衡温度对标样测定结果的影响
配制6号溶剂质量分数为552.5 mg/kg的基准豆粕标准溶液7份，分别放入50、60、70、80、90、100、120℃的烘箱中加热40 min，研究加热平衡温度对标样测定结果的影响，结果如表1所示。
表1 加热平衡温度对标样测定结果的影响
由表1可知，加热平衡温度低于70℃时，标样测定结果偏低，而加热平衡温度为70℃以上时，标样测定结果与理论值相差不大。原因是加热平衡温度较低，未达到6号溶剂的沸点(约68℃)，使得汽化不完全，造成测定结果偏低。
2.4.2 加热平衡时间对标样测定结果的影响
配制6号溶剂质量分数为555.5 mg/kg的基准豆粕标准溶液6份，放入烘箱中于80℃下分别加热20、30、40、60、120、180 min，研究加热平衡时间对标样测定结果的影响，结果如表2所示。
表2 加热平衡时间对标样测定结果的影响
由表2可知：当加热平衡时间为20 min时，标样测定结果较低，为436 mg/kg；而当加热平衡时间超过30 min时，标样测定结果变化不大，为536～558 mg/kg，与理论值(555.5 mg/kg)接近。原因是加热平衡时间短，顶空瓶中的有机溶剂未彻底挥发，造成结果偏低。
2.4.3 加水量对标样测定结果的影响
配制6号溶剂质量分数为552.5 mg/kg的基准豆粕标准溶液7份，分别加入0、200、400、600、800、1 200、1 600 μL蒸馏水，放入烘箱中于80℃下加热40 min，研究加水量对标样测定结果的影响，结果如表3所示。
表3 加水量对标样测定结果的影响
由表3可知，随着加水量的增加，标样测定结果变化不大。原因是标样是人为定量加入的，停留在基准豆粕表面，在80℃的密闭环境中会全部扩散到气相中，因而标样测定准确性与加水量关系不大。
2.4.4 加热平衡温度对样品测定结果的影响
取7份相同样品(含水量13%)，按照样品前处理过程(只改变烘箱加热平衡温度，其余步骤不变)，加入200 μL蒸馏水，分别放入50、60、70、80、90、100、120℃的烘箱中加热120 min，研究加热平衡温度对样品测定结果的影响，结果如表4所示。
表4 加热平衡温度对样品测定结果的影响
由表4可知，当加热平衡温度低于100℃时，样品测定结果偏低，而大于等于100℃时，结果较稳定。原因是豆粕样品(含水量13%)自身水分在温度超过100℃时才能完全挥发，从而带动有机溶剂充分挥发，使得样品测定结果准确而稳定。本试验选择加热平衡温度为120℃。
2.4.5 加热平衡时间对样品测定结果的影响
取6份相同样品(含水量13%)，按照样品前处理过程(只改变烘箱加热平衡时间，其余步骤不变)，加入200 μL蒸馏水，在120℃烘箱中分别加热30、40、60、90、120、180 min，研究加热平衡时间对样品测定结果的影响，结果如表5所示。
表5 加热平衡时间对样品测定结果的影响
由表5可知，当加热平衡时间短于90 min时，样品测定结果偏低，当加热平衡时间大于等于90 min时，样品测定结果较稳定。本试验选择样品加热平衡时间为120 min。
2.4.6 加水量对样品测定结果的影响
取16份相同样品(含水量13%)，每8份一组，分别向其加入0、200、400、500、600、800、1 200、1 600 μL蒸馏水，两组分别在80℃下加热8 h和120℃下加热2 h，研究加水量对样品测定结果的影响，结果如表6所示。
由表6可见，当加热温度为80℃时，加水量对样品测定结果影响较大，加水量低于500 μL时，样品测定结果偏低，而当加水量为500～1 600 μL时，测定结果相对误差在10%以下，样品测定结果较稳定。原因是加热温度80℃未能达到水的沸点，水分不能有效挥发，随着加水量从0增大至500 μL时，水蒸气也增多，从而带动样品中更多有机溶剂挥发，但是当继续增大加水量时，样品测定结果趋于稳定。
当加热温度为120℃时，加水量对样品测定结果影响很小。原因是豆粕本身含有一定量的水分(13%)，3 g豆粕中含水量约为390 μL，在120℃下加热120 min基本能完全挥发，同时带动有机溶剂充分挥发，因而再加入水，对结果影响不大，但是样品中水分多，挥发后水蒸气也较多，对仪器有一定损害。如果样品自身含水量较少，则需要加入水分，作为有机溶剂的提取剂，使样品中有机溶剂充分挥发，才能得到准确而稳定的结果。
表6 加水量对样品测定结果的影响
综合加热平衡温度、加热平衡时间和加水量对标样和样品测定结果的影响，本试验选择加热平衡温度120℃、加热平衡时间120 min、加水量200 μL作为样品和标样的前处理条件。
2.5 样品重复性试验
取3个不同样品(含水量均约13%)，每个样品分为2组，每组分别按照本试验方法和国标方法(GB 5009.262—2016)进行平行试验测定，研究本试验方法和国标方法测定样品的重复性，结果如表7所示。
表7 本试验方法和国标方法测定样品的重复性试验
由表7可知，采用本试验方法和国标方法测定同一样品时，平行两次测定的结果，精密度均在10%以下，符合国标要求(≤10%)，说明本试验方法和国标方法重复性较好。但是当采用两种方法测定同一样品时，本试验测定结果较高，而国标方法测定结果较低。原因是相比本试验方法，国标方法中样品加热平衡温度(60℃)较低，达不到水的沸点(100℃)，且时间较短(30 min)，致使水蒸气较少，不能充分带动样品中有机溶剂的挥发，造成测定结果偏低。
2.6 样品测定
取10个不同生产日期的豆粕样品，其中前5个样品是经过高温脱溶后第一道工序的样品，后5个样品是先经过高温脱溶再经过低温脱溶的样品，均按照本试验方法进行测定。结果如表8所示。
从表8可知，经过第一道工序的样品，溶剂残留在584～602 mg/kg，而经过两道工序的豆粕，溶剂残留在1 104～1 150 mg/kg，均比较高。因此，通过准确测定豆粕中溶剂残留量，可以用于指导生产，优化工艺，节能减排，保证产品质量安全。
表8 样品测定结果
3 结 论
本试验通过研究基准豆粕的制作方法和标样、样品前处理影响因素，建立了能准确测定豆粕中溶剂残留量的方法。本试验结果表明：制作基准豆粕时，加入适量水，有助于残留的有机溶剂充分挥发，得到合格的基准豆粕；标样测定结果稳定性与加水量关系不大；选择标样与样品的加热平衡温度均为120℃，加热平衡时间均为120 min，加水量均为200 μL，样品重复性试验的精密度为0～4.5%；对同一样品，采用本试验方法与国标方法进行测定比较，本方法的测定结果较国标方法的高，更能准确反映豆粕的质量，同时利于指导生产，改进工艺。
