食品中铝的检测方法改进研究

2020-12-04李新玲山东省食品药品检验研究院山东省食品药品安全检测工程技术研究中心

食品安全导刊 2020年33期

□ 李新玲山东省食品药品检验研究院山东省食品药品安全检测工程技术研究中心

铝是食品中的主要添加剂，又称作明矾（主要由硫酸铝钾和硫酸铝铵组成），在通常情况下，铝作为膨松剂、稳定剂、护色剂、防腐剂以及保脆剂被应用到面粉制品、水果制品、蔬菜制品以及水产品中。铝是一种对人体身体健康有害的金属元素，大量摄入会对人体对钙和铁的吸收带来一定影响，进而导致骨质疏松和贫血现象的出现，甚至还会使人的记忆力和智力下降等。为此，我国越来越注重食品中铝的添加与使用规范，改进铝的检测技术也势在必行。

1 食品中铝检测现状

1.1 人体中铝的来源与途径

铝作为地壳中数量最多的金属元素之一，其在各行业领域中的使用十分广泛。人体摄入铝元素的主要途径包括水、药品类、食物类以及铝制炊具类等。其中水主要有以下两个来源：天然水；自来水厂加入明矾的水。在GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》中明确规定：生活饮用水中铝含量不得超过0.2 mg/L。虽然生活饮用水中铝的含量是人体易于吸收的离子铝，其含量微乎其微。但加入含铝凝剂的水与天然水相比来说，其含量还是高出了一倍之多。同时还有研究表明：每日生活饮用水中的铝含量不得大于0.2 mg/L。与此同时，世界卫生组织国际化学品安全规划署(WHO/IPCS 报告）也作出明确规定：生活饮用水中的铝含量应当控制在0.4 mg/L。

食物中本身含有一定的铝成分，这主要是由于植物在生长过程中会吸收和积累着土壤中的铝元素，但含量相对比较低。WHO/IPCS 估算，在不同国国家和地区中人们通过食物摄入的铝均在15 mg/d 以下。而铝炊具才是人体摄入铝的重要来源之一，这主要是由于铝炊有着导热快、物美价廉以及经久耐用等地众多优势，深受人们的喜爱与青睐。虽然在铝炊具制品的表面都贴有一层防溶出的致密氧化膜，但由于铝的双性，过酸和过碱等食物还是会造成腐蚀。

在临床中，氢氧化铝是一种用来缓解胃酸过多和治疗胃溃疡的胃酸剂和胃薄膜保护剂，且得到了迅速的推广和普及。同时，有相关学者[1]在对阿尔茨海默病患者的研究中发现：这一部分人由于长期服用铝剂药物，其体内的铝含量已超出了人体可以承受的范围。这也就是在说，铝剂药物是人体铝含量增高的又一重要因素。同时，还有研究表明[2]：人体通过含铝药物所摄入的铝成分会显著高于食物中的铝含量。

1.2 含铝的食品添加剂的应用

在GB 2760—2016《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中明确规定：“在提高食品的质量和稳定性，改进其感官特性”“便于食品的生产”等情况下允许使用食品添加剂。这其中就包括用作膨松剂与稳定剂的硫酸铝钾和硫酸铝铵；用作着色剂的赤藓红、亮蓝及其铝色淀等。与此同时，对食品添加剂的最大使用量或最大残留量也都有明确的规定：其中硫酸铝钾和硫酸铝铵可以结合生产的实际需要适当地应用到豆类制品、面糊、油炸面制品、虾味片或焙烤食品中，且铝的残留量不得超过100 mg/kg（干样品，以A1 计）；也可用于海蜇这种腌制水产品中，且铝的残留量不得超过500 mg/kg(以即食海蜇中Al 计)。亮蓝及其铝色淀等着色剂广泛应用于各类食品中，如用于风味发酵乳、腌渍的蔬菜、含乳饮料、碳酸饮料与饼干夹心时，最大使用量均不得超过0.025 g/kg（以亮蓝计），而亮蓝用于风味派馅料和膨化食品时则最大使用量均不得超过0.05 g/kg。

2 铝元素检测方法研究进展

2.1 分光光度法

分光光度法是对铝元素进行检测最普遍的一种方法，它以铬天青S 为主要显色剂，其主要原理为添加了不同表面活性剂后会形成溶解度更高的配合物。比如可利用铝、铬天青S、溴代十六烷基吡啶、聚乙二醇辛基苯基醚共同反应形成的四元蓝绿胶束络合物进行测定海蜇、面制品产品中的铝。据统计，其加标试验回收率经常在50%～70%，因此需要考虑优化酸度、试剂浓度等相关检测参数。该方法步骤较为复杂，用时较长，但由于检验成本较低，因此在基层生产企业和基层检测机构测定含铝食品添加剂时较为常用。还有研究者[3]将醋酸钠作为缓冲溶液来测定饮用水中的铝含量，结果表明：反应时间明显降低了很多。

2.2 原子吸收法

石墨炉原子吸收光谱法的研究以不同基体的改进为主，如果以抗坏血酸与磷酸氢二铵为基体改进剂，在保证还原性的基础上，还减少了碳化物的生成，且检测结果稳定可靠，原子吸收法使得铝含量检测的准确度得到了很大地提升。有研究人员在[4]对饮用水中的铝含量测定中发现，以重铬酸钾为主要基体改进剂，不仅可以降低原子化的温度且还有很高的精准度。当然，也有学者[5]试图以硝酸镁和硝酸为混合基体改进剂，在提高灰化温度的同时，提高了检测的准确性，但要考虑是否有金属离子干扰。该方法的原理为待试样消解处理后，通过石墨炉将其原子化，在波长257.4 nm 处测定其吸光度。在一定浓度范围内，铝含量与吸光度值之间为正比关系。该方法通常使用的试剂为优级纯。试验用水为GB/T 6682—2008 规定的二级水。在此应注意，所使用的消解罐以及玻璃仪器都需要使用硝酸+高氯酸（1+5）浸泡24 h 后用自来水反复冲洗，最后用水冲洗晾干后方可使用。注意操作过程中防止出现污染的情况，并且切忌使用含铝器具[6]。

2.3 ICP-MS 法

20 世纪80 年代，电感耦合等离子体质谱法（ICP—MS）应用而生，经过40多年的不断发展，已逐渐形成了一种新型的无机元素分析测试技术。ICP—MS 法是通过接口技术将电感耦合等离子体（10 000k）的电离特性与台式四极杆质谱仪相结合而形成的一种新型分析技术。电感耦合等离子体质谱法可实现同时分析除了碳、氢、氧、氮以及惰性元素以外的所有的存在于地壳中的元素，基于这一优势，电感耦合等离子体质谱法已经取代了传统的石墨炉原子吸收（GFAAS）、火焰原子吸收（AAS）、原子荧光（AFS）、电感耦合等离子体光谱（ICP—AES）和离子色谱（IC）等，现已被广泛地应用到了制药、卫生和农业发展等多个行业领域中[7]。

该方法的原理为试样消解后，使用电感耦合等离子体质谱仪进行测定，待测铝元素与内标铝元素的质谱信号强度之比与待测铝元素的浓度为正比，进而进行定量分析。该法所用试剂为优级纯，水为GB/T 6682—2008 规定的一级水。除此之外，在利用ICP—MS法对食品中的铝进行检测时还会使用到电感耦合离子体技术，电感耦合离子体技术所用设备是由一个三层的石英套管组合而成的矩管，在该矩管的上端部分绕有RF 工作线圈，而该工作线圈发挥着通气和冷却的重要作用[8]。

RF 工作线圈在大多数的情况下被应用到了射频电压中，所产生的平面磁场会出现大量的火花。而其中的一些离子由于受到磁场的影响还会与其他的氩原子发生碰撞，进而产生更多的电子和离子，并形成涡流状，这样的涡流状会产生很高的温度，并形成10 000 k 的离子火焰炬。但它也存在着一定的缺陷，即同位素离子、双电荷离子和多原子离子的干扰问题。究其原因，主要是在这些元素离子化的过程中，不同元素会形成相同质量或电荷比的离子，这一缺点可通过数字校正的方法予以消除和克服[9]。

2.4 ICP-OES 法

该方法的原理为待样品消解后，使用电感耦合等离子体发射光谱仪测定，根据铝元素的特征谱线定性，待测铝元素谱线信号强度与元素浓度为正比，从而进行定量。该方法具有检出限低、灵敏度高、准确可靠的优点。使用该方法测定使用的试剂通常为优级纯，水为GB/T 6682—2008 规定的一级水。测定过程与ICP—MS 法相似。需要注意的是应当依据样品溶液中元素质量浓度水平，适当调整标准系列各元素质量浓度范围；如出现超出线性范围的情况，应重新设计标准系列。