乳及乳制品中碘含量及检测技术研究进展

武伦玮，刘丽君，段国霞，唐 烁，刘春霞，李翠枝

（内蒙古伊利实业集团股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010110）

碘是人体必需的微量元素之一，也被称之为智力元素，对人体的生长发育、新陈代谢非常关键[1]。碘在体内主要参与甲状腺素的合成，发育期儿童的身高、体质量、肌肉、骨骼的增长和性发育都必须有甲状腺素的参与，而摄入过多的碘会造成高碘性甲状腺肿。成年人对碘的需求量为0.1～0.3 mg/d，儿童的正常尿碘水平应低于300 μg/L。“碘缺乏”和“碘过量”仍然是当今世界上普遍关注的问题。碘的食物来源主要包括海带、紫菜、带鱼、贝类、蛋、乳和一些肉类。随着人们生活水平的提高，牛乳的日常食用量越来越大，尤其是儿童[2]。由于生牛乳中碘含量受到地域、水源和牛的饲料影响很大，所以有必要对乳中碘含量进行检测分析。作为乳品企业，严格把控乳制品中碘含量，对提高产品质量具有重要的现实意义。本文就近十几年的研究文献进行总结，对牛乳中的碘含量影响因素及现有的检测技术进行综述，以期为相关检测行业提供技术参考。

1 乳及乳制品中碘含量及影响乳中碘含量的因素

1.1 乳碘含量

近年来，随着食品科学的发展，人们越来越细化深入研究乳及乳制品中的成分，并进一步探讨各成分的含量分布和影响因素。碘为微量元素，国内牧场中生牛乳的碘含量为7.9～74.1 μg/100 g[3]。欧洲的大量研究数据表明，牛乳中的碘含量平均值为100～200 μg/L[4]。 Schöne等[5]对德国近年来市售牛乳进行调研，碘平均含量为94～122 μg/kg。Janet等[6]对美国不同州24 个超市的不同脂肪含量牛乳进行分析，碘含量分布在39～185 μg/240 mL，平均含量85 μg/240 mL，不同地域、不同产品中碘含量表现出明显的差异性。苏运聪等[3]用气相色谱法对国内22 个牧场生牛乳中碘含量的差异进行分析，分析的因素包括饲料、水、含碘药浴液，证明饲料是影响生牛乳中碘含量的重要因素，饮用水和是否使用含碘药浴液擦洗乳头均对乳碘含量无太大影响。该研究进一步分析了棉籽、苜蓿、青贮、泌乳料、甜菜粕和压片玉米6 种饲料，得出泌乳料和压片玉米对乳碘的含量贡献最大。Flachowsky等[4]的研究表明，牛乳饲料中的碘多达一半是通过牛乳来代谢，并且人类可以吸收牛乳中全部的碘。Leiterer等[7]采用电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS） 和离子色谱-ICP-MS法测定德国图林根州的乳碘，发现在长时间冷藏（约1 周）条件下或煮沸后，乳碘含量及结合形态均具有较高稳定性，该结果可以为制作冻干乳制品的碘含量提供数据支持。

Bath等[8]对英格兰南部16 个地区的零售有机纯牛乳和普通纯牛乳碘含量进行分析，发现有机纯牛乳的碘含量比普通纯牛乳低42.1%。有机纯牛乳碘含量较低的原因可以通过有机牧场的养殖条件限制来解释，有机饲料通常至少有60%必须是新鲜或青贮饲料，限制使用维生素或矿物质制剂，这是导致有机纯牛乳比普通纯牛乳碘含量偏低的主要因素。该研究还指出，三叶草在有机农业中用来代替人工肥料，白色三叶草含有氰基葡萄糖苷，被认为可引起甲状腺肿，这种甲状腺素饲料可通过抑制奶牛乳腺中的钠碘转用体来降低乳碘含量，这是导致有机乳碘含量低于纯牛乳的另一个因素。

1.2 碘在牛乳中的分布情况

碘在牛乳中的分布一般包括无机碘和有机碘，有机碘主要分布在蛋白质和脂肪中。Isaac-Olive等[9]采用中子活化分析技术对乳成分中碘的分布情况进行研究，采用异丙醇-正己烷（1∶1，V/V）提取牛乳中的脂质，通过(NH4)2SO4沉淀、透析或二者结合来实现总蛋白的分离，测得牛乳中主要碘为无机碘，占碘总量的94%，蛋白质和脂类中均为4%左右。Leiterer等[10]也得出相同结论，牛乳中碘主要存在形式是碘离子，碘酸盐约占碘总量的0.7%，离子色谱-ICP-MS法测得碘占总碘含量平均值为89%，未测得碘可能为有机结合碘，有机结合碘可能在离子色谱图上有体现，但并未对有机碘的存在形式做进一步探讨。Fernández-Sánchez等[11]采用ICP-MS（氨水解法）法对14 份母乳（来自圣地亚哥-德孔波斯特拉）及27 份婴幼儿配方乳粉（来自雀巢（Nestle）、美乐宝（Milupa）、欧迪赛（Ordesa）等厂家）中总碘含量进行测定，将样本在4 ℃、50 000 r/min条件下超速离心15 min，分离出脂肪、乳清和酪蛋白。结果表明：母乳中总碘含量均值为（144.0±93.2） μg/kg，婴幼儿配方乳粉的总碘含量均值为（53.3±19.5） μg/kg；对于母乳和婴幼儿配方乳粉2 种类型的样品，乳清部分（指水相）碘含量为80%～90%，而脂肪中碘含量约为总碘的2%，酪蛋白部分为5%～10%，不同样品之间略有差异。

2 乳及乳制品中碘的定量检测技术

碘是一种有多种形态的非金属元素，可存在几种氧化态（-1、0、＋1、＋3、＋5、＋7），具有极强的生物亲和性和高活动性，易发生氧化还原反应、易挥发、易吸附，其稳定的天然同位素为127I。在自然界中，碘以单价阴离子碘化物、碘酸盐及甲基碘或更复杂的有机化合物形态广泛存在于盐溶液和不同的分子化合物中[12]。本文列举了一些乳碘的检测方法，并对6 种检测方法进行详细阐述。其他测定食品中碘的方法还有高效液相色 谱法[13]、毛细管电泳法[14]、X射线荧光法[15]、断续流动注射催化原子荧光光谱法[16]、极谱法[17]、溶出伏安法、离子选择电极法[18-19]等，但是在乳制品检测中的应用较少。

2.1 光度法

光度法测定食品中碘包括砷铈催化光度法、硫氰酸铁-亚硝酸催化光度法、阻抑动力学光度法、高聚物萃取光度法、共振光散射法和化学发光法等[20-23]，但是乳碘的测定常见的有砷铈催化化学光度法，其他光度法在乳碘检测中并不常见。最早由美国化学家提出的砷铈催化动力法[24]，先将样品矿化处理，然后使用碘催化砷铈反应，如式（1）～（2）所示。

各学者对催化反应的机理进行了深入研究，例如， 周传静等[25]对痕量碘的测定方法，即砷铈催化动力学进行研究，认为除碘之外氯离子也是该反应的一种催化剂。

2.2 气相色谱法

大部分气相色谱法测定碘是将乳制品通过亚铁氰化钾和乙酸锌沉淀去除蛋白，滤液中结合态的碘在酸性条件下被氧化剂氧化为单质碘，单质碘与衍生试剂反应生成碘的衍生物，有机溶剂萃取，经气相色谱-电子捕获检测器检测。GB 5413.23—2010《食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品中碘的测定》[26]以硫酸作为酸性介质，双氧水作为氧化剂，2-丁酮作为衍生试剂，正己烷萃取。陈玉锋[27]、庞民好[28]等以硫酸作为酸性介质，重铬酸钾作为氧化剂，丁酮作为衍生试剂，环己烷萃取。 曹叶中等[29]以硫酸作为酸性介质，双氧水作为氧化剂，3-戊酮作为衍生试剂，正己烷萃取。顾晓梅等[30]在探讨酮类作为衍生试剂测定碘的研究中，对碘代戊酮、碘代丁酮、碘代甲基异丁酮、碘代丙酮在电子捕获器上的响应进行排序，结果表明，碘代戊酮在电子捕获检测器中的响应值最高，比响应值最小的碘代丙酮高出10 倍之多。采用戊酮作为衍生剂，对提高气相色谱测定碘的方法灵敏度有良好作用。

多数研究在分析衍生试剂种类的情况下，还会考察酸、氧化剂和衍生剂的用量，如鄂颖等[31]对丁酮、双氧水、硫酸的用量和衍生时间选用L9（34）进行正交试验，得出结论：丁酮、硫酸和衍生时间对测定结果从大到小依次有显著影响；双氧水的加入量对测定结果有影响，但是无统计学意义。谭进衍[32]也对传统的分液漏斗萃取碘的衍生方式进行改进，采用离心管代替分液漏斗，解决了实验前处理操作繁琐、试剂消耗量大、工作效率低等问题。

衍生-气相色谱法测定乳制品中的碘，方法稳定，检出限较低，对实验人员和设施设备要求不高，在广泛应用于乳制品中碘含量的测定中具有重要作用。

2.3 离子色谱法

离子色谱法测定乳制品中的碘在很多文献中已报道过。其中SN/T 3727—2013《进出口食品中碘含量的测定 离子色谱法》[33]中规定了出口食品中碘含量的离子色谱测定方法，其中包括乳制品、营养米粉等婴幼儿食品及食盐中碘含量的测定。该方法的乳制品中碘含量测定原理是将试样用水溶解，乙腈沉淀蛋白，如果试样中加入碘酸钾，则需要在提取时加入抗坏血酸将碘酸根离子还原成碘离子，离子色谱-脉冲安培检测器测定。柴成文等[34]使用离子色谱法测定乳品中微量的碘，该法使用氢氧化钠作为淋洗液，比较了使用稀硝酸作为淋洗液时检测碘离子的灵敏度，发现前者的检测效果更优。李征等[35]建立了同时测定生鲜乳中碘离子、硫氰酸根的离子色谱-电导检测方法，结果表明，碘离子在0.01～1.00 mg/kg范围内线性关系良好，检出限为0.2 mg/kg，但该法只能测定生鲜乳中的碘离子，无法测定总碘含量，并且检出限比离子色谱-安培检测法高，优点是操作简单、快速。杜艳[36]、王洋[37]等同样采用离子色谱-电导检测法测定蛋白胨中的碘离子等阴离子，通过淋洗液发生器产生氢氧化钾溶液作为流动相进行梯度洗脱，前处理采用乙酸溶液、RP柱和Na柱去除杂质干扰，对生牛乳及乳制品中碘离子的检测有一定的启发意义。

2.4 ICP-MS

食品中的碘以碘酸盐、碘化物、单质碘和有机碘的形态存在，ICP-MS法对于总碘的测定是最有效的方法，特别适合特殊医学用途食品中碘的测定，在食品中具有广泛应用，关注度较高[38]。目前，国内外有大量文献采用ICP-MS法测定乳品中的碘，如国际标准BS ISO 20647：2015《婴幼儿配方乳粉和成人营养配方乳粉-总碘的测定-ICP-MS法》[39-40]。该标准规定了ICP-MS 法测定婴儿配方乳粉和成人营养配方乳粉中总碘的方法，将液体试样或用水复原后的固体试样加入5%氢氧化钾溶液，（105±5） ℃条件下进行消解，然后加入碘稳定剂氨水-硫代硫酸钠溶液，采用同位素内标法进行上机测定。而在美国AOAC method 2012-15《婴幼儿配方粉、成人/儿童配方粉中总碘的测定-ICP-MS法》[41]中，是将液体试样或固体试样复原成液体后，加入硝酸进行微波消解，然后再加入25%氨水和5%曲拉通溶液，赶酸后定容，上机测定。Hieda等[42]改进了AOAC方法，该研究提到，样品在某些情况下消化不完全，残留的有机碳会导致碘的信号增强，在样品上机液和标准溶液中加入5%甲醇溶液，可以作为有效的基质匹配剂，从而对婴儿配方乳粉和基质消化不完全的特殊配方乳粉中的碘进行更准确定量。我国在近期修订的食品安全国家标准GB 5009.267—2020《食品安全国家标准 食品中碘的测定》[21]中第一法为ICP-MS法，该法直接用四甲基氢氧化铵提取，定容后取上清液上机，采用同位素内标法进行测定。李宗芮等[43]采用超声水提法-ICP-MS测定配方乳粉中碘的含量，该法用水超声提取，并使用乙酸锌和亚铁氰化钾沉淀蛋白，加入氨水保证环境的碱性，优点在于检测速度快、氨水较四甲基氢氧化铵更便宜。 Picoloto等[44]采用微波诱导燃烧样品处理技术测定成人乳粉和婴幼儿配方乳粉中的碘和溴。该前处理方法对高有机质含量的样品可完全分解，并且根据绿色化学理念，避免使用过量的试剂或强碱，消化水解液具有长期稳定性（可达30 d），分析时间较短，记忆效应小。 Mesko等[45]采用微波诱导燃烧消化后，使用ICP-MS法测定食品中碘的含量，同样指出其具有绿色环保、分析时间短、消化效能高的特点。微波诱导燃烧和ICP-MS对食品样品中的低碘含量测定具有更深入的探讨价值。除此之外，马兰等[46]研究酸水解法的前处理方式，样品加硝酸进行微波消解赶酸后直接测定，并证明酸消解法存在较大的系统误差，可能的原因是碘在中性和酸性环境中不太稳定。在ICP-MS法中大多采用内标法，有效消除了样品的基体效应。

2.5 液相色谱（或离子色谱）-ICP-MS

随着检测技术的不断发展，对元素分析的要求已经不满足于总量测定，因为总量不能真实反映元素的实际存在状态。孙凯峰等[47]利用高效液相色谱-ICP-MS法对乳粉中的碘酸根离子和碘离子进行分离并测定，该方法采用高温易分解的碳酸铵为流动相，克服了高盐组分容易堵塞质谱仪锥孔的缺点，对多个婴幼儿配方乳粉进行测定，检测限可达0.01 mg/kg，定量检出限为0.05 mg/kg。Nelson等[48]采用高效液相色谱-ICP-MS法对婴幼儿配方乳粉中碘和溴进行形态分析，该方法检测限较低，重复性良好，可以为婴儿配方乳粉中碘和溴酸盐的生物利用度、潜在毒性风险等方面提供有价值的信息。

2.6 中子活化法

中子活化法是通过中子或质子轰击样品中某些粒子，产生核反应，生成具有放射性的核素，并幅射能量，经γ射线检测器检测，通过检测幅射能的强度来进行定量的一种分析手段。它的优点在于可以测定痕量与超痕量的物质含量，不破坏样品，可同时测定多种元素。但该方法需要的仪器成本昂贵、专业化程度较高，且需核反应堆来激发中子，因此很难在实验室和生产应用中普及。中子活化法主要包括放射化学中子活化法和超热中子活化法[49]。Isaac-Olive等[9]采用萃取溶剂异丙醇-正己烷（1∶1，V/V）分离牛乳中脂质，再通过(NH4)2SO4进行蛋白质沉淀、渗析方法进行分离，采用热中子活化技术和康普顿抑制计数系统分析牛乳中的总碘、无机碘、脂质碘和蛋白碘。该方法优点在于精密度高、准确性好、检测限低，缺点是样品的分析时间长。

3 结 语

本文综述牛乳中碘的含量分布影响因素和分析测试技术的研究进展。牛乳中碘的含量由于地域和不同饲料饲喂存在较大差异，牛乳中碘含量在不同国家、地域间不尽相同；碘在牛乳中的存在形式主要为无机碘，在脂肪和酪蛋白中存在较少量的有机形式的碘，占总碘量的4%～10%。在分析测量中，碘的记忆效应、挥发性及高第一电离能等造成了检测难点，分光光度法灵敏度低，难以达到痕量测定，但实验成本较低，对于一般常量分析有很好的参考效果；气相色谱法的前处理较为繁琐，需要衍生，当碘的形态不相同时，可能会对碘的衍生效果产生影响，并且由于前处理一般要去除脂肪和酪蛋白，所以并不能测定总碘含量，导致数据不准确，但对一些普通基质、已知碘的形态时，检测限较低，准确性良好；碘处于紫外光区，采用电感耦合等离子体发射光谱测定比较困难，灵敏度较差，但可采用间接方式测定；采用ICP-MS法测定，应用较为广泛，样品在碱性条件下消化，碘较为稳定，是较为理想的测定方式；离子色谱法测定碘含量具有一定的参考价值，而离子色谱与ICP-MS联用用于碘形态分析是今后的一大热点。