(朗誠(chéng)分析技術(shù)研發(fā)中心 工程師陳總威）

 

 

隨著人民生活質(zhì)量的提高，食品安全問題日益引起人們的高度重視。自20世紀(jì)80年代起，食品中二氧化硫的安全性引起了越來越多的關(guān)注。許多國(guó)家對(duì)食品中的二氧化硫和亞硫酸鹽含量規(guī)定了最大使用量和最大殘留限量， 并且建立了多種二氧化硫的測(cè)定方法。正確對(duì)待食品中二氧化硫問題， 不僅需要可靠的檢測(cè)技術(shù)，還需要了解其來源與途徑。鑒于此，DECHEM-TECH中國(guó)技術(shù)服務(wù)中心與朗誠(chéng)化學(xué)分析技術(shù)研發(fā)中心合作，就食品中二氧化硫的來源、安全性、限量標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)方法的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為廣大用戶對(duì)食品中二氧化硫殘留的檢測(cè)及控制研究提供一定的參考與借鑒。

 

 

二氧化硫在通常狀態(tài)下是一種無色的有刺激性氣味的氣體，有毒，易溶于水。并且溶解后和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸。二氧化硫及亞硫酸鹽具有漂白性，它與有色物質(zhì)發(fā)生化合作用生成無色的化合物，但是這種反應(yīng)是可逆的， 在受熱后物質(zhì)又會(huì)變?yōu)樵瓉淼念伾�。由于二氧化硫及亞硫酸鹽的S 原子的化合價(jià)為正四價(jià),所以其既有氧化性也有還原性,在常溫下就可以和許多的氧化性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

二氧化硫及其衍生物對(duì)人體的各種系統(tǒng)、器官、組織都會(huì)產(chǎn)生不利的影響,二氧化硫進(jìn)入呼吸道后因其易溶于水, 所以大部分被阻塞在上呼吸道, 在濕潤(rùn)的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，使刺激作用增強(qiáng)，損害支氣管和肺，進(jìn)而可以誘發(fā)各種呼吸道炎癥，而且還對(duì)呼吸器官有毒理作用, 而且對(duì)其他多種器官如腦、心、肝、胃、腸、脾、胸腺、腎、翠丸及骨髓細(xì)胞等均有毒理作用，是一種全身性毒物。

鑒于二氧化硫?qū)θ梭w的嚴(yán)重危害性, 為避免食品中二氧化硫殘留量超標(biāo)而引起食用者中毒等不良反應(yīng), 各國(guó)都制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)來嚴(yán)格控制二氧化硫使用量和殘留量。美國(guó)FDA要求亞硫酸鹽使用量高于20mg/L 的食品要予以標(biāo)明。日本對(duì)鹽漬蔬菜、淀粉等食品中二氧化硫限量為30mg/L，德國(guó)對(duì)大蒜制品限量為50mg/L。鑒于亞硫酸鹽在啤酒中使用,許多國(guó)家對(duì)啤酒中的二氧化硫殘留限量也作了規(guī)定。我國(guó)《發(fā)酵酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB2758-81)規(guī)定了以游離二氧化硫計(jì)的殘留二氧化硫的限量。我國(guó)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)二氧化硫類物質(zhì)在各類食品中的使用范圍、使用量及允許最大殘留量做出了明確的規(guī)定。如硫磺只限于熏蒸蜜餞、干果、干菜、粉絲和食糖； 低亞硫酸鈉可用于蜜餞、干果、干菜、粉絲、蘑菇及蘑菇罐頭, 最大使用量為0.4mg/Kg， 二氧化硫可用于葡萄酒、果酒等，最大使用量不應(yīng)超過0.25mg/Kg，對(duì)芝麻、乳、豆類、蔬菜以及生食用鮮魚貝類則禁止使用。

FDO 和WHO 聯(lián)合食品添加劑專家委員會(huì)對(duì)二氧化硫類物質(zhì)作為食品添加劑的危險(xiǎn)性評(píng)估為:二氧化硫的日容許攝入量為0-0.7gmg/Kg體重，即一個(gè)60Kg 體重的成人, 每天二氧化硫的攝入量不超過42mg。

 

由于食品基質(zhì)的差異性，使二氧化硫檢測(cè)需要不同的方法， 且檢測(cè)原理也各不相同。隨著分析檢測(cè)的要求逐步提高，檢測(cè)任務(wù)也越來越大，尋找一種合適的分析方法勢(shì)在必行。近年來，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)、光機(jī)電一體化技術(shù)的支持下，全自動(dòng)化的理化分析成功運(yùn)用于食品中二氧化硫的檢測(cè),分析方法的智能化、自動(dòng)化成為重要的發(fā)展方向，不僅提高了檢測(cè)速度和準(zhǔn)確度，滿足了當(dāng)前批量分析檢測(cè)的現(xiàn)實(shí)要求，而且節(jié)省了大量的人力和物力。目前，應(yīng)用于食品中二氧化硫檢測(cè)方法有比色法、滴定法和色譜法等，其中全自動(dòng)間斷化學(xué)分析技術(shù)成功應(yīng)用于食品分析也越來越受到關(guān)注。

 

國(guó)標(biāo)GB/T5009.34-2003中規(guī)定用鹽酸副玫瑰苯胺法檢測(cè)食品中二氧化硫含量，其主要原理是利用亞硫酸鹽與吸收液生成較穩(wěn)定的絡(luò)合物，再與甲醛及鹽酸副玫瑰苯胺作用生成紫紅色絡(luò)合物, 在波長(zhǎng)550nm 處測(cè)定溶液吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量。
  該方法自動(dòng)程度低，分析速度慢，檢測(cè)精度及準(zhǔn)確度受人為因素影響大，不同操作者可能會(huì)產(chǎn)生不同的分析結(jié)果，而且所使用的浸提液為四氯汞鈉，毒性較大，整個(gè)過程均由人工完成，對(duì)人體安全造成比較大的影響。

常見的有直接滴定碘量法, 蒸餾一碘量法, 蒸餾一堿滴定法。

直接滴定碘量法原理是樣品中的被測(cè)成分（包括游離和化合二氧化硫）在堿液中失去結(jié)合力，被固定為亞硫酸鹽，在硫酸的作用下，又使其游離出來, 并用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，過量的碘與淀粉指示劑作用，生成藍(lán)色的碘一淀粉復(fù)合物。由碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴定量計(jì)算出總二氧化硫的含量。
   直接滴定碘量法操作簡(jiǎn)便、快速, 特別適用于測(cè)定葡萄酒中的亞硫酸鹽。但是對(duì)于脫水大蒜、姜制品等, 由于含有較多的揮發(fā)性芳香物質(zhì), 往往導(dǎo)致滴定終點(diǎn)的顏色不穩(wěn)定，易褪色, 不能保持30秒不消失， 終點(diǎn)難以判定。

采用“蒸餾一碘量法，是對(duì)樣品酸化并加以蒸餾，樣品中二氧化硫逸出， 通過乙酸鉛溶液接收，并用濃鹽酸酸化，以碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

采用蒸餾法對(duì)樣品進(jìn)行前處理，可以有效地避免樣品本底的干擾,但是需要的時(shí)間較長(zhǎng)， 一般蒸餾一份樣品大約需一個(gè)多小時(shí)，不適合大批量樣品檢測(cè)。

該方法利用酸堿中和滴定的原理，樣品酸化后在氮?dú)饬髦屑訜嵴麴s， 以過量氫氧化鈉接收，然后將接收液酸化并氧化為硫酸，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定即可測(cè)定樣品中亞硫酸鹽總量。

該方法屬于快速測(cè)定方法，廣泛用于各類食品的檢測(cè)。其蒸餾時(shí)間短, 溶液沸騰后蒸餾10-15分鐘即可對(duì)接收液以堿標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，終點(diǎn)易判斷。取樣量可從1g 至100g 靈活掌握，檢測(cè)范圍寬，可以避免樣品中因亞硫酸鹽分布不均所致結(jié)果重復(fù)性差的現(xiàn)象。但該方法需要定制一套按規(guī)定尺寸的全玻璃蒸餾裝置, 容易損壞。操作中需用脫氣的水，充入的氮?dú)庖残枋歉呒兌鹊�。�?duì)于有機(jī)酸含量高的樣品, 產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸, 測(cè)定時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。

將食品中的游離亞硫酸和總亞硫酸分別用酒石酸提取液提取后，取出一定量在密封容器中使之成為酸性揮發(fā)亞硫酸，取頂空氣體, 注入附有火焰光度檢測(cè)器的氣相色譜儀中進(jìn)行定量。通過測(cè)定氣相中二氧化硫的含量, 間接測(cè)定樣品中的二氧化硫含量。

本方法具結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但分析速度慢，操作復(fù)雜，儀器耗材成本高，不適合樣品的批量分析且分析成本高，并未得到廣泛應(yīng)用。

離子色譜法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏，是分析食品中二氧化硫的研究熱點(diǎn)。其原理是試樣中的亞硫酸在20%磷酸酸性條件下,于 90℃水浴中通氮?dú)夥蛛x，收集在三乙醇胺溶液中, 用離子色譜法測(cè)定。

離子色譜法適用于食品中殘留亞硫酸鹽和天然亞硫酸鹽的測(cè)定，但食品樣品成份復(fù)雜, 含較多的蛋白質(zhì)、油脂、色素、纖維素等有機(jī)大分子，這些組份與分離柱的填料發(fā)生作用，影響柱子的性能和壽命。部分亞硫酸鹽在食品中以結(jié)合狀態(tài)存在，如直接測(cè)定，樣品處理過程中樣品溶液放置時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果影響較大，但是在酸性條件下蒸餾樣品可以避免該誤差的出現(xiàn)。

化學(xué)發(fā)光法因化學(xué)發(fā)光法靈敏度高， 操作簡(jiǎn)便，受到了重視。在酸性介質(zhì)中, 某些氧化劑可氧化亞硫酸根，產(chǎn)生發(fā)光，當(dāng)某些化合物存在時(shí)可使化學(xué)發(fā)光增強(qiáng)。

此方法簡(jiǎn)便、靈敏，但影響化學(xué)發(fā)光機(jī)制的因素較多，穩(wěn)定性不強(qiáng)。

將涂有石墨/環(huán)氧樹脂/固化劑的銅或金電極浸泡在飽和4一甲基呱陡二硫代氨基甲酸鉀水溶液和飽和硝酸汞水溶液中各1小時(shí)，然后用此電極來測(cè)定亞硫酸根。二氧化硫傳感器主要用電化學(xué)方法，還有用壓電晶體傳感器同時(shí)測(cè)定二氧化硫及相對(duì)濕度，用表面聲波傳感器測(cè)定二氧化硫等。

電化學(xué)傳感器具有靈敏度高, 使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是干擾因素多，并未實(shí)際應(yīng)用至日常檢測(cè)工作中。

原理是在pH3.6的NaAC-HAC介質(zhì)和亞硫酸鹽氧化酶存在下， 亞硫酸鹽被氧化成硫酸根， 在過氧化氫酶作用下,用3,3,5,5 一四甲基聯(lián)苯胺顯色, 在650nm波長(zhǎng)下間接測(cè)定亞硫酸鹽的含量。

該法靈敏度高，可以檢測(cè)痕量的二氧化硫，但是樣品前處理較為繁瑣。

目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了食品中二氧化硫現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)試劑盒、儀器，其原理是食品中的二氧化硫與顯色劑反應(yīng)生成有色化合物，采用目視比色分析方法， 直接在二氧化硫快速檢測(cè)色階卡上讀出食品中二氧化硫的含量。

該儀器具有操作簡(jiǎn)單，使用方便，可隨身攜帶，即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)速度快，樣品和試劑用量少，無污染等優(yōu)點(diǎn)，但是靈敏度低，不適合大批量樣品的精確測(cè)定。

 

 

近年來, 食品中超量使用及濫用亞硫酸鹽的現(xiàn)象非常嚴(yán)重, 加強(qiáng)對(duì)食品中二氧化硫及亞硫酸鹽的監(jiān)督和檢測(cè)己成為急需解決的問題，研究與應(yīng)用二氧化硫及亞硫酸鹽含量的快速測(cè)定技術(shù), 是實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理的有效措施之一。食品安全的保障依賴于可靠的質(zhì)量監(jiān)控，因此迫切需要一種操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化及智能化程度高、分析成本低、檢測(cè)快速且靈敏度高的分析方法。運(yùn)用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀檢測(cè)食品中的二氧化硫，不僅可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及智能化，而且由于其分析速度極快、靈敏度極高，可實(shí)現(xiàn)二氧化硫的微量分析，更為重要的是此技術(shù)分析成本極低，污染極小，降低了實(shí)驗(yàn)對(duì)人體的危害，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高， 必將成為食品中二氧化硫快速檢測(cè)的主流技術(shù)，是當(dāng)前和今后一段時(shí)期內(nèi)食品中二氧化硫快速檢測(cè)的首選方法， 為政府部門的市場(chǎng)監(jiān)督及食品生產(chǎn)廠家的自我監(jiān)控提供有力的技術(shù)保障。

全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀是使傳統(tǒng)比色法檢測(cè)自動(dòng)化的一種分析檢測(cè)儀器，其完全模擬傳統(tǒng)比色法，將待測(cè)樣品及相應(yīng)的反應(yīng)試劑按照一定的比例自動(dòng)加入比色皿中，待測(cè)物濃度與生成物顏色深淺成正比關(guān)系，經(jīng)儀器比色計(jì)檢測(cè)生成物吸光強(qiáng)度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線，自動(dòng)計(jì)算樣品中待測(cè)組分的濃度。全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀可實(shí)現(xiàn)多達(dá)119個(gè)樣品的多個(gè)待測(cè)物的同時(shí)測(cè)定，測(cè)定過程全程由專業(yè)儀器軟件控制和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)分析測(cè)試過程的自動(dòng)化、智能化。

 

通過進(jìn)樣臂將樣品組分和試劑組分加入至指定的恒溫反應(yīng)裝置中進(jìn)行反應(yīng)并直接讀取數(shù)據(jù)。亞硫酸鹽與四氯汞鈉反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，再與甲醛及鹽酸副玫瑰苯胺作用生成紫紅色絡(luò)合物，并在550nm波長(zhǎng)處測(cè)定。

 

1.水溶性固體樣品如白砂糖等可稱取約3-5g均勻樣品，以少量溶解，置于100ml的比色管中，加入4ml氫氧化鈉溶液（20g/L），5min后加入4ml硫酸（1+71），然后加入20ml四氯汞鈉吸收液，以水稀釋至刻度。

2.其他固體樣品如餅干、粉絲等可稱取約3-5g研磨均勻的樣品，以少量水濕潤(rùn)并移入100ml比色管中，然后加入20ml四氯汞鈉吸收液，浸泡4小時(shí)以上，若上層不澄清可加入亞鐵氰化鉀及乙酸鋅溶液各2.5ml，最后用水稀釋至100ml刻度，過濾后備用。

3.液體樣品如飲料可直接取3-5.0g樣品至于100ml比色管中，以少量水稀釋，加入20ml四氯汞鈉吸收液，搖勻，浸泡4小時(shí)以上，最后用水稀釋至刻度，過濾后備用。

 

1. 將過濾好的樣品放置于樣品盤中；

2. 將配制好的試劑放置于試劑盤中；

3. 將配制好的標(biāo)準(zhǔn)溶液（3ug/ml），啟動(dòng)自動(dòng)稀釋器，將標(biāo)準(zhǔn)曲線的梯度制作成0-3 ug/ml；

4.編輯工作列表，包括標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)編輯、樣品編輯、試劑編輯；

5.啟動(dòng)儀器分析：測(cè)速為60個(gè)樣/小時(shí)

6.收集結(jié)果數(shù)據(jù)；

 

1.儀器易操作 

操作者只需將樣品和化學(xué)試劑放置在指定的位置并編輯工作列表，然后啟動(dòng)分析程序，整個(gè)操作過程小于3分鐘。

2.分析速度快

二氧化硫的分析速度為60個(gè)樣/小時(shí)，批量分析能力強(qiáng)，大大解放了實(shí)驗(yàn)室勞動(dòng)力。

3.儀器自動(dòng)化及智能化程度高

包括標(biāo)準(zhǔn)曲線的自動(dòng)制作、超標(biāo)樣品的自動(dòng)稀釋及重分析、廢液自動(dòng)收集、比色皿自動(dòng)清洗及光路校準(zhǔn)、試劑或樣品缺少警報(bào)、故障自動(dòng)警報(bào)等。

4.儀器靈敏度高

最低檢測(cè)的準(zhǔn)確量為0.8mg/Kg，優(yōu)于經(jīng)典手工分析法的1mg/Kg。

5.方法穩(wěn)定性強(qiáng)

精密度高，RSD小于等于2%。批次間穩(wěn)定性強(qiáng)，批次間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%。

6.方法準(zhǔn)確度高

樣品回收率均處于90-110%之間。

7.方法可比性強(qiáng)

與手工經(jīng)典分析法比較，樣品間的差異性均小于5%。

8.分析成本低

儀器最大試劑消耗量?jī)H為0.7ml，為經(jīng)典分析法的二十分之一，且儀器為整機(jī)分析模式，所需要的耗材少，一年維護(hù)成本只需1000-3000元。

9.保障實(shí)驗(yàn)人員人身安全

儀器含有密封式的廢液收集裝置，加上儀器的自動(dòng)取樣、取試劑及自動(dòng)清洗比色皿等功能，最大限度地保障了操作者的人身安全，同時(shí)也防止了分析對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染，更為重要的是降低了實(shí)驗(yàn)過程對(duì)環(huán)境的二次污染。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

表1

由表1數(shù)據(jù)說明，線性較好，斜率穩(wěn)定，a值始終處于0.192至0.196之間，方法穩(wěn)定性強(qiáng)。

表2

由表2數(shù)據(jù)表明，采用間斷化學(xué)分析儀測(cè)定食品中的二氧化硫具有較好的靈敏度，其最低檢測(cè)濃度為0.04mg/L,即0.8mg/Kg。

    由表2數(shù)據(jù)表明，用間斷化學(xué)分析儀測(cè)定三批食品中的二氧化硫，批次間數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好（RSD=1.38），同批樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差�。ㄐ∮�2%），精密度高。

       由表2數(shù)據(jù)表明，用間斷化學(xué)分析儀測(cè)定食品中的二氧化硫的回收率較高，樣品回收率均處于95%-105%間，準(zhǔn)確度高。

表3

  由表3數(shù)據(jù)表明，間斷化學(xué)分析儀法與手工經(jīng)典分析法比較，樣品間的差異性均小于5%，無顯著性差異，并且此次分析的樣品類型較多，實(shí)驗(yàn)排除了樣品多樣性引起的誤差。