自動電位滴定法測定辣椒制品中二氧化硫殘留量檢測條件優化

趙 琨,曹 揚,印 杰,鐘 霖

(上海市質量監督檢驗技術研究院,上海 200233)

辣椒是人們日常生活中的一種重要的蔬菜和調味品。目前全球有三分之二的國家種植辣椒,我國辣椒產量居全世界之首。常見的辣椒類型,一是食用型的辣椒,提供給喜愛辣椒獨特風味的人們食用;二是辣椒的深加工產品,為食品、醫藥、化工等產業提供了原料。傳統的辣椒食品多數是以鮮食辣椒或干制辣椒、辣椒醬制品為主。辣椒干制工藝中常采用硫磺熏蒸來起到保鮮和提亮的作用,目前國家標準已經嚴格控制辣椒干制品中亞硫酸鹽的殘留量,但近年來干辣椒及辣椒粉在食品安全抽檢中二氧化硫超標問題仍時常出現[1]。

亞硫酸鹽,通常是指二氧化硫(SO2)及能夠產生SO2的無機性亞硫酸鹽的統稱,對食品有漂白、抗氧化、防腐的作用,廣泛應用于食品工業生產中。但長期過量攝入二氧化硫會導致機體免疫力下降,造成胃腸障礙引起腹瀉,導致肝、脾等臟器退行性病變,還會對呼吸產生刺激作用[2-4]。

我國現行標準GB 2760-2014中對亞硫酸鹽在食品中的使用范圍、使用量及殘留量等都作了明確限制,規定干制蔬菜中的殘留限量為0.2 g/kg[5]。國際食品法典委員會規定亞硫酸鹽含量在10 mg/kg及以上的預包裝食品須進行聲明,并規定香辛料中二氧化硫類添加劑的最大使用量為150 mg/kg[6]。

目前對二氧化硫測定的主要報道有蒸餾滴定法、分光光度法、氣相色譜法、離子色譜法、電化學分析法等[7-12]。國內針對食品主要采用的是《GB/T 5009.34-2016食品中二氧化硫的測定》中規定的酸蒸餾碘滴定法,除此之外,還有針對中藥材的《中國藥典2015四部 二氧化硫殘留量測定法》中規定的酸堿滴定法、氣相色譜法和離子色譜法等方法[13]。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design

對于辣椒制品,由于其本身含有色素,分光光度法顯色影響因素過多,穩定性差;色譜法靈敏度高,但樣品處理步驟復雜,儀器設備使用成本高昂;蒸餾滴定法作為國標規定方法,精密度和回收率高,但由于通過顏色變化判斷滴定終點,不同人員間比對誤差較大,且單個樣品耗時較長[14-15]。本文擬建立一個以自動蒸餾儀對辣椒制品進行蒸餾處理,并利用電位滴定儀測量反應過程中電位的突躍來確定終點的測定方法,并通過正交試驗對檢測條件進行優化,與國標檢測方法進行比對,最終確立一個高效可靠的檢測方法,為辣椒制品乃至各類食品中二氧化硫殘留量的監督檢測提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干辣椒(樣品1～5,各500 g) 市售;辣椒粉(樣品1～5,各500 g) 市售;濃鹽酸(分析級)、鹽酸溶液(1+1)、乙酸鉛溶液(20 g/L,分析純) 國藥集團化學試劑有限公司;碘標準滴定溶液(0.01 mol/L) 中國上海計量院;二氧化硫標準溶液(100 μg/mL) 環境保護部標準樣品研究所。

KjelFlex K-360型自動蒸餾儀及SO2附件 步琦實驗室設備貿易(上海)有限公司;Metrohm 877型自動電位滴定儀 瑞士萬通儀器有限公司;電子分析天平 梅特勒-托利多公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的前處理 將干辣椒樣品適當剪成小塊,再用粉碎機粉碎均勻。稱取5 g粉碎均勻的干辣椒樣品和辣椒粉樣品(精確至0.001 g),置于自動蒸餾裝置的蒸餾管中,備用。

1.2.2 樣品中二氧化硫的蒸餾 在已稱取樣品的蒸餾管中加入蒸餾水和10 mL鹽酸(1+1)溶液,置于自動蒸餾裝置上進行加熱蒸餾,蒸汽發生量設置為100%,采用20 g/L的乙酸鉛溶液作為接收液,接收管需浸入接收液之中，同時做空白試驗。

1.2.3 樣品中二氧化硫的測定 設置適當的滴定攪拌速度和電位變化率,再向接收瓶中加入10 mL鹽酸溶液(1+1),采用自動電位滴定儀,將Pt氧化還原電極插入接收瓶中,并使用0.01 mol/L碘標準溶液進行滴定,通過電位躍突自動記錄滴定終點。計算公式如下:

式中:X-試樣中的二氧化硫總含量(以SO2計),單位為g/kg;V-滴定樣品所用的碘標準滴定溶液的體積,單位為mL;V0-空白試驗所用的碘標準滴定溶液的體積,單位為mL;c-碘標準滴定溶液的濃度,單位為mol/L;m-試樣質量或體積,單位為g或mL;0.032-1 mL碘標準溶液相當于二氧化硫的質量,單位為g。

1.2.4 回收率、精密度的測定 加標回收率實驗:稱取干辣椒和辣椒粉樣品,各分為18份,每份稱取5 g(精確至0.001 g),進行3水平二氧化硫加標回收檢測,每個水平各6份,加標濃度分別為0.010、0.050和0.200 g/kg。計算公式如下:

式中:P-加入的標準物質的回收率,單位為%;m-加入的標準物質的量,單位為g/kg;X1-加標試樣的測定值,單位為g/kg;X0-未加標試樣的測定值,單位為g/kg。

精密度實驗:選取干辣椒和辣椒粉樣品各兩組,每組各6份,每份稱取5 g(精確至0.001 g),按照實驗方法分別測定,計算相對標準偏差RSD,以考察精密度。

1.2.5 正交試驗設計 基于現有文獻數據及經驗[16-18],本文選擇蒸餾時間、蒸餾水體積、接收液體積、攪拌速率和電位變化率五個因素作為研究對象,以干辣椒樣品三次加標回收率均值作為評價指標,采用正交試驗L16(45)設計方法優化試驗(表1),對自動電位滴定法檢測辣椒制品中二氧化硫的方法進行條件優化。

1.3 數據處理

使用SPSS 20.0軟件對試驗數據進行統計和分析。

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal test

表3 正交試驗方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal test

2 結果與分析

2.1 正交試驗優化

根據表1進行正交試驗,極差分析結果表明(見表2),影響自動電位滴定法檢測辣椒制品中二氧化硫效果的因素依次是蒸餾時間>蒸餾水體積>接收液體積>攪拌速率>電位變化率。方差分析表明(見表3),蒸餾時間對檢測結果有顯著影響(P<0.05)。條件優化結果為:蒸餾時間5 min,蒸餾水體積200 mL,接收液體積40 mL,攪拌速率8 r/min,電位變化率50 mV/min。

通過正交試驗獲得的上述最優條件并未出現在正交設計表中,為了進一步考察和驗證優化條件的可靠性和穩定性,在此條件下對干辣椒樣品進行精密度和加標回收實驗。檢測結果顯示(見表4～表5)相對標準偏差在0.69%～0.95%之間,加標回收率在98.3%～99.6%之間,均高于正交試驗中回收率最大值97.1%,表明該優化條件符合試驗預期。

2.2 線性關系的考察

配置不同濃度的二氧化硫標準溶液,濃度依次為0.000、0.010、0.050、0.100、0.200、0.500 g/kg,在優化條件下按照實驗方法進行測定,結果顯示,在0.000～0.500 g/kg范圍內,線性關系良好,線性回歸方程為y=15.29x+0.007,相關系數r=0.9994。對不含二氧化硫的空白樣品進行20次連續測定,計算標準偏差,以3倍標準偏差計算方法檢出限,以10倍標準偏差計算方法定量限。本方法檢出限為0.0015 g/kg,定量限為0.0050 g/kg。

2.3 精密度、回收率的考察

在優化條件下對干辣椒樣品1、2和辣椒粉樣品1、2進行二氧化硫殘留量的精密度檢測,分別對每個樣品進行6次測定,結果表明(見表4),該方法測定結果的精密度在0.69%～0.95%之間,符合方法學要求,精密度和準確度良好。

表4 精密度測定結果Table 4 Results of precision test

表5 回收率測定結果Table 5 Results of average spike recovery rates

表6 不同方法檢測結果比較Table 6 Comparison of different methods

在優化條件下對干辣椒樣品1和辣椒粉樣品2分別進行3水平二氧化硫加標回收檢測,加標濃度分別為0.010、0.050和0.200 g/kg,每個水平重復測定6次,結果表明(見表5),全自動電位滴定法的加標回收率在98.3%～99.6%之間,符合方法學要求。

2.4 與國標法檢測結果的比較

采用現行國家標準GB 5009.34-2016[19]規定的蒸餾碘量法和本文研究的自動電位滴定法分別對干辣椒樣品3、4、5和辣椒粉樣品3、4、5進行檢測,對檢測結果(見表6)進行T檢驗,P值大于0.05,表明兩種方法檢測結果差異無統計學意義,均可滿足檢測要求。

3 結論

目前國內有多項研究表明辣椒制品中二氧化硫檢出普遍[20-23],甚至有部分樣品檢出值大大超過了國標限值。干辣椒作為一種常用的香辛料,應該加強監管。然而目前現行的國內及國際標準中使用的蒸餾碘量法和酸堿滴定法均有檢測耗時較長、終點判斷誤差較大、自動化程度低等不足,應推行更加快速高效的二氧化硫檢測方法。本文建立以自動蒸餾儀對辣椒制品進行蒸餾處理,并利用電位滴定儀測量反應過程中電位的突躍來確定終點的測定方法,通過正交試驗,對檢測過程進行了優化,檢測結果相對標準偏差在0.69%～0.95%之間,加標回收率在98.3%～99.6%之間,精密度和回收率都較高。通過與國標法對比,兩種方法檢測結果無顯著性差異,符合二氧化硫殘留量的檢測要求。

本方法將自動蒸餾儀和電位滴定儀相連接,全程自動化進行,蒸餾結束后可立即自動進行電位滴定,并利用電位突躍替代淀粉指示劑對滴定終點進行判定,滴定誤差小速度快,只需6～8 min即可完成一個樣品的檢測。自動電位滴定法回收率高,穩定性好,檢測速度快,操作簡便,適合批量樣品自動化檢測的需要,可以為電位滴定應用于辣椒制品乃至各類食品中二氧化硫的測定提供參考。