乳粉中鈣、鐵、鈉消解方法比較及攝入量評估

杜娟，李亮，鄭許召，朱貝貝，丁肇旭*

1. 譜尼測試集團(tuán)股份有限公司（北京 100095）；

2. 北京市食品檢驗研究院（北京市食品安全監(jiān)控和風(fēng)險評估中心）（北京 100094）

嬰幼兒配方乳粉中含有蛋白質(zhì)、脂肪、維生素，以及豐富的礦物質(zhì)，是嬰幼兒除母乳外最重要的食品[1-2]*。通常嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)過程中需要添加各種常量元素和微量元素[3-4]*，以滿足嬰幼兒正常生長發(fā)育需要。近年來國產(chǎn)嬰幼兒配方乳粉質(zhì)量穩(wěn)步提升，食品安全狀況良好，被市場監(jiān)管部門抽檢不合格情況鮮有發(fā)生。以往研究較多關(guān)注各種重金屬[5-7]*、礦物質(zhì)[8]*及非食用物質(zhì)[9]*，對鈉、鐵和鈣元素含量研究較少。

國外報道方法[10]*和食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中，對于鈣、鈉和鐵的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法有火焰原子吸收法[11]*、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasmamass spectrometry，ICP-MS）[12]*、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICP-OES）[13-14]*。火焰原子吸收法具有重現(xiàn)性好、成本低、時間短等優(yōu)點(diǎn)[15]*。常見消解方式有濕法消解[16]*、微波消解[17]*和干法灰化[18-19]*。濕法消解設(shè)備簡單，但操作復(fù)雜，易產(chǎn)生有毒氣體污染環(huán)境。干法灰化法步驟簡單，試劑用量少，但耗時較長。微波消解所需試劑量少，快速安全。乳粉經(jīng)過消解，轉(zhuǎn)化為無機(jī)鹽溶液，利用火焰原子吸收法測定鐵、鈉和鈣的含量。試驗分析3種消解方式對檢測結(jié)果的影響。選擇微波消解法作為前處理方式，測定12個品牌嬰幼兒配方乳粉中鐵、鈉和鈣營養(yǎng)元素含量，并對其攝入量進(jìn)行評估，對乳粉喂養(yǎng)有借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

嬰幼兒配方乳粉（市售）；嬰兒/成人營養(yǎng)配方標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)1849a（上海惠誠生物公司）；鐵、鈣和鈉元素單標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；硝酸和氧化鑭（優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；高氯酸和氯化銫（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

ME204分析天平（瑞士梅特勒公司）；SavantAA原子吸收分光光譜儀（澳大利亞GBC科學(xué)儀器公司）；MARS6 Classic微波消解儀（美國CEM有線公司）；AA320無油空氣壓縮機(jī)（北京同洲維普科技有限公司）；MKD-G25A趕酸儀（青島邁威微波化學(xué)設(shè)備有限公司）；SX-G07125馬弗爐（天津中環(huán)電爐股份有限公司）；ML-3.6-4A恒溫數(shù)顯電熱板（北京科偉永興儀器有限公司）；Milli-Q Advantage A10超純水儀（美國Millipore公司）。

1.3 方法

1.3.1 試驗準(zhǔn)備和溶液配制

1.3.1.1 試樣溶液配制

所有器皿均在使用之前用20%（V/V）硝酸浸泡24 h，一級水沖洗備用。

硝酸（1+1）：量取500 mL硝酸，與500 mL水混合均勻。

硝酸（5+95）：量取50 mL硝酸，與950 mL水混合均勻。

鑭溶液（20 g/L）：稱取23.45 g氧化鑭，用25 mL去離子水濕潤后，緩慢添加75 mL鹽酸使氧化鑭溶解后，用一級水定容至1 000 mL。

氯化銫溶液（50 g/L）：將5.0 g氯化銫溶于水，用水定容至100 mL。

混酸溶液：100 mL硝酸和10 mL高氯酸混合均勻。

采用N2吸附法測定礦物的比表面積，試驗時每次稱取樣品0.1 g，放入專用玻璃測試管中。工作條件為：樣品質(zhì)量100～500 mg，脫氣時間3～6 h，預(yù)處理溫度80 ℃，載氣H2(>99.99%)，N2/H2=14。針鐵礦比表面積測定為13.57 m2/g。

1.3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

鐵、鈣和鈉單標(biāo)使用液（100 mg/L）：分別準(zhǔn)確吸取10 mL鐵、鈣和鈉標(biāo)準(zhǔn)儲備液（1 000 mg/L）于100 mL容量瓶中，分別加硝酸（5+95）定容至刻度，混勻。

1.3.2 儀器參數(shù)與測定條件

預(yù)噴霧時間3 s，積分時間5 s，響應(yīng)時間1 s。火焰原子吸收分光光譜儀的儀器條件見表1。

表1 火焰原子吸收光譜法參考條件

1.3.3 樣品前處理

1.3.3.1 微波消解

準(zhǔn)確稱取0.5 g（精確至0.001 g）樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸，靜置1 h，進(jìn)入微波消解儀中，5 min上升至100 ℃保持10 min，5 min上升至150 ℃保持10 min，5 min上升至180 ℃保持20 min。消解結(jié)束后，放置于150 ℃的加熱器上趕酸至1 mL左右。冷卻后，將液體轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，待測。同時制備空白樣品，待測。

1.3.3.2 濕法消解

稱取0.2～0.5 g（精確至0.001 g）樣品，加入10 mL混酸，加蓋表面皿，在可調(diào)式電爐上消解，若消化液呈黑色，則補(bǔ)加5 mL混酸，繼續(xù)消解，直至冒白煙，趕酸至溶液剩余1～2 mL，消化液呈無色透明或略帶黃色，取出冷卻，冷卻后將消化液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用少量水洗滌2～3次，合并洗滌液于容量瓶中并用一級水定容至刻度，混勻備用，待測。同時制備空白樣品，待測。

1.3.3.3 干法灰化

準(zhǔn)確稱取5 g（精確至0.001 g）樣品于石英坩堝中，小火加熱，炭化至無煙，轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，于550℃灰化3～4 h。冷卻，取出，對于灰化不徹底的試樣，加數(shù)滴硝酸，小火加熱，小心蒸干，轉(zhuǎn)入550 ℃馬弗爐中，繼續(xù)灰化1～2 h，至試樣呈白灰狀，冷卻，取出，用適量硝酸溶液（1+1）溶解，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用少量水洗滌2～3次，用一級水定容至刻度，待測。同時制備空白樣品，待測。

1.3.4 試樣待測液的制備及上機(jī)測定

鐵元素待測液：取50 mL的試液直接上機(jī)測定。同時測定空白試液。

鈉元素待測液：從50 mL的試液中準(zhǔn)確吸取0.5 mL到100 mL容量瓶中，加4.0 mL氯化銫溶液，用一級水定容后上機(jī)測定。同樣方法處理空白試液后上機(jī)測定。

鈣元素待測液：從50 mL的試液中準(zhǔn)確吸取0.5 mL到100 mL容量瓶中，加5.0 mL鑭溶液，加10 mL硝酸溶液定容后上機(jī)測定。同樣方法處理空白試液后上機(jī)測定。

鐵系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別吸取1.0，2.0，3.0，4.0和5.0 mL鐵標(biāo)準(zhǔn)使用液于50 mL容量瓶中，用硝酸（5+95）稀釋至刻度，得2.0，4.0，6.0，8.0和10.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

鈉系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別吸取0.20，0.40，0.60，0.80和1.00 mL鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液于50 mL容量瓶中，用硝酸（5+95）稀釋至刻度，得0.4，0.8，1.2，1.6和2.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

鈣系列標(biāo)準(zhǔn)溶液：分別吸取0.50，1.00，2.00，3.00，4.00和5.00 mL鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液于50 mL容量瓶中，用硝酸（5+95）稀釋至刻度，得1.0，2.0，3.0，4.0和5.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性回歸方程

以吸光度為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如表2所示。鈣、鐵和鈉3種元素均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r均大于0.99。

表2 線性方程和相關(guān)系數(shù)

2.2 3種消解方式對有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測結(jié)果對比

采用3種前處理方式分別對嬰兒/成人營養(yǎng)配方標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)1849a進(jìn)行處理，以火焰原子吸收法測定，結(jié)果見表3。1849a的檢測結(jié)果表明，3種前處理方式對鐵元素的含量檢測結(jié)果差別較大，對鈉和鈣的檢測結(jié)果差別不大。推測是濕法消解后元素分析測定存在干擾。干法灰化處理后的鐵元素檢測結(jié)果低于證書指定范圍，濕法消解和微波消解處理后的鐵元素檢測結(jié)果均在證書指定范圍內(nèi)，濕法消解和干法消解處理后鈣和鈉元素檢測結(jié)果均在證書指定范圍。微波消解處理后鐵、鈣和鈉元素檢測結(jié)果均在證書指定范圍內(nèi)。3種前處理方式的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，SRSD）均小于3%，說明方法重復(fù)性較好。

表3 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的測定結(jié)果

2.3 3種消解方式對鐵元素回收率的影響

鑒于1849a檢測結(jié)果，考察3種前處理方式對鐵元素的回收率的影響，分別對某品牌嬰幼兒配方乳粉進(jìn)行約0.5，1.0和1.5倍的三水平加標(biāo)回收試驗。計算平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果如表4所示。微波消解的回收率為90.1%～92.3%，SRSD在4.4%～7.3%之間；干法灰化回收率為83.1%～84.5%，SRSD在3.7%～4.2%之間；濕法消解回收率為91.1%～98.0%，SRSD在5.8%～9.5%之間。干法灰化回收率顯著低于微波消解和濕法消解回收率。

表4 3種消解方法鐵元素加標(biāo)回收率對比（n=6）

2.4 3種消解方式對同一乳粉3種元素測定結(jié)果對比和方法檢出限

如表5所示，3種前處理方式SRSD均小于10%，乳粉中的鐵元素采用不同的前處理方式，測得的數(shù)值不同，干法灰化所得的各種微量元素含量明顯低于微波消解和濕法消解結(jié)果。干法灰化法檢測數(shù)值最低，可能是由于乳粉中添加的焦磷酸鐵在沒有氧化性酸的作用下不能完全消解，乳粉的顆粒對焦磷酸鐵具有一定包埋作用。濕法檢測結(jié)果偏高，可能是因為混合酸體系對乳粉樣品的消解有時不完全，未分解的有機(jī)物干擾測定（如伏安法和極譜法的測定），也將干擾某些元素的測定，故須校正。微波消解在高溫密閉的環(huán)境中能消解得完全徹底，可以消除有機(jī)物的干擾，方法檢出限符合國標(biāo)要求。綜上所述，試驗選擇微波消解法作為前處理方式。

表5 3種前處理方式對鈣、鐵和鈉元素的檢測

2.5 12種品牌嬰幼兒配方乳粉中3種元素的測定

選擇市售7個品牌的牛乳粉和5個品牌的羊乳粉，以微波消解法作為前處理手段，采用火焰原子吸收法測定其鈣、鐵和鈉3種元素含量，結(jié)果如表6所示。牛乳粉和羊乳粉中鐵、鈣和鈉含量水平相當(dāng)，無明顯差別。一段乳粉中鐵和鈣含量較二段和三段乳粉中的低，一段、二段和三段乳粉中鈉含量無顯著差別，二段與三段乳粉中鐵、鈣和鈉含量基本持平。對12個品牌的乳粉中元素的含量范圍取低限和高限的計算方法，便于估算攝入量，結(jié)果見表6。

表6 微波消解法檢測嬰幼兒配方乳粉中鐵、鈣、鈉3種元素含量

2.6 嬰幼兒經(jīng)乳粉的鐵、鈣和鈉元素的每日攝入量分析

假設(shè)嬰幼兒配方乳粉是0～6個月嬰兒的唯一食物來源，可用嬰兒配方乳粉中鐵、鈣和鈉元素的含量（mg/100 g）和每日攝入量（g）計算嬰兒鐵、鈣和鈉的每日攝入量（mg）。根據(jù)《中國居民膳食營養(yǎng)素攝入量（2013版）》[20]*，我國0～3歲嬰幼兒鈣、鐵和鈉的適宜攝入量（AI）和可耐受最高攝入量（UI）見表7。根據(jù)乳粉的推薦攝入量，0～6個月嬰兒每日攝入乳粉量按137.6 g計算，6～36個月嬰兒每日攝入乳粉量按154.8 g計算，計算結(jié)果見表8。對于0～6個月嬰兒，鐵、鈣攝入量在AI和UI之間，符合推薦攝入量，鈉攝入量，略大于AI，符合推薦攝入量；對于6～36個月嬰幼兒，鐵攝入量低限低于AI值，有攝入不足的風(fēng)險，鈣攝入量在AI和UI之間，符合推薦攝入量，鈉攝入量，低于AI值，有攝入不足的風(fēng)險。考慮6～36個月嬰幼兒可以添加輔食，鐵和鈉可由其他食物獲得，故略低于AI值，其攝入不足的風(fēng)險可忽略。

表7 中國居民膳食營養(yǎng)素攝入量參考表

表8 攝入量評估數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

試驗對比微波消解、濕法消解和干法灰化3種前處理方式對檢測嬰幼兒配方乳粉中的鐵、鈣和鈉含量的影響。結(jié)果表明：干法灰化效率低，更為分散；濕法消解回收率高，精密度好，但是操作復(fù)雜，對環(huán)境不友好；微波消解法回收率高，精密度好，步驟簡單，試劑用量少，環(huán)境友好，方法準(zhǔn)確度高，適宜作為前處理方式。對一段～三段嬰幼兒配方乳粉進(jìn)行微波消解，采用火焰原子吸收光譜法檢測。結(jié)合嬰幼兒攝入乳粉的量和乳粉中鐵、鈣、鈉含量，評估每日攝入量并與適宜攝入量（AI）和可耐受最高攝入量（UI）比較。結(jié)果表明，嬰幼兒食用嬰幼兒配方乳粉，鈣、鐵和鈉元素攝入量尚處于合理區(qū)間。