酶法檢測食品中鎘離子的研究

張桂，趙國群，姜娟娟

（河北科技大學，河北 石家莊 050018）

酶法檢測食品中鎘離子的研究

張桂，趙國群，姜娟娟

（河北科技大學，河北 石家莊 050018）

研究利用脲酶比色法檢測食品中鎘離子的條件與分析步驟，對松花蛋和番茄醬樣品中的鎘離子進行了對照測定，與原子吸收測定結果無顯著性差異（p＝0.95）。回收率為83.2%～99.7%，可靠性良好。

酶法；脲酶；鎘；重金屬

鎘（Cadmium，Cd）在自然界中常與鋅、銅、鉛并存[1]。在食品中，鎘的來源主要有工業“三廢”、食品添加劑和原材料、食品容器具、礦物復合肥等。

食品中鎘的含量直接關系到食品安全[2]。利用脲酶活性對重金屬有高度的敏感性[3]，探尋用脲酶活性的測定來評價食品樣品中重金屬含量的方法，研究食品中的鎘對脲酶活性影響的規律及準確測定的條件，此方法不需要價格昂貴的大型儀器，適用于中小型食品企業進行食品中鎘含量的測定。

1 技術方案

根據已經掌握的資料，確定基本試驗方案見圖1。所有試驗用試管均需在硝酸與水體積比為1:5的硝酸溶液中浸泡過夜，然后用水反復沖洗，最后用去離子水沖洗干凈。

圖1 分析步驟圖Fig.1 Flow chart of analysis

2 實驗原理

脲酶水解尿素產生2分子氨和1分子二氧化碳，氨在堿性介質中與苯酚及次氯酸鈉反應，生成藍色的靛酚，在671 nm處有吸收峰。將一定濃度的鎘離子溶液加入到尿素底物溶液中時，鎘離子會抑制脲酶的活性，其催化尿素分解生成靛酚的吸光度值的變化可以間接反映鎘的含量。

3 材料與設備

3.1 原料與主要試劑

松花蛋、馬口鐵罐裝番茄醬。硝酸、過氧化氫、鎘粒、尿素、氫氧化鈉、苯酚、脲酶等，化學試劑均為分析純。

3.2 儀器與設備

AAS-100型原子吸收分光光度計、HGA-800型石墨爐：美國PE公司；LTG-20鋼襯F4高壓消解罐：上海隆拓廠；鎘空心陰極燈：美國加聯儀器有限公司；TU-1810型紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司。

3.3 主要試劑配制方法

1）酚顯色劑：苯酚5.00 g，亞硝基鐵氰化鈉（含2分子結晶水）0.025 g，溶于500 mL去離子水中，常溫下保存。

2）堿性次氯酸鈉溶液：氫氧化鈉2.50 g溶于去離子水中，加安替福明4 mL，稀釋至500 mL，置棕色瓶內，常溫下避光保存。

3）脲酶溶液：精確稱取脲酶2.5 mg，加三蒸水至25 mL，置于冰箱保鮮室內可以保存約1周，呈現渾濁時不得使用。

4）尿素溶液（3%）：精確稱取尿素 3.00 g，溶解于去離子水，定容至100 mL，置于冰箱保鮮室內保存。

5）鎘標準貯備液：準確稱取0.5000 g金屬鎘粒，加20 mL鹽酸和2滴硝酸溶解，移入500 mL容量瓶中，加水至刻度。混勻后，此溶液每毫升含1.0 mg鎘，用時再用去離子水稀釋至相應濃度。

6）鎘標準使用液：精確量取6 mL鎘標準貯備液，用去離子水稀釋至50 mL，室溫下備用。

4 脲酶法檢測食品中鎘的條件探索

4.1 抑制率的計算

按照圖1試驗步驟，每次試驗過程中設置4支試管，1支作為對照管，3支作為樣品管。使用分光光度計測定純凈的鉛、鎘溶液對脲酶活性呈現抑制的效果。用“抑制率”作為評價指標。計算公式為：

式中：μ為重金屬對脲酶的抑制率，%；A1為對照管吸光度值；A2為3支樣品管吸光度均值。

4.2 正交試驗設計與結果

為了考察各種因素，不同水平的綜合效應，在單因素試驗的基礎上，以脲酶含量，反應溫度，反應時間，顯色時間4個參考因素4個水平，以鎘對脲酶活性抑制率為評價指標，進行L16（45）正交試驗，結果見表1。

表1 鎘抑制率正交試驗因素水平表L16(45)Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of cadmium inhibition rate L16(45)

4.3 不同因素水平對鎘的抑制率的影響

鎘抑制率正交試驗結果見表2。

表2 鎘抑制率正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal test of cadmium inhibition rate

對鎘抑制率而言，各因素作用的主次順序如下：反應時間＞反應溫度＞脲酶用量＞顯色時間。并得出各因素的較好水平組合為A1B3C2D3，即脲酶用量0.5 mL、反應溫度50℃、反應時間30 min、顯色時間30 min。

由于正交試驗得出的各因素水平最佳組合在正交試驗中并沒有出現，因此必須使用最佳組合的各因素水平進行試驗，與正交試驗中抑制率最高的組合進行比較，驗證得出該因素水平組合是否為最優組合，此即驗證性試驗。通過驗證性試驗，得出較好水平A1B3C2D3組合的抑制率為85.53%，比正交試驗中抑制率最高的2號試驗組合，即A1B3C3D3組合的抑制率83.58%高。因此確定最佳的試驗條件為A1B3C2D3，即：脲酶用量0.5 mL、反應溫度50℃、反應時間30 min、顯色時間30 min。

4.4 測定鎘含量時掩蔽劑的選擇

經過多次實驗證明復合掩蔽劑250 g/L檸檬酸鈉:400 g/L 酒石酸鉀鈉:200 g/L 氫氧化鈉=3:4:1，掩蔽其它離子效果最好。

4.5 鎘離子對脲酶作用效果標準曲線的繪制

鎘離子對脲酶作用效果標準曲線，見圖2。

圖2 吸光度與鎘溶液濃度的標準曲線Fig.2 Relationship between absorbency and cadmium ions solution concentrations

5 脲酶法測定食品樣品中鎘含量的結果比較

嚴格遵照所探索的最佳條件，按照實驗步驟圖1所示，在正交試驗確定的最佳的條件下，在加入1 mL食品樣品預處理液之后，加入相應體積的掩蔽劑，完成反應后測定體系的吸光度值，按照標準曲線進行計算出樣品中的鎘含量。將測定結果與原子吸收法測定結果進行比對，考察差異的顯著性結果見表3。

表3 食品樣品中鎘含量測定的結果Table 3 Results of cadmium ions concentrations in food samples

t0.05（2）=4.3027，表3中t值絕對值均小于此值，說明p=0.95，差異不顯著，可認為脲酶法的檢測結果與石墨爐法的檢測結果沒有明顯差異，因而認為脲酶法的檢測結果是值得信任的。

6 脲酶法測定食品中鎘的回收率

量取番茄醬和松花蛋預處理液5 mL，分別加入10 μg/mL 和 30 μg/mL 的鎘離子溶液 5 mL，混勻，按照試驗流程，用脲酶法進行檢測3次，結果見表4。考慮到溶液體積變化，計算回收率為83.2%～99.7%。

表4 食品樣品中鎘離子回收率實驗的結果Table 4 Experimental recovery of cadmium ions in food samples

7 結論

1）研究證明脲酶檢測法確實可以用于食品中鎘含量的測定。脲酶的抑制率與鎘的含量呈線性正相關，最小檢測量能夠滿足國家標準的限量檢測，為進一步研究快速檢測奠定了基礎。

2）確定了食品中鎘離子檢測的最佳條件為：即脲酶用量0.5 mL、反應溫度50℃、反應時間30 min、顯色時間30 min。鎘離子溶液對脲酶活性的抑制率最高可以達到85.53%。

3）找到了適宜食品中鎘離子檢測使用聯合掩蔽劑。

4）分別用酶法與原子吸收法檢測番茄醬和松花蛋預處理液中的鎘元素，檢測結果兩者無顯著性差異（p=0.95）。回收率為83.2%～99.7%，可靠性良好。

[1]Landi L,Renella G,Morexo J L,et al.Influence of Cd on the Metabolic Quotient,L-：D-glutamic acid respiration ratio and enzyme activity:microbial biomass ratio under laboratory conditions[J].Biology and Fertility of Soils，2000,32：8-16

[2]劉寧,沈明浩.食品毒理學[M].北京：中國輕工業出版社,2005：279-280

[3]Tadeusz K,Malgorzata M,Trojanowicz M.Inhibitive determination of mercury and other metal ions by potentiometric urea biosensor[J].Biosensors&bioelectronics，2000，15：681-691

Study on Determination of Cadmium Ions in Food by Using Enzyme

ZHANG Gui，ZHAO Guo-qun，JIANG Juan-juan
（Hebei University of Science ＆ Technology，Shijiazhuang 050018，Hebei，China）

Study on the condition and approach by used urease to detect Cd ions in food,detect cadmium ions concentration in preserved egg and tomato sauce,which had yielded highly desirable results.Compared with the results of atomic absorption spectrometry,there was no significant difference（p＝0.95）.The recovery rate was between 83.2%and 99.7%,which was much reliable.

enzyme method;uerase;cadmium;heavy metals

張桂（1951—），女（漢），教授，本科，研究方向：食品加工與保鮮。

2010-08-15