微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定菠蘿蛋白酶中無機元素的含量

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(1.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所,廣東湛江 524001； 2. 國家農業標準化與監測中心,安徽合肥 230061)

微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定菠蘿蛋白酶中無機元素的含量

葉劍芝1,韓志萍1,蘇子鵬1,譚煒2,王明月1,楊春亮1,*

(1.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所,廣東湛江 524001； 2. 國家農業標準化與監測中心,安徽合肥 230061)

建立微波消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定菠蘿蛋白酶中25種無機元素的方法。采用在線內標校正基體效應和信號漂移,干擾方程校正Co和Ni,CCT測定Se。加標回收率在82.2%～113.0%之間,RSD在0.55%～4.94%之間,乳粉標準樣品測定值均在標準值內。結果表明本法可用于菠蘿蛋白酶中25種無機元素含量的測定。測定結果顯示,菠蘿蛋白酶中含有大量的人體必需元素；有害元素Pb、Cd、Cr、As含量(mg/kg)分別為：0.75,0.035,7.2,2.4,Hg未檢出,可保證最終產品食用安全；對菠蘿蛋白酶品質有影響的元素Mg、Mn、Ca、Zn、Fe和Cu含量(mg/kg)分別為：150,53,1700,4.1,1000,3.2,其中Fe含量高于20mg/kg,需改進工藝降低其含量。測定結果為科學利用菠蘿蛋白酶提供參考依據。

菠蘿蛋白酶,電感耦合等離子體質譜,無機元素,微波消解

我國是菠蘿十大主產國之一,種植區域主要分布在廣東、海南、廣西等熱區省[1]。菠蘿除果肉用于鮮食和加工成菠蘿罐頭、果汁等產品外,其加工副產物還被開發成菠蘿蛋白酶、菠蘿纖維、菠蘿涼果和菠蘿生物有機肥等[2-3]。菠蘿蛋白酶是從菠蘿果肉、皮渣和莖中提取出來的一種蛋白水解酶系,屬巰基蛋白酶,具有很強的水解活性[1,4]。菠蘿蛋白酶普遍應用于食品、化工、醫藥和美容保健行業。尤其在醫藥行業,具有消炎、抗血栓、消水腫的作用,可用于術后消腫和減痛,同時具有促消化、抗癌、增進藥物吸收等多種功效。人體必需的無機礦質元素大多以絡合物形式存在于人體之中,起到調節人體新陳代謝的作用。少數有毒金屬元素如Pb、Cd、Cr、Hg、As等,則有致癌性。有些元素如Se,是一種重要的微量元素,具有抗癌、抗疾病、抗衰老的作用,但攝入量過大,則會引起中毒[5]。金屬元素如Mg、Mn、Ca、Zn、Fe和Cu則對菠蘿蛋白酶的活性和熱穩定性[6-7]有明顯的影響。這些無機元素一部分來自菠蘿本身,另一部分來自食品加工過程的接觸材料。監控菠蘿蛋白酶中各類無機元素的含量情況,一方面可保證產品質量安全,另一方面可為優化工藝提高產品品質提供依據。微波消解技術以其高效、快速、平行性好等獨特優點,廣泛應用于各種元素分析的樣品前處理[8]。ICP-MS能夠同時快速監測多種微量元素,線性范圍寬,檢出限低[9]。國內外關于利用微波消解-ICP-MS檢測菠蘿蛋白酶中無機元素含量的方法還未見報道。本文建立一種微波消解-ICP-MS法,快速、精確測定菠蘿蛋白酶中25種無機元素含量的分析方法。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

HNO3(65%)優級純 德國Merck；H2O2(30%)優級純 德國Merck；高純氬氣純度為99.999%；氫氦混合氣(高純氫占7.12%)；實驗用水為超純水(18.2MΩ)；混合調諧液Li、Co、In、U為10mg/L 美國O2si；Re為1000mg/L 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Sr、Cd、Ba、Hg、Pb、Fe、Se、Sc、Ge、In,Rh為1000mg/L 國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；Sn,Sb為500mg/L 國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；Au為100μg/g 中國計量科學研究院；奶粉GBW10017 地球物理地球化學勘察研究所。

菠蘿蛋白酶 干粉,卡因菠蘿中提取,酶活力1.0×106U/g,徐聞縣眾緣生物科技有限公司提供。

ICP-MS ThermoFisher Scientific X series Ⅱ,美國；微波消解儀 CEM MARS,美國；超純水發生器 Milli-Q Element,Millipore,法國；微波消解儀 安南DV4000,北京。

1.2實驗方法

1.2.1 樣品前處理方法 稱取約0.5000g樣品,加入0.0200gAu標液,6.00mL硝酸,2.00mL雙氧水,搖勻,90℃預消解2h后放冷至室溫加蓋,密封微波消解,消解條件見表1。消解程序結束后,冷卻至室溫,超純水清洗3次轉移至50.00mL比色管,定容,然后稀釋到合適濃度,搖勻靜置,上機檢測,同時做空白實驗。標準物質、菠蘿蛋白酶及加標回收均做六個平行樣。

表1 微波消解工作程序

1.2.2 ICP-MS工作條件 開機優化,將Li、Co、In、U信號值調到最大,雙電荷和氧化物干擾降到3.0%以下,采樣深度為150mm,水平為16mm,垂直為285mm,冷卻氣為13.02L/min,輔助氣為0.8L/min,霧化氣為0.93L/min,六級桿偏壓為-0.9V,采用CCT技術時,混合氣體為氫+氦,比例為7∶93,氣體流量為4.5mL/min。高含量和高靈敏度的元素采用float模式。每個元素掃描100次,停留時間10ms,通道3,通道間隔0.02AMU。

2 結果與分析

2.1同位素的選擇及干擾校正

在ICP-MS分析中,通過選擇待測元素合適的同位素、方程校正或者CCT技術可以最大程度地避免質譜干擾。確定各待測元素同位素及豐度(%)為：23Na(100)、24Mg(78.6)、27Al(100)、31P(100)、39K(93.1)、44Ca(2.13)、47Ti(7.75)、51V(99.8)、52Cr(83.8)、56Fe(91.5)、55Mn(100)、59Co(100)、60Ni(26.2)、65Cu(30.9)、66Zn(27.8)、69Ga(60.2)、75As(100)、88Sr(82.6)、111Cd(12.9)、118Sn(24.0)、121Sb(57.2)、137Ba(11.3)、202Hg(29.8)、208Pb(52.4)、80Se(79.9)；其中80Se采取CCT模式[10]；Co、Ni采用方程校正,Co=59Co-[0.001×43Ca],Ni=60Ni-[0.003×43Ca][11]。

為保護檢測器,根據元素的含量和靈敏度情況,Ca、Mg、Al、Na、P、K、V、Cr、Mn、Sr、Fe采用float模式,并采用了高分辨率。

為克服樣品基體效應等影響,在線加入Sc、Ge、Rh、In、Re混合內標對結果進行校正。

Hg2+的吸附能力較強,在用ICP-MS測定Hg含量時,為減小記憶效應對測定結果準確度的影響,在樣品中加入100μg/g Au 0.0200g[12]。

2.2工作曲線與檢出限

Ca、Mg、Al、Na、P、K、V、Cr、Mn、Sr、Fe配一組混標,Ti、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Pb配一組混標,Se單獨配一組標液。各元素工作曲線由0到最高濃度等間距的6個濃度值組成,最高濃度值見表2。

空白溶液重復測定10次,取3倍標準偏差所對應濃度為方法檢出限。線性范圍、相關系數及方法檢出限見表2。

表2 各元素線性范圍、相關系數和檢出限

表3 方法的準確度和精密度(n=6)

表4 方法的準確度和精密度(n=6)

2.3標準物質分析和加標回收率

為驗證本方法的準確性和可靠性,在選擇的實驗步驟和操作條件下對國家標準物質奶粉GBW10017進行測定,結果見表3,測定值均在標準值范圍內,RSD在0.97%到4.92%之間。

加標回收實驗的平均回收率和RSD值見表4,回收率在82.2%到113.0%之間,RSD在0.55%到4.94%之間。

2.4樣品分析結果

測定菠蘿蛋白酶中25種無機元素的含量見表5。

結果表明菠蘿蛋白酶中含豐富的人體必需元素如K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、Se等,含量10mg/kg以上的無機元素及其排序為Na>K>Ca>Al>Fe>P>Mg>Mn>Ti。對菠蘿蛋白酶的活性和熱穩定性有影響的元素Mg、Mn、Ca、Zn、Fe和Cu含量(mg/kg)分別為：150,53,1700,4.1,1000,3.2。對人體有害的重金屬Pb、Cd、Cr、As含量(mg/kg)分別為：0.75,0.035,7.2,2.4,Hg未檢出,根據菠蘿蛋白酶活力情況,需要稀釋20倍使用,所以最終產品中Pb、Cd、Cr、As的含量(mg/kg)分別不超過：0.038,0.0094,0.36,0.12。

表5 樣品分析結果

3 結論

3.1 采用加6.00mL硝酸、2.0mL雙氧水消解體系的微波消解-ICP-MS法測定了菠蘿蛋白酶中的Na,Mg,Al,P,K,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Se,Sr,Mo,Cd,Sn,Sb,Ba,Pb等25種無機元素的含量,快速、高效,工作曲線在各自線性范圍內的相關系數均在0.997以上,回收率在82.2%到113.0%之間,相對標準偏差均在4.94%以下,標準物質測定值在標準值范圍之內,并得出各自較低的檢出限,滿足實驗室檢測要求。

3.2 含豐富的人體必需元素如K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、Se等,含量10mg/kg以上的無機元素及其排序為Na>K>Ca>Al>Fe>P>Mg>Mn>Ti；最終產品有害重金屬元素Pb、Cd、Cr、As和Hg含量均符合較嚴格的GB 2762-2012食品中污染物限量的要求；得出影響酶活力及穩定性的Mg、Mn、Ca、Zn、Cu和Fe含量,其中Fe含量高于20mg/kg,用于醫藥行業時,需要進一步優化工藝加以去除,測定結果為菠蘿蛋白酶的進一步應用提供基礎數據。

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Determination of the contents of inorganic elements in bromelain by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry

YEJian-zhi1,HANZhi-ping1,SUZi-peng1,TANWei2,WANGMing-yue1,YANGChun-liang1,*

(1.Agricultural Product Processing Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524001,China;2.National Center of Agricultural Standardization and Supervision,Hefei 230061,China)

A method was established for determining 25 inorganic elements in bromelain by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS). Internal standard solution online was used to correct matrix effect and signal drift. Interference equation was used to correct the contents of Co and Ni. CCT was used to determinate Se. The recovery percentage ranged from 82.2% to 113.0%. The RSD ranged from 0.55% to 4.94%. It could be concluded that the method could be applied to determine 25 inorganic elements in bromelain. The analysis results of milk powder standard samples were in the range of standard value. It showed that essential elements of body were rich in bromelain;the contents(mg/kg)of harmful elements Pb,Cd,Cr,As were 0.75,0.035,7.2,2.4mg/kg respectively and Hg was not detected,which could ensure the safety of the finally product. The contents(mg/kg)of harmful elements Mg,Mn,Ca,Zn,Fe and Cu were 150,53,1700,4.1,1000,3.2mg/kg respectively in bromelain. The content of Fe was higher than 20mg/kg. Therefore it is in urgent to reduce its containment by the optimizing of process. The determination results supplied the reference for scientific use of bromelain.

bromelain;inductively coupled plasma mass spectrometry;inorganic element;microwave digestion

2013-05-28 *通訊聯系人

葉劍芝(1981-),男,碩士研究生,助理研究員,研究方向：生物資源綜合利用及農產品質量安全。

海南省自然科學基金(311067)。

TS201.2

：A

：1002-0306(2014)01-0295-04