ICP-AES法測定口香糖中二氧化鈦含量

李偉，徐建玲

（東北師范大學 環(huán)境學院，長春 130117）

二氧化鈦，通常為白色粉末，是一種優(yōu)良的白色顏料，又因其具有化學穩(wěn)定性，幾乎不與食品成分發(fā)生反應，因此二氧化鈦作為食品添加劑，一直被廣泛應用于糖果、口香糖、巧克力等食品中，以增加其亮度和色度。長期以來，人們一直在食用含二氧化鈦的食物，但二氧化鈦的化學惰性和不溶性并不能保證它是無害的，關于二氧化鈦經(jīng)口服暴露而誘發(fā)的潛在健康風險類的研究近年來逐漸呈上升趨勢［1-3］。實驗證明二氧化鈦在胃腸道中可以很好地被吸收［2］。有研究表明以灌胃方式給予大鼠不同劑量的二氧化鈦，染毒90天后，結果顯示雌性大鼠納米二氧化鈦高劑量染毒組的白細胞計數(shù)、血紅蛋白含量、紅細胞壓積、紅細胞體積分布寬度、淋巴細胞計數(shù)、中性粒細胞計數(shù)均高于對照組；中劑量組紅細胞體積分布寬度明顯高于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）［1，2］。

此外二氧化鈦這種常見的食品添加劑，在膳食攝入和膳食排斥研究中越來越引起人們的興趣，而食品生產(chǎn)廠家并沒有準確的給出二氧化鈦的添加水平。雖然食品安全國家標準就食品添加劑二氧化鈦的最大使用量做出了明確的規(guī)定，但并未就二氧化鈦的形態(tài)及粒徑尺寸做出明確規(guī)定。最近研究表明有近36%的二氧化鈦食品添加劑的粒徑都小于100 nm，即以納米形態(tài)出現(xiàn)，目的是更好的提升食品的口感、顏色、感官和質地等［1，2］。與原始材料相比，納米級粒子有其獨特的物理、化學和生物學特性，而這些特性（例如更大的比表面積和更強的化學反應活性）則意味著納米級材料可能會對人類健康及環(huán)境產(chǎn)生意想不到的毒理學效應［1，2］。因此了解食品中二氧化鈦的含量水平，可以為更進一步研究二氧化鈦的飲食攝入、排出和生物效應提供參考。

目前測定食品中二氧化鈦含量的方法有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質譜儀聯(lián)用法、可見-近紅外光譜法和比色法等。其中，可見-近紅外光譜儀法和電感耦合等離子體質譜儀聯(lián)用法對設備要求高；雖然比色法操作簡單，對儀器設備的要求不高，但電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的檢出限更低，分析更為準確［4］。本文在消解樣品的基礎上，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES）法測定口香糖中二氧化鈦含量，對二氧化鈦在食品領域的合理使用提供更加可靠的科學依據(jù)，并對有關部門的監(jiān)督和管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

六種品牌的口香糖，均為市售，均購自大型超市；氫氟酸、濃硫酸、混合酸：硝酸和高氯酸（體積比為9：1），均為優(yōu)級純，北京化工廠；鈦標準使用液（1000μg/mL），國家標準物質中心。

1.2 實驗儀器

FA2004型電子天平，上海浦春計量儀器有限公司；DS-200高速組織搗碎機，邢臺潤聯(lián)科技開發(fā)有限公司；GHP600P型石墨電熱板，成都奧普樂儀器有限公司；Prodigy型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜，美國LEEMAN公司；SK-G06123K開啟式真空/氣氛管式電爐，天津中環(huán)電爐股份有限公司；其它均為實驗室常用設備。

1.3 口香糖樣品的消解

將口香糖樣品粉碎混勻后，稱取5g置于陶瓷坩堝，放入電爐中，450℃條件下高溫煅燒8h。煅燒結束后，自然冷卻至室溫。取5mL濃硫酸浸泡8h后轉移至聚四氟乙烯燒杯中。加入10mL混酸和1mL氫氟酸置于電熱板上，緩慢消解至溶液澄清透明，繼續(xù)加熱至趕酸結束，冷卻后轉移至50mL容量瓶中，用去離子水定容，混勻，備用。按以上步驟進行空白試驗。

1.4 口香糖樣品中二氧化鈦的測定

樣品中的二氧化鈦在加熱條件下可溶于強酸，溶解后可直接用ICP-AES法測定釋放出的鈦離子，用鈦作為二氧化鈦存在的標志物，通過下列公式換算，可得樣品中二氧化鈦含量［5］：

式中，Χ為樣品中的二氧化鈦的含量，g/kg；c1為由標準曲線得到的樣品溶液中的鈦的濃度，μg/mL；c0為由標準曲線得到的空白溶液中的鈦的濃度，μg/mL；50為樣品消解后定容的體積，mL；m為樣品的質量，g；1.6681為1g的鈦相當于1.6681g的二氧化鈦；計算結果保留兩位有效數(shù)字。

其中電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀器的工作條件如表1所示［5］。

表1 ICP-AES的儀器操作條件及參數(shù)

2 結果與討論

2.1 實驗條件討論

在口香糖樣品的消解過程中，選擇在450℃的條件下高溫煅燒8h，這是因為溫度過高，影響后續(xù)二氧化鈦在硫酸中的消解，溫度過低，則不能充分將口香糖中的有機物質灰化，最終都會影響二氧化鈦的測定結果［6］。二氧化鈦化學性質穩(wěn)定，只有在長時間加熱條件下才能溶解于硫酸和氫氟酸，加硫酸組測得的樣品中二氧化鈦的含量高于其它組的，因此消解用酸選擇硫酸和氫氟酸［7］。

2.2 工作曲線的繪制

將鈦標準溶液稀釋成 0，0.1，1.0，10.0，50.0，100.0μg/mL系列濃度，按實驗方法對其進行測定并繪制標準工作曲線。結果表明：當鈦的質量濃度在0.1～100.0μg/mL之間時，鈦的標準溶液濃度與譜線強度的線性回歸方程為：y=3.6498x-1.5705，相關系數(shù)（R2）為0.9996。

圖1 鈦標準溶液的工作曲線

2.3 口香糖樣品中二氧化鈦的測定結果

口香糖樣品中二氧化鈦含量計算結果見表2。

表2 口香糖中樣品中二氧化鈦的含量

由測定結果可知，不同品牌口香糖中二氧化鈦的含量差異較大，Sample-5含量最低，為1.15g/kg。Sample-3含量最高，為5.02g/kg，Sample-3中二氧化鈦含量約為Sample-5含量的4.4倍，其它樣品的二氧化鈦含量在1.14～5.02g/kg之間變化不等。測定結果與Weir以及Chen的測定結果基本一致，但Kim用ICP-OES（Inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES）法測定口香糖中二氧化鈦的平均含量僅為0.04g/kg，與本實驗的測定結果差別較大，可能的原因是口香糖產(chǎn)地和品牌的不同［8，9］。

GB2760-2014《食品安全國家標準食品添加劑二氧化鈦》中允許二氧化鈦以著色劑的功能添加在果醬，涼果，巧克力，膠基糖果，除膠基糖果以外的糖果，果凍，膨化食品等產(chǎn)品中，根據(jù)食品種類的不同，規(guī)定的最大使用量也不同。由計算結果可知，Sample-3中的二氧化鈦含量已超過食品安全國家標準中規(guī)定的二氧化鈦在膠基糖果中的規(guī)定的最大使用量 5.0g/kg［10］。

2.4 精密度及檢出限

按實驗方法對Sample-1進行5次平行測定，平均測定值為3.54g/kg，測定值的相對標準偏差為1.9%（n=5），證明該方法精密度好。

按實驗方法對試劑空白樣品平行測定11次，濃度標準偏差的3倍即為檢出限，可求得本方法的檢出限為0.125mg/kg。

2.5 回收試驗及檢出限

對6個樣品分別進行加標回收處理，加入二氧化鈦含量為3g/kg，回收率計算結果如表3所示。

表3 加標回收實驗

由表3可知，Sample-6的加標回收率最高，為96.67%，Sample-5的加標回收率最低為92.00%，加標回收率在92.00%～96.67%之間，平均加標回收率為94.56%，符合實驗室質量控制規(guī)范中關于加標回收率在90%～110%的要求，說明該方法的測定結果較為準確。Kim用ICP-OES法測定糖果、口香糖、巧克力中二氧化鈦實驗的加標回收率為91.58%～98.65%，張帥用新式干灰化-濕法消解ICP-MS測定食品中的二氧化鈦實驗的加標回收率為93.9%～95.0%，本實驗的加標回收率結果與上述實驗的加標回收率基本一致［6，9，11］。

3 結論

（1）用ICP-AES法測量口香糖中二氧化鈦的含量，具有簡單、快速、準確、檢出限低，精確度高，重復性好等優(yōu)點，可大力推廣。

（2）不同品牌口香糖中二氧化鈦的含量差異較大，樣品中的二氧化鈦含量在1.15～5.02g/kg之間變化。

（3）Sample-3中二氧化鈦含量為5.02g/kg，略微超過食品安全國家標準中規(guī)定的二氧化鈦在膠基糖果中的規(guī)定的最大使用量（5.0g/kg）。