全自動蒸餾-電位滴定法測定食品中二氧化硫殘留量

周小清，樊發(fā)年，林靜宜，汪靜靜

1(泰州市食品藥品檢驗所, 江蘇 泰州， 225300)2(中海油氣(泰州)石化有限公司, 江蘇 泰州， 225300)

二氧化硫、焦亞硫酸鉀、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、低亞硫酸鈉以及硫磺(僅限于熏蒸)都是我國允許使用的食品添加劑，主要起漂白、防腐、抗氧化甚至殺蟲防霉等作用[1]。該類添加劑具有一定毒性，長期攝入會對食用者的健康造成嚴(yán)重不良影響[2-3]。因此國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2014食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[4]對蜜餞涼果、干制蔬菜等25類食品中的二氧化硫殘留量進(jìn)行嚴(yán)格限定，約在10～400 mg/kg不等，經(jīng)硫磺熏蒸過的食品，最大殘留量為100～900 mg/kg不等。

目前，廣泛用于測定二氧化硫的方法主要有比色法、光譜法、離子色譜法和滴定法[5-15]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及智能檢測的普及，相關(guān)研究人員也在不斷對二氧化硫殘留量檢測技術(shù)進(jìn)行改善和變革。馮俊賢等[16]提出了間接碘量法及等電位間隔電位滴定法測定葡萄酒中游離二氧化硫的方法，避免直接使用易揮發(fā)的碘滴定液。而近幾年，凱氏定氮儀的蒸餾功能亦被研究用于食品[17-18]及中藥[19]二氧化硫測定。王永姣等[20]研究了電位滴定法測定中藥材白術(shù)飲片中二氧化硫殘留量，建立的方法與2015版《中國藥典》相比，具有重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。

本試驗采用順昕6000 Pro型全自動智能蒸餾儀對食品進(jìn)行批量自動蒸餾，然后利用Metrohm 888 型自動電位滴定儀進(jìn)行滴定，復(fù)合鉑環(huán)電極測定，通過電位的突躍來判定滴定終點(diǎn)，建立全自動蒸餾-電位滴定法測定食品中的二氧化硫殘留量。采用不同二氧化硫含量水平的樣品對可能影響測定結(jié)果的因素進(jìn)行優(yōu)化，并將本文所建立的方法與GB 5009.34—2016中的淀粉指示劑法進(jìn)行對比以考察本法測定結(jié)果是否有顯著差異，同時對所建立的方法進(jìn)行回收率、重復(fù)性等分析性能進(jìn)行考察，以進(jìn)一步確定該方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

順昕6000 pro型全自動智能蒸餾儀，青島順昕科技；Metrohm 888型全自動電位滴定儀，復(fù)合Pt 氧化還原電極，瑞士萬通； XS204萬分之一電子天平，德國梅特勒托利多。

I2、Na2S2O3、HCl、乙酸鉛、Na2SO3(分析純)，均購于國藥試劑；碘標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液 [c(1/2 I2)=0.100 2 mol/L](臨用前稀釋20倍待用)，自配自標(biāo)；超純水(18.25 MΩ·cm)，mill-Q。

1.2 試驗材料

本試驗中用到的所有樣品材料均購自于本地(江蘇泰州)市場或超市。

1.3 測定原理及方法

1.3.1 測定原理

含二氧化硫及相關(guān)添加劑或是經(jīng)過硫磺熏蒸的食品在酸性條件下加熱，被餾出的二氧化硫被乙酸鉛吸收生成暫時穩(wěn)定的亞硫酸鉛，亞硫酸鉛在酸性條件下重新釋放出二氧化硫，最終釋放出的二氧化硫與碘滴定液發(fā)生定量反應(yīng)。反應(yīng)方程式如公式(1)～公式(4)所示：

(1)

H2O+SO2+Pb(AC)2←→PbSO3↓+2HAC

(2)

PbSO3+2H+←→Pb2++SO2↑+H2O

(3)

(4)

由上述方程式可以看出碘與二氧化硫的反應(yīng)為1∶1反應(yīng)，以100%蒸餾回收率(即樣品中的二氧化硫殘留量可以完全蒸餾出來被滴定檢測)為前提，推算出樣品中二氧化硫含量,按公式(5)計算：

(5)

式中：X，二氧化硫殘留量(以SO2計)，mg/kg 或mg/L；V，樣品消耗碘滴定液的體積，mL；V0，空白消耗碘滴定液的體積，mL；0.032，換算系數(shù)(意指1 mL碘標(biāo)準(zhǔn)溶液[c(1/2 I2)=1.0 mol/L]相當(dāng)于二氧化硫的質(zhì)量)，g；c，碘滴定液濃度，mol/L。

1.3.2 方法

順昕6 000 Pro全自動智能蒸餾儀方法：精密稱取或移取適量樣品到500 mL兩口蒸餾瓶中，加入10 mL鹽酸溶液(體積比1∶1)，按要求安裝蒸餾瓶，下端采用以事先加入25 mL乙酸鉛(20 g/L)溶液的500 mL定制燒杯接收餾出液。開啟裝置，根據(jù)樣品性質(zhì)設(shè)置適當(dāng)?shù)募訜峁β?、設(shè)置餾出液約為175 g(最終體積約為200 mL)。

瑞士萬通888型自動電位滴定儀方法：滴定模式為等體積電位滴定(METU)，加液速度為 5 mL/min，攪拌速度為8 r/s，最小等待時間為 2 s，最大等待時間為15 s，暫停為 20 s，可接受信號漂移為50.0 mV/min，溫度為 25 ℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 考察餾出液體積

餾出液體積是決定該方法中二氧化硫回收率的重要因素，由于食品基質(zhì)復(fù)雜程度不等，故選擇高含量樣品(涼果蜜餞，二氧化硫含量約為200～300 mg/kg)與低含量樣品(生粉，二氧化硫含量約為1.0 mg/kg)同時進(jìn)行餾出液體積考察，結(jié)果如圖1所示。2種水平樣品中二氧化硫含量對溜出液體積的反饋趨勢基本一致，均為隨著溜出液體積增加而增加，在150 ～220 mL基本達(dá)到平衡，最終與國標(biāo)一致，選擇溜出液體積為200 mL。

A-低二氧化硫含量的生粉；B-高二氧化硫含量的涼果蜜餞

2.2 全自動蒸餾儀蒸餾功率的考察

蒸餾功率決定反應(yīng)速率快慢，有可能會影響二氧化硫最終回收率，本文考察了加熱功率在50～250 kW對二氧化硫結(jié)果的影響，結(jié)果如圖2所示。2種水平樣品中，在滿足200 mL溜出液的前提下，50～250 kW加熱功率對二氧化硫含量基本無明顯影響。但是過低的加熱功率導(dǎo)致蒸餾時間太長，降低工作效率，過大的加熱功率則出現(xiàn)了明顯爆沸及糊瓶概率，增加樣品平行誤差。因此建議根據(jù)樣品本身性質(zhì)，選擇合適(100～200 kW)的加熱功率，保證蒸餾效率及可靠性。

A-低二氧化硫含量的水產(chǎn)制品；B-高二氧化硫含量的涼果蜜餞

2.3 電位滴定攪拌速率的影響

圖3考察了攪拌速率在1～14 r/s對二氧化硫含量測定的影響。攪拌速度過慢為1 r/s時，200 mL的液體不能被及時混勻，電極表面吸附反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀使電極響應(yīng)靈敏度降低，導(dǎo)致滴定曲線抖動異常，出現(xiàn)假陽性突越，從而使測定值偏低；當(dāng)攪拌速度過高，達(dá)到14 r/s時，劇烈攪拌產(chǎn)生大量氣泡吸附在電極表面，同樣易造成假陽性突越，導(dǎo)致結(jié)果偏低；當(dāng)攪拌速度在3～12 r/s，能夠滿足200 mL左右液體均勻穩(wěn)定混合同時避免電極被沉淀或是氣泡鈍化，從而獲得較滿意的測定結(jié)果。圖4代表了不同攪拌速率條件下二氧化硫滴定曲線。以上結(jié)果表明攪拌速率是影響電位滴定結(jié)果準(zhǔn)確性的一個重要因素，應(yīng)根據(jù)滴定樣品體積調(diào)整適當(dāng)攪拌速率以保證滴定準(zhǔn)確性。在本次研究中，由于蒸餾液體積為200 mL，所以最終選擇攪拌速率為8 r/s。

圖3 電位滴定攪拌速率對二氧化硫含量測定的影響

2.4 方法比較

將最終所建立的全自動蒸餾-電位滴定法與GB 5009.34—2016中的淀粉指示劑滴定法進(jìn)行比較，選取了橘子罐頭、開心果、枸杞、葡萄酒、蜜餞涼果、果干等6種不同樣品(二氧化硫含量水平由幾毫克每千克到幾百毫克每千克，且樣品包含液固2種形態(tài))進(jìn)行測定，同時采用三人二次(n=6)的方式進(jìn)行，表1為詳細(xì)的測定結(jié)果，可以得出以下2個結(jié)論：(1)電位滴定法和淀粉指示劑法對6種樣品平行測定的RSD(n=6，三人二次)分別為2.6%～6.4%和3.5%～9.0%，采用F-test和t-test對2種方法測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中2～6號樣品F值在1.44～4.20，小于F0.05,(5,5)=5.05(查臨界表得)，說明2種方法精密度無差異，而1號樣品F值為10.77，大于F0.05,(5,5)=5.05。小于F0.01,(5,5)=10.97(查臨界表得)，顯示精密度差異可接受；在F-test的基礎(chǔ)上進(jìn)行t-test分析，考察2種方法的顯著性差異，結(jié)果顯示1～3號樣品t值在3.01～3.15，大于t0.0，5.10=2.228(查臨界表得)但是小于t0.0，1.10=3.169(查臨界表得)，說明2種方法測定結(jié)果差異可接受，4～6號樣品t值為0.37～0.47，小于t0.0，5.10=2.228，表明2種方法測定結(jié)果無顯著差異。(2)在所有樣品分析中，電位滴定法測定結(jié)果均略低于指示劑滴定法測定結(jié)果(15%以內(nèi))，原因可能是指示劑滴定法的終點(diǎn)判斷易帶入主觀因素，不同人員視覺對“無色透明/白色渾濁-淡藍(lán)/淺紫-深藍(lán)/深紫”這一顏色變化過程敏感程度不同，而電位滴定終點(diǎn)完全依賴客觀的電位突越變化，減少了系統(tǒng)誤差。綜合上述兩點(diǎn)來看，樣品中二氧化硫含量越低，自動蒸餾-電位滴定法比國標(biāo)法更可信。

A-滴定體積從0～1.7 mL采用攪拌速率為1 r/s，1.7 mL之后將攪拌速率設(shè)置為3 r/s；B-采用攪拌速率為8 r/s；C-采用攪拌速率為14 r/s

2.5 加標(biāo)回收率考察

取上述橘子罐頭、開心果、葡萄酒、蜜餞涼果4種不同的樣品各 3份，添加不同質(zhì)量的亞硫酸鈉，添加水平、測得值及回收率如表2所示，4種樣品的加標(biāo)回收率在83.2%～99.1%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在5.7%～9.3%，其中葡萄酒的回收率和RSD都較好，推測與其本身是液態(tài)，易獲得均勻的、無損失的加標(biāo)樣品有關(guān)，而橘子罐頭回收率和RSD相對較差，原因是其本底值太低，加標(biāo)量也低，因此系統(tǒng)誤差對其影響相較于其他樣品也大。

表1 電位滴定法—淀粉指示劑滴定法測定結(jié)果比較

注：a,本實驗所建立的全自動蒸餾-電位滴定法;b,GB 5009.34—2016中的淀粉指示劑滴定法

A-空白；B-低含量樣品；C-高含量樣品

表2 回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD, n=3)

注：c,本底值數(shù)據(jù)來源于表1中電位滴定法測定結(jié)果平均值；d,500 g橘子罐頭里精確加入亞硫酸鈉4.9 mg后攪拌均勻待測，500 g開心果粉里精確加入亞硫酸鈉9.8 mg后攪拌均勻待測，500 mL葡萄酒中精確加入亞硫酸鈉19.7 mg后混勻待測，500 g蜜餞涼果里精確加入亞硫酸鈉196.9 mg后攪拌均勻待測

3 結(jié)論

利用自動蒸餾儀和電位滴定儀，建立全自動蒸餾-電位滴定法對食品中二氧化硫殘留量進(jìn)行測定，滿足不同形態(tài)、不同基質(zhì)、寬范圍二氧化硫含量(從幾毫克每千克到幾百毫克每千克)食品的檢測分析。3個專業(yè)實驗人員用該方法對橘子罐頭、開心果、枸杞、葡萄酒、蜜餞涼果、果干等6種食品中二氧化硫殘留量進(jìn)行平行測定，并將測定結(jié)果與GB 5009.34—2016中的淀粉指示劑法進(jìn)行比較，2種方法各自測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(n=6)分別為2.6%～6.4%和3.5% ～9.0%，F(xiàn)-test和t-test結(jié)果表明所建立方法與國標(biāo)方法相比差異在可接受范圍內(nèi)。對其中的橘子罐頭、開心果、葡萄酒和蜜餞涼果等4種樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率考察，回收率在83.2%～99.1%，平行測定RSD(n=3)在5.7%～9.3%。該方法相對于全玻璃蒸餾-淀粉指示劑法具有可批量操作以及抗基質(zhì)干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可滿足大多數(shù)食品中二氧化硫殘留量的分析檢測及日常監(jiān)管控制。