Comparison of three methods of detecting aluminum content in jellyfish products
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摘要: 文章采用电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)、分光光度法和乙二胺四乙酸 (EDTA) 滴定法测定海蜇 (Rhopilema esculentum) 产品中的铝 (Al) 含量，对比检测结果、精密度和准确度差异，分析这3种方法在产业上应用的优缺点，并采用ICP-MS对中国10个沿海城市的即食海蜇产品进行了Al残留风险摸底调查。结果表明，ICP-MS和分光光度法的测定结果差异不显著，EDTA滴定法与其他2种方法存在差异，但总体相差不大。3种测定方法对盐渍海蜇和即食海蜇样品的相对标准偏差 (Relative standard deviation, RSD) 介于1.79%~4.34%。ICP-MS对于盐渍海蜇和即食海蜇的加标回收率分别介于92%~104%和97%~100%，而分光光度法的加标回收率分别介于97%~102%和98%~101%，EDTA滴定法的加标回收率介于94%~99%，相对偏低。3种方法均符合检测要求，可根据实际需求选择合适的检测方法。此外还发现部分地区的即食海蜇Al残留量接近国家规定的限量标准。Abstract: In this paper, the content of aluminum in jellyfish (Rhopilema esculentum) was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), spectrophotometry and EDTA titration. The differences of detection results, precision and accuracy were compared, and the advantages and disadvantages of three methods in industrial application were analyzed. The aluminum residue risk of ready-to-eat jellyfish in ten coastal cities of China was investigated by ICP-MS. The results show that there was no significant difference between ICP-MS and spectrophotometry. EDTA titration was different from the other two methods, but the difference was not significant. The relative standard deviation (RSD) of the three methods for salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish ranged from 1.79% to 4.34%. The RSD of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by ICP-MS were 92%−104% and 97%−100%, respectively. The RSD of spectrophotometry were 97%−102% and 98%−101%, respectively. The recovery of EDTA titration was 94%−99%, which were relatively low. The three methods all meet the testing requirements, and the appropriate testing method can be selected according to the actual needs. The results also indicate that the Al residue in ready-to-eat jellyfish in some areas is close to the national limit.
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Keywords:
- Jellyfish /
- Aluminum /
- ICP-MS /
- Spectrophotometry /
- EDTA titration method
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海蜇 (Rhopilema esculentum) 是一种低等的无脊椎浮游动物，有“水产瑰宝”之称[1]，由伞体、口腕、触手、附属器构成[2]，具有低脂肪、低热量、高蛋白等特点[3]，广泛分布于中国沿海近岸[4]。2019年中国海蜇的养殖与捕捞产量均明显增长，总产量达23.54×104 t[5]。由于海蜇具有含水量高、易分解和易自溶的特点[6]，捕捞后需将其制成盐渍海蜇[7]以便贮存。在盐渍加工过程中使用了大量食盐和明矾，导致铝 (Al) 离子的大量残留[8-9]。国标GB 2760—2014《食品添加剂使用标准》规定，海蜇中的Al残留量应≤500 mg·kg−1。Al不是人体必需元素，所需量微小，具有慢性毒性[10-11]，会对神经系统、消化系统、免疫系统及生殖系统造成损害，且很难由肾脏排出，对身体健康会造成一定威胁[12-15]。在海蜇产品生产中严格控制Al含量尤为重要。
目前检测食品中Al含量的方法较多，包括电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)[16-21]、原子吸收光谱法[22-25]、电感耦合等离子体发射光谱法[26]、分光光度法[27]、乙二胺四乙酸 (EDTA) 滴定法[28-29]等，但这些方法不完全适配海蜇产品中Al含量的测定。因此，探索合适海蜇产品中Al含量的检测方法对指导实际生产意义重大。本文采用ICP-MS、分光光度法和EDTA滴定法对即食海蜇和盐渍海蜇Al含量进行检测，分析了方法的精密度和准确度，旨在为海蜇产品Al残留控制选择合适的检测方法提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与试剂
市售盐渍、即食海蜇 (广东江门)；Al标准溶液 (1 000 μg·mL−1，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)、抗坏血酸 (C6H8O6，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；硝酸 (HNO3，色谱纯，上海恤世化学技术有限公司)；乙二胺四乙酸二钠 (C10H14N2Na2O8，分析纯，广州化学试剂厂)；六次甲基四胺、乙二胺 (C6H12N4和C2H8N2，分析纯，广州试剂科技有限公司)；铬天青S (C23H13Cl2Na3O9S，生物技术级，北京依珊汇通科技有限公司)、对硝基苯酚、乙酸钠 (C6H5NO3和CH3COONa，分析纯，北京依珊汇通科技有限公司)；TritonX-100 (C34H62O11，分析纯，北京普利莱基因技术有限公司)；溴代十六烷基吡啶 (C21H38BrN，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司)；氧化锌 (ZnO，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司)；二甲酚橙 (C31H32N2O13S，指示剂级，广州威佳科技有限公司)。
1.2 仪器设备
CEM MARS 5高压高通量微波消解仪 (美国CEM)；Sunrise-basic Tacan吸光酶标仪 (美国伯爵仪器有限公司)；Agilent 7900电感耦合等离子体质谱仪 (美国安捷伦公司)；酸式滴定管 (广州都宏生物科技有限公司)；T50均质机 (德国IKA)；IS126 pH计 (梅特勒−托利多仪器有限公司)。
1.3 实验方法
1.3.1 样品消解
参考白艳艳等[30]方法，略作改动。将盐渍海蜇与即食海蜇匀浆后，准确称取1.000 g于微波消解管中，加入10 mL硝酸，设定微波消解条件进行消解 (表1)，消解结束冷却后取出，缓慢打开管盖排气，将消解液转移至50 mL离心管中，用少量超纯水冲洗消解管内壁并移入离心管中，用超纯水定容至刻度，混匀备用，同时做空白试验。
表 1 微波消解仪消解条件Table 1. Digestion conditions of microwave digestion apparatus步骤
Step功率
Power/W温度
Temperature/℃升温时间
Heating time/min保持时间
Hold time/min1 1 200 120 10 3 2 1 200 160 5 5 3 1 200 180 5 20 1.3.2 ICP-MS
将消解好的样液注入至电感耦合等离子体质谱仪中 (表2)，当仪器点火后，用调谐液进行调谐，建立批处理，以锗 (72Ge) 为在线内标，在碰撞反应池模式下，对标准溶液、空白溶液、样品溶液以及加标样液进行检测，以Al元素的质量分数为横坐标，以Al元素与Ge元素响应信号值的比值为纵坐标，绘制标准曲线。
表 2 ICP-MS仪器条件Table 2. ICP-MS instrument conditions项目 Item 参数 Parameter 项目 Item 参数 Parameter 射频功率 Radio-frequency power/W 1550 雾化器 Nebulizer 同心雾化器 矩管 Rectangular tube 石英管，2.5 mm中心通道 雾化室 Spray chamber 石英双通道 采样锥/截取锥 Sampling cone/Skimmer cone 1.0/0.4 mm镍锥 等离子气体流量 Plasma gas flow rate/(L·min−1) 15.0 载气流量 Carrier gas flux/(L·min−1) 1.0 辅助气流量 Auxiliary gas flow/(L·min−1) 1.0 提升速度 Sample lifting rate/(r·s−1) 45 稳定时间 Stability time/s 45 采样深度 Sample depth/m 8 样品提升速度 Sample lifting rate/(r·s−1) 0.1 雾化室温度 Atomizing chamber temperature/℃ 2 每峰测定点数 Measure points per peak 3 1.3.3 分光光度法
制样步骤按照GB 5009.182—2017《食品安全国家标准 食品中铝的测定》中的分光光度法进行，改用酶标仪进行检测。取7支25 mL的具塞比色管，分别加入0、0.5、1、2、3、4、5 mL的Al标准溶液，加入1.0 mL硫酸溶液定容至10 mL，准确吸取0.2 mL的空白溶液、试样消化液、试样加标消化液置于25 mL的具塞比色管中，将静置40 min后的待测样品加入96孔酶标板中，使用酶标仪在波长620 nm处进行检测分析，使用标准曲线法定量。
1.3.4 EDTA滴定法
取空白溶液、待测消解溶液、待测加标消解溶液各5 mL于200 mL三角瓶中，加水40 mL，后续步骤均参照杨贤庆等[29]的方法进行滴定，同时进行空白实验。
1.3.5 方法精密度比较
准确称取1.0 g的即食海蜇和盐渍海蜇进行微波消解，用ICP-MS、分光光度法和EDTA滴定法对其Al含量进行测定，每组实验重复6次，计算检测结果的标准差 (Standard deviation, SD) 和相对标准差 (Relative standard deviation, RSD)。
1.3.6 方法准确度比较
在对样品中的Al含量进行检测时，同时进行加标回收实验来检验3种方法的准确度，向称取1.0 g的即食海蜇和盐渍海蜇样品中加入浓度为50、250、500 μg的Al标准溶液，折算后即食海蜇和盐渍海蜇中Al的加标量分别为50、250、500 mg·kg−1，每组实验重复6次。
1.3.7 市售即食海蜇样品的抽样检测
取3种方法中精确度和准确度较好的方法用于市售即食海蜇样品的抽检，样品抽检主要在广东、福建、江苏、山东、浙江等的10个沿海城市进行，采集18个样品，每组样品重复3次，样品按照表1微波消解程序进行消解。
1.4 数据处理
数据通过Excel 2010软件简单处理后，采用JMP Pro 14软件进行统计分析，均值比较采用独立样本t检验，单因素方差分析采用LSD法，P<0.05为显著性水平。用Origin 2019软件绘图。
2. 结果与分析
2.1 3种方法测定结果比较
用ICP-MS、分光光度法、EDTA滴定法检测海蜇的Al质量分数 (图1)。盐渍海蜇中Al质量分数较高，ICP-MS检测的Al质量分数最高 (576.40 mg·kg−1)，分光光度法检测为571.95 mg·kg−1，这2种方法的检测结果差异不显著 (P>0.05，图1-a)。EDTA滴定法检测结果 (556.77 mg·kg−1) 与其他2种方法差异显著 (P<0.05)，但总体相差不大。不同方法检测即食海蜇中Al质量分数的结果 (图1-b) 与盐渍海蜇检测结果相似，EDTA滴定法是通过颜色滴定反应来检测海蜇中的Al含量，存在因人为主观判断差异性所引起的误差，可能导致其与另外2种方法检测结果存在差异。3种方法测得的Al质量分数相差较小，ICP-MS测定结果较高。
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图 1 3种方法测定盐渍、即食海蜇铝质量分数对比a. 3种方法测定盐渍海蜇中铝质量分数对比；b. 3种方法测定即食海蜇中铝质量分数对比。Figure 1. Comparison of three methods to determine Al content in salted jellyfish and ready-to-eat jellyfisha. Comparison of three methods to determine Al content in salted jellyfish; b. Comparison of three methods to determine Al content in ready-to-eat jellyfish.2.2 3种方法精密度比较
3种方法的具体精密度检测结果见表3。即食海蜇和盐渍海蜇Al质量分数的RSD介于1.79%~4.34%，因此这3种检测方法的精密度均达到检测精度要求。
表 3 3种检测方法精密度比较Table 3. Comparison of precision of three detection methods方法
Method样品
Sample铝质量分数
Aluminum mass fraction/(mg·kg−1)平均值
Average/(mg·kg−1)标准差
SD/%相对标准差
RSD/%ICP-MS 盐渍 539.60 539.26 531.26 530.81 538.60 546.50 537.67 5.89 2.40 即食 458.63 459.47 470.47 466.53 473.00 468.22 466.05 5.85 2.39 分光光度法
Spectrophotometric method盐渍 533.21 525.49 540.85 546.99 529.11 526.74 533.73 8.54 3.49 即食 432.59 438.73 487.87 442.57 427.98 431.82 436.93 7.48 3.05 乙二胺四乙酸滴定法
EDTA titration method盐渍 525.40 513.00 535.90 527.60 539.40 541.30 530.43 10.64 4.34 即食 425.40 429.30 434.70 422.55 427.95 432.00 428.65 4.39 1.79 2.3 3种方法准确度比较
对于不同加标量的盐渍海蜇和即食海蜇，ICP-MS测得的加标回收率分别为92%~104%和97%~100% (图2-a和图2-b)；分光光度法分别为97%~102%和98%~101% (图2-c和图2-d)；EDTA滴定法均为94%~99% (图2-e和图2-f)。综上，ICP-MS同分光光度法的加标回收率相近，EDTA滴定法的加标回收率较低，但仍在正常范围内，因此3种检测方法的准确度均符合即食海蜇和盐渍海蜇中Al质量分数的定量分析要求。
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图 2 3种方法加标回收率比较a、b分别为盐渍海蜇和即食海蜇ICP-MS的加标回收率；c、d分别为盐渍海蜇和即食海蜇分光光度法的加标回收率；e、f 分别为盐渍海蜇和即食海蜇EDTA滴定法的加标回收率。Figure 2. Comparison of spiked recovery rates of three methodsa, b. Spiked recovery rates of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by ICP-MS, respectively; c, d. Spiked recovery rates of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by spectrophotometry, respectively; e, f. Spiked recovery rates of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by EDTA titration, respectively.2.4 市售即食海蜇铝含量的抽样检测
国标GB 2760—2014《食品添加剂使用标准》中对海蜇中Al的残留量进行了重大修订，从<100 mg·kg−1干基计调整为≤500 mg·kg−1湿基质量。然而新标准施行后，关于市场流通的海蜇产品Al残留限量监测却鲜有报道。为了解市场上具体市售即食海蜇的Al残留量现状，本研究对广东、福建、江苏、山东、浙江等地的10个城市不同厂家生产的即食海蜇进行了抽样检测，ICP-MS的检测结果见图3。在对福建福州、连江，浙江温州、宁波，江苏南通，山东日照、威海，广东江门、茂名、吴川等地的市售即食海蜇中的Al进行检测时发现，大部分地区的Al残留量合格，介于113.05~491.02 mg·kg−1，均未超过国家标准规定的量，但同一省份不同城市销售的即食海蜇Al含量却存在一定差异，以广东省最为显著。广东省个别样品Al含量较高，已接近国标规定的限量值。这可能是由于海蜇加工中脱Al方法未取得突破，仍采用较为传统的水浸泡脱Al所致。市售即食海蜇中Al含量虽未超过国家标准，但个别样品已接近限量标准边缘，需引起重视。
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图 3 市售即食海蜇样品普查*. 同一省份不同市即食海蜇的铝质量分数有差异(P<0.05)；**. 差异显著 (P<0.01)；***. 差异极显著(P<0.001)。Figure 3. Survey of ready-to-eat jellyfish samples in market*.The aluminum mass fraction in ready-to-eat jellyfish between different cities in the same province is different (P<0.05); **. Significant difference (P<0.01); ***. Very significant difference (P<0.001).3. 小结
ICP-MS、分光光度法和EDTA滴定法均可检测即食海蜇和盐渍海蜇中的Al质量分数，其中ICP-MS检测的值最高，其次是分光光度法，EDTA滴定法最低，但总体相差不大。3种方法均获得较好的精密度和准确度，这与吴则业等[26]的研究结果相似。
基于设备条件的差异，不同方法适用不同的检测场景：1) ICP-MS灵敏度高、检测限低，可同时对多种元素进行检测，食品中Al含量测定的国家标准也推荐使用该法，但该法的设备昂贵，较难普及，因此适用于大型检测机构；2) 本实验对国标中分光光度法进行了有益改良，使用96孔酶标板，不仅减少了试剂用量，且检测速度和效率较高，是一种较成熟的分析技术，可在普通分析实验室普及，该法所测结果与ICP-MS的无显著差异；3) EDTA滴定法不需要任何仪器设备，仅通过简单的化学反应便可完成检测，检测成本低，但存在颜色主观判断的误差，可用于生产环节中的质量控制。因此，检测海蜇中的Al含量可以根据实际情况对这3种检测方法进行选择。
此外，由于受自身条件的限制，海蜇必须经过盐矾处理，在将盐渍海蜇制成即食海蜇过程中需要加水浸泡或加酸浸泡完成脱Al工序。抽样检测结果表明，有少部分市售即食海蜇中含Al量较高，因此，对即食海蜇产品的Al残留控制仍需加强。
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图 1 3种方法测定盐渍、即食海蜇铝质量分数对比
a. 3种方法测定盐渍海蜇中铝质量分数对比；b. 3种方法测定即食海蜇中铝质量分数对比。
Figure 1. Comparison of three methods to determine Al content in salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish
a. Comparison of three methods to determine Al content in salted jellyfish; b. Comparison of three methods to determine Al content in ready-to-eat jellyfish.
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图 2 3种方法加标回收率比较
a、b分别为盐渍海蜇和即食海蜇ICP-MS的加标回收率；c、d分别为盐渍海蜇和即食海蜇分光光度法的加标回收率；e、f 分别为盐渍海蜇和即食海蜇EDTA滴定法的加标回收率。
Figure 2. Comparison of spiked recovery rates of three methods
a, b. Spiked recovery rates of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by ICP-MS, respectively; c, d. Spiked recovery rates of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by spectrophotometry, respectively; e, f. Spiked recovery rates of salted jellyfish and ready-to-eat jellyfish by EDTA titration, respectively.
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图 3 市售即食海蜇样品普查
*. 同一省份不同市即食海蜇的铝质量分数有差异(P<0.05)；**. 差异显著 (P<0.01)；***. 差异极显著(P<0.001)。
Figure 3. Survey of ready-to-eat jellyfish samples in market
*.The aluminum mass fraction in ready-to-eat jellyfish between different cities in the same province is different (P<0.05); **. Significant difference (P<0.01); ***. Very significant difference (P<0.001).
表 1 微波消解仪消解条件
Table 1 Digestion conditions of microwave digestion apparatus
步骤
Step功率
Power/W温度
Temperature/℃升温时间
Heating time/min保持时间
Hold time/min1 1 200 120 10 3 2 1 200 160 5 5 3 1 200 180 5 20 
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表 2 ICP-MS仪器条件
Table 2 ICP-MS instrument conditions
项目 Item 参数 Parameter 项目 Item 参数 Parameter 射频功率 Radio-frequency power/W 1550 雾化器 Nebulizer 同心雾化器 矩管 Rectangular tube 石英管，2.5 mm中心通道 雾化室 Spray chamber 石英双通道 采样锥/截取锥 Sampling cone/Skimmer cone 1.0/0.4 mm镍锥 等离子气体流量 Plasma gas flow rate/(L·min−1) 15.0 载气流量 Carrier gas flux/(L·min−1) 1.0 辅助气流量 Auxiliary gas flow/(L·min−1) 1.0 提升速度 Sample lifting rate/(r·s−1) 45 稳定时间 Stability time/s 45 采样深度 Sample depth/m 8 样品提升速度 Sample lifting rate/(r·s−1) 0.1 雾化室温度 Atomizing chamber temperature/℃ 2 每峰测定点数 Measure points per peak 3
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表 3 3种检测方法精密度比较
Table 3 Comparison of precision of three detection methods
方法
Method样品
Sample铝质量分数
Aluminum mass fraction/(mg·kg−1)平均值
Average/(mg·kg−1)标准差
SD/%相对标准差
RSD/%ICP-MS 盐渍 539.60 539.26 531.26 530.81 538.60 546.50 537.67 5.89 2.40 即食 458.63 459.47 470.47 466.53 473.00 468.22 466.05 5.85 2.39 分光光度法
Spectrophotometric method盐渍 533.21 525.49 540.85 546.99 529.11 526.74 533.73 8.54 3.49 即食 432.59 438.73 487.87 442.57 427.98 431.82 436.93 7.48 3.05 乙二胺四乙酸滴定法
EDTA titration method盐渍 525.40 513.00 535.90 527.60 539.40 541.30 530.43 10.64 4.34 即食 425.40 429.30 434.70 422.55 427.95 432.00 428.65 4.39 1.79
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