楊建飛,馬 倩,左 勇,*,黃雪芹,徐 佳,王定麗,周耀進(jìn),楊柯怡
(1.四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610101;2.四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院,四川 宜賓 644000)
醬腌菜是我國(guó)的傳統(tǒng)美食,具有方便即食、風(fēng)味獨(dú)特、制作簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn),深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài),然而醬腌菜中亞硝酸鹽含量超標(biāo)的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮[1],食用醬腌菜是人體攝入亞硝酸鹽的來(lái)源之一,若人體攝入較高的亞硝酸鹽,具有患高鐵血紅蛋白癥、1型糖尿病和癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[2-3],因此,世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)和食品科學(xué)委員會(huì)(Scientific Committee on Food,SCF)規(guī)定亞硝酸鹽的每日允許攝入量(acceptable daily intake,ADI)值為0~0.06 mg/kg(以體質(zhì)量計(jì))[4-5]。由此可見(jiàn),在食品衛(wèi)生檢驗(yàn)、食品安全等方面,亞硝酸鹽的含量測(cè)定具有重要意義。
現(xiàn)有的亞硝酸鹽檢測(cè)方法主要分為光譜法、色譜法、電化學(xué)分析法和快速檢測(cè)法共4 類(lèi)[6],其中光譜法主要指GB 5009.33—2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》的分光光度法[7](以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB法),是目前國(guó)際通用的亞硝酸鹽定量檢測(cè)法[8],但此方法以強(qiáng)揮發(fā)性和強(qiáng)腐蝕性的濃鹽酸作酸性介質(zhì),測(cè)定流程由于分2 步進(jìn)行而具有危險(xiǎn)和耗時(shí)的缺點(diǎn)。色譜法可準(zhǔn)確定量,但需要精密儀器和專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員,檢測(cè)費(fèi)用昂貴,適合實(shí)驗(yàn)室或科研使用[9]。電化學(xué)分析法能夠快速、準(zhǔn)確測(cè)得亞硝酸鹽的響應(yīng)值[10],但電極材料的選擇及制備過(guò)程繁瑣,使用壽命有限[11-12]??焖贆z測(cè)法是基于比色原理對(duì)樣品亞硝酸鹽進(jìn)行定性或半定量的方法[13-14],具有操作簡(jiǎn)單、成本低、耗時(shí)短(3~5 min)等優(yōu)點(diǎn)[15],已在土壤[16]、臨床[17]、水樣[18-19]、食品[20]等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用,但比色法制備的許多液體、固體、試紙型的試劑盒有較高檢出限、假陽(yáng)性、保質(zhì)期短等缺點(diǎn)[21]。因此,研究適用于醬腌菜中亞硝酸鹽快速定量的檢測(cè)試劑具有重要意義。
本實(shí)驗(yàn)以GB法作對(duì)照,使用重氮試劑和偶合試劑的混合溶液代替GB法的2 步反應(yīng),本實(shí)驗(yàn)還研究可代替濃鹽酸的安全酸性介質(zhì),同時(shí)探究3 組重氮-偶合試劑(重氮試劑:對(duì)氨基苯磺酸、對(duì)氨基苯乙酮、磺胺;偶合試劑:鹽酸萘乙二胺,分別為對(duì)氨基苯磺酸-鹽酸萘乙二胺組、對(duì)氨基苯乙酮-鹽酸萘乙二胺組、磺胺-鹽酸萘乙二胺組,以下簡(jiǎn)稱(chēng)DS組、DT組、HA組)在醬腌菜中的適用性,以期為醬腌菜中亞硝酸鹽的快速定量檢測(cè)提供理論基礎(chǔ)。
醬腌菜 四川宜賓市售;亞硝酸鈉、蘋(píng)果酸、丁二酸、酒石酸、檸檬酸、磷酸、對(duì)氨基苯磺酸、磺胺、對(duì)氨基苯乙酮、鹽酸萘乙二胺(均為分析純) 上海源葉生物科技有限公司。
T6紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;ME104E/02電子天平 托利多儀器(上海)有限公司;HWS-12電熱恒溫水浴鍋 上海喬欣科學(xué)儀器有限公司。
1.3.1 亞硝酸鹽的檢測(cè)原理和方法
樣品前處理和亞硝酸鹽的測(cè)定原理依據(jù)GB法[7]。取1 mL質(zhì)量濃度4 g/L的重氮試劑(對(duì)氨基苯磺酸或?qū)Π被揭彝蚧前罚?、質(zhì)量濃度2 g/L的偶合試劑(鹽酸萘乙二胺)0.5 mL于試管中,用蒸餾水補(bǔ)至4.5 mL后搖勻,加入質(zhì)量濃度1 μg/mL亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL,搖勻后反應(yīng)15 min,500~560 nm波長(zhǎng)處掃描,確定每組重氮-偶合試劑的最大測(cè)定波長(zhǎng),取1 mL樣品提取液測(cè)定亞硝酸鹽含量。
1.3.2 亞硝酸鹽快速檢測(cè)條件的優(yōu)化
研究酸性介質(zhì)的種類(lèi)(蘋(píng)果酸、檸檬酸、酒石酸、磷酸、丁二酸)、酸性質(zhì)濃度(0.1、0.3、0.5、0.7 mol/L)、重氮試劑質(zhì)量濃度(2、4、6、8、10、12 g/L)、偶合試劑質(zhì)量濃度(0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0 g/L)、重氮-偶合試劑體積比(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、1∶2)、反應(yīng)時(shí)間3、6、9、12、15、18、21 min)對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響,并采用4因素3水平的正交試驗(yàn)分別優(yōu)化DS組、HA組、DT組測(cè)定亞硝酸鹽的條件。正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1~3。
表1 DS組正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Independent variables and levels used for orthogonal array design for optimization of ASA-NED method
表2 HA組正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Independent variables and levels used for orthogonal array design for optimization of AAP-NED method
表3 DT組正交試驗(yàn)因素與水平Table 3 Independent variables and levels used for orthogonal array design for optimization of SN-NED method
1.3.3 亞硝酸鹽快速檢測(cè)試劑的檢測(cè)性能
以GB法作對(duì)照,研究DS組、HA組、DT組應(yīng)用于醬腌菜樣品時(shí)的抗干擾能力、準(zhǔn)確度、精密度、檢出限和線(xiàn)性范圍。
1.3.3.1 檢出限和線(xiàn)性范圍
按各組試劑的最優(yōu)組合測(cè)定系列質(zhì)量濃度梯度的亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液,研究DS組、HA組、DT組的檢出限和線(xiàn)性范圍,并采用3δ法[22]計(jì)算檢出限。
1.3.3.2 抗干擾能力
為探究本實(shí)驗(yàn)中亞硝酸鹽檢測(cè)試劑在醬腌菜中的實(shí)際應(yīng)用性,選擇醬腌菜中含有的食品添加劑和自身水溶性成分,如山梨酸鉀、苯甲酸鈉、D-異抗壞血酸鈉、安賽蜜、有機(jī)酸、氨基酸等,按亞硝酸鹽濃度的10~2 000 倍進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)。
1.3.3.3 準(zhǔn)確度
準(zhǔn)確度通常以回收率表示。回收率是指反應(yīng)待測(cè)物在樣品分析過(guò)程中的損失程度,損失越少,回收率越高,也說(shuō)明該檢測(cè)方法準(zhǔn)確性越高[23]。首先,按3 組檢測(cè)試劑最優(yōu)方法分別測(cè)定樣品亞硝酸鹽的本底值,然后于待測(cè)液中加入已知質(zhì)量濃度的亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液以調(diào)整亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為1 μg/mL,最后再次測(cè)定亞硝酸鹽含量,計(jì)算回收率[24]。
1.3.3.4 精密度
精密度表示實(shí)驗(yàn)方法的重復(fù)性,以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD)表示[25],通過(guò)重復(fù)測(cè)定5 次樣品中亞硝酸鹽含量計(jì)算精密度。
1.3.4 亞硝酸鹽快速檢測(cè)試劑的貯存穩(wěn)定性
為研究亞硝酸鹽快速檢測(cè)試劑的實(shí)際應(yīng)用性,對(duì)其在25、4、30、40 ℃的避光條件的貯存穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)定。
采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和差異顯著性分析;采用Origin 2018進(jìn)行圖表的繪制。每組實(shí)驗(yàn)設(shè)3 個(gè)平行。
由圖1可知,在520~560 nm范圍內(nèi),DS組和HA組的最大吸收波長(zhǎng)均為540 nm,DT組的最大吸收波長(zhǎng)為550 nm,因此選擇DS組、DT組、HA組的亞硝酸鹽測(cè)定波長(zhǎng)分別為540、550、540 nm。
圖1 亞硝酸鹽的檢測(cè)波長(zhǎng)Fig.1 Visible absorption spectra of nitrite detected with three new diazo-coupling reagents
2.2.1 酸性介質(zhì)及其濃度的影響
由于0.7 mol/L的丁二酸溶液配制3 種重氮試劑時(shí)過(guò)飽和,因此圖2中無(wú)該濃度丁二酸對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響。酸性介質(zhì)的種類(lèi)和濃度對(duì)亞硝酸鹽的吸光度均有影響,可能是酸性介質(zhì)的酸度系數(shù)和溶劑pH值不同所導(dǎo)致[21]。由圖2可知,當(dāng)DS組、DT組、HA組分別以0.3 mol/L丁二酸、0.5 mol/L蘋(píng)果酸、0.5 mol/L酒石酸為酸性介質(zhì)時(shí),亞硝酸鹽的吸光度分別達(dá)到最大。因此,選擇0.3 mol/L丁二酸、0.5 mol/L蘋(píng)果酸和0.5 mol/L酒石酸分別為DS組、DT組、HA組的酸性介質(zhì)。
圖2 DS組(A)、DT組(B)、HA組(C)的酸性介質(zhì)及其濃度對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響Fig.2 Influence of acid medium type and concentration on nitrite absorbance detected with ASA-NED (A), AAP-NED (B) and SN-NED (C)
2.2.2 重氮試劑質(zhì)量濃度的影響
由圖3可知,隨著對(duì)氨基苯磺酸、磺胺、對(duì)氨基苯乙酮質(zhì)量濃度的升高,亞硝酸鹽的吸光度先增加再趨于平穩(wěn),可能是重氮試劑在低質(zhì)量濃度時(shí),重氮化反應(yīng)不完全,當(dāng)亞硝酸鹽消耗完全時(shí),形成的重氮化合物含量不再增加,吸光度趨于平穩(wěn)。對(duì)氨基苯磺酸、磺胺、對(duì)氨基苯乙酮的質(zhì)量濃度分別在10、8、6 g/L后,亞硝酸鹽的吸光度無(wú)顯著差異,因此選擇對(duì)氨基苯磺酸、磺胺、對(duì)氨基苯乙酮的質(zhì)量濃度分別為10、8、6 g/L。
圖3 重氮試劑質(zhì)量濃度對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響Fig.3 Effect of diazonium reagent concentration on absorbance of nitrite
2.2.3 重氮-偶合試劑體積比的影響
由圖4可知,3 組試劑的亞硝酸鹽吸光度均隨重氮-偶合試劑體積比的增加而先增加后降低,可能是過(guò)高的重氮-偶合試劑體積比或當(dāng)偶合試劑體積高于重氮試劑時(shí),降低反應(yīng)摩爾消光系數(shù)[26]。DS組和HA組的吸光度在重氮-偶合試劑體積比分別為4∶1和3∶1時(shí)最大;重氮-偶合試劑體積比為2∶1、3∶1、4∶1時(shí),DT組的吸光度較高且無(wú)顯著性差異,因此,選擇DS組、DT組、HA組的體積比分別為4∶1、2∶1、3∶1。
圖4 重氮-偶合試劑體積比對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響Fig.4 Influence of volume ratio of diazo to coupling reagent on absorbance of nitrite
2.2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響
由圖5可知,反應(yīng)時(shí)間在3~21 min范圍內(nèi),DS組、DT組、HA組的吸光度均隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而先升高后趨于穩(wěn)定,DS組和DT組的吸光度均在反應(yīng)15 min后無(wú)顯著差異,HA組的吸光度在反應(yīng)6 min后無(wú)顯著變化,因此,選擇DS組、DT組、HA組的反應(yīng)時(shí)間分別為15、15、6 min,較GB法規(guī)定的20 min分別節(jié)省5、5、14 min,因此本法有利于提高效率。
圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響Fig.5 Effect of reaction time on absorbance of nitrite
2.2.5 鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度的影響
由圖6可知,隨著鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度的增加,DT組和HA組的亞硝酸鹽的吸光度先升高后降低,DS組不斷降低,可能由于重氮試劑的不同導(dǎo)致;當(dāng)鹽酸萘乙二胺的質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí),溶液酸性增加,亞硝基在強(qiáng)酸條件下不穩(wěn)定[27],導(dǎo)致顏色變淺,吸光度降低。DT組的吸光度在鹽酸萘乙二胺的質(zhì)量濃度為0.3~0.7 g/L之間較高且無(wú)顯著差異;HA組在鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度為0.5 g/L時(shí)吸光度最大,因此,選擇DS組、DT組、HA組的鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度分別為0.1、0.3、0.5 g/L。
圖6 鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度對(duì)亞硝酸鹽吸光度的影響Fig.6 Influence of NED concentration on absorbance of nitrite
2.2.6 正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果
由表4~6可知,DS組、HA組、DT組的理論最優(yōu)組合分別為A1B2C3D2、H3B1J3D3,T3B3P3D3;即DS組為對(duì)氨基苯磺酸質(zhì)量濃度9 g/L、鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度0.1 g/L、丁二酸濃度0.4 mol/L、重氮-偶合試劑體積比4∶1;HA組為磺胺質(zhì)量濃度9 g/L、鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度0.4 g/L、酒石酸濃度0.6 mol/L、重氮-偶合試劑體積比4∶1;DT組為對(duì)氨基苯乙酮質(zhì)量濃度7 g/L、鹽酸萘乙二胺質(zhì)量濃度0.4 g/L、蘋(píng)果酸濃度0.6 mol/L、重氮-偶合試劑體積比3∶1。在3 組試劑的理論最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得出DS組、HA組、DT組吸光度分別為0.072、0.070、0.073,均與各自的對(duì)照組無(wú)明顯差異,表明DS組、HA組、DT組的理論最優(yōu)組合可靠。
表4 DS組正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Orthogonal array design with experimental results for optimization of ASA-NED method
表5 HA組正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 5 Orthogonal array design with experimental results for optimization of AAP-NED method
表6 DT組正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Orthogonal array design with experimental results for optimization of SN-NED method
2.3.1 檢出限和線(xiàn)性范圍
按照DS組、HA組、DT組的最優(yōu)組合,研究各組試劑的檢測(cè)范圍和線(xiàn)性范圍并計(jì)算檢出限,結(jié)果如圖7所示。由圖7A1、B1、C1可知,測(cè)定0~6 μg/mL的亞硝酸鹽時(shí),DS組、HA組、DT組的吸光度均隨亞硝酸鹽質(zhì)量濃度的增加而增大,當(dāng)亞硝酸鹽質(zhì)量濃度高于4 μg/mL時(shí),吸光度增加平緩,表明亞硝酸鹽質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí),應(yīng)適當(dāng)稀釋后再進(jìn)行測(cè)定;由圖7A2、B2、C2可知DS組、HA組、DT組的線(xiàn)性范圍分別為0.02~3、0.02~3、0.02~3.4 μg/mL,R2分別為0.999 2、0.999 5、0.999 0,表明3 組試劑均適用于亞硝酸鹽的測(cè)定,DT組的線(xiàn)性范圍最廣;采用3δ法計(jì)算出DS組、HA組、DT組的檢出限分別為0.82、0.51、0.76 mg/kg,與GB法規(guī)定的1 mg/kg檢出限相比,表明3 組試劑均有較低的檢出限。
圖7 DS組(A)、HA組(B)、DT組(C)的檢測(cè)范圍和線(xiàn)性范圍Fig.7 Detection ranges and linear ranges of ASA-NED (A),AAP-NED (B) and SN-NED methods (C)
2.3.2 抗干擾能力
由表7可知,在5%的相對(duì)誤差內(nèi),GB法抗D-異抗壞血酸鈉、半胱氨酸、山梨酸鉀濃度干擾的能力分別達(dá)亞硝酸鹽濃度的20、10、1 000 倍,表明D-異抗壞血酸鈉和半胱氨酸對(duì)亞硝酸鹽含量測(cè)定的干擾較大,其原因可能為D-異抗壞血酸鈉具有較強(qiáng)的抗氧化性,將NO2-還原為NO,半胱氨酸含有的巰基與NO2-反應(yīng)生成巰代亞硝酸酯[28-29]。與GB法相比,DS組、HA組、DT組抗D-異抗壞血酸鈉濃度干擾的能力分別達(dá)20、10、10 倍,抗半胱氨酸濃度干擾的能力分別達(dá)10、50、50 倍,且?guī)缀醪皇鼙郊姿徕c、山梨酸鉀、安賽蜜、葡萄糖、谷氨酸、丙氨酸、草酸、蘋(píng)果酸、乳酸、琥珀酸、酒石酸、檸檬酸的干擾,表明DS組、HA組、DT組對(duì)防腐劑、甜味劑、有機(jī)酸均有較高的抗干擾能力,其中DS組與GB法的抗干擾能力相當(dāng),HA組和DT組的綜合抗干擾能力較高于GB法,表明HA組和DT可針對(duì)性的應(yīng)用于醬腌菜中亞硝酸鹽含量的測(cè)定。
表7 抗共存物干擾能力Table 7 Resistance to coexisting substances
2.3.3 準(zhǔn)確度和精密度
由表8可知,GB法測(cè)定15 種醬腌菜樣品的回收率在88.61%~92.66%之間,RSD均小于5%。與GB法相比,除了海帶樣品外,DS組、DT組、HA組的回收率分別為84.04%~87.00%、96.01%~99.60%、93.82%~96.24%,RSD均低于5%,表明DT組和HA組準(zhǔn)確度較高,實(shí)驗(yàn)條件精密度良好,重復(fù)性較好[30]。
表8 GB法、DS組、HA組、DT組的回收率和精密度Table 8 Recoveries and precision RSDs of the traditional and modified methods%
由表9可知,不同醬腌菜品種之間,亞硝酸鹽含量存在差異,GB法測(cè)得15 種醬腌菜樣品的亞硝酸鹽含量在(0.87±0.02)~(3.53±0.12)mg/kg之間,遠(yuǎn)低于GB法中20 mg/kg的限量標(biāo)準(zhǔn)。與GB法相比,除海帶樣品外,優(yōu)化后的DT組和HA組的測(cè)定結(jié)果與GB法無(wú)顯著差異,而DS組的測(cè)定結(jié)果與GB法差異顯著,其原因可能為DS組受醬腌菜中的D-異抗壞血酸鈉[31]、蔥、姜、蒜、等香辛料成分[32-33]的干擾影響較大,表明DT組和HA組的測(cè)定結(jié)果比DS組準(zhǔn)確可靠。海帶樣品的測(cè)定結(jié)果差異較大的原因可能為海帶含有的碘成分與亞硝酸鹽反應(yīng)生成NO或NO3-[34-35],其原因也可能為I-與重氮-偶合試劑存在某種反應(yīng),表明DT組和HA組適用于測(cè)定除海帶樣品外的醬腌菜中亞硝酸鹽含量。
表9 樣品中亞硝酸鹽含量的測(cè)定比較Table 9 Comparison of the determination of nitrite contents in real samples by the traditional and modified methods mg/kg
根據(jù)2.3、2.4節(jié)的結(jié)果,研究HA組和DT組在25、4、30、40 ℃的避光貯存穩(wěn)定性。由圖8A可知,在貯存40 d的過(guò)程中,HA組在25、4、30、40 ℃均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性;由圖8B可知,DT組僅在4 ℃保持良好的穩(wěn)定性,當(dāng)貯存時(shí)間超過(guò)30 d后,DT組在25、30、40 ℃的亞硝酸鹽吸光度明顯降低,表明HA組和4 ℃的DT組均可穩(wěn)定貯存40 d,但HA組比DT組的貯存穩(wěn)定性好。
圖8 HA組(A)和DT組(B)的貯存穩(wěn)定性Fig.8 Storage stability of AAP-NED (A) and SN-NED (B)
本實(shí)驗(yàn)以GB的分光光度法作對(duì)照,采用正交試驗(yàn)優(yōu)化3 組亞硝酸鹽檢測(cè)試劑(DS組、DT組、HA組)代替GB法中的重氮-偶合試劑測(cè)定醬腌菜中亞硝酸鹽的含量。結(jié)果表明:本方法比GB法縮短5~14 min的檢測(cè)時(shí)間,具有更高的效率;DS組、HA組、DT組的酸性介質(zhì),丁二酸、酒石酸和蘋(píng)果酸均可有效代替GB法中的濃鹽酸作酸性介質(zhì),提高安全性;DS組、HA組、DT組的檢測(cè)線(xiàn)性范圍分別在0.02~3、0.02~3、0.02~3.4 μg/mL之間,檢出限分別為0.82、0.51、0.76 mg/kg,低于GB法1 mg/kg的檢出限標(biāo)準(zhǔn);在抗干擾能力方面,DS組、HA組、DT組對(duì)防腐劑、甜味劑、有機(jī)酸均有較高的抗干擾能力,其中DS組與GB法的抗干擾能力相當(dāng),HA組和DT組的綜合抗干擾能力較高于GB法;測(cè)定15 種不同品種醬腌菜中亞硝酸鹽含量時(shí),DT組和HA組的測(cè)定結(jié)果與GB法無(wú)顯著差異,RSD值均小于5%,DS組測(cè)定結(jié)果與GB法差異顯著;除含碘量較高的海帶樣品外,準(zhǔn)確度大小關(guān)系為:DT組(96.01%~99.60%)>HA組(93.82%~96.24%)>GB法(88.61%~92.66%)>DS組(84.04%~87.00%);其中HA組和4 ℃的DT組均可穩(wěn)定貯存40 d。綜上,DT組和HA組均展現(xiàn)出優(yōu)良的檢測(cè)能力,可有效提高分光光度法的效率和安全性,為醬腌菜中亞硝酸鹽的快速定量檢測(cè)提供理論參考。