食品分析《食品中元素含量的测定》(第11章)

第11章食品中元素含量分析Chapter11AnalysisofElementsinFoods浙江科技学院生物与化学工程学院刘铁兵[e-mail]浙江科技学院生物与化学工程学院刘铁兵[e-mail]食品分析食物中各种元素对人体来说，分为：必需元素非必需元素有害元素概述人体内矿物质大约占人体重量6%，其中包括常量元素、微量元素、有毒元素。常量元素：0.01%以上，Ca、Mg、K、Na、P、S、Cl等七种；微量元素：0.01%以下，Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、..在肌体中起作用的浓度以ppm、ppb计。是人体必需的、但过量又会中毒的元素，现有14种。(1)元素分类：A、与体液调节有关；B、构成生物体骨骼；C、参与体内生物化学反应和作为生物化学成分。(2)元素功能：目前未发现对人体有生理功能、且人体耐受力极小、进入体内量稍大就中毒的元素。如Hg、Cd、Pb、As、Sn、Cu、Cr等，这些元素在体内不易排出，有积蓄性，半衰期都很长。例：①甲基汞：在体内半衰期为70天②铅：在体内半衰期为1460天；在骨骼中为10年。③镉在体内半衰期为16—31年。这些物质进入人体的渠道有：水源、土壤、环境、原料、辅料、添加剂、农药、化肥的使用、加工、制造、运输等带入；容器本身不纯，金属带入铅、锌；罐头中酸性锡的溶出；铜器带入过量铜；另外，还有呼吸、皮肤。日本,前几年流行含金食物，内含银、铜等杂质。饮水、食品、茶叶、烟草、化妆品等都可能被污染，环境污染已成为世界问题。有毒元素：农产品畜禽肉制品饲料鸭子食品水食物链鱼人食物链框图北京部分农产品含砷量过高可能导致中毒！04年网上报道。(1)原子吸收分光光度法：选择性好、灵敏度高、简便、快速、可同时测定多种元素。(2)比色法：设备简单、价廉、灵敏度可满足要求。(3)另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分光光度法。食品中有毒元素的检测方法主要有：Ca、Mg是构成骨骼和牙齿的主要成分。Ca虽然体内绝大部分都存在于骨、牙中，溶于血中很少，但作用十分重要。如它和镁、钾、钠协同，调节神经肌肉兴奋性，保持心肌的正常功能，钙还参加凝血过程。K对维持人体内液体渗透压和酸碱平衡起重要作用。摄入量减少时，会产生周身疲乏、血压下降、多尿、肠梗塞等症状，严重者可因呼吸困难，心脏病变而死亡。Mg是构成骨骼、牙齿和细胞浆的主要成分，还可调节神经和肌肉的活动，维持体内酸碱平衡，激活体内多种酶。人体缺镁可出现震颤、手足徐动甚至抽搐等症状。(3)重要常量元素：Na可维持体内水平衡、酸碱平衡以及神经肌肉的应激性等。缺钠表现：倦怠、眩晕、恶心、食欲不振、心跳加快、脉搏细弱、血压下降、肌肉痉挛等，严重者可出现昏迷。Cl约占人体重量的0.15%，分布于全身各组织中，以脑脊液和胃肠道分泌物中最多，氯为组成盐酸的成分，能保持人体胃液正常酸度，有助于保持体液酸碱平衡。P是构成骨骼、牙齿和神经组织的重要成分，人体内有80%以上的磷存在于骨骼和牙齿中。参与细胞内碳水化合物、脂肪和核酸代谢，对维持神经、肌肉的正常功能和体内酸碱平衡起着重要的作用。A、磷建议摄取量：每日超过12000毫克，会产生低钙血症，因为太多的磷会影响钙质的吸收。B、我国成年人钙供给量定为每天800毫克。C、婴儿和儿童的每日的钠需要量估计为58毫克。成年人每日食用的钠量比幼儿稍高便可维持钠的平衡。D、每日镁的需要量男子约为350豪克，孕妇、乳母约为450毫克。E、钾的成人每日摄取量为2000毫克。婴幼儿对钾的最低日需要量为90毫克。(4)重要常量元素的中摄取A、运载常量元素，把大量元素带到各组织中去。B、充当生物体内各种酶的活性中心，促进新陈代谢。酶在生物体内是许多化学反应必不可少的催化剂，而许多微量元素却是酶的组成部分或激活剂。例如锌与200多种酶的活性或结构有关。C、参与体内各种激素的作用。如锌可以促进性激素的功能，铬可促进胰岛的作用等。(5)微量元素在人体中的主要功能Fe：在人体中含量约为4—5克。铁在人体中的功能主要是参与血红蛋白的形成而促进造血。在血红蛋白中的含量约为72%。铁元素在菠菜、瘦肉、蛋黄、动物肝脏中含量较高。Fe是人体血液形成不可少的，缺铁性贫血就是因缺乏铁，而得了“血色病”。Cu：正常成人体内含铜100—200毫克。其主要功能是参与造血过程；增强抗病能力；参与色素的形成。铜在动物肝脏、肾、鱼、虾、蛤蜊中含量较高；果汁、红糖中也有一定含量。(6)重要微量元素Zn：对人体多种生理功能起着重要作用。参与多种酶的合成；加速生长发育；增强创伤组织再生能力；增强抵抗力；促进性机能。锌在鱼类、肉类、动物肝肾中含量较高。Zn影响人的消化与代谢，缺Zn味觉减退，出现厌食，发育不良等，过多会得胃肠炎。（取头发进行测定可知人体内Zn含量情况）。2000年8月调查：北京、广州等城市儿童低锌率44%，而山区儿童仅为32.4%（低于正常值）F：是骨骼和牙齿的正常成分。可预防龋齿，防止老年人的骨质疏松。含氟量较多的食物有粮食(小麦、黑麦粉)、水果、茶叶、肉、青菜、西红柿、土豆、鲤鱼、牛肉等。成年人每天约需0.4毫克。Se：具有抗氧化，保护红细胞的功用，并发现有预防癌症的作用。硒在小麦、玉米、大白菜、南瓜、大蒜和海产品中含量较丰富。I：通过甲状腺素发挥生理作用，如促进蛋白质合成；活化100多种酶；调节能量转换；加速生长发育；维持中枢神经系统结构。碘海带、紫菜、海鱼、海盐等中含量丰富。钴元素：是维生素B12的重要组成部分。钴对蛋白质、脂肪、糖类代谢、血红蛋白的合成都具有重要的作用，并可扩张血管，降低血压。但钴过量可引起红细胞过多症，还可引起胃肠功能紊乱，耳聋、心肌缺血。微量元素的功能形式、化学价态、化学形势非常重要。例：铬的+6价毒性大，+3价对人体有益（如Cr2O3、Cr(OH)3）。无机锗毒性大，有机锗毒性小。A、对评价食品的营养价值、开发和生产强化食品具有重要意义。B、有利于食品加工工艺的改进和食品质量的提高。C、测定重金属元素，可以了解食品被污染的情况，以便采取相应措施，查清和控制污染源，保证食品的安全和食用者的健康。(7)食品中元素含量测定意义以上这些元素都以金属有机化合物的形式存在于食品中，要测定这些元素先要做两件事：1.用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。以不丢失要测的成分为原则。2.破坏掉有机物后的样液中，多数情况下是待测元素浓度很低，另外还有其它元素的干扰，所以要浓缩和除去干扰。浓缩与分离处理方法与后边测定方法有关。例：比色法测定，用合适的金属螯合剂在一定条件下与被测金属离子生成金属螯合物，然后用有机溶剂进行液液萃取，使金属螯合物进入有机相从而达到分离与浓缩。原子吸收分光光度法，测痕量元素则用离子交换法分离、提纯金属离子或除去干扰离子。样品的处理样品溶液：①金属离子+螯合剂=金属螯合物（金属螯合物溶于有机溶剂，如果有色可进行比色测定）——有机相②水+其它组成——水相2.此法为液—液溶剂萃取法。优点：较高的灵敏度，选择性，分离效果好，设备简单，操作快速。缺点：工作量较大，耗用试剂，溶剂较高，有的易挥发，易燃，有毒等。螯合萃取原理用有机溶剂萃取金属螯合物，金属在有机相和水相中的分配比与许多因素有关，当其他因素固定下来以后，金属分配率与pH有关。食品分析中常用的螯合剂实际应用的，目前已达100多种，双硫腙（HDZ）、二乙基二硫代甲酸钠（NaDDTC）、丁二酮肟、铜铁试剂CuP（N—亚硝基苯胲铵）。这些螯合剂与金属离子生成金属螯合物，相当稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，许多带有颜色可直接比色。金属螯合物的萃取平衡（1）螯合剂的影响：螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高。（2）pH的影响：pH越高，有利于萃取，但金属离子可能发生水解反应。要正确控制溶液的酸度,对萃取有利，还可提高螯合剂对金属离子的选择性。例：Zn2+的最适宜pH为6.5—10。影响分配比值的几个因素重金属比重d＞5的金属一、双硫腙比色法测Pb、Zn、Cd、Hg的含量（一）双硫腙的性质名称、结构式、性质，腙——羰基+肼（NH2NH2）（二）双硫腙与金属离子的反应在酸性溶液中并有过量双硫腙存在时生成单取代双硫腙盐，即1个双硫腙分子中有1个H原子被金属离子所取代，二价金属离子则同时与2个双硫腙分子反应。重金属离子含量的测定1.铅的测定（Pb）铅用于选矿、冶炼、电镀等工业，制四乙基铅加到汽油中，提高辛烷值，提高“号”，增加抗爆震能力。但由于环境污染，现国家已禁用。改用无水乙醇汽油。反应缶涂有铅的涂层、陶瓷、搪瓷的釉药。食品缶头马口铁焊锡中铅含量达40—60%，有时会溶于食品中形成污染。会引起中毒。含铅“松花蛋”。离地面1m处空气铅浓度是1.5m处的16倍，儿童受害，2000年8月调查北京、广州城市儿童铅高率达80%左右。验头发。铅能与许多有机试剂生成带有颜色的化合物，常用来比色测定的还是双硫腙。双硫腙比色法测定食品中铅、锌、镉、汞的含量（1）用铅标准溶液（1ug/ml）标定双硫腙溶液，①铅标准溶液：用HNO3来溶解Pb(NO3).②双硫腙溶液：0.001%（溶于CCl4）。（2）测定样品：粉碎、消化、定容（用蒸馏水）、测定，再根据所用双硫腙量计算样品中铅含量。双硫腙法原理：在碱性（pH值在9左右）溶剂中，Pb2+双硫腙形成红色络合物，溶于氯仿或CCl4中，红色深浅与铅离子浓度成正比，比色测定。测定前要加盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵来掩蔽铁、铜、锡、镉等离子。测定步骤①双硫腙法用氰化钾作掩蔽剂，不要任意增加浓度和用量以免干扰铅的测定。②氰化钾，剧毒，不能用手接触，必须在溶液调至碱性再加入。废的氰化钾溶液应加NaOH和FeSO4(亚铁)，使其变成亚铁氰化钾再倒掉。③如果样品中含Ca、Mg的磷酸盐时，不要加柠檬酸铵，避免生成沉淀带走使铅损失。④样品中含锡量＞150mg时，要设法让其变成溴化锡，而蒸发除去，以免产生偏锡酸而使铅丢失。⑤测铅要用硬质玻璃皿，提前用1-10%HNO3浸泡，再用水冲洗干净。注意：GB/T5009.12—2003《食品中铅的测定》1.石墨炉原子吸收光谱法2.氢化物原子荧光光谱法3.火焰原子吸收光谱法4.二硫腙比色法5.单扫描极谱法锌用在电镀、造纸、机械和自来水的制造等工业中应用，镀锌厂的废水，采用镀锌铁的容器包装食品，特别是酸性饮料，易沾有锌。金属锌本身无害。锌化合物可引起急性肠炎、肾损害，特别是氯化锌3-5g可导致死亡。（1）双硫腙比色法用双硫腙分别提取2次用双硫腙提取1次锌的测定（Zn）GB5009.14—2003在pH4.5-5.0,锌离子与双硫腙生成红色络合物，此络合物溶于CCl4，其它金属离子靠加入硫代硫酸钠、盐酸羟胺溶液和pH值的控制。分光光度计520nm处测定吸光度（1）锌标准曲线重现性差，平行作1-2份标准锌，以进行校正。（2）硫代硫酸钠不能任意增加，因为它也是络合物。（3）本法灵敏度较高，必须严格控制pH值，同时所用水应为无锌水，经阴、阳离子交换树脂纯化。器皿也先用硝酸溶液洗涤，然后再用无离子水冲洗干净。原理：仪器：要领：镉用于治金、电镀、颜料、原子工业、农药等，生活用水，因使用镀锌、塑料管中镉的污染经消化道、呼吸道进入人体，损害人的肾、肝，易引起“骨痛病”。石墨炉原子吸收光谱法原理：酸性溶液中，镉离子与碘离子形成络合物，并经4-甲基戊酮—2萃取分离，导入原子吸收仪中，原子化后，吸收228.8nm共振线，与标准系列比较定量。镉标准溶液：用金属镉溶于HCL中加HNO3+H2O稀释。镉的测定（Cd)GB5009.15—2003第二法：原子吸收分光光度法（碘化钾—4-甲基戊酮—2法）（双硫腙—乙酸乙酯法）原理：样品经消化处理后，在pH6左右的溶液中，镉离子与双硫腙形成络合物，并经碘化钾—4-甲基戊酮—2或乙酸乙酯萃取分离，导入原子吸收仪中。第三法：比色法第四法：原子荧光法汞多用于电气仪器及设备、电解食盐、农药等等。工业自动化越发展，汞的用量越大，环境污染就越严重。污染严重的日本、瑞典40ug/人·日摄入，其它国家10ug/人·天，F