丙酸鈣含量測定方法的比較研究及對(duì)我國強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)修訂的建議

黃 煜，潘如龍

(1.中國石油化工股份有限公司北京化工研究院標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京 100013; 2. 江蘇潤普食品科技股份有限公司，江蘇 連云港 222506)

丙酸鈣是一種安全可靠的防腐劑[1-3]，在食品、飼料、抗菌塑料、食品包裝材料中廣泛使用[4-7]。丙酸鈣被美國FDA批準(zhǔn)為食品中“安全使用物質(zhì)”(GRAS)，世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)每日人體每公斤允許攝入量(ADI)不做限制[8]。

丙酸鈣符合防腐劑的發(fā)展趨勢[9]，即：安全無毒、適用性廣和性能穩(wěn)定。隨著FAO、歐盟、澳洲、中國[10-13]等國家和組織相繼擴(kuò)大了丙酸鈣的使用范圍，丙酸鈣產(chǎn)品的安全和質(zhì)量就顯得尤為重要。然而，聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì) (JECFA)[14]、美國食品法典委員會(huì)(USP)發(fā)布的《食品化學(xué)物質(zhì)法典》(FCC)[15]及我國國家標(biāo)準(zhǔn)中丙酸鈣含量的實(shí)驗(yàn)方法均是采用EDTA滴定法[16]，測定丙酸鈣中的鈣離子，再折算成丙酸鈣的含量。由于丙酸是實(shí)際起到防腐作用的基團(tuán)，EDTA滴定法無法真正反映產(chǎn)品的質(zhì)量；食品行業(yè)中，丙酸鈣含量的控制指標(biāo)和分析方法[17-20]無法杜絕非法添加物，會(huì)帶來巨大的食品安全隱患。為了進(jìn)一步提升我國防腐劑丙酸鈣的整體質(zhì)量和安全水平，有必要研究建立一種針對(duì)丙酸鈣中有效成分的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料和試劑

磷酸、磷酸氫二銨，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。丙酸(C3H6O2)，色譜純?cè)噭?，質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.8%，山東西亞化學(xué)工業(yè)有限公司。丙酸鈣標(biāo)準(zhǔn)品，中國計(jì)量科學(xué)院化學(xué)所(原國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心) “食品添加劑丙酸鈣純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”(GBW(E)100078)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.7%，不確定度0.6%。實(shí)驗(yàn)中9個(gè)品牌丙酸鈣試樣為市售產(chǎn)品，其余為江蘇潤普食品科技股份有限公司提供。

1.2 丙酸標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液的配置

準(zhǔn)確稱取1 000.0 mg丙酸標(biāo)準(zhǔn)品于100 mL容量瓶中，加水至刻度，制備成10 mg/mL的丙酸標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。置于4 ℃冰箱中保存，有效期為6個(gè)月。

1.3 試樣前處理

稱取一定量的丙酸鈣試樣放入500 mL容量瓶，加入400 mL的水，搖勻，用1 mol/L磷酸溶液調(diào)pH值為3.0左右，用水定容至刻度，配置成試樣溶液。

1.4 液相色譜條件

德國Aupos Scientific公司SAP-C18液相色譜柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)。流動(dòng)相1.5 g/L磷酸氫二銨溶液，用1 mol/L磷酸溶液調(diào)pH值為2.7～3.5(使用時(shí)配制)，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾。柱溫25 ℃，進(jìn)樣量20 μL，流速1.0 mL/min，分析時(shí)間30 min，紫外檢測器波長214 nm。

色譜柱清洗：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用10%甲醇清洗1 h，再用100%甲醇清洗1 h。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

分別準(zhǔn)確吸取丙酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL于100 mL容量瓶中，用水定容至刻度，其濃度分別為100、200、300、400、500 μg/mL。經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾,濃度由低到高進(jìn)樣。以濃度為橫坐標(biāo)，以峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 液相色譜法的定量方法

按照1.5制備了3組標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用SAP-C18色譜柱、按照1.4給定的色譜條件、手動(dòng)進(jìn)樣測試，得到的線性回歸方程式分別是：y=62.715 8x-5.222 8，y=62.703 8x-3.7927，y=62.871 7x-5.052 7，線性回歸系數(shù)均為0.999 9，該方法在丙酸濃度范圍0.1～0.5 mg/mL具有很好的線性回歸性。因此，可將丙酸濃度調(diào)節(jié)到該范圍通過標(biāo)準(zhǔn)曲線外標(biāo)法定量。

2.2 試樣制備方法的選擇

按照1.3的步驟準(zhǔn)確稱取約0.2 g試樣，配置成約0.4 mg/mL的丙酸試樣溶液。其中試樣分別選擇：經(jīng)過120 ℃烘箱干燥2 h、不做任何操作，采用手動(dòng)進(jìn)樣，平行測定8次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.13%和0.30%。試樣干燥后重復(fù)性更好，并且現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中采用EDTA滴定法也多是選擇試樣干燥后測定，因此，建議采用液相色譜法測定的試樣首先進(jìn)行干燥處理。

2.3 液相色譜法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定

采用液相色譜法對(duì)中國計(jì)量科學(xué)院提供的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%、不確定度0.6%的丙酸鈣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)100078進(jìn)重復(fù)性測試。結(jié)果表明丙酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.74%～99.82%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.03%，分析結(jié)果見表1?？梢?，該法的準(zhǔn)確度和精密度良好，能夠滿足定量分析要求。

表1 液相色譜法測定丙酸鈣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3 液相色譜法與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中EDTA滴定法的比較

3.1 對(duì)市場上丙酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量摸底

實(shí)驗(yàn)采集了市場主要品牌的丙酸鈣產(chǎn)品，試樣采集時(shí)間為2018年1月19日至1月23日。采用EDTA滴定法測定的丙酸鈣含量均在99.0%以上。按照理論換算，丙酸鈣及其一水合物中丙酸含量的理論值應(yīng)為72%～80%，而采用高效液相色譜法對(duì)其中的丙酸根含量進(jìn)行檢驗(yàn)，試樣實(shí)測丙酸根含量的合格率只有三分之一，檢測結(jié)果見表2。液相色譜檢測出不合格的試樣中多是存在大量的乙酸，實(shí)測色譜圖圖1。

表2 食品添加劑丙酸鈣中丙酸根質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)測結(jié)果

圖1 實(shí)測丙酸鈣試樣(不符合理論丙酸根含量)的液相色譜

劣質(zhì)的丙酸鈣產(chǎn)品多以回收丙酸或摻雜價(jià)格低的乙酸等為原料，其特點(diǎn)是價(jià)格低廉、有效組分丙酸鈣的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。由于生產(chǎn)用原料和最終產(chǎn)品在外觀、氣味等方面比較相近，難以被監(jiān)督執(zhí)法部門和使用單位識(shí)別。按照現(xiàn)行的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，采用EDTA滴定法難以堵住造假的漏洞，采用液相色譜法可以甄別真假和劣質(zhì)產(chǎn)品。

3.2 液相色譜法和EDTA滴定法的重復(fù)性比較

對(duì)潤普公司提供的多批次丙酸鈣試樣分別采用液相色譜法(手動(dòng)進(jìn)樣)和滴定法進(jìn)行重復(fù)性測定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.060%和0.099%(第1組)0.070%和0.085%(第2組)、0.075%和0.13%(第3組)。液相色譜法測量誤差的不確定度主要來自試樣稱量的不確定度、手動(dòng)進(jìn)樣引入的不確定度和試樣定容引入的不確定度等。當(dāng)加快稱樣速度、采用自動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，液相色譜法(自動(dòng)進(jìn)樣)和滴定法測定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.057和0.055(表1中第4組)，液相色譜法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差降低比較明顯，可以達(dá)到與滴定法相當(dāng)?shù)木芏?，?shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中丙酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的指標(biāo)要求是不小于98.5%，實(shí)際檢測質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到99.0%左右。相對(duì)于主含量的指標(biāo)，液相色譜法0.2%以內(nèi)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都是允許的。因此，液相色譜法的重復(fù)性滿足定量要求，采用自動(dòng)進(jìn)樣有利于提高精密度。

表3 采用兩種方法測定丙酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對(duì)比數(shù)據(jù) %

3.3 兩種分析方法測試結(jié)果的比較

由于兩種方法分別是采用丙酸鈣中的鈣含量和丙酸根含量為基礎(chǔ)定量，理論上雜質(zhì)對(duì)實(shí)際產(chǎn)品的分析結(jié)果有影響，可能造成分析結(jié)果存在偏差。丙酸鈣的原料之一是氧化鈣和丙酸。氧化鈣產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4205—2011中，CaO含量要求不小于92%，MgO含量要求控制在不大于1.0%，通過對(duì)原料氧化鈣分析，CaO和MgO含量的典型值是96%和0.4%，最終產(chǎn)品中難免有丙酸鎂等雜質(zhì)。而原料丙酸中常見的有機(jī)酸雜質(zhì)是乙酸和2-甲基戊酸，最終產(chǎn)品雜質(zhì)中可能會(huì)有乙酸鈣、戊酸鈣等雜質(zhì)。如果丙酸鈣產(chǎn)品中含有丙酸鎂等雜質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致滴定法的測定結(jié)果比液相色譜法的測定結(jié)果整體偏低；反之，如果存在乙酸鈣、戊酸鈣等雜質(zhì)，則會(huì)導(dǎo)致滴定法的測定結(jié)果比液相色譜法的測定結(jié)果整體偏高。數(shù)據(jù)顯示對(duì)不同批次的試樣分別采用兩種分析方法進(jìn)行分析，測定結(jié)果最高相差0.64%。

由于各廠家采用的原料、工藝配比等不同，生產(chǎn)的產(chǎn)品存在微小的差異，導(dǎo)致分析結(jié)果存在差異?？傮w而言，相對(duì)于國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中丙酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于98.5%的指標(biāo)要求，以及行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)水平，液相色譜法和EDTA滴定法均可以用于對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制，液相色譜法則快速、準(zhǔn)確、重復(fù)性好，可以堵住產(chǎn)品造假漏洞，作為丙酸鈣中的有效成分分析方法更為適宜。

4 結(jié) 論

建立了液相色譜-外標(biāo)曲線法對(duì)丙酸鈣進(jìn)行定量分析的方法。方法快速、準(zhǔn)確、重復(fù)性好，與現(xiàn)行國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中EDTA滴定的方法相比，針對(duì)丙酸鈣中的有效成分，有利于杜絕假冒偽劣產(chǎn)品。根據(jù)目前市場上丙酸鈣產(chǎn)品的現(xiàn)狀，建議對(duì)現(xiàn)行丙酸鈣強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，杜絕質(zhì)量監(jiān)管漏洞。