1 引 言

硫磺熏蒸中药材是一种古老的药材养护方法 [1] , 通过加热使硫磺升华, 释放出的硫磺分子均匀地分布在中药材表面, 形成一层均匀的保护膜, 以起到防霉变、防虫蛀等作用 [2] 。但用硫磺熏蒸后容易造成样本指纹图谱的变化 [3] ,且长期食用硫磺熏蒸过的食品会造成肠道功能紊乱, 严重损害人体消化系统。然而, 由于中药材所含成分复杂, 含有大量的有机质, 容易被污染, 不易储藏保存, 而硫磺熏蒸作为比较实用方便的干燥方式, 尚不能完全被取代 [4,5] 。硫磺熏蒸后残留于药材中的二氧化硫含量容易超过《食品添加剂使用卫生标准》 [6] 规定的 0.1 g/kg。因此, 对部分使用硫磺熏蒸的药材进行硫熏鉴别检测是中药材市场管理的重要内容 [7] 。

干菊花是一味重要的中药材, 兼具食药两用的特性,熏蒸是其主要的加工方式 [8] , 因此, 需要对干菊花中的二氧化硫含量进行检测。目前, 常用的二氧化硫检测方法有滴定法 [9] 、比色法 [10] 、离子色谱法 [11,12] 、顶空气相色谱法 [13] 等。其中, 比色法因样品颜色干扰较大, 导致测定不准确, 且污染环境; 色谱法提取、测定过程耗时长; 而滴定法因为操作简单、成本低廉, 作为经典方法一直沿用至今,但其缺点是传统蒸馏过程耗时长、存在安全隐患。因此, 建立一种高效、安全、低成本、操作简便的二氧化硫检测方法一直是科研检测人员的研究重点。凯氏定氮仪作为快速高效的检测工具, 目前已经被应用于葡萄酒、一次性筷子的二氧化硫检测中 [14,15] 。

因此, 本研究根据蒸馏法检测食品中二氧化硫的原理, 利用凯氏定氮仪代替传统蒸馏联合滴定法, 建立干菊花中的二氧化硫的快速检测方法, 希望能够有效提升检测效率, 同时保证实验结果准确可靠。

2 材料与方法

2.1 材料、试剂与仪器

干菊花: 购买于北京某超市。盐酸、可溶性淀粉、乙酸铅、碘、碘化钾(分析纯, 北京化学试剂公司); 硫代硫酸钠标准溶液(0.1 mol/L, 北京市环境保护研究所)。其他试剂(分析纯, 北京化学试剂公司); 所用水为纯水。

KDN-812型自动凯氏定氮仪(上海纤检仪器有限公司); 25 mL 酸式滴定管、碘量瓶(北京玻璃仪器公司)。

2.2 实验方法

2.2.1 样品的前处理

取干菊花样品约 500 g 粉碎, 过 60 目尼龙筛。

2.2.2 溶液的制备

淀粉指示剂溶液的配制: 称取 1 g 可溶性淀粉, 用少量的水溶解成糊状, 缓缓注入 100 mL的沸水中, 边加热边搅拌, 煮沸 2 min, 冷却备用, 现用现配。

碘标准溶液的配制: 称取13 g碘和35 g碘化钾, 加水约 100 mL, 溶解后加入约 0.12~0.15 mL 盐酸, 用水定容至1000 mL, 用硫代硫酸钠标准溶液标定, 使用时用纯水稀释 10 倍。

2.2.3 二氧化硫含量的测定

(1)分别进行 8 次全玻璃蒸馏器和凯氏定氮仪的空白实验, 记录碘溶液的消耗量。

(2)传统蒸馏法: 利用全玻璃蒸馏器, 具体参照 GB5009.34-2016《食品中二氧化硫的测定》 [16] 中的方法进行测定。

(3)凯氏定氮仪蒸馏法: 准确称取粉粹的样品 5.000 g,加 40 mL 纯水, 置于自动凯氏定氮仪样品管中, 迅速连接到凯氏定氮仪上, 设置参数选择多步蒸馏, 设定加酸体积为 10 mL、蒸馏时间为 8 min, 开始蒸馏。用盛有 25 mL 乙酸铅溶液(0.02 g/mL)的碘量瓶接收蒸馏液, 收集液待滴定。同时做空白实验。

(4)滴定法: 向装有蒸馏液的碘量瓶中依次加入10 mL盐酸溶液和1 mL淀粉指示液, 摇匀, 用碘标准溶液滴定至溶液变蓝且30 s不褪色为止, 记录消耗碘标准溶液的体积,根据公式(1)计算二氧化硫含量。

试样中的二氧化硫总含量按式(1)进行计算。

X: 试样中的二氧化硫总含量, mg/kg;V: 滴定试样所用碘标准滴定溶液的体积, mL;V 0 : 滴定试剂空白所用碘标准滴定溶液的体积, mL;c: 碘标准滴定溶液的浓度, mol/L;m: 试样质量, g;

0.032: 1 mL 碘标准溶液(c=0.01 mol/L)相当的二氧化硫的质量, g。

3 结果与分析

3.1 蒸馏时间的确定

蒸馏时间对检测效率有一定影响, 时间过短不易析出二氧化硫, 时间过长又降低了检测效率, 因此需要优化蒸馏时间。分别对蒸馏时间为 2、4、6、8、10、12 min 时二氧化硫的含量进行对比分析, 结果如图 1 所示。结果表明, 随着蒸馏时间的延长, 二氧化硫的含量快速升高后逐步平稳, 在 8 min 时达到最高, 因此确定 8 min 为有效蒸馏时间。

3.2 酸的种类及含量的确定

在蒸馏时间为 8 min 的条件下, 选择浓盐酸进行蒸馏。分别将加酸量设定为 4、6、8、10、12、14 mL 进行检测, 结果如图 2 所示。结果表明, 当加酸量设定为 10 mL 时, 二氧化硫含量基本呈稳定状态, 因此选择 10 mL 的加酸量。

3.3 回收率实验

按 2.2.3 中所述方法对杭白菊样品进行检测, 在 3 个加标浓度水平下进行回收率实验, 结果如表 1 所示。样本加标回收率为 84.9%~102.3%, 符合检测要求。

3.4 实际样品检测

按本实验确定的方法检测了包括杭白菊在内的 5 种干菊花样品中的二氧化硫含量, 在定氮仪蒸馏后利用碘标准溶液滴定, 实验结果如表 2 所示。对比检测结果发现, 传统蒸馏法与凯氏定氮仪法的实际检测结果差异极显著(P=0.0045<0.01), 凯氏定氮仪法的检测结果全部高于传统蒸馏法的检测结果, 可能与凯氏定氮仪的密闭性使二氧化硫不易泄露有关, 且检测结果的平均值(39.22~54.91 mg/kg)整体高于顾炎等 [17] 利用酸蒸馏-碘量法(平均值为 12~30 mg/kg)和酸蒸馏-碱滴定法的检测结果(平均值为 20~60 mg/kg), 可能与样本的选择以及实验的封闭性有关。

4 结 论

本研究利用凯氏定氮仪代替传统蒸馏, 联合滴定法测定干菊花中二氧化硫的含量, 对蒸馏时间、加酸种类及含量进行了必要的优化, 在此基础上以杭白菊为代表, 对比了凯氏定氮法和传统蒸馏法的检测效果, 结果表明, 二者测得的二氧化硫含量差异极显著(P<0.01)。此外, 利用该方法检测了市场常见的 5 种干菊花中二氧化硫的含量, 结果显示其含量均低于国家标准中的限量要求。因此, 利用凯氏定氮仪代替传统蒸馏, 可以有效降低样本前处理时间, 提高检测效率, 同时, 密闭的检测环境使检测结果更加精准。