面制品中溴酸钾残留量的测定方法研究.

河南工业大学
硕士学位论文
面制品中溴酸钾残留量的测定方法研究姓名:李燕杰
申请学位级别:硕士
专业:农产品加工与储藏
指导教师:李雪琴;卞科
20070301
摘要
鉴于溴酸根对人体的危害,检测其在饮用水和面粉面包等饮料与食品中的残留量十分必要。

但由于残留级的溴酸钾在测定技术上存在一定困难,目前国内外检测溴酸根离子的种种方法各有不足之处。

本课题研究主要比较了紫外分光光度法、亚硫酸盐滴定法、电位滴定法、荧光光度法、离子色谱法等五种不同的方法检测面粉及面包中溴酸钾残留量的效果,对影响其检出率的因素一一进行讨论, 比较了各种方法的优劣,探讨其用于测定面粉及面包中溴酸钾检出率的可行性。

实验结果表明:紫外分光光度法可定量检测出水溶液中溴酸根的浓度,但无法定量检测出面粉溶液中溴酸根的浓度;亚硫酸盐滴定法可定性、定量检测出水溶液中的溴酸根,亦可较为成功地定量检测出面粉溶液中溴酸根的浓度,但重现性不好。

电位滴定法测量水溶液中溴酸钾的理论底限为0.2955X 10一mol/k,面粉中KBr03浓度为50mg/kg时检出率最高,达88.01%,最低检出限为10mg/kg, 检出率达67.97%。

荧光分光光度法实验结果表明样品中含有的溴酸根浓度越低, 其对应溴离子检出率也越低,溴酸根浓度在10~100mg/kg之间时,样品均检出有溴离子残留,且检出率在61.01%~84.82%之间。

离子色谱法表明在Br03一浓度在0垤/mL~3.5“g/mk范围内,浓度与峰面积呈线性关系,Coeff.Dot=99.86%, KBr03浓度为10mg/kg时,此法检出率可达67.7%。

在面包专用粉加标回收实验中,KBr03浓度为30mg/kg时,检出率达85.6%。

分别选用
无任何添加剂的高筋粉和面包专用粉,制作面包后取样测得此法的检出率分别为5.10%、7.03%。

在实验条件完全相同的情况下,加入其他面粉改良剂如过氧化苯甲酰、抗坏血酸等, 均会对这几种方法的测定结果产生一定的影响。

通过实验可知,对于测定水溶液和面粉中的溴酸根,电位滴定法与国标法一一离子色谱法相比具有分析费用低、易于操作和推广等优点;对于检测面包中残留的溴酸盐,荧光法虽不及离子色谱法准确,但比离子色谱法分析费用低、快速、且易于操作;而分光光度法由于该方法自身的局限性,不能定性定量地检测出面粉中的溴酸根,但可以较好的定量检测出水中的溴酸根;亚硫酸盐滴定法亦具有分析费用低、易于操作和推广等优点,但其准确度差、检出不灵敏、滴定终点难以控制,而且重现性较差。

关键词:溴酸钾面粉紫外分光光度法亚硫酸盐滴定法电位滴定法荧光光度法离子色谱法
ABSTR^CT
Thc recent research indicated that potassium bromatc is a kind of poisono璐carcinogen,and it is very difficult to determine it content in flour products.So WO need to find a simple and fast method to nleasu聆the content accurately.But it was difficult to find this kind ofmethod up to nOW.The main object ofthis subject was to compare the effect of the five different kinds of methods,and discussed the factors which influence the results and the feasibility of the methods which determine the content ofpotassium bromate in wheat flour products.
11圮results of the experiment indicated that spectrophotomctric method could determine the content of potassium bromatc in water,but could not determine the content in flour products.The concentration of potassium bromate锄be calculated by sodim hyposulfitc titration.After join the benzoyl peroxide,the checkout content of the potassium bromate would be changed.This tiUimetric method in the
bread powder also gas be used to determine the potassium bromate checkout content.
And the reappearange of the titration w豳not very good.n圮experiment used precipitation titrimctry survey different density potassium bromate inⅥ碉tcr and analyze this experimental optimum condition and the potentiome订ic titration survey bromam ion density lower limiL Optimum condition and titdmeUic law ofthe electric potentisl of obtaillinjg the experiment n址雹辄lred the lowest limit of the ion concentration and the rate ofthe accuracy for that measurement.11坞best experiment condlition in water carry on the ti血-ation to Br03‘at different concentration in the flour, mcasu坞and record experimenml dam,analyze the rate of the accuracy for that measurement.The theory base line ofthe method in wate-r is 0.2955x10一mol/L,and the ram of accuracy for that measurement is 93.6%.In flour,the rate of accuracy for that measurement is
88.01%.Fluorime仃ic metllod could certify the existence of bromate in bread by determine the
content of bromine.Ion chromatography could determine bromate in flour
as well as in bread.11坞results certified that not all bromate turn into bromine during baking.
m results
of the铭perirnent indicated that precipitation titration was cheaper than ion chromatography,and it was prone to handle and to spread.Fluorime心ic method is not as nicety as ion chromatography,but it was cheaper、faster and easy
to operate.Spectrophotometric method could determine the content of potassium
bI伽砒e in water,but could not determine位content in flour products.The
stronspoint of sodium hyposuifite titration was low a【p∞se,easy to handle,and 硒;Iy spreading,and the shortcoming wa￥its low veracity,and it WaS hard to con(rol the end point ofthe titration,with a bad recun弓ncc.
Key
word:Potassium Bromate, Sodium Hyposulfite Titration, Ion Chromatography
Wheat flour, Spectrophotomettic Precipitation 11tration,
Fluorimetric
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论文作者签名:签墨!:垒日期:!监￡!兰!
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论文作者签名:丛整垄二日期:翌垒塑塑!
面制品中溴酸钾残留量的测定方法研究
1.1溴酸钾概述
第一章前言
1.1.1溴酸钾的性质及其作用机理
溴酸钾(Potassium Bromate,分子式KBr03,相对分子质量167,.白色菱形结晶或
结晶性粉末,无臭;易溶于水,微溶于乙醇,不溶于丙酮;相对密度3.26:熔点350℃, 为强氧化剂;常温下稳定,加热至370℃分解成溴化钾和氢气。

水溶液为强氧化剂,可抑制蛋白质分解酶活性,提高面筋质量o~。

溴酸钾是一种慢性反应的氧化剂,在和面过程中基本不起作用,而在发酵期间起作用,它对粉质拉伸曲线中的各项指标都有较大的影响,但对延伸性影响不大,而对抗拉伸性阻力则有较大增加,对面包体积有较大影响“~。

可直接加入面粉中,但必须混合均匀。

商品溴酸钾常用规格其活性成分含量为50%,由纯溴酸钾与碳酸镁按1:1比例混合。

溴酸钾与其他成分混合(如Vc制成的复合型添加剂效果更佳”_8’。

早期的研究理论认为,溴酸钾对面粉的面包制作品质和面包质量的改善作用是源于其自身具有的氧化作用“。

它在面团中可以抑制小麦的内源蛋白水解酶的活性,从而抑制该水解酶对面团中面筋蛋白质的弱化作用。

Finney通过面粉的分离重组实验,发现面粉中的面筋蛋白质和水溶物均与溴酸钾的氧化有关”1。

Baker等人则发现面粉蛋白质中的盐溶蛋白部分参与溴酸钾的反应嘲。

根据实验结果,谷物化学界就溴酸钾的氧化机理提出了许多的模式,关于这些模式的准确性和完善程度尚存
在许多争议。

目前,在这些模式中最为广泛认同的是巯基氧化模式,即面筋蛋白质分子中的“--SH”基在溴酸钾的氧化作用下,巯基形成键合,成为“一S—S一”基。

面团中“--SH”基的数量测定表明, 当面团中添加溴酸钾后,随着作用时间的延长,残留的“--SH”基团数量也逐渐减少, 这一结果有力地支持了上述模式“’“。

氧化作用机理模式理论认为,二硫键可以促进蛋白质分子间和分子内部的交联,使更多的蛋白质分子结合形成大分子海绵状网络结构骨架,从而改变了蛋白质分子相对分子质量的分布,尤其是增大了面筋蛋白质的相对分子质量。

在面筋蛋白质分子相对分子质量增加的同时,亦增加了蛋白分子内和蛋白分子之间的非共价键合。

蛋白质分子交联形成了大分子海绵状网络结构骨架,其中充填着淀粉、脂肪、糖类等颗粒,从而增加了面团的弹性、韧性、持气性,使得面包的体积增加,均匀性得到提高,同时面包芯和面
面制品中溴酸钾残留量的测定方法研究
包质构也得到改善“一。

这一理论亦解释了溴酸钾能够提高面团保气性和热涨率从而改善面包品质的机理。

由于氧化作用对面筋蛋白质弹性的改善,使得发酵面包坯中气孔周围的气室壁膜具有良好的弹性和延伸性,因而保气时间延长。

同时,在烘焙热胀过程中, 气孔膜可以承受更大的膨胀而不至破裂,从而使热涨率更高。

此外还有人认为溴酸钾在氧化反应过程中可以将谷胱甘肽、半胱氨酸等分子中的“--SH”基氧化,使其丧失对蛋白酶的激活特性,因而不会因蛋白酶的激活而分解面筋蛋白,使面筋生成率和面筋强度不会降低”’“”。

1.1.2澳酸钾在食品工业上的应用
1914年Ward焙烤公司和匹兹堡大学共同发起研究课题,生成美国专利,溴酸钾被初次应用于美国焙烤工业。

自此之后,它一直被烘焙业视为价廉物美的面团氧化剂。

1941年5月,美国食品及药品管理(FDA正式通过溴酸盐在面粉中的添加量为75mg/kg,随后该标准于1952年又被用于面包及面卷中。

1926年在欧洲,德国第一个在酵母发酵面团中使用溴酸钾∽“”1。

在使用过程中,溴酸钾开始是以溶液的形式喷洒于面粉中,后来以干粉的形式添加,并成为普遍使用的方法。

由于溴酸钾在发酵、
醒发及焙烤工艺过程中可以起到一种缓慢氧化剂的作用,显著地影响了面团的结构及流变学性能,并与小麦蛋白的面筋组织发生反应,赋予成功焙烤酵母发酵制品所必须的面筋强度及弹性。

因而,许多焙烤商使用溴酸钾来提高面包的发起并且在最终制品中形成质构,从而给顾客形成良好印象“~。

早期的研究表明,用溴化面包喂养达两年的老鼠并未出现肿瘤或与该处理相关的肿瘤疾病等发病几率提高的迹象。

经过对溴化面包的研究,人们认为溴酸盐在焙烤工艺过程中转化成惰性无害的溴化物,因而在最终产品中几乎没有溴酸盐,并且由于当时的分析设备没有现在先进,多年来人们一直认为在加工过程中溴酸盐最终转化成为无害的溴化物h…。

1.1.3溴酸钾的禁用及其替代物
然而随着检测技术和设备的进步,日本的烘焙实验表明依然有50ppb的溴酸钾残留在焙烤后的面包中;英国检测的结果更高达300ppb啪。

1983年至1986年日本进行的溴酸钾经口长期毒性/致癌性实验结果表明,溴酸钾能够诱发大鼠肾脏细胞肿瘤、腹膜间皮瘤和甲状腺滤泡细胞肿瘤,并可使地鼠肾脏细胞肿瘤发生率略有升高以及体内外基因突变,可以认为溴酸钾是一种具有遗传毒性的致癌
2
物。

其后的多项研究证实了日本的实验结果,表明溴酸钾是一种毒害基因的致癌物质, 可导致动物的肾脏、甲状腺及其他组织发生癌变。

其急性毒性实验结果表明,大鼠、小鼠、豚鼠和地鼠的溴酸钾经口L砜最低为160mg/kg,最高为495mg/kg,属中等毒性物质,.当实验结果公布后,国际癌症研究机构将该化合物列为致癌物质“~。

关于溴酸钾的致癌机制,有研究报道,给予大鼠溴酸钾后,肾脏组织中8一羟基脱氧鸟嘌呤DNA加合物和脂质过氧化产物水平增高,故认为其致癌性与诱发DNA损伤及过氧化作用有关”1。

此外利用新的敏感的检测方法发现,以溴酸钾作为面粉处理剂时,即使在可以接受的范围内使用,仍然会造成面包中溴酸根的残留。

1992年,FAO/WHO食品添加剂联合专家委员会(JECFA第39次会议根据溴酸钾新的毒理学研究资料对其进行了评估,基于新的溴酸钾安全性资料以及面包中溴酸根残留的最新资料,认为使用溴酸钾作为面粉处理剂是不恰当的,以前可以作为制作面包的面粉处理剂的溴酸钾可接受水平应该撤回,应发展其他可以用来替代溴酸钾的物质“~。

已有多起关于人类溴酸钾中毒的报道,西方国家中溴酸钾中毒主要发生在儿童的意外摄入上,而日本则多发生在年轻妇女的自杀中。

溴酸钾对人类的致死量在
5~500mg/kg 之间。

以往的报道表明,.溴酸钾中毒事件中溴酸钾的摄入量12~509之间时,24名中毒的成年人中有9例在3~5天内死亡。

溴酸钾中毒的急性症状主要表现为呕吐、腹泻和腹痛,进而发展为少尿、无尿、耳聋、眩晕、血压过低、中枢神经系统抑制和血小板减少,并可发现有急性肾功能衰竭。

组织病理学检查显示肾萎缩、坏疽、退化和近端肾小管上皮细胞的再生,在中毒的最后阶段还观察到肾小球硬化和问质纤维化。

另外也有溴酸钾引起心脏毒性和肝脏毒性的报道01。

迄今为止,溴酸盐在欧盟各成员国、新加坡、泰国、澳大利亚、新西兰、马来西亚、巴西、阿根廷、智利、乌拉圭、玻利维亚、委内瑞拉和哥伦比亚等许多国家己被相继禁止作为面粉处理剂使用,但在一些国家如秘鲁、俄罗斯和印度尼西亚仍被限量使用,其规定在终产品完成之前溴酸盐必须被分解或去除“”。

中国《食品添加剂使用卫生标准》GB2760--1992规定,品质改良剂溴酸钾可用于面包、饼干,最大允许量为50mg/kg,GB2760--1996版修订为:面粉处理剂溴酸钾用于小麦粉,最大使用量为30mg/kg,并在备注中规定“最终食品中不得检出”。

2005年5月 30日,中国卫生部正式颁布2005年第9号公告,宣布2005年7月1日起取消溴酸钾作为面粉处理剂在小麦粉中使用“…。

2006年6月1日,我国颁布了小麦粉中溴酸盐的标准测定方法一离子色谱法。

但是在此方法颁布之前,由于我国面制品中溴酸钾残留量的标准检测方法尚在修订之中,
所以企业、商业、政府监督部门没有任何有效行为来控制溴酸钾的使用问题,从而导致溴酸钾的使用卫生标准实际上形同虚设“““。

而在该标准颁布之后,由于离子色谱价格昂贵,在配置仪器上有一定困难,难以被基层单位接受,所以企业、商业、政府监督部门往往很难采取有效行为来控制溴酸钾在面制品中的使用。

我国的面粉、面包、饼干生产企业大多生产和管理相对落后,面粉中滥用添加剂的现象非常普遍,无论是精粉还是专用粉如饺子粉、面包粉、商筋粉、拉面粉,甚至是未成熟的小麦粉、潮湿变质的小麦粉,都普遍使用溴酸钾来作为品质改良剂。

尤其在面包粉中使用量较高,有些甚至超出了国家标准的允许限,但由于残留级的溴酸钾在测定技术上存在困难,目前还未见到有关我国面粉中使用溴酸钾的蓝测情况报告心“1。

此外,近年发展起来的面包改良剂品种很多,大都是含溴酸钾的复合型面包添加剂,这样会导致在面包制作过程中面包粉和面包改良剂中重复加入溴酸钾,使面包成品中溴酸钾残留量超标。

这也是我国目前的面制品中存在的食品安全隐患之一。

近几年,溴酸钾的安全性问题也已引起国内相关行业的关注,中国食品添加剂协会多次组织研讨,专家指出:为了保证面粉的食用安全性,禁用溴酸钾作为改良剂是保证我国面制品安全的重要举措之一,目前应尽快组织完善我国在此问题上的法律法规及管理方面的具体措施,建立起检测面粉、面包等主要面制品中溴酸钾残留量的方便、准确、快捷的方法”3。

自二十世纪九十年代初报道溴酸钾致癌性以来,各国烘焙业及研究机构都在努力寻找溴酸钾的替代物。

尽管替代溴酸钾的价廉物美的特性的单体并不存在,但是却存在着相应的技术解决方案,例如其他氧化剂:ADA(偶氮甲酰胺、抗坏血酸、过氧化钙及其混合物,以及各类酶制剂:葡萄糖氧化酶、己糖氧化酶、木聚糖酶和乳化剂等等n4…。

尽管这些氧化剂的氧化机理各异,但最终都是将面粉蛋白质内氨基酸的硫氢基 (-SH氧化成二硫键(-S-S-,使蛋白质链相互连结而构成立体网状结构,改善面团的弹性、韧性及均匀性,从而改善面制品的组织结构及物理操作性能,使生产出的面制品具有较大的体积和较好的组织结构“。

“1。

由于这些氧化剂的化学反应速度为中速或快速,所以以上氧化剂单体或复合体都无法完全替代溴酸钾“‘”1。

而酶制剂的作用机理相差很大。

有的直接将硫氢基(-SH氧化成二硫键(一S—S 一, 达到强筋的效果;有的作用于淀粉,有的作用于脂肪,有的作用于非淀粉多糖,从而达到提高面团的吸水性,增加延伸性,改善面团的可操作性,最终达到提高面包体积,改善面包组织结构的目的“5“”。

不同的乳化剂通过与蛋白质、淀粉、脂肪相互作用,可以增强面团强度,改善面包的组织结构,提高面包的柔软性,延长面包的货架期等效果““…。

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面制品中溴酸钾残留量的测定方法研究
由于这些成份对面团具有不同的作用,我们可以通过不同氧化剂、酶制剂、乳化剂的复合配制达到平衡面团的粘弹性和延伸性的目的,从而达到与使用溴酸钾相同的效果。

但是由于没有一种单体可以单独替代溴酸钾,所以复合的溴酸钾替代产品在成本上肯定会高于溴酸钾。

而且溴酸钾的替代品是多种成分协同作用的结果,因而在操作中要注意控制面团的搅拌时间、醒发时间等“2““。

1.2溴酸钾检测方法的国内外研究现状
1.2.1水溶液中溴酸根离子的检测方法
鉴于溴酸根对人体的危害,测定其在饮用水和面粉及面包等食品中的含量显得十分必要。

但由于残留级的溴酸钾在测定技术上存在困难,目前国内外检测溴酸根离子的方法都各有不足之处。

检测水溶液中溴酸根离子的方法主要有分光光度法、电位滴定法、离子色谱法等。

测定微量溴酸根离子的光度法不多,有萃取浮选光度法、DSPCF光度法。

近几年褪色光度法得到广泛应用,据文献资料报道,利用溴酸根离子的氧化性,使其在适宜条件下与某些化学物质(如二甲基黄、邻苯二酚紫、罗丹明6G、甲基橙等发生褪色反应“7-1”, 且褪色前后吸光度差与溴酸根离子的量有关,通过仪器测量记录反应前后溶液的吸光度值j根据其变化值与计算出溴酸根离子的浓度。

与其他方法相比,
具有简便快速、分析费用低、易于操作和推广等优点,但同时也存在着准确度不高、灵敏度低、重现性不好等缺点。

3。

电位滴定法则是借助于滴定过程中电极电位的变化来确定滴定终点的滴定方法。

由于不受滴定液消耗体积、溶液颜色、浑浊度以及分析人员对颜色判断偏差等的影响,因此与指示剂法和分光光度法相比,具有准确度好、灵敏度高等优点,与色谱法相比,具有分析费用低、易于操作和推广等优点啪一嘲。

1997年,美国环保署(Environmental Protection Agency,EPA针对饮用水中使用臭氧消毒的副产物溴酸盐的检测出台了与标准限量相适应的自来水:矿泉水等饮用水中溴酸盐的检测方法一高效液相色谱法,采用阴离子色谱柱分离、柱后o-联茴香胺蓝衍生、紫外检测,这是目前溴酸盐检测研究中最好的方法,灵敏度高““。

但该法在国内使用时有两个缺点无法克服,一是采用柱后o-联茴香胺蓝衍生法还原溴酸根为有可见光吸收的产物,在配置仪器上有一定困难,配置液相色谱柱后泵往往适用范围小而花费高, 难以被基层单位接受;二是柱分离的流动相采用离子对试剂,这使得分析费用提高而且条件难以控制““23--2.5]。

面制品中演酸钾残留量的测定方法研究
对于一种无机盐,最好的分析手段应首推离子色谱法,但是由于没有大容量分离柱的限制和检测灵敏度的限制,加之水中大量的无机氯离子的干扰,检测溴酸根残留量的离子色谱法一直没有得到长足的进步。

近几年离子色谱快速发展,尤其是2004年7月由美国戴安公司推出的新型大容量阴离子交换柱ASl9可以不经预处理情况下将饮用水中的溴酸盐检出限降为ug/L的水平,目前正在制订中的我国关于饮用水中溴酸盐检测的标准方法中将采用阴离子交换一电化学检测法。

但其最大的缺点依然是在配置仪器上有一定困难,难以被基层单位接受““”嚣】。

1.2.2面制品中溴酸根离子的检测方法
由于面制品中溴酸钾残留量的检测在技术上有一定困难,目前国内外尚无成型方法可循。

美国官方分析化学家协会(Association of Official Analytical Chemists,
AOAC推出的官方分析法956.03规定了白面粉和全麦粉中溴酸盐和碘酸盐的测定法一一亚硫酸盐滴定法,已从1956年至2003年间应用了近50年,该法是一种常规
化学分析法,采用亚硫酸盐还原性来测定溴酸盐的氧化性,方法经典,但检测过程繁杂,准确度差,检出不灵敏(最低定性检出限为Img/kg,定量检出限为lOmg/kg矧。

.在近几年国内有关的研究报道中,已有几篇关于面制品中的溴酸盐残留量检测的研究论文,分别采用比色法、气相/液相色谱法、离子色谱法等“”。

比色法是先采用阴离子交换树脂纯化样品,再以4,4-Z胺基一3,3一二甲基联苯溶液显色,用分光光度法定量,但在定量时会发生光谱重叠性干扰,影响结果的准确性“”。

气相色谱法是将样品经石英管燃烧法灰化后溴化物全部转化为溴离子,在硫酸酸性条件下与环氧乙烷反应,生成2--溴乙醇,再用气相色谱法定量。

液相色谱则是将样品碱性灰化,衍生成为溴丁酮,经柱分离,通过液相色谱仪鉴定,按工作曲线法进行定量。

这均是根据食品中总溴离子量推算溴酸钾含量的方法,存在一定的误差。

且气/液相色谱法也同饮用水的检测一样存在仪器配置高,消耗大,难控制的缺点“““。

目前已颁布实施的我国关于小麦粉中溴酸盐测定的标准方法中采用离子色谱法。

将小麦粉、全麦粉、面包粉以及面制食品中的溴酸盐用水提取,过滤后,经反向C18固相萃取和自制的cl离子去除柱净化除去蛋白质、脂肪、和大量干扰成分和污染,尤其是来自cl离子的干扰,样品溶液直接经阴离子交换一电导检测器和ASll
分离柱测定,外标法定量,可准确的完成面粉改良剂中的高含量及面制食品中残留的溴酸钾的检测m3。

面制品中溴酸钾残留量的测定方法研究
1.。

3本课题的主要研究内容及目的意义
1.3.1本课题的研究目的与意义
近年来,随着人们生活水平的提高,人类对食品的需求量越来越大,对食品质量要求也越来越高。

一般而言,食品的质量主要包括其感官质量(如色泽、气味、口感。