南极磷虾粉中氟形态及其分析技术

南极磷虾粉中氟形态及其分析技术
赵晓君;朱兰兰;苏婧怡;李毅财;周德庆
【摘要】[目的]建立南极磷虾氟形态分析方法,为南极磷虾的开发利用提供技术支持.[方法]采用逐级化学—超声波浸提技术对南极磷虾粉中氟的赋存形态进行分析研究,并对提取条件进行优化.[结果]南极磷虾粉中氟的赋存形态可分为水溶态氟、可交换态氟、氧化态氟、有机束缚态氟和残渣态氟,分别占总氟的15.7％、17.1％、31.7％、21.5％和14.0％,总氟含量为2518.6 mg/kg,各形态氟含量次序为:氧化态氟＞有机束缚态氟＞可交换态氟＞水溶态氟＞残渣态氟.[结论]采用逐级化学—超声波浸提技术能有效地定量研究南极磷虾中氟的赋存形态.%[Objective]This research intended to construct the analytical method of fluorine form in order to provide technical support to the development of Antarctic krill. [Method] Fluorine form in Antarctic krill was analyzed by sequential chemical extraction, then its extraction conditions were optimized. [ Result ] The results showed that forms of fluorine could be divided into five categories: water soluble state (15.7%), exchangeable state (17.1%), oxidation state (31.7%), organic-bound state (21.5%), and residue state (14.0%). Total fluorine content was 2518.6 mg/kg, and the contents of fluorine after the sequence were as follows: oxidation state >organic-bound state>exchangeable state>water soluble state> residue state. [Conclusion]Sequential chemical extraction was effective in quantitatively studying the speciation of fluorine in Antarctic krill.
【期刊名称】《南方农业学报》
【年(卷),期】2012(043)009
【总页数】5页(P1386-1390)
【关键词】南极磷虾;氟;赋存形态;逐级化学—超声波浸提技术
【作者】赵晓君;朱兰兰;苏婧怡;李毅财;周德庆
【作者单位】黄海水产研究所食品工程与营养研究室,山东青岛266071;上海海洋
大学食品学院,上海201306;黄海水产研究所食品工程与营养研究室,山东青岛266071;黄海水产研究所食品工程与营养研究室,山东青岛266071;中国海洋大学
食品科学与工程学院,山东青岛266071;黄海水产研究所食品工程与营养研究室,山
东青岛266071;上海海洋大学食品学院,上海201306;黄海水产研究所食品工程与
营养研究室,山东青岛266071
【正文语种】中文
【中图分类】S968.22
【研究意义】南极水域海洋生物资源储量丰富，其中南极磷虾资源储量估计为5亿～10亿t，具有目前全球其他水产品总量之和的开发潜力，是海洋渔业捕捞最
具潜力的一类重要渔业资源生物（李显森等，2010）。

南极磷虾也是重要的蛋白
质来源之一，如何有效地开发利用南极磷虾资源已成为当今科研的重点和热点（陈雪忠等，2009）。

【前人研究进展】1979年，挪威学者Soevik首次发现南极磷虾的高氟异常，这在一定程度上限制了南极磷虾产业的发展，因此引起世界各国的极大关注。

各国学者对南极磷虾中的氟进行了一系列研究，主要侧重于氟在南极磷虾体内变化特征分析，以此探讨氟与南极磷虾生命过程的某些内在联系（张海生等，1994；潘建明等，2000），但并未对氟的赋存形态进行分析。

国际纯粹与应用化
学联合会（International Union of Pure andApplied Chemistry，IUPAC）对化学形态分析的定义：指确定特定物质的原子和分子组成形式的过程，即指特定样品中元素的各种存在形式，包括游离态、共价结合态、络合配位态、超分子结合态等定性和定量的分析方法（Templeton et al.，2000）。

关于食品氟的赋存形态，
国内的研究较少，仅根据不同的前处理方式，将氟化物的形态分为可溶性氟、水溶性氟、酸溶性氟、盐交换态氟和总氟等（徐霞等，2005），并选择相应的测定方
法和仪器，而未系统分析氟的赋存形态（耿娟等，2010）。

关于氟的赋存形态研
究也仅限于土壤、岩石等地球表面环境中氟的赋存形态和迁移转化等。

【本研究切入点】近年来，随着各国学者对氟元素形态的研究，已逐渐认识到不同形态的氟化物被生物体吸收的情况不同，对生物的毒性也不同，但仅分析南极磷虾中氟元素的总含量不足以说明其是否有害，也不能正确评价南极磷虾的安全性，因此分析氟的赋存形态特征及检测方法，已成为南极磷虾产业亟待解决的首要问题。

【拟解决的关键问题】根据宋照亮等（2004）介绍的微量元素形态研究方法，采用逐级化学—超声波浸提技术对南极磷虾中的氟进行赋存形态分析，建立南极磷虾氟形态分
析方法，旨在为南极磷虾的开发利用提供技术支持。

1.1 试验材料
南极磷虾粉由新鲜南极磷虾经蒸煮等湿法鱼粉的工艺制备而得，由辽宁省大连海洋渔业集团公司提供。

HCl、高氯酸、乙酸钠（NaAc）、柠檬酸钠、乙酸、氟化钠、乙酸铵（NH4OAc）、盐酸羟铵、30%双氧水（H2O2）、NaOH、硝酸镁均为国产分析纯。

主要仪器设备有：离子选择电极（PF-1-01型，上海仪电分析仪器有
限公司）、甘汞电极（232型，上海仪电分析仪器有限公司）、离子计（PHS-3型，上海仪电分析仪器有限公司）、磁力搅拌器（78-1型，常州国华电器有限公司）、分析天平（赛多利斯BSA型）、超纯水制备装置（MilliQ，美国Millipore 公司）、超声波清洗器（KQ 250-B，昆山超声仪器厂）及电热恒温干燥箱（101-
1AB型，天津市泰斯特仪器有限公司）。

1.2 南极磷虾粉中总氟的测定
依照GB/T 5009.18-2003配制相应的试剂，然后采用超声方法浸提样品，离子选择电极测定氟含量。

1.3 南极磷虾粉中各形态氟的测定
参照Tessier等（1979）、Quevauviller等（1997）提出的连续提取方法，利用超声技术加速浸提（查立新等，2011），并对浸提条件进行优化，具体提取流程
如下：
1.3.1 水溶态氟取样品0.5000 g，加入30 mL重蒸水，分别对比室温振荡（0、1、
2、3和12 h）和超声浸提（0、5、10、30和50 min）后浸提获得的氟含量，
确定最佳浸提时间。

浸提后8000 r/min离心5 min，取上清液，残渣用去离子水洗涤两次，合并上清液，加入25 mL TISAB后用离子选择电极测定氟离子含量。

1.3.2 离子交换态氟以MgCl2（30 mol/L）和NaAc（30 mol/L，pH 5.2）为提
取剂提取离子交换态，采用超声浸提（0、10、20、30和60 min）与手动振荡（0、10、30 min和1、2、3 h）来确定最佳浸提时间。

1.3.3 氧化态氟选择10 mL盐酸羟胺溶液（0.04 mol/L，pH
2.0）作浸提试剂
（刘文长等，2005），采用超声浸提（0、10、20、30、40和50 min）与手动
振荡（0、1、2和3 h）来确定浸提时间。

1.3.4 有机束缚态氟上一级残渣洗涤后，加入5 mL 30%的H2O2，85℃水浴浸提，再加入10 mL NH4OAc（1 mol/L）提取氟离子。

1.3.5 残渣态氟采用灰化—浸提法测定残渣态的氟。

剩余的残渣加入5 mL硝酸镁
溶液（100 g/L）和0.5 mL NaOH（40 g/L）使溶液呈碱性，经低温炭化后放入
马弗炉中600℃灰化6 h，冷却后加入1 mol/L HCl浸提，用氟离子选择电极测定氟的含量。

1.4 计算公式
式中，X为试样中氟含量（mg/kg），A为测定用样中氟浓度（μg/mL），m为
试样质量（mL），V为试样总体积（mL）。

相对误差：RE（%）=（W总量-W全量）/W全量×100（2）
式中，W总量为各形态氟的总和（mg/kg），W全量为国标方法测定的氟含量（mg/kg）。

2.1 水溶态氟浸提条件
2.1.1 料液比南极磷虾粉中的水溶性离子在水中进行离解时，样品与水的比例不同，水溶态氟的含量也不相同。

为选择最佳料液比，分别称取2.000、1.000、0.5000、0.3000和0.1000 g南极磷虾粉样品，加入30 mL重蒸水，使料液比（g/mL）分别为1∶15、1∶30、1∶60、1∶100和1∶300。

由图1可知，在料液比为1∶60时，南极磷虾粉中的水溶态氟含量最高，然后随着料液比增大，其含量越来越少，因此确定浸提南极磷虾粉水溶态氟的最佳料液比为1∶60。

2.1.2 浸提温度取南极磷虾粉样品0.5000 g，料液比1∶60，分别在35、45、55、65、75和85℃下进行水溶态氟的提取。

从图2可以看出，浸提液在65℃左右时，南极磷虾粉中的水溶态氟含量最高；温度较低时，南极磷虾粉中水溶性氟化物浸提不完全，而温度高于65℃时，由于试管内产生蒸汽，引起氟含量损失，导致结果
不稳定。

因此确定浸提南极磷虾粉水溶态氟的最佳浸提温度为65℃。

2.1.3 浸提方式和时间取南极磷虾粉样品0.5000 g，料液比1∶60，浸提温度65℃，用超声和振荡两种方式进行水溶态氟浸提。

从图3可以看出，用超声波浸
提样品时，超声时间与氟含量呈现正相关，超声浸提30 min后水溶态氟含量达到395.7 mg/kg，以后随着时间增加，氟含量不再显著增加。

用振荡方式浸提水溶
态氟，氟含量的增长幅度较超声波处理慢，提取60 min时水溶态氟含量才达到最大值。

超声浸提样品时间短、效率高，故选择超声处理浸提南极磷虾粉中的水溶态
氟。

综上所述，本研究选择料液比1∶60、浸提温度65℃、超声浸提时间30 min作
为南极磷虾粉水溶性氟的浸提条件，浸提结果为395.7 mg/kg。

2.2 可交换态氟浸提条件
浸提试剂对样品相应组分必须有较高的选择性，而对其他组分的分解应尽可能小，且提取出的元素尽可能不产生再吸附作用（蒋廷惠等，1990）。

称取4份0.5000 g的南极磷虾粉，用去离子水浸提水溶态氟后，分别加入1 mol/L的HCl、NaAc、NH4OAc、MgCl2各30 mL，浸提温度25℃，振荡2 h后测定浸提出的氟离子
含量。

如图4所示，浸提能力依次为：HCl＞NH4OAc＞NaAc＞MgCl2，4种浸提效果存在显著差异（P＜0.05）。

由于HCl、NH4OAc能分解部分有机质，不
宜用于可交换态氟的浸提。

本研究还对比了MgCl2+NaAc和NaAc的浸提效果，由图5可以看出，采用MgCl2+NaAc浸提可交换态氟，与只用NaAc浸提的结果无显著差异（P＞
0.05），即可交换态氟可用NaAc作为浸提试剂，以超声浸提30 min，其浸提结果为429.6 mg/kg。

2.3 氧化态氟浸提条件
优化结果表明，选择还原试剂盐酸羟胺（0.04 mol/L）作为氧化态氟的浸提试剂，用HCl将盐酸羟胺溶液调成pH 2，浸提温度25℃，超声浸提时间50 min，浸提结果为798.3 mg/kg。

2.4 有机束缚态氟浸提条件
参照双褐煤中有机结合态氟的分析方法，以30%H2O2+3.2 mol/L NH4OAc为
浸提试剂，用HCl调pH 2，浸提温度85℃，用超声波浸提至无气泡产生为止
（约2 h），浸提结果为542.1 mg/kg。

2.5 残渣态氟浸提条件
残渣态氟提取采用先灰化，再用HCl室温浸提的方法。

当浸提溶液呈无色透明状、无杂质时，即浸提结束，浸提结果为352.9 mg/kg。

综上所述，南极磷虾粉中不同形态氟的提取条件如表1所示。

迄今，学术界针对氟的赋存形态尚未形成统一观点，氟在各种环境介质及高氟食品中的赋存形态亟待进一步研究。

本研究是根据岩石、煤等中氟的形态分析，将南极磷虾粉中氟的赋存形态分为5种：水溶态氟、可交换态氟、氧化态氟、有机束缚
态氟和残渣态氟，分别占总氟的15.7%、17.1%、31.7%、21.5%和14.0%。

由逐级化学提取和超声波技术浸提得到南极磷虾粉中总氟含量为2518.6 mg/kg，与国标法浸提得到的氟含量（2700.0 mg/kg）之间的相对误差为11.1%，可满足南极磷虾粉中氟分析技术要求。

本研究结果表明，南极磷虾粉中氟含量次序为：氧化态氟＞有机束缚态氟＞可交换态氟＞水溶态氟＞残渣态氟，与孙方强（2011）研究成都土壤中各种形态氟的含
量次序（残渣态>>可交换态>水溶态>有机束缚态>氧化态）不同，与桂建业等（2008）研究宁夏盐池地区土壤中氟的5种形态含量次序（残渣态>可交换态>可还原态>水溶态>可氧化态）也不同，可能与基质的组成成分不同有关。

水溶态氟
主要指以离子或络合物形式存在于生物体内，如F-、HF2-、H2F3-、H3F4-、
AlF63-、FeF63-等；可交换态氟是指通过静电吸引力吸附于粘粒、有机质颗粒和
水合氧化物的可交换正电荷上的F-；这两种形态具有较强的迁移、转化特性，可
被生物体利用，而称为生物有效性氟。

本研究通过对南极磷虾粉进行形态分析，发现水溶性氟和可交换态氟占总氟的32.8%，这为氟的安全性评价奠定了基础，也
为研究氟在食品中迁移转化提供更好的数据保障。

氧化态氟是可与铁、锰、铝的氧化物、氢氧化物、水合氧化物进行吸着作用或共沉淀；氟与有机酸起络合作用，形成有机结合态氟，从而使氟的生物有效性降低；还有的氟存在于矿质颗粒晶格内，被称为残渣态氟，很难被生物体利用（刘璇等，2011）。

本研究结果表明，南极磷虾粉中的氟可分为5种形态：水溶态氟、可交换态氟、
氧化态氟、有机束缚态氟和残渣态氟，分别占总氟的15.7%、17.1%、31.7%、21.5%和14.0%，总氟含量为2518.6 mg/kg，与国标法浸提得到的氟含量（2700.0 mg/kg）之间的相对误差为11.1%，说明采用逐级化学—超声波浸提技术能有效地定量研究南极磷虾中氟的赋存形态。

陈雪忠，徐兆礼，黄洪亮.2009.南极磷虾资源利用现状与中国的开发策略分析［J］.中国水产科学，16（3）:451-458.
Chen X Z，Xu Z L，Huang H L.2009.Development strategy on Antartic krill resource utilization in China［J］.Journal of Fishery Sciences of China，16（3）:451-458.
耿娟，丁仕兵，郭兵，孔青，史蕊.2010.食品中氟化物的前处理及测定方法［J］.
食品安全导刊，（Z1）：40-41.
Geng J，Ding S B，Guo B，Kong Q，Shi R.2010.Pretreatment of fluorine in food and its detection method［J］.China Food Safety Magazine，（Z1）：40-41.
桂建业，韩占涛，张向阳，刘福亮.2008.土壤中氟的形态分析［J］.岩矿测试，27（4）：284-286.
Gui J Y，Han Z T，Zhang X Y，Liu F L.2008.Speciation analysis of fluorine
in soil samples［J］.Rock and Mineral Analysis，27（4）：284-286.
蒋廷惠，胡霭堂，秦怀英.1990.土壤锌、铜、铁、锰形态区分方法的选择［J］.环
境科学学报，10（3）：280-286.
Jiang T H，Hu A T，Qin H Y.1990.Fractionation of soil zinc，copper，iron and manganese［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，10（3）：280-286.
李显森，左涛，赵宪勇，袁伟.2010.南极磷虾商业捕捞动态［J］.齐鲁渔业，27
（1）：8-11.
Li X S，Zuo T，Zhao X Y，Yuan W.2010.Antarctic krill（Euphausia superba）fishery：recent fishing situations［J］. Shandong Fisheries，27（1）：8-11. 刘文长，马玲，刘洪青，潘同应，徐厚玲.2005.生态地球化学土壤样品元素形态分析方法研究［J］.岩矿测试，24（3）：181-188.
Liu WZ，Ma L，Liu H Q，Pan T Y，Xu H L.2005.Research on speciation analysis of chemical elements in soil samples for ecosystem geochemistry study［J］.Rock and Mineral Analysis，24（3）：181-188.
刘璇，梁秀娟，肖霄，金成基.2011.pH对吉林西部湖泊底泥中不同形态氟迁移转
化影响的实验研究［J］.环境污染与防治，33（6）：19-22.
Liu X，Liang X J，Xiao X，Jin C J.2011.Experimental study on the impact of pH on the migration and transformation of various forms of fluorine in the lake mud of the western Jilin［J］.Environmental Pollution&Control，33（6）：19-22.
潘建明，张海生，刘小涯.2000.南大洋磷虾富氟机制Ⅰ.氟的化学赋存形态研究［J］.海洋学报，22（2）：58-64.
Pan J M，Zhang H S，Liu X Y.2000.The fluorine enrichment mechanics of Antarctic krillⅠ.The fluorine chemical formation［J］.Acta Oceanologica Sinica，22（2）：58-64.
宋照亮，刘丛强，彭渤，杨成.2004.逐级提取（SEE）技术及其在沉积物和土壤元
素形态研究中的应用［J］.地球与环境，32（2）：70-77.
Song Z L，Liu C Q，Peng B，Yang C.2004.Sequential extraction（SEE）technology and its applications to sediment and soil element speciation studies［J］.Geologygeochemistry，32（2）：70-77.
孙方强.2011.成都土壤中氟的形态与理化性质的关系分析［J］.科技信息，（23）：491.
Sun F Q.2011.Relationship between forms and physicochemical property of fluorine in soil of Chengdu［J］.Science&Technology Information，（23）：491.
徐霞，应兴华，段彬伍.2005.食品中氟的赋存形态及其分析方法［J］.食品与发酵
工业，31（9）：79-81.
Xu X，Ying X H，Duan B W.2005.Study on the forms of fluorine in foods and its analysis methods［J］.Food and Fermentation Industries，31（9）：79-81.
查立新，马玲，刘文长，刘洪青，陈波，冯玲玲.2011.振荡提取和超声提取用于土壤样品中元素形态分析［J］.岩矿测试，30（4）：393-399.
Zha L X，Ma L，Liu WZ，Liu H Q，Chen B，Feng L L. 2011.Morphological analysis of elements in soils using mechanical shaking extraction and ultrasonic vibration extraction［J］.Rock and Mineral Analysis，30（4）：393-399.
张海生，潘建明，刘小涯.1994.南极磷虾富氟异常的原因及机理［J］.海洋学报，16（4）：120-125.
Zhang H S，Pan J M，Liu X Y.1994.Reason and mechanism of fluorine enrichment abnormality in Antarctic krill［J］.Acta Oceanologica Sinica，
16（4）：120-125.
Quevauviller Ph，Rauret G，López-Sánchezb J F，Rubiob R，Urec A，Muntaud H.1997.Certification of trace metal extractable contents in a sediment reference material（CRM601）following a three stage sequential
extraction procedure［J］.Science of the Total Environment，205（2-3）：223-234.
Templeton D M，Ariese F，Cornelis R，Danielsso L G，Muntau H，van Leeuwen H P，Lobinski R.2000.Guidelines for terms related to chemical speciation and fractionation of elements.Definitions，structural aspects and methodological approaches［J］.Pure and Applied Chemistry，72（8）: 1453-1470.
Tessier A，Campbell P G C，Bisso M.1979.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals［J］.Analytical Chemistry，51（7）：844-850.。