丙酸钙含量测定方法的比较研究及对我国强制性标准修订的建议

黄 煜，潘如龙

(1.中国石油化工股份有限公司北京化工研究院标准研究所，北京 100013; 2. 江苏润普食品科技股份有限公司，江苏 连云港 222506)

丙酸钙是一种安全可靠的防腐剂[1-3]，在食品、饲料、抗菌塑料、食品包装材料中广泛使用[4-7]。丙酸钙被美国FDA批准为食品中“安全使用物质”(GRAS)，世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)每日人体每公斤允许摄入量(ADI)不做限制[8]。

丙酸钙符合防腐剂的发展趋势[9]，即：安全无毒、适用性广和性能稳定。随着FAO、欧盟、澳洲、中国[10-13]等国家和组织相继扩大了丙酸钙的使用范围，丙酸钙产品的安全和质量就显得尤为重要。然而，联合国粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会 (JECFA)[14]、美国食品法典委员会(USP)发布的《食品化学物质法典》(FCC)[15]及我国国家标准中丙酸钙含量的实验方法均是采用EDTA滴定法[16]，测定丙酸钙中的钙离子，再折算成丙酸钙的含量。由于丙酸是实际起到防腐作用的基团，EDTA滴定法无法真正反映产品的质量；食品行业中，丙酸钙含量的控制指标和分析方法[17-20]无法杜绝非法添加物，会带来巨大的食品安全隐患。为了进一步提升我国防腐剂丙酸钙的整体质量和安全水平，有必要研究建立一种针对丙酸钙中有效成分的分析方法。

1 实验部分

1.1 主要原料和试剂

磷酸、磷酸氢二铵，分析纯，国药集团化学试剂公司。丙酸(C3H6O2)，色谱纯试剂，质量分数不小于99.8%，山东西亚化学工业有限公司。丙酸钙标准品，中国计量科学院化学所(原国家标准物质研究中心) “食品添加剂丙酸钙纯度标准物质”(GBW(E)100078)，质量分数99.7%，不确定度0.6%。实验中9个品牌丙酸钙试样为市售产品，其余为江苏润普食品科技股份有限公司提供。

1.2 丙酸标准贮备溶液的配置

准确称取1 000.0 mg丙酸标准品于100 mL容量瓶中，加水至刻度，制备成10 mg/mL的丙酸标准贮备溶液。置于4 ℃冰箱中保存，有效期为6个月。

1.3 试样前处理

称取一定量的丙酸钙试样放入500 mL容量瓶，加入400 mL的水，摇匀，用1 mol/L磷酸溶液调pH值为3.0左右，用水定容至刻度，配置成试样溶液。

1.4 液相色谱条件

德国Aupos Scientific公司SAP-C18液相色谱柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)。流动相1.5 g/L磷酸氢二铵溶液，用1 mol/L磷酸溶液调pH值为2.7～3.5(使用时配制)，经0.45 μm微孔滤膜过滤。柱温25 ℃，进样量20 μL，流速1.0 mL/min，分析时间30 min，紫外检测器波长214 nm。

色谱柱清洗：实验结束后，用10%甲醇清洗1 h，再用100%甲醇清洗1 h。

1.5 标准曲线绘制

分别准确吸取丙酸标准储备溶液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，其浓度分别为100、200、300、400、500 μg/mL。经0.45 μm微孔滤膜过滤,浓度由低到高进样。以浓度为横坐标，以峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

2 结果与讨论

2.1 液相色谱法的定量方法

按照1.5制备了3组标准溶液，采用SAP-C18色谱柱、按照1.4给定的色谱条件、手动进样测试，得到的线性回归方程式分别是：y=62.715 8x-5.222 8，y=62.703 8x-3.7927，y=62.871 7x-5.052 7，线性回归系数均为0.999 9，该方法在丙酸浓度范围0.1～0.5 mg/mL具有很好的线性回归性。因此，可将丙酸浓度调节到该范围通过标准曲线外标法定量。

2.2 试样制备方法的选择

按照1.3的步骤准确称取约0.2 g试样，配置成约0.4 mg/mL的丙酸试样溶液。其中试样分别选择：经过120 ℃烘箱干燥2 h、不做任何操作，采用手动进样，平行测定8次，相对标准偏差分别为0.13%和0.30%。试样干燥后重复性更好，并且现行标准中采用EDTA滴定法也多是选择试样干燥后测定，因此，建议采用液相色谱法测定的试样首先进行干燥处理。

2.3 液相色谱法对标准物质的测定

采用液相色谱法对中国计量科学院提供的质量分数为99.7%、不确定度0.6%的丙酸钙标准物质GBW(E)100078进重复性测试。结果表明丙酸钙质量分数99.74%～99.82%，相对标准偏差0.03%，分析结果见表1。可见，该法的准确度和精密度良好，能够满足定量分析要求。

表1 液相色谱法测定丙酸钙标准物质的质量分数 %

3 液相色谱法与现有标准中EDTA滴定法的比较

3.1 对市场上丙酸钙产品的质量摸底

实验采集了市场主要品牌的丙酸钙产品，试样采集时间为2018年1月19日至1月23日。采用EDTA滴定法测定的丙酸钙含量均在99.0%以上。按照理论换算，丙酸钙及其一水合物中丙酸含量的理论值应为72%～80%，而采用高效液相色谱法对其中的丙酸根含量进行检验，试样实测丙酸根含量的合格率只有三分之一，检测结果见表2。液相色谱检测出不合格的试样中多是存在大量的乙酸，实测色谱图图1。

表2 食品添加剂丙酸钙中丙酸根质量分数的实测结果

图1 实测丙酸钙试样(不符合理论丙酸根含量)的液相色谱

劣质的丙酸钙产品多以回收丙酸或掺杂价格低的乙酸等为原料，其特点是价格低廉、有效组分丙酸钙的含量远远不足。由于生产用原料和最终产品在外观、气味等方面比较相近，难以被监督执法部门和使用单位识别。按照现行的国内外标准，采用EDTA滴定法难以堵住造假的漏洞，采用液相色谱法可以甄别真假和劣质产品。

3.2 液相色谱法和EDTA滴定法的重复性比较

对润普公司提供的多批次丙酸钙试样分别采用液相色谱法(手动进样)和滴定法进行重复性测定，相对标准偏差分别是0.060%和0.099%(第1组)0.070%和0.085%(第2组)、0.075%和0.13%(第3组)。液相色谱法测量误差的不确定度主要来自试样称量的不确定度、手动进样引入的不确定度和试样定容引入的不确定度等。当加快称样速度、采用自动进样时，液相色谱法(自动进样)和滴定法测定的相对标准偏差分别为0.057和0.055(表1中第4组)，液相色谱法的相对标准偏差降低比较明显，可以达到与滴定法相当的精密度，实验结果见表3。国内外标准中丙酸钙质量分数的指标要求是不小于98.5%，实际检测质量分数可以达到99.0%左右。相对于主含量的指标，液相色谱法0.2%以内的相对标准偏差都是允许的。因此，液相色谱法的重复性满足定量要求，采用自动进样有利于提高精密度。

表3 采用两种方法测定丙酸钙质量分数的对比数据 %

3.3 两种分析方法测试结果的比较

由于两种方法分别是采用丙酸钙中的钙含量和丙酸根含量为基础定量，理论上杂质对实际产品的分析结果有影响，可能造成分析结果存在偏差。丙酸钙的原料之一是氧化钙和丙酸。氧化钙产品的行业标准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%，通过对原料氧化钙分析，CaO和MgO含量的典型值是96%和0.4%，最终产品中难免有丙酸镁等杂质。而原料丙酸中常见的有机酸杂质是乙酸和2-甲基戊酸，最终产品杂质中可能会有乙酸钙、戊酸钙等杂质。如果丙酸钙产品中含有丙酸镁等杂质，会导致滴定法的测定结果比液相色谱法的测定结果整体偏低；反之，如果存在乙酸钙、戊酸钙等杂质，则会导致滴定法的测定结果比液相色谱法的测定结果整体偏高。数据显示对不同批次的试样分别采用两种分析方法进行分析，测定结果最高相差0.64%。

由于各厂家采用的原料、工艺配比等不同，生产的产品存在微小的差异，导致分析结果存在差异。总体而言，相对于国内外标准中丙酸钙质量分数不小于98.5%的指标要求，以及行业实际生产水平，液相色谱法和EDTA滴定法均可以用于对产品的质量控制，液相色谱法则快速、准确、重复性好，可以堵住产品造假漏洞，作为丙酸钙中的有效成分分析方法更为适宜。

4 结 论

建立了液相色谱-外标曲线法对丙酸钙进行定量分析的方法。方法快速、准确、重复性好，与现行国内外标准中EDTA滴定的方法相比，针对丙酸钙中的有效成分，有利于杜绝假冒伪劣产品。根据目前市场上丙酸钙产品的现状，建议对现行丙酸钙强制性标准进行修订，杜绝质量监管漏洞。