孙兴权，曾 泽，赵景红，王秋艳，张建华，董伟峰，林维宣，*

(1.辽宁出入境检验检疫局技术中心，辽宁大连116001;2.中国检验认证集团辽宁有限公司，辽宁大连116001)

小麦是我国仅次于稻谷的第二大粮食品种，小麦粉(俗称面粉)是小麦的主要加工品，在人们的饮食结构中占有很大的比重，可以制作成馒头、面条、包子、饺子等深受广大群众喜爱的传统食品。面粉质量的好坏会直接影响到下游面食制品的质量，同时也关系到消费者的身心健康和经济利益，是目前公众关注的食品安全热点问题之一。随着我国国民经济的快速发展，市场竞争日趋激烈，有些商家和商贩为了牟取暴利，不惜在面粉中非法掺入大量大白粉、石膏粉和滑石粉等物质，在增加份量的同时还可以使面粉雪白好看而好卖。2011年，卫生部等部门出台了禁止生产和在面粉中添加增白剂过氧化钙的规定，而添加了过氧化钙和大白粉、石膏粉、滑石粉等物质的面粉一般感官方法不易鉴别，相关检测多为自动化程度和灵敏度均较低的滴定分析实验和鉴别反应［1－5］，且以面粉中滑石粉的研究居多。面粉中滑石粉的其他检测方法涉及到X射线衍射分析法［6－7］，太赫兹光谱法［8］，微波消解－电感耦合等离子发射光谱法［9］，傅里叶变换－红外光谱法［10］和火焰原子吸收法［11］等，而对于其他三种添加物目前我国尚缺乏相关的有效检测方法。为避免过氧化钙在市场上再次出现，以及其他非法添加物的滥用，本文以过氧化钙(CaO2)、大白粉(主成分碳酸钙，CaCO3)、石膏粉(主成分硫酸钙，CaSO4)和滑石粉(主成分含水硅酸镁(3MgO·4SiO2·H2O)为研究对象，通过多种方法组合分析的研究模式建立了一种可以快速分辨和确证小麦粉中该类物质的检测分析方法。

表1 XRF测试条件Table 1 The test condition of XRF

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

酚酞(0.1%乙醇溶液);pH试纸(1～14);过氧化钙、鲁米诺、纤维素粉 阿拉丁试剂(上海)有限公司;氢氧化钠、盐酸、硼酸、氧化钙 分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司;铁氰化钾 分析纯，沈阳市试剂二厂;大白粉、石膏粉、滑石粉 市售;实验用水 Mill－Q纯水仪制备;小麦粉 购自于超市。

马弗炉 日本YAMATO公司;可调万用电炉龙口市先科仪器有限公司;暗箱 自制;YYJ－40型半自动压样机 长春迈维仪器设备有限公司;SRS3400型X射线荧光光谱仪 德国布鲁克公司;DMAX－2200型X射线衍射仪 日本理学株式会社;Mill－Q纯水仪 美国Millipore公司。

1.2 实验方法

1.2.1 酸碱度分辨筛选法 a.称取试样5g，加水200mL，搅拌2min，过滤后使用精密 pH试纸、酚酞(0.1%乙醇溶液)进行酸碱度测试。b.称取试样100g，高温灰化(1000℃，2h)后，加水 10mL，搅拌2min，过滤后使用精密pH试纸、酚酞(0.1%乙醇溶液)进行酸碱度测试。

1.2.2 鲁米诺化学发光法［12］将试样10g放入烧杯中，加入50mL水搅拌，加入1mL盐酸溶液(1+3，v/v)，轻微搅拌约3s，立即加入2mL氢氧化钠溶液(20%)，搅拌，再加入3mL鲁米诺溶液，搅拌，将烧杯放入暗箱中，加入少量铁氰化钾后，搅拌观察。

1.2.3 灰分的测定［13］称取试样100g，均匀分布在预处理好的坩埚内，试样完全炭化后转入马弗炉中550℃灰化4h，冷却至室温后准确称重。

1.2.4 灰分X射线荧光全元素分析法(XRF)［14］将试样灰分与纤维素(1+1，w/w)充分混匀，用硼酸作为外壳压片成型后，上XRF仪测定，测试条件见表1。

1.2.5 灰分X射线晶体衍射法(XRD)［15］将试样灰分装入有凹槽的玻片上，压紧使其上表面平整后，上XRD仪测定。测试条件为:Cu靶型，固体探测器，管压40kV;管流46A;发散狭缝:1mm;散射狭缝:1mm;接受狭缝:0.1mm;分段扫描，扫描范围(2θ):5°～60°;采样步宽:0.02°/步;扫描速度:4°/min。

2 结果与分析

2.1 半定量限值的选择和确定

根据我国以往允许在小麦粉加工中使用的过氧化钙最大使用限量为500mg/kg，即0.05%，美国食品化学品法典(FCC)第五版(2004)规定食品级石膏粉在谷类产品和面点制品中的推荐最大用量为0.5%，和按照粮食加工业的国际惯例，在磨麦子等粮食加工过程中，为防止粉碎机生热使得粮食粘连机子，作为分散剂的滑石粉加入量在2%～3%的范围，本文选择0.05%过氧化钙，0.5%石膏粉，2%滑石粉为界限，半定量地测定其在小麦粉中的存在情况。对于大白粉，虽然其主要成分碳酸钙已作为面粉增白剂过氧化苯甲酰的稀释剂而不得在面粉中添加，但国家标准《营养强化小麦粉》［16］规定:碳酸钙在面粉中添加量为4～8g/kg，主要用于强化补钙。鉴于此，选择0.5%大白粉作为其在面粉中的半定量限值。经预实验测定，在以上半定量限值下，本文所建方法和仪器测试样品的灵敏度可以达到要求。

2.2 酸碱度分辨筛选法

通过对小麦粉，分别掺杂0.05%过氧化钙，0.5%大白粉，0.5%石膏粉和2%滑石粉的小麦粉等五组研究对象进行酸碱度测定，实验结果表明:小麦粉和分别掺杂石膏粉、大白粉的小麦粉水溶液显中性。掺杂滑石粉的小麦粉酸碱度在pH8左右，加酚酞试剂不变色。添加过氧化钙的小麦粉水溶液显碱性，加酚酞变色。在理论上，根据小麦粉组成和理化性质，其水溶液酸碱度应该呈中性。而碳酸钙和硫酸钙因水溶性差，所以二者的水溶液也呈中性。对于滑石粉，根据美国食品化学法典，其1∶10与水混合后的 pH 为 7.0～10.8，呈碱性［17］，而对于过氧化钙，其与水1∶100混合后的pH为12.0左右［18］。由此可见，过氧化钙比滑石粉具有更强的碱性，而酚酞变色范围是pH8.2～10.0，所以对于同样稀释倍数并有小麦粉基质存在的情况下，会出现添加过氧化钙小麦粉的水溶液加酚酞后变色，而添加滑石粉小麦粉的水溶液不变色的现象。

为了进一步将水溶液pH呈中性的小麦粉和分别掺杂大白粉和石膏粉的小麦粉分辨开来，可将三者进行高温灰化(1000℃，2h)处理，小麦粉灰化产物中无颗粒物出现，而其他两试样灰化产物中则发现有少量白色粉末颗粒存在，将残渣溶解后，加大白粉的水溶液显碱性，加石膏粉的为中性。这主要是因为高温下小麦粉所含有机物和相对含量较高的K和P等无机物基本完全耗尽，而大白粉灰化产物主要为氧化钙，其在水中的酸碱度为碱性，石膏粉灰化产物主要为硫酸钙，其在水中溶解度较低，所以酸碱度为中性。分析判断流程图见图1。

图1 小麦粉及含有4种非法添加物小麦粉的酸碱度分析判断流程图Fig.1 The pH value analysis flow chart of wheat flour and wheat flour containing 4 illegal additives

2.3 鲁米诺化学发光法

通过鲁米诺反应观察试样小麦粉是否产生荧光来判定其是否具有氧化性，结果表明:添加0.05%过氧化钙的小麦粉产生了较为明显的蓝色荧光，其他试样则无发光现象。

鲁米诺化学发光反应能否发生主要取决于活性氧的生成条件。实际操作中，控制样品的状态为半流体粘稠糊状是实验控制关键点。添加有0.05%过氧化钙的小麦粉充分混合均匀后，加入少量水使其成半流体粘稠糊状。再加入少量稀盐酸，以使试样中的过氧化钙在酸性条件下释放过氧化氢。2～3s之后迅速加入一定的碱液，在终止上述化学反应的同时为下一步的鲁米诺反应提供一定的碱性环境，然后搅拌均匀。以上整个过程中保持样品为半流体粘稠糊状，主要是为了对加酸后生成的过氧化氢有一定的保留作用，减缓其释放活性氧的速度，从而控制实验进程。然后加入鲁米诺试剂，再加入少量催化剂—铁氰化钾固体粉末，立即将整个化学发光反应体系置于暗箱中，边搅拌边观察。起初烧杯中的样品局部即有隐隐蓝色荧光出现，后续随着搅拌幅度的加大，整个烧杯均呈现蓝色。

虽然过氧化苯甲酰也可以发生同样的鲁米诺化学发光反应，但其不溶于水，酸碱度为中性，加酚酞不变色。所以，通过以上鲁米诺反应，再结合前面的酸碱度测试实验基本可以判定小麦粉中是否加入了过氧化钙。

2.4 灰分测试

不同分级指标小麦粉的灰分范围为0.70%～1.40%［19］，如果超过1.40%的阈值则提示小麦粉中含有外来物质，可以以此作为判断小麦粉中是否存在外来添加物的判断指标。结果表明，含有4种非法添加物小麦粉的灰分均超过阈值，灰化过程中应注意加热速度不可太快，以防爆燃。为了减少小麦粉基质效应的影响，同时对待测物进行一定的富集，以提高检测灵敏度，所以后续仪器测试实验选用试样的灰分进行。

2.5 灰分X射线荧光全元素分析法(XRF)

XRF法是通过试样对X射线的吸收随其中所含成分及含量多少而变化来定性或定量的。试样灰分经粉末压片后进行XRF测定，对于相对含量小于10%的元素未列出，相关数据见表2。实验结果表明:小麦粉灰分中主要存在K、P两种元素。与小麦粉灰分元素组成相比，分别添加0.05%过氧化钙和0.5%大白粉小麦粉的灰分中除K、P外，均有钙含量增高的现象，且后者增高幅度较大，提示试样中添加有含有钙元素的物质，且后者含量较高;而添加0.5%石膏粉小麦粉的灰分则出现钙和硫两种元素含量增高的情况，提示试样中添加有含有钙元素和硫元素的物质，且二者相对含量比值与CaSO4中的钙硫含量比值相近;添加0.5%滑石粉小麦粉的灰分除K、P外，镁和硅两种元素的含量增高，提示试样中添加有含有镁元素和硅元素的物质，且二者相对含量比值与滑石中的镁硅含量比值相近。

通过以上XRF实验结果，基本可以判定出分别添加0.5%石膏粉和2%滑石粉的小麦粉，但不能判定分别添加过氧化钙和碳酸钙的小麦粉，二者可通过X射线衍射法(XRD)从晶体结构角度来进行分辨分析。

2.6 灰分X射线晶体衍射法(XRD)

XRD主要用于非金属无机物的鉴别，一般通过衍射特征三强线的d值来判断其组成和结构。分别对小麦粉和含有半定量限值非法添加物的小麦粉进行灰化处理，所得灰分在保证颗粒方向随机分布的同时，在有凹槽的玻片上用载玻片压紧压平，上XRD仪测定，结果见图2～图5。

表2 小麦粉及含有4种非法添加物小麦粉的XRF分析结果Table 2 XRF analysis results of wheat flour and wheat flour containing 4 illegal additives

根据预实验对过氧化钙的安全性评估结果，当小麦粉中添加过氧化钙的量超过20%时，在灰化过程中会产生明显的燃烧现象，因此在图2所示各灰分的XRD对比实验中，采用过氧化钙的理论热分解产物氧化钙代替过氧化钙灰分进行相应的比对，结果表明效果良好。由图2可见，与小麦粉灰分响应相比，含有0.05%过氧化钙小麦粉的灰分及CaO均出现特征峰，且二者特征三强线的d值和相对强度相近，与PDF卡给出的标准值相符(见表3)，提示二者为同一物质。

图2 小麦粉、含有0.05%过氧化钙小麦粉的灰分和氧化钙三者的XRD对比图Fig.2 XRD of the ash of flour blank，flour containing 0.05%calcium peroxide and calcium oxide

由图3可见，与小麦粉灰分响应相比，含有0.5%大白粉小麦粉的灰分及CaCO3均出现特征峰，且二者特征三强线的d值和相对强度相近，与PDF卡给出的标准值相符(见表3)，提示二者为同一物质。

图3 小麦粉、含有0.5%大白粉小麦粉的灰分和大白粉灰分三者的XRD对比图Fig.3 XRD of the ash of flour blank，flour containing 0.5%calcium carbonate and big white powder

由图4可见，与小麦粉灰分响应相比，含有0.5%石膏粉小麦粉的灰分及CaSO4均出现特征峰，且二者特征三强线的d值和相对强度相近，与PDF卡给出的标准值相符(见表3)，提示二者为同一物质。

由图5可见，与小麦粉灰分响应相比，含有2%滑石粉小麦粉的灰分及滑石均出现特征峰，且二者特征三强线的d值和相对强度相近，与PDF卡给出的标准值相符(见表3)，提示二者为同一物质。

图4 小麦粉、含有0.5%石膏粉小麦粉的灰分和石膏粉灰分三者的XRD对比图Fig.4 XRD of the ash of flour blank，flour containing 0.5%gypsum powder and gypsum powder

图5 小麦粉、含有2%滑石粉小麦粉的灰分和滑石粉灰分三者的XRD对比图Fig.5 XRD of the ash of flour blank，flour containing 2%talc powder and talc powder

表3 小麦粉中4种非法添加物灰分的d值和相对衍射峰强度(I%)Table 3 The d values and relative diffraction peak intensities of the ash of 4 illegal additives in wheat flour

以上实验结果表明:小麦粉灰分响应值很低，几乎没有特征峰出现，对含有过氧化钙、大白粉、石膏粉和滑石粉的小麦粉灰分的测定不产生干扰。通过与PDF卡给出的标准值比对，小麦粉中过氧化钙、大白粉、石膏粉和滑石粉的灰化产物分别为 CaO、CaCO3、CaSO4和滑石，其X射线衍射峰d值均在标准值±1%误差范围内。

通过样品空白和标准物质的比对，XRD法可以从晶体结构角度对4种非法添加物进行准确定性，同时还可以通过所设的半定量限值对其进行半定量分析。

3 结论

本文以分别掺杂0.05%过氧化钙、0.5%大白粉、0.5%石膏粉和2%滑石粉的小麦粉为研究对象，根据其酸碱度、氧化性、元素组成和晶体结构等方面存在差异的特性，组合运用酸碱度测试筛选、鲁米诺化学发光测试、灰分测试，以及灰分的X射线荧光全元素分析(XRF)和X射线晶体衍射分析(XRD)等多种分析手段对测试样品进行了定性分析和半定量分析。所建立方法简便易行，准确高效，可以在我国面粉加工行业的规范化生产和保护消费者合法权益等方面提供一定的技术支持和帮助。

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