マトリックスの影響によるナトリウム定量性の検討

群馬県立産業技術センター研究報告 (2013) マトリックスの影響によるナトリウム定量性の検討 高橋仁恵 木村紀久 河合貴士 * Study on accuracy for quantitative analysis of sodium under the influence of matrixes Hitoe TAKAHASHI, Norihisa KIMURA, and Takahito KAWAI 食品のナトリウム分析法として推奨されている原子吸光光度計による絶対検量線法 ( 現行法 ) の妥当性を検討した 濃度既知の疑似サンプルについて現行法で分析した結果 測定試料中にカリウムがナトリウムの 50 倍存在しても疑似サンプルのナトリウム調製濃度と概ね合致しており 正確な分析値が得られやすいことを確認した また繰り返し試験 添加回収試験の結果から精度良く分析できること さらに検量線用の標準溶液の調製が比較的簡易であることなどの点から現行法は食品中のナトリウム分析法として妥当性があると判断した キーワード : ナトリウム 原子吸光光度計 絶対検量線法 The absolute calibration curve method by atomic absorption spectrometer(aas) that is used for analysis of sodium in foods was investigated. It was confirmed that the concentrations of sodium in the prepared samples having the concentrations of potassium which are 50 times as high as that of sodium were quantified with sufficient accuracy. In repeating tests and recovery tests, food samples were analyzed by the method with good accuracy. In addition, preparation of standard solutions in the method is easier than the other methods. Therefore, it was suggested that the method was appropriate for analysis of sodium in foods. Keywords : Sodium in foods, Atomic absorption spectrometer, Absolute calibration curve 1. はじめに食品の栄養成分表示をする際は 栄養表示基準によりナトリウムの表示が義務づけられており 当センターへも栄養成分分析と同時にナトリウム分析の依頼が多い また 消費者庁では全ての加工食品についてナトリウムを含む栄養成分表示を義務づける改正案が検討されており 施行が決定するとナトリウムの分析依頼が増加すると予想されている 当センターで行っている食品中のナトリウム分析は 日本食品標準成分表分析マニュアル 1) で推奨されている原子吸光光度計 (AAS) を用いた外部標準法 絶対検量線法で行ってきた AAS を用いたナトリウムの分析では 測定試料中に多量のカリウム又はカルシウムが存在する場合に干渉効果によってナトリウム分析値が真値から離れる可能性がある 2) 対策として 共存する元素をサンプル測定試料と同程度の濃度となるよう標準溶液に添加する外部標準法 マトリクスマッチング法 サンプル測定試料中に測定対象元素の標準試料を添加する内部標準法 標準添加法 干渉抑制剤 (CsCl など ) を添加する方法が用いられる 2) 食品は一般に重量比においてナトリウムの 1~100 倍量のカリウムを含むものが多いため 現行法で得られたナトリウム分析値はカリウムの干渉効果により信頼性の低いことが懸念される そこで本研究は 外部標準法 マトリックス バイオ 食品係 * 材料技術係

マッチング法および内部標準法 標準添加法を用いて AAS によるカリウム存在下におけるナトリウム分析結果を比較することで 現行法である AAS による外部標準法 絶対検量線法の妥当性を検討することを目的とする さらに 1 回の分析で多くの成分が同時に分析できる誘導結合発光プラズマ分析装置 (ICP-A ES) およびイオンクロマトグラフによるナトリウム分析も行い 簡易でかつ信頼性の高いナトリウム分析法についても検討する 2. 試験方法 2.1 試料 AAS による食品中のナトリウム分析では 測定試料中のナトリウム濃度を 1~10mg/L の範囲になるように調製し 測定を行っている 前述のように食品中のカリウムはナトリウムの 1~100 倍含まれるケースが多いことを考慮し 原子吸光分析用標準試薬 ( 関東化学株式会社製 ) を用いて疑似サンプルA( ナトリウム 5mg/L カリウム 25mg/ L) 疑似サンプルB( ナトリウム 5mg/L カリウム 250mg/L) を調製し 分析に供した また 食品サンプルはタマゴ カキナ ( アブラナ科の野菜 ) タマネギ レタス 豆腐 生鮭 トマトソース 味付け蒟蒻を凍結乾燥し 日本食品標準成分表分析マニュアル 1) に従って希酸抽出法で抽出した溶液を分析に供した なお AAS ICP-AES による分析は 1% 塩酸酸性で イオンクロマトグラフによる分析は 0.1% 塩酸酸性で試料の調製を行った ICP-AES およびイオンクロマトグラフによる分析試料はいずれも 0.45μm のメンブランフィルターでろ過したものを分析に供した 2.2 装置 AAS は 島津製作所製 AA-6300 を用い 光源には浜松ホトニクス製ホロ-カソ-ドランプを使用した 測定条件は燃料ガス流量 1.8L /min の空気アセチレンフレームを長さ 10 cmとし バーナー角度 45 ランプ電流 12mA スリット幅 0.2nm として 589.0nm の吸光度を測定した ICP-AES は AMETEK 社製 CIROS-120 を用い た 測定条件は プラズマ出力 1400W キャリーガス流量 13.0L/min 補助ガス量 1.0L/min 冷却ガス量 1.0L/min 原子発光観測方向 Axial とした イオンクロマトグラフは 日本ダイオネクス社製イオンクロマトグラフ DX-120 を用いた カラムは IonPacCS14(4mm I.D. 250mm, 日本ダイオネクス社製 ) を用い 溶離液は 10mM メタンスルホン酸 流速 1.0ml/min としてサプレッサーを使用して電気伝導度検出器により検出を行った 2.3 検量線方の検討外部標準法 絶対検量線法 外部標準法 マトリックスマッチング法 内部標準法 標準添加法について比較検討するため 次に示す標準溶液を調製し 各試料のナトリウム分析を行った 2.3.1 外部標準法 絶対検量線法 ( 以下 絶対検量線法 ) ナトリウムのみの標準溶液を 1~10mg/L の範囲で調製し 検量線を作成後 試料のナトリウム分析を行った 2.3.2 外部標準法 マトリックスマッチング法 ( 以下 MM 法 ) 表 1に示す 2 種類の標準溶液 即ち 25mg/L カリウム溶液にナトリウムが 1 2 5 10mg/L 含まれる標準溶液 ( カリウム 25mg/L 標準溶液 ) および 250mg/L カリウム溶液にナトリウムが 1 2 5 10mg/L 含まれる標準溶液 ( カリウム 250mg/L 標準溶液 ) を調製し 検量線を作 表 1 外部標準法 マトリックスマッチング法に用いる標準溶液カリウム25mg/L 標準溶液カリウム250mg/L 標準溶液ナトリウム (mg/l) 1 2 5 10 1 2 5 10 カリウム (mg/l) 25 250 成後 試料のナトリウム分析を行った 2.3.3 内部標準法 標準添加法 ( 以下 標準添加法 ) 試料にナトリウム標準液をそれぞれ 1,2,5,10mg/L になるよう添加して調製した溶液により検量線を作成し 各サンプルのナトリウム含有量を算出した 2.4 AAS による絶対検量線法を用いた食品サンプルの繰り返し試験

タマネギ レタス 豆腐 生鮭 トマトソース 味付け蒟蒻について AAS による絶対検量線法を用いて それぞれ6 回ずつナトリウム分析を行い それぞれの試料について標準偏差 変動係数を算出した 2.5 AAS による絶対検量線法を用いた食品サンプルの添加回収試験凍結乾燥後のタマネギ トマトソースにナトリウムの原子吸光分析用標準試薬を添加した試料を調製した それらについて AAS による絶対検量線法を用いたナトリウム分析を行って 添加回収試験を実施し その差し引き回収率を算出した 3. 結果および考察 3.1 疑似サンプル分析結果 AAS ICP-AES イオンクロマトグラフにより疑似サンプルA Bについて分析した結果を表 2に示す 疑似サンプルA Bともに AAS によるナトリウム分析値はいずれの検量線を用いても概ね疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L と合致した また疑似サンプルA Bともにイオンクロマトグラフによるナトリウム分析値はいずれの検量線を用いても概ね疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L と合致した ICP-AES による分析結果は 疑似サンプル Aの場合は MM 法 ( カリウム 250mg/L 標準溶液 ) によるナトリウム分析値が疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L よりも低く 疑似サンプルBの場合は絶対検量線法 MM 法 ( カリウム 25mg/L 標準溶液 ) によるナトリウム分析値が疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L よりも高かった これはサンプルのカリウム濃度と標準溶液のカリウム濃度が大きく異なり その影響があったと考えられる しかし 疑似サンプルAの場合は絶対検量線法 MM 法 ( カリウム 25mg/L 標準溶液 ) 標準添加法によるナトリウム分析値が 疑似サンプルBの場合は MM 法 ( カリウム 250mg/L 標準溶液 ) 標準添加法によるナトリウム分析値が疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L と概ね合致した これらはいずれもサンプルのカリウム濃度と標準溶液のカリウム濃度が合致していた場合で あることから ICP-AES によるナトリウム分析は 標準溶液のカリウム濃度とサンプルのカリウム濃度を合致すよう調製する必要があると推測された 以上の結果から 現行法である AAS を用いた絶対検量線法による分析値は 重量比においてカリウムがナトリウムの 50 倍存在しても概ね疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L と合致しており 正確な分析値が得られる方法と考えられた また 検量線用の標準溶液調製も比較的簡易であることから有効な分析法であると推察された ICP-AES によるナトリウム分析は 測定試料のカリウム濃度に影響されやすいため 標準溶液のカリウム濃度とサンプルのカリウム濃度を合致するよう調製することが必要だと推察された イオンクロマトグラフによるナトリウム分析値は 概ね疑似サンプルのナトリウム濃度 5mg/L と合致することがわかった 3.2 AAS による外部標準法 絶対検量線法を用いた食品サンプルの繰り返し試験タマネギ レタス 豆腐 生鮭 トマトソース 味付け蒟蒻について AAS による絶対検量線法を用いて それぞれ6 回の繰り返し分析を行い それぞれの試料について標準偏差 変動係数を算出して表 3に示す いずれの試料も変動係数が 1% 以下と良好な結果であった 3.3 AAS による外部標準法 絶対検量線法を用いた食品サンプルの添加回収試験タマネギとトマトソースについて添加回収試験を実施し 差し引き回収率を算出して表 4に示す いずれの食品も差し引き回収率 85.5~108.8% であり 概ね良好な結果であった 以上の結果から AAS による絶対検量線法 ( 現行法 ) は 重量比においてカリウムがナトリウムの 50 倍存在していても正確な分析値が得られ また繰り返し試験や添加回収試験の結果から精度良く分析可能であることから食品中のナトリウム分析方法として妥当性が高いと判断した

表 2 疑似サンプルのナトリウム分析結果 疑似サンプルA(Na5mg/L K25mg/L) (mg/l) 外部標準法 絶対検量線法 ( 現行法 ) 5.0 5.3 5.1 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 25ppm 標準溶液 ) 4.8 4.9 - 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 250ppm 標準溶液 ) 4.7 3.7 - 内部標準法 標準添加法 5.6 4.8 4.9 疑似サンプルB(Na5mg/L K250mg/L) (mg/l) 外部標準法 絶対検量線法 ( 現行法 ) 4.9 6.8 5.1 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 25ppm 標準溶液 ) 4.7 6.6 - 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 250ppm 標準溶液 ) 4.6 4.9 - 内部標準法 標準添加法 5.6 5.1 5.0 タマネギ レタス 豆腐 生鮭 トマトソース 味付け蒟蒻 130 540 250 630 270 78 カリウム (mg/100g) ナ 1 回目 0.8 11 21 92 860 860 ト 2 回目 0.8 10 21 88 850 840 リ 3 回目 0.8 10 21 77 800 800 ウ 4 回目 0.8 10 21 78 790 800 ム 5 回目 0.8 10 21 81 800 790 (mg/100g) 6 回目 0.8 10 21 85 820 800 標準偏差変動係数 表 3 食品サンプルの繰り返し試験結果 0.008 0.33 0.25 5.7 29 28 0.010 0.032 0.012 0.069 0.035 0.034 表 4 ナトリウムの添加回収試験 添加量 (mg/100g) 差し引き回収率 (%) 1 回目 2 回目平均 タマネギ 2.13 100.7 101.2 101.0 4.22 109.0 108.7 108.8 トマトソース 96.32 81.0 90.0 85.5 387.57 92.4 95.5 93.9 表 5 食品サンプルのナトリウム分析結果 タマゴ (K 110mg/100g) (mg/100g) 外部標準法 絶対検量線法 ( 現行法 ) 130 130 140 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 25ppm 標準溶液 ) 120 120 - 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 250ppm 標準溶液 ) 120 91 - 内部標準法 標準添加法 150 130 140 カキナ (K 400mg/100g) (mg/100g) 外部標準法 絶対検量線法 ( 現行法 ) 7 8 5 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 25ppm 標準溶液 ) 6 8 - 外部標準法 マトリックスマッチンク 法 (K 250ppm 標準溶液 ) 6 6 - 内部標準法 標準添加法 6 5 6

3.4 AAS ICP-AES イオンクロマトグラフにより食品サンプルの分析 AAS ICP-AES イオンクロマトグラフにより食品サンプルとしてタマゴ カキナについて分析した結果を表 5 に示す タマゴのカリウム含有量は AAS で分析した結果 110mg/100g で ナトリウム含有量と大きく異ならないことから 測定試料中のナトリウム濃度とカリウム濃度はほぼ同じである AAS イオンクロマトグラフによるナトリウム分析値は 大きな差異はなかった ICP-AES による MM 法 ( カリウム 250ppm 標準溶液 ) を用いたナトリウム分析値はやや低めであった これはサンプル測定試料中のカリウム濃度と標準溶液のカリウム濃度が大きく異なったため ナトリウム分析値に影響があったと考えられる カキナのカリウム含有量は AAS で分析した結果 400mg/100g で 測定試料中のカリウム濃度はナトリウム濃度の約 60 倍存在していたが AAS ICP-AES イオンクロマトグラフによるナトリウム分析値はいずれも大きな差異はなかった イオンクロマトグラフによる分析は カキナのようにアンモニア含有量の多い試料の場合 ナトリウムイオンのピークに隣接するアンモニウムイオンのピークが大きいためナトリウムイオンのピークと重なり 正確な分析は難しいと推察された 以上の結果から ICP-AES による食品のナトリウム分析値も 疑似サンプルのナトリウム分析値と同様に試料に含まれるカリウム濃度から影響を受ける場合もあることがわかった 4. まとめ 1. 食品のナトリウム分析法として当センターで用いている AAS による絶対検量線法 ( 現行法 ) の妥当性を検討するために 濃度既知の疑似サンプルと食品サンプルについて AAS により外部標準法 マトリックスマッチング法 内部標準法 標準添加法を用いてナトリウム分析を行った また I CP-AES イオンクロマトグラフでも同様の分析を行って簡便 かつ信頼性高い分析方 法を検討した 2.AAS による外部標準法 絶対検量線法 ( 現 行法 ) で得られた疑似サンプルのナトリ ウム分析値は 測定試料中に重量比にお いてカリウムがナトリウムの 50 倍存在し ても疑似サンプルの調製濃度 5mg/L と概 ね合致しており 正確な分析値が得られ やすいこと また繰り返し試験 添加回 収試験の結果から精度良く分析できるこ と さらに検量線用の標準溶液の調製が 比較的簡易であることなどの点から食品 中のナトリウム分析法として妥当性が高 いと判断した 3.ICP-AES により得られたナトリウム分析 値は 測定試料中のカリウム濃度がナトリ ウム分析値に影響されやすいので 測定試 料のカリウム濃度と標準溶液のカリウム 濃度を合致するよう調製することが必要 であると推察された 4. イオンクロマトグラフによる疑似サンプ ルのナトリウム分析値は 疑似サンプルの ナトリウム濃度 5mg/L と概ね合致したが カキナのようにアンモニア含有量の多い サンプルを分析する場合 ナトリウムイオ ンのピークに隣接するアンモニウムイオ ンのピークが大きいためナトリウムイオ ンのピークと重なり 正確な分析は難しい と推察された 文 1) 文部科学省 科学技術 学術審議会 資源調査分科会食品成分委員会編 五訂増補日本食品標準成分表分析マニュアル,p263-264(2005) 2)JIS K0102 工場排水試験方法,p194-197 (2013) 献