食醋與果汁濃度對(duì)苯生成量的影響

戴玉婷　謝靜莉　許學(xué)書　方　明　孫松鶴

摘要 試驗(yàn)應(yīng)用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)實(shí)際食品中苯甲酸鈉與VC反應(yīng)生成苯的量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明,該反應(yīng)存在最佳pH值,且不同食品體系的最佳pH值之間存在差異。陳醋溶液中最佳pH值為3.83、白醋溶液為3.54、檸檬汁溶液為2.84。橙汁溶液中無(wú)可檢測(cè)的苯生成。

關(guān)鍵詞 果汁;食醋;pH值;苯

中圖分類號(hào) TS201.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739(2009)13-0348-04

苯對(duì)人體有害,國(guó)際癌癥研究署和美國(guó)環(huán)境保護(hù)局都將苯列為人類致癌物。2006年5月,美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)公布了對(duì)美國(guó)市場(chǎng)上超過(guò)100種飲料的抽查結(jié)果,稱其中某些飲料中的苯含量超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)限量5μg/L。同期,英國(guó)食品標(biāo)準(zhǔn)局(Food Standards Agency)也在其官方網(wǎng)站發(fā)表聲明,英國(guó)市場(chǎng)上某些同時(shí)含有苯甲酸鈉(食品防腐劑)和VC(抗壞血酸)的軟飲料中含有微量苯。研究證實(shí),飲料中的微量苯主要是由其中的防腐劑苯甲酸鈉和VC在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的。

1993年,Gardner等在磷酸和醋酸緩沖液體系中研究了苯甲酸鈉和VC的反應(yīng),結(jié)果顯示,體系中存在的微量金屬離子Cu2+等能催化VC還原水相中的O2產(chǎn)生超氧化陰離子自由基O2-,O2-能夠與溶液中的H+反應(yīng),生成雙氧水,雙氧水則可以在Cu+存在的條件下,與其發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基,最終羥基自由基攻擊苯甲酸鈉使其發(fā)生脫羧反應(yīng)而生成苯,如式(1)～(5)。

Cu2++H2Asc→Cu++HAsc· (1)

Cu++O2→Cu2++O2- (2)

2O2-+2H+→O2+H2O2 (3)

Cu++H2O2→Cu2++OH-+OH· (4)

OH·+C6H5COOH→C6H6 (5)

由此可見(jiàn),水溶液中苯的生成需要同時(shí)滿足以下5個(gè)條件:①VC;②苯甲酸鈉;③金屬離子;④溶液顯酸性,并且pH值在一定范圍之內(nèi);⑤溶解氧。Lawrence也得到了一致的結(jié)論。

Gardner還考察了這一反應(yīng)對(duì)溶液中pH值的依賴性,證實(shí)pH值在2～7范圍中,反應(yīng)生成苯的量隨pH值升高而降低;pH值為2時(shí),反應(yīng)產(chǎn)物量達(dá)到最大值。然而苯甲酸鈉和VC在實(shí)際食品中的反應(yīng)卻至今未見(jiàn)報(bào)道。苯甲酸鈉是食品加工過(guò)程中常見(jiàn)的防腐劑,常被用于酸性食品(如果味飲料、果汁、食醋等)的保藏,而VC天然存在于很多食品原料中,同時(shí)也常作為一種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑或抗氧化劑被加入食品中,二者在許多食品體系中共存,在某些儲(chǔ)藏條件下極有可能發(fā)生反應(yīng)生成對(duì)人體有害的苯。為了盡量避免有害物質(zhì)苯的生成,減少對(duì)人體的危害,有必要對(duì)實(shí)際食品中苯甲酸鈉和VC的反應(yīng)進(jìn)行研究,分析實(shí)際食品樣品中苯的生成量隨pH值的變化趨勢(shì)。出于這一目的,筆者考察了在不同濃度的鮮榨果汁、食醋溶液中,各因素對(duì)苯甲酸鈉與VC反應(yīng)的影響,現(xiàn)總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

陳醋、白醋均為市售(配料表標(biāo)簽顯示含苯甲酸鈉、不含VC),橙汁為市售橙子(品種為贛南橙)、檸檬(品種為尤力克)鮮榨而得。甲醇、苯甲酸鈉、抗壞血酸均為分析純,苯標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99.9%,上?；瘜W(xué)試劑研究所)。

1.2 主要儀器

Agilent6890氣相色譜/5973I質(zhì)譜聯(lián)用儀、HP-5毛細(xì)管色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm)、Agilent7694自動(dòng)頂空進(jìn)樣器、Thermo TJA IRIS 1000型全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、METTLER TOLEDO溶氧電極;MilliporeMi-lliQ超純水系統(tǒng)。

1.3 樣品準(zhǔn)備

1.3.1 食醋樣品。準(zhǔn)確稱取苯甲酸鈉0.15g、VC 0.03g于小燒杯中,用一定量食醋溶解,再轉(zhuǎn)移至100mL棕色容量瓶中,用超純水定容,搖勻。

1.3.2 果汁樣品。準(zhǔn)確稱取苯甲酸鈉0.15g于小燒杯中,用一定量果汁溶解,再轉(zhuǎn)移至100mL棕色容量瓶中,用超純水定容,搖勻。將反應(yīng)液室溫避光靜置0.5h后取其中5mL,轉(zhuǎn)移至專用頂空瓶,壓蓋,檢測(cè)苯含量,剩余溶液用于檢測(cè)溶液的pH值及溶氧、Cu2+、Fe3+濃度。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 苯的檢測(cè)。溶液中微量苯檢測(cè)采用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。①苯標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。用甲醇溶解苯,準(zhǔn)確配制濃度分別為25μg/L、50μg/L、100μg/L、150μg/L、200μg/L的苯標(biāo)準(zhǔn)工作液,經(jīng)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè),建立苯標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。②頂空條件。爐溫80℃,定量環(huán)溫度100℃,傳輸線溫度110℃;平衡時(shí)間30min,加壓時(shí)間0.4min,壓力137.9KPa,定量管填充時(shí)間0.05min,定量管體積1mL。③氣色相普質(zhì)普條件。初始柱溫為40℃,恒溫3.5min,然后以30℃/min的速率升至200℃,恒溫3min;進(jìn)樣口溫度為150℃;色譜/質(zhì)譜接口溫度為280℃;載氣(氦氣)流速為1.0mL/min(恒流);電子轟擊電離方式,電離能量為70eV;全離子掃描監(jiān)測(cè)方式;分流進(jìn)樣,分流比為1∶1,溶劑延遲2min。

1.4.2 VC含量的測(cè)定。用2,4-二硝基苯阱法測(cè)定VC的含量。

1.4.3 Cu2+、Fe3+的檢測(cè)。采用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法測(cè)定。ICP-AES條件:由于試驗(yàn)中所涉及的樣品溶液均為酸性,且pH值較低,則溶液中的鐵元素、銅元素都是以離子狀態(tài)存在于溶液中,且試驗(yàn)所涉及的樣品溶液都是未經(jīng)過(guò)特殊保護(hù)處理并暴露于空氣中,因此溶液中的鐵元素、銅元素應(yīng)分別以Fe3+、Cu2+的形態(tài)存在,所以ICP-AES檢測(cè)出的鐵元素、銅元素濃度,即為樣品溶液中的Fe3+、Cu2+濃度。RF發(fā)生器功率1 150W,頻率27.12MHz,進(jìn)樣泵速100rpm,提升量2mL/min,霧化器壓力179.27KPa。

1.4.4 溶氧濃度的測(cè)定。采用溶氧電極法測(cè)定溶氧的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 苯的定性與定量

在樣品測(cè)定過(guò)程中,采用氣相色譜選擇離子質(zhì)譜技術(shù),該技術(shù)不僅能夠提高測(cè)定反應(yīng)生成苯濃度的靈敏度,而且依靠質(zhì)譜信息能夠?qū)z測(cè)物離子碎片進(jìn)行確證,防止出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。將質(zhì)譜分析反應(yīng)生成物的離子碎片圖譜與儀器軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)相比較,當(dāng)以下2種條件均得以滿足時(shí)可以確認(rèn)被檢測(cè)物為苯:①反應(yīng)待測(cè)液的總離子流圖經(jīng)提取離子后的圖譜中色譜峰保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)品中色譜峰保留時(shí)間相同;②色譜峰對(duì)應(yīng)質(zhì)譜離子碎片的質(zhì)荷比與標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)相比較,其匹配度>99。

(a)為苯標(biāo)準(zhǔn)品的總離子流圖經(jīng)提取離子后的圖譜,(b)為樣品反應(yīng)液的總離子流圖經(jīng)提取離子后的圖譜,其色譜峰保留時(shí)間均為2.548min。是試驗(yàn)所得生成物特征離子質(zhì)譜圖與苯標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對(duì)照(上方為試驗(yàn)所得生成物特征離子質(zhì)譜圖(a),下方為苯標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖(b)),其匹配度為100。

試驗(yàn)對(duì)反應(yīng)生成的苯定量分析采用外標(biāo)法,苯標(biāo)準(zhǔn)工作曲線在濃度范圍為25～200μg/L中,其線性方程為Y=643.47x-454.37,相關(guān)系數(shù)為0.996 5。反應(yīng)生成苯的濃度通過(guò)將儀器積分所得豐度帶入線性方程計(jì)算而得。

2.2 食醋溶液中各因素對(duì)苯生成量的影響

由于釀制原料和工藝條件不同,食醋風(fēng)味各異,其中所含物質(zhì)也會(huì)有細(xì)微差別。一般來(lái)說(shuō),家用食醋都是由糧食發(fā)酵而得,主要成分為高級(jí)醇類、3-羥基丁酮、二羥基丙酮、酪醇、乙醛、甲醛、乙縮醛、乙酸(含量3%～5%)、琥珀酸、草酸及山梨糖等,苯甲酸鈉是食醋中常用的防腐劑,我國(guó)規(guī)定限量為1.0g/kg。

2.2.1 陳醋溶液中各因素對(duì)苯生成量的影響。采用陳醋調(diào)節(jié)溶液酸度,所得溶液pH值和溶解氧(DO)、Cu2+、Fe3+濃度及生成苯的濃度與陳醋濃度結(jié)果表明,隨著溶液中陳醋濃度的增加,溶液pH值下降,Cu2+、Fe3+濃度上升,溶解氧濃度則基本保持不變。在此過(guò)程中,與Gardner的磷酸鹽和醋酸鹽緩沖溶液體系中苯的生成量在pH值2～7范圍內(nèi)隨pH值降低而增加不同,在陳醋中,苯的生成量隨陳醋濃度增加,即pH值的降低先增加后降低,當(dāng)陳醋體積濃度為10%時(shí),苯在陳醋溶液中的生成量達(dá)到最大值,此時(shí)溶液pH值為3.83。在陳醋體積濃度由0增加到10%過(guò)程中,溶液pH值由4.99降至3.83,此時(shí)苯生成量的增加速度很快,由9.94μg/L迅速上升至70.06 μg/L,增加了7倍;而當(dāng)陳醋體積濃度繼續(xù)增加至100%,苯的生成量又迅速降至10μg/L以內(nèi),這時(shí)pH值降至3.5。

2.2.2 白醋溶液中各因素對(duì)苯生成量的影響。白醋溶液中溶液pH值、溶解氧濃度、Cu2+濃度、Fe3+濃度及生成苯的濃度隨溶液中白醋濃度的變化趨勢(shì)與陳醋中基本相同,但苯的濃度變化較為平緩。當(dāng)白醋體積濃度由2%升至15%時(shí),溶液pH值由4.21降至3.54,在此過(guò)程中苯生成量的增加幅度較大,由14.46μg/L迅速升至最大值139.74μg/L;當(dāng)白醋體積濃度大于15%時(shí),溶液pH值緩慢降低,苯生成量的下降速度也較為緩慢;當(dāng)白醋濃度達(dá)到100%時(shí),苯的生成量降至101.42μg/L,此時(shí)溶液pH值為2.97。

2.3 果汁溶液中各因素對(duì)苯生成量的影響

2.3.1 檸檬汁溶液中各因素對(duì)苯生成量的影響。檸檬汁溶液中隨著檸檬汁濃度的增加,溶液pH值、溶解氧濃度、VC濃度、Cu2+濃度、Fe3+濃度及生成苯濃度的變化趨勢(shì)其中VC、Cu2+、Fe3+濃度均隨檸檬汁濃度的增加而線性增加;而溶解氧的濃度變化不大,基本保持在7mg/L左右;生成苯的濃度先增加后減少,當(dāng)檸檬汁體積濃度為32%時(shí),生成苯的濃度達(dá)到最大值42.92μg/L,此時(shí)溶液pH值為2.84;當(dāng)檸檬汁體積濃度小于32%時(shí),溶液中苯的生成量隨檸檬汁濃度的降低而降低。但是由于受純檸檬汁pH值高達(dá)2.74所限,檸檬汁體積濃度達(dá)到100%時(shí),溶液pH值仍較高,為2.76,此時(shí)與最高值點(diǎn)相比,VC的含量增加了2.03倍,但苯的生成量卻由最高值42.92μg/L下降至40.60μg/L?？赡苡捎谠诖巳芤褐蠽C已經(jīng)過(guò)量,其量不是影響反應(yīng)的限制性因素。由此可知,對(duì)于檸檬汁在pH值2.6～3.6范圍內(nèi),同樣存在苯生成的最適pH值為2.84。

2.3.2 橙汁溶液中各因素對(duì)苯生成量的影響。試驗(yàn)同時(shí)還考察了橙汁溶液中各因素對(duì)生成苯濃度的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),反應(yīng)液中未有可檢測(cè)苯的生成。分析原因是純橙汁本身pH值較高,為3.93,加入苯甲酸鈉后更是高達(dá)4.13;而陳醋、白醋、檸檬汁溶液中,pH值大于4時(shí)也已基本沒(méi)有苯的生成,故認(rèn)為橙汁溶液中未有可檢測(cè)苯的生成是由于其pH值均不在能夠生成苯的pH值范圍之內(nèi)。

2.4 純食醋、果汁中苯含量的檢測(cè)

試驗(yàn)還對(duì)純陳醋、白醋、檸檬汁、橙汁(即試驗(yàn)過(guò)程中未添加苯甲酸鈉和VC)中苯的含量進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)沒(méi)有可檢測(cè)到的苯存在。根據(jù)Gardner提出的溶液中苯甲酸鈉和VC反應(yīng)生成苯的5個(gè)必要條件分析,純陳醋、白醋中沒(méi)有苯的生成,是由于:①雖然該市售陳醋、白醋的標(biāo)簽上注明樣品中添加了苯甲酸鈉作為防腐劑,但未標(biāo)有具體含量,可能該陳醋、白醋中苯甲酸鈉含量較低,導(dǎo)致沒(méi)有可檢測(cè)到的苯生成;②純陳醋、白醋中不含VC,從而反應(yīng)液中缺少還原劑。純檸檬汁中沒(méi)有苯的生成是由于檸檬汁中不含苯甲酸鈉。純橙汁中沒(méi)有苯的生成,是由于:①純橙汁的pH值較高,為3.93,不在苯甲酸鈉和VC反應(yīng)生成苯的pH值范圍中;②純橙汁中不含有苯甲酸鈉。

3 結(jié)論與討論

3.1 食醋、果汁濃度對(duì)苯的生成量的影響

試驗(yàn)研究了2種食醋、果汁中,食醋和果汁濃度變化時(shí)苯甲酸鈉與VC反應(yīng)生成苯量的變化趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果表明,反應(yīng)液中苯的生成量隨食醋、果汁濃度的降低,即溶液pH值的升高而先增加后減少,反應(yīng)在一定的pH值范圍中存在最佳pH值,這與Gardner在1993年提出的在pH值 2～7的范圍中,苯的生成量隨反應(yīng)液pH值的升高減少完全不同,說(shuō)明在實(shí)際食品體系中H+對(duì)該反應(yīng)的影響表現(xiàn)在2個(gè)方面,當(dāng)溶液pH值較小時(shí),溶液中在的H+對(duì)苯的生成有抑制作用;當(dāng)溶液pH值較大時(shí),H+對(duì)苯的生成有促進(jìn)作用。

3.2 最佳pH值

研究還發(fā)現(xiàn),在不同食品體系中反應(yīng)的最佳pH值各不相同,陳醋溶液的最佳pH值為3.83、白醋為3.54、檸檬汁為2.84;且在最佳pH值時(shí),相同濃度的苯甲酸鈉和VC反應(yīng)生成苯的濃度也有所不同,陳醋溶液中在最佳pH值時(shí)生成苯的濃度是70.06μg/L、白醋為139.74μg/L、檸檬汁為42.92μg/L。

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