直接光度法和酸度控制光度法相結(jié)合測定碳酸飲料中的共存色素

江虹,龐向東

(長江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,重慶,408100)

飲料生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中常加入食品合成色素,以提升消費(fèi)者的食欲和購買欲。但合成色素食用過多,會對人體造成危害。GB 2760—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑-使用標(biāo)準(zhǔn)》對食品中加入合成色素的使用量作了嚴(yán)格規(guī)定,如碳酸飲料中的藍(lán)色染料亮藍(lán)不得超過0.025 g/kg、糖果中亮藍(lán)不得超過0.30 g/kg,飲料和糖果中的黃色染料檸檬黃和日落黃均不得超過0.10 g/kg。故研究食品中合成色素的含量有著重要意義。目前,國內(nèi)外對食品中合成色素的檢測方法主要有:高效液相色譜法[1-4]、液-質(zhì)聯(lián)用法[5-6]、熒光法[7-9]、電化學(xué)法[10-12]和分光光度法[13-15]等。前2種方法前處理相當(dāng)麻煩、費(fèi)時(shí),且運(yùn)行成本較高;熒光法和電化學(xué)法的條件要求均較苛刻;分光光度法雖然操作簡便,儀器價(jià)廉,但對食品復(fù)雜成分中色素,尤其是各色素吸收峰重疊較大時(shí),不便進(jìn)行分析,需采用某些吸附和分離措施才能進(jìn)行檢測,使操作變得非常復(fù)雜;文獻(xiàn)所報(bào)道的分光光度法除采用吸附、分離措施外,還用較復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式來處理混合色素的含量分析問題。本文根據(jù)被測物的定性分析結(jié)果,采用直接光度法和酸度控制光度法相結(jié)合的方法,來實(shí)現(xiàn)碳酸飲料中混合色素的定量分析,尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):亮藍(lán)(bright blue,BRIB;純度≥98%,Lot:YO1030 JA13)、檸檬黃(tartrazine,TAR;純度≥98%,Lot:A3 J6L1)、日落黃(sunset yellow,SUN;純度≥98%,Lot:JN1103RA14),北京盛世康普化工技術(shù)研究院,北京普析科技有限公司。

試劑:燦爛綠(bright green,BRIG;純度99%),成都市科龍化工試劑廠;氨丁三醇(Tris,純度99%),河南天孚化工有限公司;鹽酸、氨水(NH3·H2O)、甲酸、無水乙醇,均為分析純,重慶川東化工有限公司;聚酰胺粉(純度99%),化夏化學(xué)北京公司;檸檬酸(分析純)、甲醇(分析純),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;水,自制超純水。

樣品:芬達(dá)蘋果味飲料(1#)、芬達(dá)橙味飲料(2#)、佳得樂藍(lán)莓味飲料(3#),當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

KQ-200VDE型超聲波清洗機(jī),昆山市超聲儀器有限公司;U—3010型紫外-可見分光光度計(jì),日本日立公司;pHS-3C型酸度計(jì),上海虹益儀器儀表有限公司生產(chǎn)。

1.3 溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液:1.00×10-3mol/L BRIB(854.0 mg/L)、TAR(534.4 mg/L)和SUN(452.4 mg/L)貯備液,操作液均為1.00×10-4mol/L,于冰箱4 ℃保存。BRIG 溶液:1.00×10-3mol/L水溶液。Tris-HCl溶液:pH 3.0～9.8(用pH 計(jì)測定)。

1.4 樣品處理

分別準(zhǔn)確移取1#～3# 飲料30.0 mL,置于各小燒杯中稱量(精確至±0.000 1 g),于45 ℃超聲20 min(除CO2),再用NH3·H2O調(diào)至近中性,加熱至60 ℃,往樣液中加入1 g已調(diào)成糊狀的聚酰胺粉,攪拌、抽濾,用60 ℃ pH 4.0的水(用檸檬酸調(diào)成pH 4.0)洗滌3～5 次(每次5 mL),再用甲醇-甲酸(體積比6∶4)混合液洗滌3～5次(每次5 mL),最后用水洗至洗出液為無色為止。用乙醇-氨水-水混合液(體積比7∶2∶1)解吸3～5次(每次5 mL),直至色素完全解吸,合并解吸液,加乙酸中和至近中性,再在70 ℃水浴上蒸發(fā)至近干,加水溶解后定容至5.0 mL。取該液4.0 mL,用水定容至25.0 mL,得1#～3#待測液,冰箱4 ℃保存。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

取1.4的待測液掃描吸收光譜,定性分析各樣液中所含物質(zhì)的成份,再進(jìn)行各物質(zhì)的定量分析。準(zhǔn)確移取適量1.00×10-4mol/L BRIB標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL比色管中,用水稀釋至刻度,搖勻。再準(zhǔn)確移取適量1.00×10-4mol/L TAR和SUN標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別置于10 mL比色管中,加入2.00 mL 1.00×10-3mol/L BRIG和1.00 mL Tris-HCl溶液(pH 3.50),搖勻,用水定容。待充分反應(yīng)15 min后,在分光光度計(jì)上以水作參比,在628 nm處測定BRIB溶液的吸光度(A1);以相應(yīng)的試劑空白作參比,在426 nm處測定TAR-BRIG 體系的吸光度(A2),在500 nm處測定SUN-BRIG體系的吸光度(A3)。從而求得飲料中共存色素—BRIB、TAR和SUN的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 亮藍(lán)、檸檬黃、日落黃及與燦爛綠反應(yīng)的吸收光譜特征

亮藍(lán)、檸檬黃、日落黃及經(jīng)1.4處理后的待測飲料樣液的吸收光譜圖見圖1。亮藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液在628 nm處有最大吸收(曲線1),檸檬黃標(biāo)準(zhǔn)溶液在428 nm有最大吸收(曲線2),日落黃標(biāo)準(zhǔn)溶液在480 nm處有最大吸收(曲線3);比較1#樣～3#樣的吸收曲線,可定性:1#樣中含有亮藍(lán)和檸檬黃(曲線4),2#樣中含有日落黃和檸檬黃(曲線5),3#樣中含有亮藍(lán)(曲線6)。

1-8.54 mg/L亮藍(lán),水作參比;2-5.34 mg/L檸檬黃,水作參比;3-4.52 mg/L日落黃,水作參比;4-1#飲料樣液;5-2#飲料樣液;6-3#飲料樣液圖1 亮藍(lán)、檸檬黃、日落黃及飲料樣液的吸收光譜Fig.1 The absorption spectra of bright blue,tartrazine,sunset yellow and beverage samples

由圖2-a可知,當(dāng)亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃共存時(shí),在628 nm處,可直接測定亮藍(lán)的吸光度,檸檬黃和日落黃不干擾測定;而檸檬黃和日落黃的吸收曲線相互重疊較多,干擾較大,不能進(jìn)行分別定量測定。

由圖2-b可知,當(dāng)以燦爛綠作探針,在pH 3.50 Tris-HCl條件下,檸檬黃與燦爛綠反應(yīng)生成的離子締合物的最大吸收波長位于426 nm(燦爛綠的最大吸收波長為623 nm),相比燦爛綠紫移197 nm,說明檸檬黃與燦爛綠確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)生成了新的物質(zhì);日落黃與燦爛綠反應(yīng)生成的離子締合物的最大吸收波長位于500 nm,相比燦爛綠藍(lán)移123 nm,說明兩者確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)生成了新物質(zhì)。從吸收曲線2和曲線3可知,亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃共存時(shí),可以在426 nm處測定檸檬黃,日落黃和亮藍(lán)不干擾測定,也可在500 nm處測定日落黃,檸檬黃和亮藍(lán)也不干擾測定。

由圖3可知,亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃在各自相應(yīng)條件下,均有線性吸收關(guān)系。故當(dāng)亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃共存時(shí),可用分光光度法直接測定亮藍(lán),用酸度控制(pH 3.5 Tris-HCl溶液)分光光度法分別測定共存物中的檸檬黃和日落黃,從而達(dá)到分別測定共存色素含量的目的。吸收光譜特征見表1。

2.2 溶液pH

從2.1分析可知,當(dāng)亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃共存時(shí),檸檬黃和日落黃不干擾亮藍(lán)的測定,即亮藍(lán)不需輔助條件便可直接進(jìn)行定量測定,當(dāng)考察Tris-HCl酸度對亮藍(lán)吸光度的影響時(shí),結(jié)果表明,亮藍(lán)基本不受酸度的影響,這與它的耐酸、耐堿性一致,故實(shí)驗(yàn)中不用調(diào)節(jié)酸度;亮藍(lán)對檸檬黃和日落黃的測定基本不干擾,當(dāng)以燦爛綠作探針時(shí),亮藍(lán)也不干擾檸檬黃和日落黃的測定;檸檬黃與日落黃測定中的干擾主要為兩種物質(zhì)的互相干擾,因此本實(shí)驗(yàn)考察了分別測定共存物中檸檬黃和日落黃時(shí)所需的酸度條件。從圖4-a可知,檸檬黃-燦爛綠體系與日落黃-燦爛綠體系在426 nm波長和pH 3.50 Tris-HCl條件下,可以單獨(dú)測定檸檬黃,日落黃不干擾;從圖4-b可知,檸檬黃-燦爛綠體系與日落黃-燦爛綠體系在500 nm波長和pH 3.50 Tris-HCl條件下,可以單獨(dú)測定日落黃,檸檬黃不干擾。故在2.00 mL 1.00×10-3mol/L燦爛綠條件下,選擇1.00 mL Tris-HCl (pH 3.50) 分別作為測定檸檬黃和日落黃的介質(zhì)條件,從而達(dá)到分別測定共存物質(zhì)的目的。

a-426 nm的吸光度值;b-500 nm的吸光度值1-5.34 mg/L檸檬黃-2.00×10-4 mol/L燦爛綠;2-4.52 mg/L日落黃-2.00×10-4 mol/L燦爛綠圖4 溶液pH對吸光度 的影響Fig.4 Effect of solution pH on absorbance

2.3 反應(yīng)時(shí)間

在前述條件不變的情況下,對亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃測定中是否受時(shí)間影響進(jìn)行了考察。結(jié)果表明,單獨(dú)的亮藍(lán)測定不受時(shí)間影響;檸檬黃-燦爛綠體系與日落黃-燦爛綠體系受時(shí)間影響較大,只有在充分反應(yīng)15 min后至60 min進(jìn)行測定,吸光度才最大且穩(wěn)定。故測定時(shí)間選在最佳時(shí)間段。

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及靈敏度

準(zhǔn)確移取1.00×10-4mol/L亮藍(lán)和日落黃標(biāo)準(zhǔn)液0.00、0.20、0.60、1.00、1.40、1.80 mL,檸檬黃標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 mL,分別置于10 mL比色管中,并于檸檬黃和日落黃的比色管中加入1.00 mL Tris-HCl溶液(pH 3.50)和2.00 mL 1.00×10-3mol/L燦爛綠溶液,用水定容,搖勻,按1.5中的測定方法測定各標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度(n=3),作吸光度和質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線,其相關(guān)參數(shù)見表2?？梢?該方法有較寬的線性范圍、較好的線性關(guān)系和較高的靈敏度。

表2 亮藍(lán)、檸檬黃及日落黃的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)參數(shù)Table 2 Related parameters of standard curves of bright blue,tartrazine and sunset yellow

2.4.2 方法的選擇性

按照1.5 的方法,考察某些可能的共存物質(zhì)對該方法測定亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃的影響,結(jié)果見表3?？芍?當(dāng)相對誤差<±5%時(shí),用本方法測定亮藍(lán)、檸檬黃及日落黃時(shí),氨基酸類、糖類及食品中常見的部分添加劑均有較大允許倍數(shù),常見陰、陽離子中除Fe3+和Al3+的允許倍數(shù)較小外,其余離子有較大允許倍數(shù),不干擾亮藍(lán)、檸檬黃及日落黃的測定。故該法有良好的選擇性。

表3 共存物質(zhì)的影響Table 3 Effect of coexistent substance

2.4.3 樣品測定、準(zhǔn)確度及精密度

取1.4下制備好的待測液2.00 mL代替標(biāo)準(zhǔn)溶液,按實(shí)驗(yàn)方法測定各樣液中亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃的含量(n=5)。再照樣液的制備方法制取樣加標(biāo)(不同濃度水平)溶液,做加標(biāo)回收試驗(yàn)(n=5)。同時(shí),用GB 5009.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中合成著色劑的測定》中HPLC法作對照試驗(yàn),并對2種方法的測定結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),結(jié)果見表4。F檢驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)置信度為90%,2種方法的測定次數(shù)均為5(自由度為4)時(shí),2種方法測定結(jié)果的精密度間無顯著性差異;t檢驗(yàn)結(jié)果表明,2種方法的準(zhǔn)確度間無顯著性差異。故新方法準(zhǔn)確可靠,可用于定量測定碳酸飲料中共存的亮藍(lán)、檸檬黃及日落黃的含量。

表4 飲料樣品分析結(jié)果及回收試驗(yàn)(n=5)Table 4 Analysis results and recovery test of beverage samples (n=5)

3 結(jié)論

用直接光度法測定共存色素(亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃)中的亮藍(lán)、用酸度控制光度法分別測定共存物中的檸檬黃和日落黃,有較寬的線性范圍、較高靈敏度和較好的選擇性,準(zhǔn)確度和精密度均滿足定量分析要求。樣品處理中,色素經(jīng)吸附、洗脫處理后,可以不經(jīng)分離便可達(dá)到分別測定共存色素的目的。該法與液相色譜法相比,更為簡便、快速。該法適于芬達(dá)蘋果味、橙味及佳得樂藍(lán)莓味飲料中共存亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃的批量測定。