飲料中合成著色劑測(cè)定方法研究進(jìn)展

孔蘭芬，高敏

(云南輕紡職業(yè)學(xué)院，昆明 650300)

色澤是人類(lèi)對(duì)美食最直接的評(píng)判指標(biāo)之一，食品的色澤來(lái)源于食品中的主要色素。色素依據(jù)原料來(lái)源分人工合成和天然色素[1-3]；按其分子結(jié)構(gòu)，可分成偶氮類(lèi)、二苯甲烷吸附類(lèi)和氧蒽類(lèi)等；按溶解性可分成脂溶性和水溶性。食用色素又稱(chēng)為著色劑，其炫彩的顏料可使飲食賦予亮麗的色彩而被廣泛使用[4]。其中，天然色素一般源于從動(dòng)物、植被、細(xì)菌組織中獲得的顏色。食用的天然著色劑可包括多烯類(lèi)、呋咯類(lèi)、醌類(lèi)、多酚類(lèi)以及酮類(lèi)。天然色素安全性高，兼有營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化作用、色時(shí)色調(diào)比較自然、具有芳香氣味等特點(diǎn)；而人工的全合成著色劑則包括了有機(jī)著色劑與無(wú)機(jī)著色劑，與無(wú)機(jī)著色劑相比，有機(jī)著色劑具有種類(lèi)多、顏色艷麗、染色能力較強(qiáng)、透明度好、密度小、用量少等特點(diǎn)。食物中的合成著色劑，因其色澤鮮艷、不易變色且售價(jià)低廉，而在食物制造中應(yīng)用廣泛[5-6]。

自然界的顏色不穩(wěn)定，人類(lèi)在制造食物的過(guò)程中會(huì)人為的加入某些食品添加劑——食用合成著色劑，來(lái)保持食品外表色彩的鮮麗[7]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的日益發(fā)達(dá)和民眾生活的逐步改善，越來(lái)越多的消費(fèi)者更加注重食品的營(yíng)養(yǎng)搭配是否均衡，食品是否色香味俱全，因此生產(chǎn)者往往會(huì)在食品加工過(guò)程中添加著色劑，以此來(lái)改善食品的色澤。

人工合成著色劑有著鮮艷的色彩，添加到各種食物當(dāng)中可錦上添花，食物不僅變得好看，色澤也相對(duì)艷麗，跟天然著色劑相比價(jià)格更為便宜，性質(zhì)更為穩(wěn)定[5]，因此食品加工公司更多使用人工合成著色劑，而忽視了人工合成著色劑利用過(guò)度、人類(lèi)攝入量過(guò)大所產(chǎn)生的負(fù)面影響[8-9]。如果長(zhǎng)期攝食過(guò)量的人工合成著色劑，將會(huì)造成生育力的降低，影響幼兒智力正常發(fā)育，導(dǎo)致幼兒行為過(guò)激。某些人工合成色素(譬如偶氮化物類(lèi)人工合成著色劑)在人體內(nèi)會(huì)轉(zhuǎn)換成致癌化學(xué)物質(zhì)[10-13]。為了防止濫用人工合成的著色劑，世界各國(guó)都通過(guò)立法嚴(yán)格控制食物中人工合成著色劑的用量[14-15]。我國(guó)GB 2760—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[16]中對(duì)可以利用的合成著色劑品種、應(yīng)用范圍以及最高限量均有具體規(guī)定。

常見(jiàn)的合成著色劑有檸檬黃、日落黃、莧菜紅、胭脂紅等[17]，對(duì)其檢測(cè)方式主要有伏安法[18]、高效液相色譜法[19-24]、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[25-26]、毛細(xì)管電泳法[27-28]、薄層色譜法[29]、示波極譜法[30-31]等。筆者圍繞飲料中合成著色劑的各種測(cè)定方法展開(kāi)剖析，為后期探索出更加簡(jiǎn)便、快速、精確、適用的測(cè)定方法提供參考。

1 飲料的定義及分類(lèi)

飲料是指以水為基本原材料，由不同的配方與制作工序所生產(chǎn)出供人類(lèi)直接食用的液態(tài)物質(zhì)。除了供給水分之外，某些飲料中還富含不等量的糖類(lèi)、酸、乳、鈉、脂類(lèi)、能源和各類(lèi)氨基酸、維生素、多種無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)素化學(xué)物質(zhì)，具有相當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)。根據(jù)GB 2760—2014 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[16]規(guī)定，飲料分為包裝飲用水，果蔬汁類(lèi)及其飲料，蛋白飲料，碳酸飲料，茶、咖啡、植物(類(lèi))飲料，固體飲料，特殊功能飲料，風(fēng)味飲料，其它類(lèi)飲料等9 類(lèi)。

2 飲料中的著色劑

根據(jù)GB 2760—2014 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[16]中規(guī)定，被限量使用的著色劑主要有60 種，可用于飲料中的著色劑有48 種，著色劑在添加到9 類(lèi)飲料的過(guò)程中，果蔬汁類(lèi)及其飲料類(lèi)可添加43 種，蛋白飲料類(lèi)可添加25 種，碳酸飲料類(lèi)可添加33 種，茶、咖啡、植物(類(lèi))飲料類(lèi)可添加14 種，固體飲料類(lèi)可添加20 種，特殊功能飲料類(lèi)可添加14 種，風(fēng)味飲料類(lèi)可添加41 種，其它類(lèi)飲料可添加13 種。從各類(lèi)添加的著色劑種類(lèi)數(shù)看，果蔬汁類(lèi)及其飲料類(lèi)、風(fēng)味飲料類(lèi)是添加著色劑的主要兩大類(lèi)，也是添加合成著色劑最多的兩類(lèi)。

3 飲料中合成著色劑的測(cè)定方法

3.1 高效液相色譜法

高效液相色譜法因儀器保有量大、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)而被普遍應(yīng)用[20]。GB 5009.35—2016[32]、GB 5009.141—2016[33]以 及SN/T 1743—2006[34]中規(guī)定，食品中合成著色劑檢測(cè)方法均為高效液相色譜法，然而該方法存在樣品處理及梯度洗脫程序耗時(shí)長(zhǎng)、步驟繁瑣等不足[35]，所以后續(xù)的研究對(duì)此不足進(jìn)行了改進(jìn)，以適應(yīng)大批量樣品的檢測(cè)需求。

何穎等[36]研究了市售的散裝飲料中5 種人工合成著色劑的高效液相色譜測(cè)定方法。李丹梅[35]使用高效液相色譜法，同時(shí)檢測(cè)了飲料中5 種合成著色劑。張卉[37]使用高效液相色譜法，同時(shí)測(cè)定了飲料中6 種人工合成著色劑。高家敏等[38]使用高效液相色譜法檢測(cè)飲料中12 種水溶性合成著色劑。戴玉婷等[39]使用固相萃取-高效液相色譜法檢測(cè)飲料中的9 種人工合成著色劑。張敏等[40]使用固相萃取高效液相色譜法檢測(cè)碳酸飲料中的7 種合成著色劑。鄒沫君等[41]成功研制一種檢測(cè)果汁飲料中7 種合成色素的效液相色譜法。張敏莉等[42]使用高效液相色譜法，同時(shí)檢測(cè)有乳飲料中7 種合成著色劑。汪強(qiáng)等[20]采用固相萃取-高效液相色譜-光二極管陣列檢測(cè)法測(cè)定了飲料中9 種人工合成著色劑。

整理上述文獻(xiàn)方法，對(duì)檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅和日落黃4 種合成著色劑測(cè)定的樣品處理方法、相關(guān)色譜條件、相關(guān)系數(shù)、檢出限、測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和加標(biāo)回收率等數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1 可知，9種文獻(xiàn)方法的樣品處理方法主要有固相萃取法、聚酰胺粉吸附法和超聲提取法3 種。由于有機(jī)溶劑氣體總量較低，利用固相萃取法能夠大幅減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，同時(shí)選擇高效、高選擇性的吸收物質(zhì)，能夠更高效的把解析物質(zhì)與干擾性組分隔離，簡(jiǎn)化無(wú)相分離過(guò)程，容易得到解析物質(zhì)，且回收率和富集倍率較高，使用簡(jiǎn)便、快捷；采用超聲提取法可大大提高有機(jī)著色劑的的綜合提取利用效率[43]；而采用聚酰胺粉吸附法時(shí)，聚酰胺粉的吸附能力會(huì)受外界環(huán)境的影響，回收率較低，同時(shí)操作步驟復(fù)雜，不適合大批量樣品的處理[44]。9 種文獻(xiàn)方法所用色譜柱均為十八烷基硅烷鍵合硅膠填料柱，且粒徑和柱徑均一致，柱長(zhǎng)相近，但來(lái)自不同的品牌，各品牌填料材質(zhì)和裝填方式等也各有差異，所以分析結(jié)果也會(huì)有所不同。柱溫、流量、流動(dòng)相差異不大，但4 種合成著色劑的運(yùn)行時(shí)間有所差異，大多在10 min 左右出峰，文獻(xiàn)[42]方法的時(shí)間偏長(zhǎng)，在17 min 左右。一個(gè)檢測(cè)方法的優(yōu)劣除了考慮簡(jiǎn)便、快捷外，還需考慮方法數(shù)據(jù)結(jié)果的靈敏度、精密度和準(zhǔn)確度，通過(guò)表1 中數(shù)據(jù)可看出，4 種文獻(xiàn)[20，38，40-41]方法的靈敏度、精密度和準(zhǔn)確度均較高。

表1 高效液相色譜法測(cè)定合成著色劑的分析條件及特點(diǎn)

3.2 超高效液相色譜法

張海瑞等[45]利用超高效液相色譜法對(duì)食品中10 種合成著色劑的含量進(jìn)行測(cè)定。趙卉等[46]利用超高效液相色譜法研究分離飲料中7 種合成著色劑。上述兩種超高效液相色譜方法測(cè)定檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅和日落黃4 種合成著色劑的樣品處理方法、色譜條件、相關(guān)系數(shù)、檢出限、重復(fù)性、回收率等數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由表2 可知，兩種方法的樣品處理方法是固相萃取法和聚酰胺粉吸附法，雖然兩種方法測(cè)定結(jié)果可以接受，但聚酰胺粉吸附法繁瑣、耗時(shí)。兩種方法的色譜柱均為沃特斯公司生產(chǎn)，粒徑和柱徑均一致，柱溫、流動(dòng)相差異也不大，且兩種檢測(cè)方法的靈敏度、精密度和準(zhǔn)確度均較高，但文獻(xiàn)[46]方法中色譜柱較短，流動(dòng)相流量偏大，出峰時(shí)間在2 min以內(nèi)，容易受末端吸收或溶劑峰的影響，因此文獻(xiàn)[45]方法更值得推薦。

3.3 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

張勛等[47]利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)多種食品中的16 種合成著色劑進(jìn)行了檢測(cè)，樣品處理方法為固相萃取法，除個(gè)別目標(biāo)物回收率偏低、測(cè)量準(zhǔn)確度受儀器性能影響之外，其分析靈敏度、精密度和準(zhǔn)確度均在可接受范圍內(nèi)。特別是由于質(zhì)譜具有定性準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，該法具有推廣價(jià)值。該方法的分析條件及特點(diǎn)見(jiàn)表2。

3.4 綠色高效液相色譜法

張秋菊等[48]利用綠色高效液相色譜法測(cè)定飲料中4 種人工合成著色劑，胡貝等[49]利用離子液體雙水相萃取-高效液相色譜檢測(cè)飲料中的8 種人工合成著色劑。上述兩種分析方法的樣品處理分別采用了超聲波萃取法和離子液體雙水相提取法。離子液體雙水相系統(tǒng)綜合了離子液體與雙水相系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，分相持續(xù)時(shí)間短，黏度較低，在提取過(guò)程中不易于乳化，提取率高，分離條件緩和，離子體系易于回收使用，綠色環(huán)保[50]。

上述兩種綠色高效液相色譜法的分析條件及特點(diǎn)見(jiàn)表2。由表2 中可知，盡管文獻(xiàn)[48]方法檢出限偏高，文獻(xiàn)[49]方法平均回收率偏低，但兩種方法的靈敏度、精密度和準(zhǔn)確性均滿足分析要求。這類(lèi)方法一般不使用有機(jī)溶劑，綠色無(wú)污染[51-54]，該方法簡(jiǎn)單、快速、精確、靈敏，將是未來(lái)檢測(cè)的發(fā)展方向。

表2 超高效液相色譜法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法及綠色高效液相色譜法分析條件及特點(diǎn)

3.5 分光光度法

孫延春等[55]利用分光光度法測(cè)定飲料中色素含量。該方法根據(jù)吸光度的加和性，用聯(lián)立方程組求解了飲料中檸檬黃和胭脂紅的含量，結(jié)果檸檬黃和胭脂紅加標(biāo)回收率分別為89.7%、90.6%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.89%、2.57%（n=6），準(zhǔn)確度和精密度滿足分析要求。該法試樣無(wú)須預(yù)處理，操作簡(jiǎn)便，易推廣。

3.6 薄層色譜法

張?zhí)m天等[56]利用KH-3000 型薄層色譜掃描儀，采用薄層色譜法研究了同時(shí)快速檢測(cè)飲料中26 種人工色素的方法。部分合成著色劑的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。由表3 中可知，在26 種人工色素中，選取的8 種合成著色劑重復(fù)性偏低，平均回收率雖均在80%以上，但準(zhǔn)確度相對(duì)偏低。

表3 薄層色譜法測(cè)定合成著色劑的試驗(yàn)結(jié)果 %

以檸檬黃為例，對(duì)幾種文獻(xiàn)方法進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 檸檬黃不同方法的測(cè)定結(jié)果 %

從表4 可以看出，7 種不同的方法測(cè)定的檸檬黃含量，方法不同，所采用的儀器也不同，得出的結(jié)果也不同?？傮w上看，利用高效液相色譜儀測(cè)定的方法比紫外分光光度法和薄層色譜法準(zhǔn)確度更高，重復(fù)性更好。

4 結(jié)論

分光光度法測(cè)定合成著色劑儀器操作較簡(jiǎn)便。高效液相色譜法主要應(yīng)用于檢測(cè)飲品、硬糖、配制酒、蜜餞中的合成著色劑，是目前應(yīng)用范圍最廣泛，研究成果量最大的方法。該法的靈敏度高，操作簡(jiǎn)便，精確度高，推廣性強(qiáng)，并被長(zhǎng)期沿用至今。也正是由于高效液相色譜法的上述優(yōu)點(diǎn)，在GB 5009.35—2016、GB 5009.141—2016 及SN/T 1743—2006 中規(guī)范的食物中合成著色劑測(cè)定方式均為高效液相色譜法。同時(shí)，由高效液相色譜法所派生出的超高效液相色譜分析法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法以及綠色高效液相色譜法也受到了不少學(xué)者的研究，并獲得了很好的廣泛應(yīng)用。超高效液相色譜法用在快速方面，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法在精確定性方面，而綠色高效液相色譜法用在環(huán)保方面發(fā)揮著它們各自的優(yōu)勢(shì)。

總之，高效液相色譜法測(cè)定合成著色劑，比分光光度法和薄層色譜法的精密度、準(zhǔn)確度更高。另外，樣品處理方法的研究也是一個(gè)探索的方向，發(fā)展快速、高效、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、環(huán)保的樣品處理方法是未來(lái)的技術(shù)趨勢(shì)。利用超聲萃取法作前處理，可極大地提高了有機(jī)著色劑的的綜合萃取效率，且數(shù)據(jù)結(jié)果的重復(fù)性和精度也較好；使用固相提取法，由于受固定相的吸附和洗脫物的特性影響，重復(fù)性和準(zhǔn)確度都需要逐步摸索，而此法的有機(jī)溶劑消耗量較低，因此能夠大大減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，同時(shí)使用比較高效、有選擇性的吸附物質(zhì)，可以比較高效的把分析物質(zhì)和干擾組分隔離；而使用離子液體雙水相提取法，則可以綜合利用離子液體和雙水相系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到分相時(shí)間較短、粘度顯著降低、提取過(guò)程中不易乳化、綠色環(huán)保等目的。