极谱法测定美年达饮料中色素的种类及含量

1、极谱法测定美年达饮料中色素的种类及含量程帅抚顺师范高等专科学校生化系 03园艺技术 113006摘 要:通过超声除气法进行饮料样品处理, 磷酸盐缓冲溶液做色素测定底液, 在扫描速度 250mv/s、 底液的初始扫描电位 -0.2 V 和终止扫描电位 -0.9 V 的条件下,采用标准极谱法测定抚顺地区销售美 年达饮料中的色素种类及含量。 得出了极谱法比 HPLC 法经济耐用, 比薄层色谱法操作简单、 结果准 确。 同时证明了饮料中常用色素共存时互不影响测定的结论, 并对美年达饮料色素含量进行了评价。 关键词:极谱法 色素 饮料中图分类号:O6-332 文献标识码:A1 食用色素概述1.1色素的分

2、类食用色素是以给食品着色为主要目的的添加剂,也称着色剂。食用色素使食品具 有悦目的色泽,对增加食品的嗜好性及刺激食欲有重要意义。色素按其来源可分为两 大类:即天然色素与合成色素。天然色素是来自于植物色素组织。 截止 1998年底, 我国批准允许使用的食用天然 色素共有 48种、包括天然 胡萝卜素、甜菜红、姜黄、红花黄、紫胶红越橘红、辣 椒红,辣椒橙、焦糖色(不加氨生产、焦糖色生产焦糖色(加氨生产、红米红, 菊花黄浸膏,黑豆红、高梁红、玉米黄、萝卜红;可可壳色、红曲米、红曲红、落葵 红、黑加伦红、桅子黄、桅子兰,沙棘黄、玫瑰茄红、橡子壳棕, NP 红、多惠柯棕, 桑椹红、天然芥菜红、金樱子棕;姜

3、黄素、花生农红、葡萄皮红等。这些天然色素是 从植物、 微生物或动物可食部分用物理方法提取精制而成, 在这 48个天然色素品种中, 目前我国主要生产,使用和出口的产品有 40种,包括焦糖色素、辣椒红、 -胡萝卜 素、叶绿素铜钠盐、高梁红、红曲米等。合成色素是以煤焦油为原料制成。 截止 1998年底, 我国批准允许使用的合成色素 有:觅菜红、觅菜红铝色淀、胭脂红、胭脂红铝色淀、赤药红;赤露红铝色淀、新红,新红铝色淀。柠檬黄、柠檬黄铝色淀、日落黄、日落黄铝色淀、亮兰;亮兰铝色淀、 靛兰、靛兰铝色淀,叶绿素铜钠盐、 B-胡萝 B 卜素、二氧化钛、诱惑红;酸性红等, 共 21种。 目前国内使用的较多的合

4、成色素有 9种, 包括苋菜红、 胭脂红、新红、柠檬 黄、日落黄、靛蓝、亮蓝、赤红、诱惑红等。1.2 合成色素的发展作为食品添加剂的食用着色剂,是主要用于全面改善食品外观和食品质量的重要 原料。目前国外允许使用的天然色素有 94种、合成色素 58种。美国允许使用的天然 色素品种为 26个,广泛使用的有胭脂树红、 -胡萝卜素、辣椒红、甜菜红、胭脂红 等。 日本是世界上使用天然色素最多的国家之一, 收入食品添加剂目录的品种有 20多 种。欧共体批准使用的天然色素近 30种。 在当今世界的食用色素消费中,各个国家 和地区发展也各不相同, 其中美国占到 40%, 是食用着色剂消费大国。 据美国 FDA

5、公 布的 FD&C法定食用着色剂达 5000吨,其中包括应用于医药和化妆品的色素。食用 色素在最终食品市场的比例:酒精饮料 29%、宠物食品 15%、糖果 13%、其它食品用 途 12%、甜食粉 9%、焙烤食品 9%、谷物制品 5%、日常产品 5%、香肠制品 3%。在 德国地区,合成色素的使用量是天然色素的两倍,但在日本,合成色素的使用量不到 天然色素的十分之一。近年来,随着我国食品添加剂消费量和消费水平的不断提高,我国的食用着色剂 的消费量也增长很快。目前,我国允许使用的合成色素有苋菜红、胭脂红、柠檬黄、 日落黄和靛蓝,它们分别用于果味水、果味粉、果子露、汽水、配制酒、红绿丝、罐 头

6、以及糕点表面上彩等。 虽然我国食用合成着色剂年消费量约在 25002800吨, 全国 人均年消费量只有 2g 左右,与工业发达国家人均年消费量 10至 20克相比相差甚远, 但我国天然色素近几年发展也很快,而且由于商品价格和规格不一,很难精确统计。 1.3 常见饮料色素的性质(1胭脂红:胭脂红,亦称丽春红 4R ,是我国允许使用的人工合成色素之一。它是 1-(4-磺基 -1萘偶氮 2-萘酚 -6, 8-二磺酸的三钠盐,属于单偶氮色素,为红 至暗红色均匀颗粒粉末,无臭,易溶于水,不溶于油脂,难溶于乙醇,溶于甘油;本 品吸湿性强,水溶液呈红色,耐光,耐热(105对柠檬酸、酒石酸稳定,但耐细菌 性差

7、,耐还原性差,遇碱变褐色。每日允许摄入量(ADI 暂定为 <0.125mg/kg,最大 使用量为 0.05g/kg。本品是常见人工合 成色素之一, 人工合成色素对人体都有不同 程度的损害,至于是否致癌还有待更多的研究来证明。此外,本品在生产过程中可能 混入有毒物质,故应慎用。其化学结构式为:(2柠檬黄:外观性状为橙黄色粉末,无臭,耐光,耐热,耐酸性耐盐均好,耐氧化 性差,易溶于水,溶于甘油,丙二醇,微溶于乙醇,不溶于油脂, 0.1%的水溶液呈黄 色,柠檬黄在酒石酸和柠檬酸中稳定,是着色剂中最稳定的一种,它是食用黄色素中 使用最多的,应用广泛它可与其他色素复配使用,匹配性好。(3日落黄:外

8、观性状为橙红色粉末,无臭,耐光,耐热性强,易吸湿, 易溶于 水溶与甘油, 丙二醇微溶于乙醇, 不溶于油脂, 其 0.1%水溶液呈橙黄色, 在柠檬酸和 酒石酸中稳定,耐酸性强,遇碱呈红褐色,还原时退色。(4苋菜红:外观性状为红褐色粉末,无臭,耐光,对还原,氧化敏感, 微溶于 水,水溶液呈红色,溶于甘油,丙二醇及稀糖浆中,稍溶于乙醇和溶纤素中,不溶于 其他有机溶剂,苋菜红在浓硫酸中呈紫色,稀释后呈桃红色,在浓硝酸中呈亮红色, 在盐酸中呈棕色,发生黑色沉淀,苋菜红对氧化还原作用敏感,所以不适合于在发 酵食品中使用。(5亮兰:(6靛蓝:1.4食用色素的选择使用我国允许使用的色素的颜色种类不多, 为丰富

9、色彩, 可将红、 黄、 蓝三种基色按 不同比例拼出多种色调。除基色以外,现在大多数生产商均可提供调配色,包括巧克 力棕、葡萄紫、草莓红等。为了提高水溶性着色剂在油脂中的分散性,或提高脂溶性 着色剂在水中的分散性,最简便的加工方法也是乳化调配。乳化型着色剂中乳化剂、 防腐剂、其他助剂的使用量一般为着色剂量的 2%, 、 0.2%, 、 1%。使用限量胭脂红,每日允许摄入量(ADI 暂定为 <0.125mg/kg,最大使用量为 0.05g/kg。1.5 合成色素的安全分析1.5 .1食用色素安全性无论是食品还是食品添加剂,无论是合成食用色素还是天然食用色素,它们的安 全稳定性一直是国内外关注

10、的重点。每种食用色素被批准之前都需做大量的试验,提 供大量可靠的数据。它们的安全性采用综合评价方法,各国的评价程序有所不同,但 主要依据都是饲养动物的毒性、毒理试验数据和使用色素的化学结构、性质、纯度、 杂质及稳定性等因素。早在上世纪 80年代至 90年代初大量出现的毒理学研究报告, 对现有的合成食用着色剂多次进行了动物试验和毒理性再评价。 其中就包括:苋菜红、 胭脂红、赤藓红、柠檬黄、亮蓝、靛蓝、诱惑红等。 1994年世界卫生组织及联合国粮 农组织食品添加剂专家委员会(JECFA 对某些着色剂也公布了毒理学评价结果,并 相应提出了 ADI 值(也就是人体每日最大允许摄入量。我国食品添加剂使用

11、卫生 标准 GB2760中规定使用的 22种合成食用着色剂品种以及它们的允许使用范围和使 用量也是这一评价结果的依据。 因此, 目前国内可使用的这 22种合成着色剂在最大使 用限量范围内正确使用都是安全可靠的。人工合成色素是指用人工化学合成方法所制得的有机色素,主要是以煤焦油中分 离出来的苯胺染料为原料制成的。在很长的一段时间里,由于人们没有认识到合成色 素的危害,并且合成色素与天然色素相比较,具有色泽鲜艳、着色力强、性质稳定和 价格便宜等优点,许多国家在食品加工行业普遍使用合成色素,我国食品、饮料行业 用的主要着色剂也是人工合成色素,而且可广泛应用于药品和化妆品行业。随着社会的发展和人们生活

12、水平的提高,越来越多的人对于在食品中使用合成色 素会不会对人体健康造成危害提出了疑问。与此同时,大量的研究报告指出,几乎所 有的合成色素都不能向人体提供营养物质,某些合成色素甚至会危害人体健康。 合成色素是以煤焦油为原料制成的,通称煤焦色素或苯胺色素,对人体有害。危 害包括一般毒性、致泻性、致突性(基因突变与致癌作用,特别是偶氮化合物类合 成色素的致癌作用更明显。偶氮化合物在体内分解,可形成丙种芳香胺化合物,芳香 胺在体内经过代谢活动后与靶细胞作用而可能引起癌肿。此外,许多食用合成色素除 本身或其代谢物有毒外,在生产过程中还可能混入砷和铅。过去用于人造奶油着色的 奶油黄,早已被证实可以导致人和

13、动物患上肝癌,而其它种类的合成色素如橙黄能导 致皮下肉瘤、肝癌、肠癌和恶性淋巴癌等。前苏联在 1968 1970年曾对苋菜红这种 食用色素进行了长期动物试验, 结果发现致癌率高达 22%。美、英等国的科研人员在 做过相关的研究后也发现, 不仅是苋菜红, 许多其它的合成色素也对人体有伤害作用, 可能导致生育力下降、畸胎等等,有些色素在人体内可能转换成致癌物质。2色素测定方法目前检测色素含量的方法有很多,例如:高效液相色谱法、卡尔曼滤波 分光 光度法、柱层析富集分离 -分光光度法、薄层色谱法、微机极谱法等。1高效液相色谱法:应用 HPLC 法测定食用合成色素, 方法灵敏, 重现性好, 准确度高,

14、使用最为广泛。 为国家标准方法的第一法。 食品中人工合成色素用聚酰胺吸附法或液 -液分配法提取,制成水溶液,注入高效液相色谱仪,经反相色谱分离,根据保留时间定性和外标峰面积比较进行定 量。胭脂红的最小检出量为:8ng, 当进样量相当 0.025g 时最低检出浓度为:0.32mg/kg。2卡尔曼滤波 分光光度法3 柱层析富集分离 -分光光度法4薄层色谱法5极谱法:本法是利用 食品中 人工合成色素 (着色剂 含有氮氮双键和碳碳双键的电活 性基团, 特定的缓冲溶液中, 在滴汞电极上可还原产生还原波, 波高与其浓度成正比, 该法操作 简便, 选择性强和灵敏度高。 合成着色剂的检出限一般可达到 0.2g

15、/mL。 标准曲线建立在 0.205.00g/mL范围内,线性关系良好,当食品中存在一种或两种以上互不影响测 定的着色剂时,可用其进行定性分析。3 色素测定3.1 仪器试剂MP-2极谱仪(山东电讯 超声波除气机 加样枪磷酸氢二钠 氯化钠 氢氧化钠 盐酸 着色剂标准溶液试剂物性 美年达饮料(葡萄味和橘子味试剂配制1底液 A (磷酸盐缓冲液 :称取 17.8g 含结晶水的磷酸氢二钠 (Na 2HPO 4·12H 2O 及 5.0g 氯化钠,加水溶解后稀释至 0.5L 。该底液可作苋菜红、胭脂红、日落黄、柠 檬黄以及靛蓝着色剂的测定底液。2底液 B(乙酸盐缓冲液 :量取 20.0mL 冰乙

16、酸, 加水约 200mL , 加入 10.0g 无水 乙酸钠,溶解后加水稀释至 0.5L 。该底液可作靛蓝、亮蓝、柠檬黄、日落黄着色剂的 测定底液。3着色剂标准溶液:准确称取按其纯度折算为 100%质量的人工合成着色剂 0.100g ,溶解后置于 100mL 容量瓶中,加水至刻度。此溶液 1mL 含 1.00 mg着色剂。4着色剂标准使用溶液:吸取着色剂标准溶液 1.00mL ,置于 100mL 容量瓶中, 加水至刻度(稀释 100倍 。此溶液 1mL 含 10.0 g 着色剂。 3.2 样品处理滴汞电极,一阶导数,三电极制,扫描速度 250mv/s,选择合适的初始电位、终 止电位和参考峰电位

17、。 混合色素测定干扰实验:取磷酸盐底液或乙酸盐底液 5mL ,置 10 mL比色管中, 用微量注射器注入各种(磷酸盐底液加入,乙酸盐底液加入着色剂,用水稀释到 10mL ,使各着色剂的含量均为 0.50, 1.00, 2.00, 3.00g/mL,在极谱仪上测定后由微 机自动作出极谱图,见图 1和图 2。分别吸取着色剂 各色素 标准使用溶液 0, 0.50, 1.00, 2.00, 4.00, 6.00ml , 8.00 ml分别于 10mL 比色管中,加入 5.00mL 底液 , 用水定容至 10.0mL, (浓度分别为 0、 0.50、 1.00、 2.00、 4.00、 6.00、 8.

18、00g/mL, 0为试剂空白溶液 。混匀后于极谱 仪上测定系列标准溶液的 峰高。 分别作各种(色素的 标准曲线 (横坐标浓度 g/mL,纵坐标 峰高 H 单位?取各样品处理液 1.00 mL,或一定量 (复合色素峰电位较近时,尽量取稀溶液 , 加 底液 5.00 mL, 加水至 10.00 mL, 摇匀后与标准系列溶液同时测定,记录样品峰高,用 标准曲线法计算样品中着色剂的含量。4 结果与讨论4.1色素种类测定 混合着色剂的极谱图表明:磷酸盐底液适合于红色和黄色复合色素, 可作苋菜红、 胭脂红、日落黄、柠檬黄以及靛蓝着色剂的测定底液。乙酸盐底液适合于绿色和蓝色 复合色素,可作靛蓝、亮蓝、柠檬黄

19、、日落黄着色剂的测定底液。当测定一个未知着 色剂的样品时,可采用图谱扫描的方式进行定性。 标准加入法定性检测色素的极谱图表明:美年达 葡萄饮料中含有苋菜红和亮蓝, 美年 达 橘子饮料中含有胭脂红、日落黄、柠檬黄 4.1标准曲线 苋菜红标准曲线 C (g/ml 4.24.3 色素含量测定 计算公式:21100010V V V C x X =X-样品中着色剂的含量, g/kg Cx-样品测定液中着色剂的含量, mg/kg V-样品取样质量(体积 , g(mlV 1-样品测定液中样品处理液的体积, ml*10-3 V 2-样品稀释后的总体积, ml*10-34.4 结论饮料中有时同时添加一种或几种合成色素外,据文献资料表明:合成色素几乎都 可以用极谱法进行检测, 只是使用的标准色素溶液、 初始电位和终级电位、 酸度不同。 试验结果表明:美年达饮料中常用的苋菜红、日落黄、胭脂红、亮兰、柠檬黄等色素共存时，互不影响测定的结果。 饮料中除添加一种或几种合成色素外，还添加柠檬酸钠、苯甲酸、山梨酸钾等酸 味剂和防腐剂。试验结果表明：美年达饮料中常用柠檬酸钠、苯甲酸、山梨酸钾等