甜味剂是赋予食品甜味的物质,对食品来说更是不可或缺,适当的甜味剂可以给食物带来可口的口感和一定的质量品质,但过量的甜味剂不但会影响食物品质,更会对人体产生安全隐患。甜味剂分为以下几类:营养性甜味剂、非营养性甜味剂、天然甜味剂、人工合成甜味剂等。人工合成甜味剂的特点是能量低、甜度高、防龋齿,而且满足了人们对食品甜味的需求,赋予了食品可口的口感,目前应用于食品加工生产过程中的人工合成调味剂主要有糖精钠、甜蜜素和安赛蜜等。
人工合成甜味剂在食品工业中已经起到一定的作用,改善口感的同时减少了高热量糖类的加入,复合使用更能够提高协调性,超标使用又会影响人们的健康,科学合理使用甜味剂更应该被重视,国家对这类甜味剂的使用有着严格的标准要求,不论是人工合成甜味剂的本身的产品质量,还是其在食品中的添加量,都需要进行严格的质量控制,而检测技术则是在控制质量问题过程起到至关重要的作用,研究糖精钠、安赛蜜、甜蜜素的检测技术特别是快速检测技术有一定的意义。
本研究将采用拉曼光谱技术快速检测糖精钠、甜蜜素和安赛蜜等人工合成甜味剂。首先将甜味剂配制成水溶液,用拉曼光谱仪进行扫描,分别得到糖精钠、甜蜜素和安赛蜜的拉曼特征光谱以及指纹图谱;通过优化扫描积分时间和扫描的光谱效率,提高拉曼光谱法测定甜味剂的灵敏度;考察拉曼光谱法直接测定法测定调味剂的测定浓度范围以及相关系数。
1.试验试剂及仪器
(1)试验试剂
糖精钠标准品,分析纯,天津长捷化工有限公司;甜蜜素标准品,分析纯,金城化学有限公司;安赛蜜标准品,分析纯,安徽金禾实业股份有限公司。
(2)试验仪器
拉曼光谱仪,i-Raman Plus,美国必达泰克公司;超纯水系统,UV-TOC,美国赛默飞世尔;分析天平,Quintix224-1CN,赛多利斯科学仪器有限公司;磁力搅拌搅拌器,IKA HS7,广东丹利科技有限公司;数控超声波清洗器,KQ-250DE,昆山市超声仪器有限公司;电子调温万用电炉,DK-98-II,天津市泰斯特仪器有限公司。
2.试验方法及步骤
(1)拉曼特征光谱
化合物的拉曼光谱与分子结构有关,用拉曼光谱法检测糖精钠、甜蜜素和安塞蜜首先要分别确定出其拉曼光谱特征。将高纯度的糖精钠、甜蜜素和安塞蜜配置成水溶液,分别进行拉曼光谱扫描,能得到糖精钠、甜蜜素和安塞蜜的拉曼光谱特征图。
糖精钠、甜蜜素和安塞蜜标准溶液制备:分别精确称取糖精钠、甜蜜素和安塞蜜标准品5.0000g于50mL容量瓶中,加超纯水溶解,定容至刻度,分别得到浓度为100.0g/L的糖精钠、甜蜜素和安塞蜜标准储备液,该储备液可作为糖精钠、甜蜜素和安塞蜜的拉曼光谱特征扫描溶液以及扫描条件的优化。
(2)扫描条件优化
糖精钠、安赛蜜、甜蜜素的拉曼特征光谱与溶液的浓度无关,但是扫描条件可以影响到信号强度,从而提高定量的准确性以及检测的灵敏度,同时考虑到基底的提升以及工作的时间效率,扫描条件需要选择合适的扫描时间以及扫描强度。
取100g/L糖精钠、安赛蜜、甜蜜素标准溶液为参考,以1000ms、2000ms、5000ms、7000ms、10000ms、12000ms、 15000ms、17000ms、20000ms为积分时间梯度,扫描光谱效率为40%、60%、80%、100%,确定扫描条件。
(3)常量分析定量方法
配制糖精钠、安赛蜜、甜蜜素的系列浓度,确定其线性相关性、线性范围、定量限等方法参数。将糖精钠、甜蜜素和安塞蜜标准储备液用水分别稀释成系列浓度,拉曼光谱仪直接测定。
3.结果与讨论
(1)甜味剂的拉曼特征光谱
分别在532nm和785nm的通道下对糖精钠、甜蜜素和安塞蜜的标准储备溶液进行拉曼光谱扫描,分析检测结果。三种甜味剂在532nm和785nm的通道下拉曼光谱的结果差别不大,所以选择其中之一的通道,本研究在532nm的通道下进行测试。
图1是糖精钠拉曼光谱,从图中,糖精钠溶液在扣除溶剂基体后,拉曼位移从300-1600cm-1的范围内出现14个较为明显的拉曼位移峰,其中704.68cm-1、1015.07cm-1、 1145.40cm-1等3个谱峰的相对强度较大,均可作为定量监测峰;考虑到在复杂的样品基质中其他物质的干扰情况,糖精钠的拉曼光谱特征峰不以单峰作为依据;在鉴定依据上,一是可以进行全谱对照,二是可以对照704.68cm-1、 1015.07cm-1、1145.40cm-1均出峰,且相对强度的比值约为为100:80:80。
图2是安赛蜜拉曼光谱,从图中,安赛蜜溶液在扣除溶剂基体后,拉曼位移从300-1800cm-1的范围内出现15个较为明显的拉曼位移峰,其中544.22cm-1、862.31cm-1、 1652.59cm-1处3个谱峰的相对强度较大,均可作为定量监测峰;同样安赛蜜的拉曼光谱特征峰也不是单峰;可通过全谱对照鉴定安赛蜜,544.22cm-1、862.31cm-1、1652.59cm-1处相对强度的比例约为100:100:100。
图3是甜蜜素拉曼光谱图,从图中,甜蜜素溶液在扣除溶剂基体后,拉曼位移在600-1300cm-1的范围内出现5个较为明显的拉曼位移峰,甜蜜素相比糖精钠和安赛蜜来说,出现的谱峰较少,而且峰强度不是特别明显,其中796.88cm-1、 1033.33cm-1谱峰的相对强度较大,均可作为定量监测峰;可通过全谱对照鉴定安赛蜜,796.88cm-1、1033.33cm-1处相对强度的比例约为70:100。
糖精钠、甜蜜素、安赛蜜溶液得到的拉曼光谱图进行比较,拉曼位移在100-500cm-1的范围内三种调味剂的位移峰有明显的重叠,可能的原因是三种甜味剂有相同的基团或者相似的结构,结合三种甜味剂的分子结构式,均含有硫醚基团,可能是其中拉曼位移峰重叠的之一;安赛蜜信号较强的三个峰,拉曼位移峰544.22cm-1处,甜蜜素和糖精钠在该位置也出现了拉曼位移峰,而1652.59cm-1处的峰形对称性相对较差,这两个拉曼位移峰均影响定量的准确性;而862.31cm-1相对强度高,峰形对称,干扰少,所以选择862.31cm-1作为安赛蜜的定量特征峰;同理,糖精钠的较为合适定量特征峰是704.68cm-1,相对强度最高,干扰最小;测定甜蜜素定量拉曼位移特征峰为796.88cm-1。
(2)扫描条件优化
优化拉曼光谱扫描的两个条件参数,发现扫描光谱效率越高,三种调味剂的相对强度响应值越高,所以选择扫描光谱效率为100%;积分时间同样是一个重要的参数,分别优化三种甜味剂的扫描积分时间,结果见图4、图5和图6。
图4、图5、图6分别是浓度为100g/L糖精钠、安赛蜜和甜蜜素在不同积分时间扫描条件下的拉曼光谱图,从图中,随着扫描积分时间的增加,三种甜味剂的拉曼位移峰的相对强度均增高,同时基线也有明显的抬升;扫描积分时间2000ms以下,拉曼位移550-650cm-1段、750-800cm-1段、 1050-1100cm-1段的拉曼位移不出峰或者出峰不明显;扫描积分时间15000ms以上时,拉曼位移地区的强度已经超出测定范围,出现了平头峰,而扫描积分时间的增加也影响了测定的效率;因此拉曼光谱测定甜味剂可选择7000ms-15000ms以内的积分时间,本研究选择扫描积分时间为12000ms,即满足相对强度的响应值,也提高了工作效率。
(3)甜味剂定量分析
配制糖精钠的系列浓度为5.0g/L、10.0g/L、20.0g/L、60.0g/L、100.0g/L;安赛蜜和甜蜜素系列浓度为:10.0g/L、20.0g/L、40.0g/L、60.0g/L、80.0g/L;100.0g/L。分别进行拉曼光谱扫描,浓度作横坐标,相对强度值作纵坐标,得到的标准曲线图见图7、图8和图9。曲线参数见表1。
糖精钠、甜蜜素和安赛蜜的定量拉曼特征峰波数分别为704.68、796.88和862.31,相关系数分别为0.9998、0.9992和0.9990,糖精钠在5.0-100.0g/L的范围内性关系良好,定量低点为5.0g/L;甜蜜素和安赛蜜在10.0-100.0g/L的范围内性关系良好,定量低点为10.0g/L,说明用拉曼光谱法快速测定三种甜味剂的方法简单,高效,准确,为三种甜味剂的质量控制提供了技术依据。
4.结论和展望
本文研究了糖精钠、安赛蜜与甜蜜素三种甜味剂的拉曼光谱快速检测方法,研究了三种甜味剂的特征峰,选择862.31cm-1作为安赛蜜的定量特征峰,糖精钠的较为合适定量特征峰是704.68cm-1,相对强度最高,干扰最小,测定甜蜜素定量拉曼位移特征峰为796.88cm-1;优化了拉曼光谱扫描条件,选择扫描积分时间为12000ms,即满足相对强度的响应值,也提高了工作效率;测定糖精钠、安赛蜜与甜蜜素含量,相关系数在0.999以上,糖精钠在5.0-100.0g/L的范围内性关系良好,定量低点为5.0g/L;甜蜜素和安赛蜜在10.0-100.0g/L的范围内性关系良好,定量低点为10.0g/L,说明用拉曼光谱法快速测定三种甜味剂的方法简单,高效,准确,为三种甜味剂的质量控制提供了技术依据。
摘要：本文研究了糖精钠、安赛蜜与甜蜜素三种甜味剂的拉曼光谱快速检测方法。研究了三种甜味剂的拉曼光谱特征峰,安赛蜜、糖精钠和甜蜜素的定量拉曼特征峰862.31cm-1、704.68cm-1和796.88cm-1;优化了拉曼光谱扫描条件,选择扫描积分时间为12000ms;糖精钠、安赛蜜与甜蜜素的标准曲线的相关系数在0.999以上,糖精钠在5.0-100.0g/L的范围内性关系良好,定量低点为5.0g/L;甜蜜素和安赛蜜在10.0-100.0g/L的范围内性关系良好,定量低点为10.0g/L,拉曼光谱法快速测定三种甜味剂的方法简单,高效,准确,为三种甜味剂的质量控制提供了技术依据。
关键词：拉曼光谱,糖精钠,安赛蜜,甜蜜素
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