紫外光譜技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用

肖 益,呂重瑩,加平平,史佳偉

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,陜西渭南 714099)

紫外光譜技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用

肖 益,呂重瑩,加平平,史佳偉

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,陜西渭南 714099)

紫外光譜技術(shù)是化學(xué)分析中常用的一種方法,被廣泛用于有機(jī)、生化、石油、藥物、環(huán)境等領(lǐng)域,其在食品分析中的應(yīng)用包括紫外光譜法在鑒別食品中的應(yīng)用,具體為鑒別食品含量、食品質(zhì)量和食品種類方面的應(yīng)用.紫外可見光譜分析技術(shù)具有速度快、效率高、成本低、測量方便等特點(diǎn),已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于食品工業(yè),應(yīng)用前景廣泛.

紫外光譜技術(shù);食品;應(yīng)用

0 引言

“民以食為天,食以安為先”,食品安全關(guān)乎人們健康和國計(jì)民生.由質(zhì)量問題引起的食品安全事故越來越多,所以急需對農(nóng)副食品品質(zhì)進(jìn)行快速無損檢測.紫外光譜技術(shù)在檢測食品中一些威脅人們健康的因素方面有著重要作用.紫外光譜技術(shù)是化學(xué)分析中常用的一種方法,被廣泛用于有機(jī)、生化、石油、藥物、環(huán)境等領(lǐng)域.[1]近年來,利用紫外光譜法對食品領(lǐng)域的研究與應(yīng)用越來越多,因其具有靈敏可靠、實(shí)用性強(qiáng)、簡便快捷的優(yōu)點(diǎn)被推廣應(yīng)用.本文擬就近年來紫外光譜在食品分析中的應(yīng)用進(jìn)行綜述.

1 紫外光譜法的原理

具有光學(xué)活性的化合物,在紫外—可見光區(qū)(200～800 nm)范圍內(nèi),吸收一定波長的光子后,其價(jià)電子在分子的電子能級之間躍遷,由此而產(chǎn)生的分子吸收光譜被稱為紫外—可見吸收光譜,簡稱紫外光譜.[2]紫外光譜與電子躍遷有關(guān).在分子中用分子軌道來描述其中電子的狀態(tài),分子軌道可以看作是由對應(yīng)的原子軌道以線性組合而成的,組成分子的兩個(gè)原子其原子軌道線性組合,就形成了兩個(gè)不同的分子軌道.其中軌道能量低的為成鍵分子軌道,是由兩原子軌道相加而形成的,另一軌道能量高的為反鍵分子軌道,是由兩原子軌道相減而成的.組成鍵的兩個(gè)電子均在能量低的成鍵分子軌道中,一個(gè)自旋向上,一個(gè)自旋向下,此狀態(tài)為分子的基態(tài),但當(dāng)成鍵的兩個(gè)電子分別處在成鍵分子軌道和反鍵分子軌道時(shí),分子便處在高能態(tài).當(dāng)分子受到紫外光的照射,并且紫外光的能量恰好等于分子基態(tài)與高能態(tài)能量的差額時(shí),就會發(fā)生能量轉(zhuǎn)移,從而使電子發(fā)生躍遷.當(dāng)電子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)某一震動能級躍遷時(shí),通常我們由基態(tài)平衡位置向激發(fā)態(tài)做垂線,若與某一震動能級的波函數(shù)最大處相交,即說明在這個(gè)能級電子躍遷的概率最大.當(dāng)電子能級改變時(shí),振動能級和轉(zhuǎn)動能級也不可避免地會有變化,即電子光譜中不但包括電子躍遷產(chǎn)生的譜線,也有振動譜線和轉(zhuǎn)動譜線,由于溶液中分子間的相互作用,使不同振動—電子躍遷引起的精細(xì)結(jié)構(gòu)平滑化,所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的紫外光譜是一個(gè)很寬的峰.

2 紫外光譜法在鑒別食品中的應(yīng)用

紫外光譜法經(jīng)常用來檢測物質(zhì)純度、定量分析和鑒定物質(zhì)的結(jié)構(gòu).由于物質(zhì)成分、組成結(jié)構(gòu)以及其所含的物質(zhì)基礎(chǔ)不同,因此測得的紫外光譜便不同,并根據(jù)食物所含物質(zhì)紫外光譜的特征性,來判斷出食品的質(zhì)量.一般我們采用單一紫外光譜法來鑒別食品,即就是用某一種溶劑制備樣品溶液進(jìn)行測定,但為了增強(qiáng)紫外光譜法鑒別食品的準(zhǔn)確性,可用多種溶劑來制備樣品溶液,分別測試不同溶劑下的紫外光譜圖,組成一組紫外光譜圖進(jìn)行分析,這種方法就是紫外光譜組法.

2.1 紫外光譜法在檢測食品含量中的應(yīng)用

丁明珍[3]等建立了一種測定可樂飲料中咖啡因含量的紫外光譜分析方法,并將大相比離心萃取應(yīng)用于儀器分析樣品微制備過程.該方法將經(jīng)過處理的可樂飲料進(jìn)行了紫外光譜測定,操作方法簡單而且快捷,重現(xiàn)性好,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小,在三種可樂飲料中加入不同濃度的咖啡因標(biāo)準(zhǔn)溶液,回收率在96.6%～106.1%之間,線性范圍為0.5～30 mg/t,相關(guān)系數(shù)為0.999 9;檢出限為0.001 mg/L.將這種方法用于市場上出售的可樂飲料中咖啡因含量分析,取得了滿意的結(jié)果.楊瑞金[4]等結(jié)合凝膠過濾色譜技術(shù)和紫外光譜技術(shù)研究了低聚木糖的生產(chǎn)原料以及生產(chǎn)過程中形成的色素.結(jié)果表明,聚木糖粗產(chǎn)品中主要有三類色素存在,第一類是來源于玉米芯材料的黑色素;第二類是主要來自于蒸煮過程中產(chǎn)生的焦糖色素;第三類是產(chǎn)生于玉米芯的稀酸預(yù)處理和蒸煮過程得到的糖類物質(zhì)的酸降解產(chǎn)物.活性炭對三類色素均有一定的去除效果,但對相對分子質(zhì)量為5 000的黑色素的去除效果較差.陰離子交換樹脂D301-G對低聚木糖液色素的脫除很有效,幾乎能夠完全脫除低聚木糖液中的焦糖色素.董翠月[5]等用紙色譜結(jié)合紫外光譜分析,對甘藍(lán)型油菜種皮中黃酮類色素進(jìn)行了分離及種類鑒定,發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)型黑、黃籽油菜種皮中均含有花色素、大量黃酮醇、少量的異黃酮苷及黃酮醇苷.不同之處在于,黑籽中除含有上述成分外還含有大量黃酮,而黃籽中含有大量異黃酮類色素.高志明[6]等研究了多元校正紫外光譜測定蘋果汁含量的方法,樣品中蘋果汁含量不同則有不同的紫外吸收光譜曲線.當(dāng)含量小于70%時(shí),曲線存在明顯的差異,噪音較小.當(dāng)含量大于70%后,光譜噪音水平升高,不同含量的吸收曲線差異縮小,檢測能力下降.通過優(yōu)化建模條件,建立合適的UV光譜預(yù)測模型,可對蘋果汁及其飲料中原果汁含量進(jìn)行快速的檢測.

2.2 紫外光譜法在鑒別食品質(zhì)量中的應(yīng)用

周海燕[7]用紫外光譜法鑒別木瓜及其混淆品,因木瓜品種較為混亂,有光皮木瓜、西藏木瓜、尖嘴林檎等,其性狀和主成分都十分相似,傳統(tǒng)的鑒別方法很難區(qū)別,以乙醇溶液制作樣品溶液,經(jīng)紫外分光光度儀測得光皮木瓜在214 nm及284 nm兩處均有最大吸收峰,西藏木瓜在216 nm及286 nm處有最大吸收峰,尖嘴林檎在215 nm、260 nm、280 nm處有最大吸收峰,由此可以區(qū)分出木瓜的品種.葉旭君[8]等采用紫外—可見—近紅外分光光度計(jì)UV-3600獲取菠菜葉片樣本的光譜數(shù)據(jù),并且用常規(guī)物理化學(xué)方法和螢火蟲熒光素酶生物發(fā)光技術(shù),制備和測定細(xì)胞原生質(zhì)體懸浮液及其細(xì)胞原生質(zhì)體的ATP含量,并建立了基于298 nm紫外光和730 nm近紅外光兩個(gè)特征波長菠菜葉片光譜反射率的細(xì)胞原生質(zhì)體ATP含量的預(yù)測模型.結(jié)果分析表明,298 nm紫外光和730 nm近紅外光兩個(gè)特征波長具有預(yù)測細(xì)胞原生質(zhì)體ATP含量的潛力(R2=0.802 9和0.901),提出的基于光譜技術(shù)的蔬菜細(xì)胞ATP含量檢測方法為準(zhǔn)確、快速、無損的蔬菜新鮮度評價(jià)提供一種新的技術(shù)途徑.董文麗[9]等通過合成水楊醛縮4-氨基安替比林Schiff堿金屬配合物,并以此為載體研究該電極對陰離子的電位響應(yīng)特性,同時(shí)采用了紫外光譜技術(shù)和交流阻抗研究電極的響應(yīng)機(jī)理.發(fā)現(xiàn)以水楊醛縮4-氨基安替比林合銅([Cu(Ⅱ)-SAMT])為載體的離子選擇性電極對硫氰酸根離子呈現(xiàn)優(yōu)良的電位響應(yīng)和反Hofmeister選擇性序列.在pH=4.0的磷酸鹽緩沖體系中,硫氰酸根離子在1.0×10-6～1.0×10-1mol/L濃度范圍內(nèi)呈近能斯特響應(yīng),斜率為-55.64 mV/pSCN-(26℃),檢測下限為6.3×10-7mol/L,并將電極應(yīng)用于蔬菜中硫氰酸鹽的測定.夏敦玲[10]等通過紫外—可見光譜技術(shù)分析,初步判斷冬棗紅色素的組成成分為類黃酮(包括黃酮類)、花色素苷類.對冬棗果皮紅色素的NaOH提取液進(jìn)行了不同的處理,同時(shí)對果實(shí)色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究.實(shí)驗(yàn)觀察到其外觀顏色會隨著溫度的升高而逐漸變淺,并且吸光值呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢,溫度越高,色素?fù)p失得越多.供試的兩種金屬離子,鉀離子和鈣離子在各吸收峰處都呈現(xiàn)出上升的趨勢.氧化還原劑處理的紅色素結(jié)果顯示比較穩(wěn)定.不同的pH值對冬棗色素的顏色變化及穩(wěn)定性有一定影響.姚麗[11]用紫外光譜法將飲料食品在酸性條件下,經(jīng)乙醚提取后,同時(shí)測定山梨酸、苯甲酸、糖精鈉的實(shí)驗(yàn)方法,省去了薄層分離或水蒸汽蒸餾分離的步驟,具有操作簡便、快速的優(yōu)點(diǎn),方法回收率84%～101%,重現(xiàn)性良好,變異系數(shù)1.58%～2.53%,用本法與國標(biāo)薄層法測定飲料中糖精鈉含量,兩種方法無顯著性差異,可用于日常食品衛(wèi)生的檢驗(yàn).李先端[12]等采用紫外光譜鑒別及國標(biāo)規(guī)定方法,比較各種樣品的變化情況,釀造白米醋在270 nm下有吸收,配置白醋則沒有;釀造米醋灰分平均在2.00%左右,釀造白米醋灰分在0.29%左右,配置白醋灰分在0.02%左右,釀造米醋氨基態(tài)氮平均在0.121%左右,釀造白米醋氛基態(tài)氮在0.009%左右,配置白醋氛基態(tài)氮為0.試驗(yàn)方法操作簡便、實(shí)用可靠,可以作為鑒別釀造醋和配置醋質(zhì)量真?zhèn)蔚膬?yōu)劣指標(biāo).楊研[13]在研究茶褐素的基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上,建立了普洱茶中茶褐素的紫外光譜測定方法.結(jié)果顯示,普洱茶中的茶褐素在270 nm下有特征性吸收,可將270 nm作為茶褐素的紫外測定波長.試驗(yàn)建立了茶褐素標(biāo)準(zhǔn)品的制樣方法和標(biāo)準(zhǔn)曲線,測定結(jié)果表明,所建立的方法操作簡單,結(jié)果也具有一定的可信度,可用于普洱茶及其制品中茶褐素的分析測定.

2.3 紫外光譜法在鑒別食品種類中的應(yīng)用

楊華峰[14]等對同一品種釀制的不同檔次的紅葡萄酒進(jìn)行了紫外可見光譜掃描,并分析了葡萄酒品質(zhì)與分析參數(shù)間的相關(guān)性,結(jié)果表明,200～800 nm范圍的紫外—可見吸收光譜結(jié)果與葡萄酒品質(zhì)具有很好的相關(guān)性.通過進(jìn)一步的技術(shù)完善,200～800 nm波長范圍的紫外—可見光譜掃描結(jié)果可用于不同葡萄酒檔次的輔助鑒別方法.翁楊[15]等用紫外可見吸收光譜技術(shù)掃描得到白云邊真酒以及兩種該假冒酒樣本的紫外光可見吸收光譜圖.根據(jù)紫外光可見吸收光譜圖的差異,結(jié)合光譜曲線相似度的計(jì)算以及主成分分析法對紫外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,證明了紫外光可見吸收光譜技術(shù)對真假酒有一定的區(qū)分鑒別能力.唐斌[16]對瀘州合江產(chǎn)隨機(jī)選取的二白圓、四白圓、大梭子、橘香、糯米5種青果品種進(jìn)行紫外吸收光譜比較鑒別,分別用丙酮、無水乙醇兩種溶劑作提取液,超聲波強(qiáng)化輔助提取所得濾液用紫外光譜法測定,發(fā)現(xiàn)不同極性的溶劑(丙酮、無水乙醇)提取液的紫外吸收峰的數(shù)目和位置不盡相同,利用紫外光譜法可準(zhǔn)確鑒別隨機(jī)選取的5種青果,為瀘州青果區(qū)分應(yīng)用參考依據(jù),也為瀘州青果酒的質(zhì)量控制打下了基礎(chǔ).

3 結(jié)語

國際貿(mào)易的日益發(fā)展,人們的飲食結(jié)構(gòu)有所調(diào)整,對食品質(zhì)量的要求也越來越高.全面提高食品的質(zhì)量,已經(jīng)日漸為人們所重視,但面對如此龐大數(shù)目的食品品種,其優(yōu)劣真假實(shí)難分辨.因此建立一種快速、簡便和準(zhǔn)確的鑒別食品優(yōu)劣的方法是極其重要的.現(xiàn)代紫外可見光譜分析技術(shù)具有速度快、效率高、成本低、測試重現(xiàn)性好、測量方便等特點(diǎn),已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于食品工業(yè)、石油化工、制藥工業(yè)等領(lǐng)域.食品安全問題關(guān)乎國計(jì)民生,紫外光譜技術(shù)在食品檢測方面的應(yīng)用,必將大大提高食品檢測的效率和可信度,把我國食品檢驗(yàn)方面的技術(shù)提高到一個(gè)新的層次.

(指導(dǎo)教師 高錦紅)

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【責(zé)任編輯 曹 靜】

The Application of Ultraviolet Spectrum Technique in the Analysis Identification of Foods

XIAO Yi,LV Zhong-ying,JIA Ping-ping,SHI Jia-wei
(School of Chemistry and Life Science,Weinan Normal University,Weinan 714000,China)

Ultraviolet spectrum technique is frequently used in the chemical analysis and it widely used in organic,biochemical,oil,medicine and environmental fields.Uv spectrometry was reviewed in the application of food analysis in this paper,including the application of ultraviolet spectrometry in the identification of food,and identify the contents of the food,food quality and the application of kinds of food.Uv-vis spectrum analysis technology has quick speed,high efficiency,low cost and convenient measurement,which have been increasingly applied in food industry,broad prospect of application.

ultraviolet spectroscopy;foods; application

O657.32;TS207.3

A

1009-5128(2014)07-0093-04

2013-12-30

渭南師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目:紫外光譜技術(shù)快速鑒別茶葉方法的研究(13XK086)

肖益(1992—),女,陜西西安人,渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院2011級材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生.