GC和GC-MS法測定飲料中香蘭素和乙基香蘭素含量

彭飛進,徐 幸,舒 平,毛永楊,張 燕,趙浩軍,楊衛花,郭啟新

(大理州質量技術監督綜合檢測中心,云南大理 671000)

GC和GC-MS法測定飲料中香蘭素和乙基香蘭素含量

彭飛進,徐 幸,舒 平,毛永楊,張 燕,趙浩軍,楊衛花,郭啟新

(大理州質量技術監督綜合檢測中心,云南大理 671000)

本文建立了一種氣相色譜(GC)和氣相色譜-質譜(GC-MS)法測定飲料中香蘭素和乙基香蘭素含量的方法。無色樣品經乙醚萃取、離心、取上清液濃縮定容經0.22 μm有機相濾膜凈化進樣,有顏色樣品經乙醚萃取、離心、取乙醚上清液濃縮至近干,丙酮溶解混勻,過石墨化碳黑柱凈化,濃縮定容,分別進GC-FID和GC-MS測定及確證,外標法定量。GC法測定香蘭素和乙基香蘭素的添加回收率范圍為80%～105%,相對標準偏差(RSD)小于6.0%。GC-MS法測定香蘭素和乙基香蘭素的添加回收率范圍為81%～110%,相對標準偏差(RSD)小于6.0%。該方法中GC儀器操作簡單、成本較低,可廣泛應用于飲料中香蘭素和乙基香蘭素日常檢測,GC-MS法采用選擇離子掃描(SIM)排除GC法測定的假陽性結果,使測定結果更準確可靠,兩種方法互補使用,適合飲料中香蘭素和乙基香蘭素的日常分析檢測和質量控制。

香蘭素,乙基香蘭素,飲料,氣相色譜,氣相色譜-質譜

香蘭素(Vanillin),又名香草醛,學名3-甲氧基-4-羥基苯甲醛,乙基香蘭素,學名3-乙氧基-4-羥基苯甲醛,可在香莢蘭的種子中找到,也可以人工合成,兩者均是食品中重要的香味添加劑,廣泛運用在各種調香食品中,如飲料、糕點、乳制品、巧克力、糖果、嬰幼兒配方食品等。除香蘭素和乙基香蘭素可被人工添加外,國外許多研究表明香蘭素自然存在于一些水果中[1],如桔子、檸檬、芒果和葡萄柚等。而香蘭素的安全性在國內外仍然存在一定爭議,歐盟專家委員會經過多年的實驗研究發現,大劑量的使用香蘭素對人體有較大的危害,過度攝入可導致頭痛、惡心、嘔吐、呼吸困難,甚至損傷肝腎等[2]。飲料是消費量較大的食品,因此建立飲料中香蘭素和乙基香蘭素檢測,有利于生產企業日常質量控制和監管部門的日常監督和風險監測,保障食品安全。

目前食品中香蘭素和乙基香蘭素檢測方法主要涉及嬰幼兒配方奶粉、牛奶、餅干和蛋糕等毛細管電泳法[3-5]、修飾電級法[6]、高效液相色譜法[7-9]、液相色譜質譜聯用法[10-12]、氣相色譜法[13-14]和氣相色譜質譜聯用法等[15-18],然而飲料中檢測香蘭素和乙基香蘭素的氣相色譜法和氣相色譜質譜法未見報道。本實驗采用實驗室易得的乙醚,無水乙醇等毒性低的試劑提取,前處理簡單快速,方法中GC儀器操作簡單,成本較低,應用范圍廣,GC-MS法采用選擇離子掃描(SIM)排除假陽性使測定結果更準確可靠,兩種方法互補使用,為一般實驗室測定飲料中香蘭素和乙基香蘭素提供了一個準確度高、簡便易得的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5種有色飲料樣品和4種無色飲料樣品 當地市場購買所得。

香蘭素(純度≥99%) Sigma-Aldrich公司;乙基香蘭素(純度≥99%)Sigma-Aldrich公司;無水乙醇(色譜純) 德國默克公司;乙醚(分析純) 利安隆博華(天津)醫藥化學有限公司;丙酮(色譜純) 德國默克公司;石墨化碳黑柱(Carbon-GCB,250 mg/3 mL) 上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

GC-2010plus氣相色譜儀和GCMS-QP2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司;AB204-E電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TG16-WS臺式高速離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司;氮吹儀 天津澳特賽恩斯儀器公司。其它為實驗室常用設備。

1.3 實驗條件

1.3.1 氣相色譜(GC)儀器條件 色譜柱:毛細管柱為DB-1701柱(30.0 m×0.250 mm×0.25 μm);升溫程序:60 ℃保持2 min,以10 ℃/min升至250 ℃,保持2 min;載氣為氮氣(≥99.999%)流速1.58 mL/min,壓力114.4 kPa,進樣量1 μL;分流比2∶1;進樣口溫度240 ℃;FID檢測器溫度250.0 ℃。

1.3.2 氣相色譜質譜聯用(GC-MS)儀器條件 色譜柱:毛細管柱為DB-1701柱(30.0 m×0.250 mm×0.25 μm);升溫程序:70 ℃保持1 min,以10 ℃/min升至240 ℃,保持1 min;載氣為氦氣(≥99.999%)流速1.51 mL/min,壓力98.8 kPa,進樣量1 μL;不分流方式;進樣口溫度250 ℃。電子轟擊(EI)離子源;電子能量70 eV;接口溫度280 ℃;離子源溫度230 ℃;溶劑延遲時間5 min;母離子m/z 151和137;激活電壓0.9 V。SCAN質量掃描范圍m/z 50.00～250.00,掃描時間5～15 min。定量:SIM掃描。香蘭素掃描離子:151,152,81。其中,特征離子為151,參考離子為152,81。乙基香蘭素掃描離子:137,166,138。其中,特征離子為137,參考離子為166,138。

1.3.3 標準溶液的配制與標準曲線繪制 準確稱取20 mg香蘭素和乙基香蘭素標準物質,溶于100 mL容量瓶中,用無水乙醇定容至刻度,搖勻備用,配制成濃度為200 mg/L的混合標準儲備液。精密吸取0.1、1、2、5、8、10 mL和20 mL混合標準儲備液于100 mL容量瓶中,各加無水乙醇定容至刻度,分別配制成濃度為0.2、2、4、10、16、20、40 mg/L標準系列。按照上述色譜條件進行測定,作峰面積對濃度的標準曲線,求出線性回歸方程。

1.3.4 樣品處理 無色飲料樣品稱取約10 g(精確至0.0001 g)于25 mL比色管中,加入約3 g(精確至0.01 g)氯化鈉,10 mL乙醚萃取(如有必要離心,以不低于3500 r/min離心3 min),取上清液經0.22 μm有機相濾膜過濾,分別上GC和GC-MS儀器測定。有色飲料樣品稱取約10 g(精確至0.0001 g)于25 mL比色管中,加入約3 g(精確至0.01 g)氯化鈉,10 mL乙醚萃取(如有必要離心,以不低于3500 r/min離心3 min),取上清液2.5 mL氮吹濃縮至近干,用2.5 mL丙酮溶解定容,過石墨化碳黑柱(預先用5 mL丙酮活化),5 mL丙酮洗脫,合并濾液,氮吹濃縮至近干,2.5 mL無水乙醇溶解定容,分別上GC和GC-MS儀器測定。

1.3.5 樣品分析 在相同的氣相色譜和氣相色譜質譜條件下,分別將標準溶液和樣品溶液注入儀器中,以保留時間定性,以試樣峰面積與標準比較定量。

2 結果與分析

2.1 前處理方式的選擇

帶有顏色的飲料如果直接用乙醚提取濃縮定容,定容液中顏色較深,進入色譜會污染儀器,對儀器的正常使用造成影響,因此考慮進一步凈化。實驗過程中分別選用了弗羅里硅柱,氨基活性柱和石墨化碳黑柱,經過實驗發現,弗羅里硅柱無法去除色素,氨基活性柱雖然能除去色素但香蘭素和乙基香蘭素難以從柱子上洗脫下來,造成回收率低。石墨化碳黑柱既能除去色素又能獲得香蘭素和乙基香蘭素的高回收率,最后被確定采用。

2.2 儀器條件選擇

儀器條件選擇色譜柱時考慮了弱極性柱和中等極性柱兩種類型,實驗發現弱極性柱香蘭素和乙基香蘭素峰拖尾明顯,中等極性柱峰型對稱不拖尾,確定選用DB-1701柱如圖1,氣相色譜質譜法總離子掃描質譜圖如圖2,氣相色譜法色譜圖如圖3,氣相色譜法和氣相色譜質譜法出峰順序一致,其中峰1為香蘭素,峰2為乙基香蘭素。

表1 回歸方程及定量檢出限

表2 無顏色樣品回收率及精密度實驗(n=5)

圖1 Rxi-5ms柱選擇離子掃描圖(a)和DB-1701柱選擇離子掃描圖(b)Fig. 1 SIM chromatogram by using Rxi-5ms column(a)and DB-1701 column(b)

圖2 香蘭素(a)和乙基香蘭素(b)總離子掃描質譜圖Fig.2 Total ion mass spectrumof vanillin(a)and ethyl vanillin(b)

圖3 香蘭素和乙基香蘭素氣相色譜圖Fig.3 GC chromatogram of vanillin and ethyl vanillin

2.3 方法的線性范圍與檢出限

在優化的色譜條件下進行色譜分析,以峰面積對標準溶液濃度作圖,建立標準曲線。同時以10倍噪音計算定量方法檢測限,如表1所示。

2.4 方法回收率與精密度

通過對1個無顏色樣品添加三個不同濃度的香蘭素和乙基香蘭素標準物質并進行多次平行處理及測定,以計算方法精密度及回收率(n=5),所得結果如表2所示。

通過對1個有顏色樣品添加三個不同濃度的香蘭素和乙基香蘭素標準物質并進行多次平行處理及測定,以計算方法精密度及回收率(n=5),所得結果如表3所示。

ND:未檢出。2.5 其它樣品檢測結果

表3 有顏色樣品回收率及精密度實驗(n=5)

表4 其他樣品檢測結果

本實驗室人員應用所建的方法,對另外7個飲料樣品進行了檢測,得表4中檢測結果。

3 結論

本實驗中GC法和GC-MS法線性均良好,同一樣品檢測結果相近,GC-MS法定量檢出限比GC法低4倍,更適于低濃度和假陽性樣品,且本實驗所建方法樣品前處理簡單,回收率和精密度好,適合飲料中香蘭素和乙基香蘭素的分析檢測,同時對于開展其他液體類食品中香蘭素和乙基香蘭素檢測具有參考價值。

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Determination of vanillin and ethyl vanillin contents in beverages by GC and GC-MS

PENG Fei-jin,XU Xing,SHU Ping,MAO Yong-yang,ZHANG Yan,ZHAO Hao-jun,YANG Wei-hua,GUO Qi-xin

(Dali Comprehensive Inspection Centre of Quality and Technical Supervision,Dali 671000,China)

A method for determination of vanillin and ethyl vanillin in beverages by gas chromatography(GC)and gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)was established. If samples were colorless,firstly extracted by ether,centrifuged and then the supernatant fluid were purified by 0.22 μm organic phase membrane and quantified by GC and GC-MS. If samples were color,firstly extracted by ether,centrifuged and then the supernatant fluid were collected and enrichment to nearly dry,then dissolved by acetone,purified and concentrated by Carbon-GCB. Finally,they were quantified and certified by GC and GC-MS,using external standard. The recoveries of vanillin and ethyl vanillin by the GC method and GC-MS method ranged from 80%to 105% and from 81% to 110% respectively,as well as RSD was less than 6.0%. GC instrument was operated simply and that the cost of operation was relatively low,so it can be widely used in vanillin and ethyl vanillin daily testing in beverages. GC-MS method using selected ion scan(SIM)to rule out false positives sample which was tested by GC method and made the results more accurate and reliable. The two methods were complement each other,which were suitable for the daily determination and quality control of vanillin and ethyl vanillin contents in beverages.

vanillin;ethyl vanillin;beverages;gas chromatography(GC);gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

2014-12-11

彭飛進(1982-)，女，碩士研究生，工程師，研究方向：產品質量檢驗及食品中添加劑及污染物限量檢測，E-mail:75977550@qq.com。

云南省2014年制定/修訂食品安全地方標準項目(云衛[2014]DB003)。

TS207.3

A

1002-0306(2015)15-0303-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.055