食品中莧菜紅提取及分析方法探討

侯培磊，王露露，彭珂珂

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266000)

很多時(shí)候，消費(fèi)者對(duì)于食品的第一印象是顏色，這種表征特性直接反映了食品的質(zhì)地和新鮮程度。為了吸引更多的關(guān)注，很多商家會(huì)使用食物著色劑對(duì)食品的顏色進(jìn)行“二次加工”。著色劑通常分為天然色素和合成色素2種類型。從植物、真菌或昆蟲(chóng)分泌物中提取出來(lái)的叫天然色素，很容易受光照、溫度和pH等條件的影響而降解。合成色素是由一些化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化而成，受環(huán)境影響較小，顏色均勻，成本大大降低，比天然色素應(yīng)用得更加廣泛[1-3]。合成色素主要包括偶氮染料、三苯甲烷、蒽類物質(zhì)、靛藍(lán)以及喹諾酮類。其中偶氮染料[4]比重最大，約占食品添加劑的65%。莧菜紅是偶氮染料的一種，由1-萘胺-4-磺酸和2-萘酚-3,6-二磺酸重氮化偶合制成。這種紅褐色顆粒能溶于水，微溶于乙醇，不溶于植物油，可以提供鈉、鉀或鈣鹽。世界衛(wèi)生組織和糧農(nóng)組織規(guī)定的用量是0～0.5 mg/kg，在中國(guó)，食品中莧菜紅的最大允許用量為0.025～0.3 g/kg[5]。本文綜述了莧菜紅的提取和分析方法，能夠更為精準(zhǔn)地確定它在食品中的用量，也為今后檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了依據(jù)。

1 莧菜紅的毒理學(xué)特性

在生物體內(nèi)，莧菜紅能夠與細(xì)胞和DNA之間進(jìn)行相互作用，濃度過(guò)高時(shí)會(huì)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，導(dǎo)致染色體斷裂，具有很高的遺傳毒性。Sarikaya等[6]發(fā)現(xiàn)，莧菜

紅會(huì)增加基因突變的頻率，引起基因毒性效應(yīng)。此外，莧菜紅能夠誘導(dǎo)結(jié)合人血清蛋白，改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，增大其表面疏水性。血紅蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)被改變后，螺旋穩(wěn)定性就會(huì)受到影響，從而喪失輸送氧的能力[7]。

2 莧菜紅的提取方法

2.1 固相萃取(SPE)

固相萃取是提取食品中合成色素常用的方法，它能夠?qū)⒏蓴_成分淘汰，只提取包含目標(biāo)分析物的純物質(zhì)，操作快速簡(jiǎn)便。固相萃取法包含4個(gè)步驟：首先排除空氣并且活化萃取顆粒表面上的配位體；加載樣品；洗滌以除去不含目標(biāo)分析物的干擾成分；最后進(jìn)行洗脫以從吸附劑中釋放目標(biāo)分析物。分散固相萃取富集法是固相萃取法的延續(xù)，是一種以聚多巴胺包覆四氧化三鐵納米粒子作為萃取劑的提取方法。納米材料的使用使樣品回收率高達(dá)91.9%，具有靈敏度高、重復(fù)性好的顯著優(yōu)點(diǎn)[8]。Andrade等[9]用C18的固相萃取試劑盒與體積分?jǐn)?shù)為18%的異丙醇從飲料中提取莧菜紅，回收率達(dá)到81%。

2.2 液-液萃取(LLE)

液-液萃取(LLE)稱為溶劑萃取法，是利用2種互不相溶的液體對(duì)同種化合物溶解性的差異進(jìn)行分離。Martin等[10]使用液-液萃取技術(shù)提取了碳酸飲料、酒精飲料、糖漿、冰淇淋和巧克力中的莧菜紅，回收率為90.9%。采用雙水相系統(tǒng)，利用離子液體進(jìn)行微萃取，使分離效率大大提高。

2.3 膜分離

膜是一層薄薄的半滲透性物質(zhì)，具有過(guò)濾的特性，能夠在一定程度上去除食品飲料中的干擾物質(zhì)。使用膜過(guò)濾法對(duì)飲料樣品中的莧菜紅進(jìn)行提取，過(guò)濾后的飲料樣品雜質(zhì)變少，明顯更容易進(jìn)行后續(xù)處理[11]。

除了傳統(tǒng)的提取方法之外，越來(lái)越多的綠色化學(xué)方法也在蓬勃發(fā)展，如電膜萃取、微波輔助萃取、超聲輔助提取、濁點(diǎn)萃取等。研究人員正在突破原有技術(shù)，提高提取效率的道路上不斷努力。

3 莧菜紅的分析方法

3.1 高效液相色譜法(HPLC)

高效液相色譜法(HPLC)常用于分析色素。大部分高效液相色譜配有紫外-可見(jiàn)光、二極管陣列或者光電二極管陣列探測(cè)器。其流動(dòng)相和固定相多種多樣，常用的分離柱有十八烷基柱和單體辛基柱。高效液相色譜-分光光度法測(cè)得碳酸飲料、雞尾酒、糖果、果凍和冰淇淋中莧菜紅的檢測(cè)限和定量限分別為6.4，19 ng/mL[12]。在高效液相色譜法的基礎(chǔ)上衍生的超高效液相色譜(UHPLC)法，不僅具有更高的分析精度，而且分析時(shí)間也大大縮短。采用超高效液相色譜法測(cè)定肉制品中莧菜紅的含量，得到檢測(cè)限為0.02 mg/kg，定量限為0.05 mg/kg[13]。

3.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS/MS)

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法是用于確定食品中色素的色譜技術(shù)之一。其原理與普通的高效液相色譜法相同，需要選擇合適的流動(dòng)相和固定相。但質(zhì)譜儀能夠克服光譜干涉，使測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。Martin等建立了基于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的色譜分析方法來(lái)測(cè)定冰淇淋、巧克力和糖果中的莧菜紅，檢測(cè)限和定量限分別為5，10 mg/kg。

3.3 薄層色譜(TLC)

薄層色譜(TLC)是另一種基本的色譜方法，它通過(guò)比較樣品與標(biāo)準(zhǔn)品的比移值和顏色，來(lái)篩選食品中未知化合物。薄層色譜載樣量相對(duì)較少，一般以硅膠作為固定相，流動(dòng)相是根據(jù)樣品性質(zhì)的差異來(lái)選擇的。利用薄層色譜法測(cè)定飲料中的莧菜紅，與高效液相色譜法相比，其檢測(cè)限更低一些，靈敏性也不夠突出。

3.4 電化學(xué)傳感器

近年來(lái)，電化學(xué)傳感器以其靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、選擇性好、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，在蛋白質(zhì)組學(xué)、生物化學(xué)、藥物和食品分析等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在電化學(xué)體系中，關(guān)鍵的一點(diǎn)是設(shè)計(jì)和修飾高靈敏性和選擇性的工作電極。最近，研究人員開(kāi)發(fā)了基于石墨烯納米片的電化學(xué)傳感器平臺(tái)來(lái)檢測(cè)飲料中莧菜紅的含量。在N-甲基吡咯烷酮中實(shí)現(xiàn)石墨粉末的超聲剝離，使線性范圍從2.5 nm拓寬到125 nm。在電化學(xué)體系中，不同射頻聚合物與莧菜紅的氧化反應(yīng)表現(xiàn)出不同的電化學(xué)活性，這種新的傳感系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)合成色素中具有良好的應(yīng)用前景[14]。

3.5 分子印跡聚合物(MIPs)

分子印跡聚合物(MIP)是為目標(biāo)分子設(shè)計(jì)的具有特定空腔的仿生合成受體。分子聚合物不僅能夠特異性地結(jié)合靶分子，而且可以參與到光纖傳感器的組成中，在環(huán)境分析化學(xué)、臨床分析和食品等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。新開(kāi)發(fā)的一種新型分子印跡電化學(xué)傳感器，使用了由磁場(chǎng)誘導(dǎo)氧化還原石墨烯與四氧化三鐵自組裝的復(fù)合材料[15]。在分子印跡技術(shù)中，復(fù)合物包括苯胺的功能單體、莧菜紅樣品和四氧化三鐵，將它們通過(guò)p-p堆積和氫鍵自組裝預(yù)先置于模板上，然后在磁場(chǎng)感應(yīng)下進(jìn)行聚合。

3.6 毛細(xì)管電泳(CE)

電泳是一系列分離技術(shù)的通用名，涉及到電場(chǎng)在毛細(xì)管中的應(yīng)用。根據(jù)分離模式不同，毛細(xì)管電泳法可分為毛細(xì)管區(qū)帶電泳、毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜和毛細(xì)管等速電泳。由于毛細(xì)管內(nèi)徑較窄，毛細(xì)管電泳技術(shù)容樣量很低，導(dǎo)致分析物的檢測(cè)下限也很低。不過(guò)，用該法檢測(cè)飲料和雪糕中的莧菜紅，還是取得了不錯(cuò)的效果。用毛細(xì)管區(qū)帶電泳法結(jié)合PDA檢測(cè)器測(cè)定飲料中莧菜紅的含量，在波長(zhǎng)為280 nm處，莧菜紅的檢測(cè)限和定量限分別是1.1，3.61 mg/mL[16]。

4 結(jié)論與展望

在加工過(guò)程中，食品的外觀很容易受各種刺激發(fā)生改變。將莧菜紅作為食品添加劑應(yīng)用于食品中，能夠彌補(bǔ)這一缺陷，保證食品的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值[17，18]。但是莧菜紅含有大型復(fù)合含偶氮基團(tuán)(N1/4N)和芳香環(huán)，對(duì)人體和動(dòng)物潛在的遺傳毒性、細(xì)胞毒性是不可忽視的。想要將莧菜紅的用量控制在國(guó)家規(guī)定范圍內(nèi)，就必須依靠各種提取分析技術(shù)。由于檢測(cè)方法不夠系統(tǒng)完善，莧菜紅等食品添加劑被濫用的現(xiàn)象一直存在，這些毒性很強(qiáng)的有機(jī)化合物也對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成影響。本文將近年來(lái)食品中莧菜紅通用的提取和檢測(cè)方法進(jìn)行整合，展現(xiàn)了各自的性質(zhì)特點(diǎn)，為今后食品添加劑的檢測(cè)工作提供一個(gè)借鑒。

[1]樂(lè)一鳴.國(guó)內(nèi)外食用著色劑市場(chǎng)狀況和發(fā)展趨勢(shì)[C].學(xué)術(shù)論文集，2002.

[2]孫寶國(guó).躲不開(kāi)的食品添加劑: 院士、教授告訴你食品添加劑背后的那些事[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012:1-5.

[3]Zhang G,Yadi M.Mechanistic and conformational studies on the interaction of food dye amaranth with human serum albumin by multispectroscopic methods[J].Food Chemistry,2013,136(2):442-449.

[4]Yamjala K,Nainar M S,Ramisetti N R.Methods for the analysis of azo dyes employed in food industry:a review[J].Food Chemistry,2016,192:813-824.

[5]GB 2760-2007，食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]Sarikaya R,Selvi M,Erkoc F.Evaluation of potential genotoxicity of five food dyes using the somatic mutation and recombination test[J].Chemosphere,2012,88:974-979.

[7]Basu A,Kumar G S.Interaction of toxic azo dyes with heme protein:biophysical insights into the binding aspect of the food additive amaranth with human hemoglobin[J].Journal of Hazardous Materials,2015,289:204-209.

[8]Chai W,Wang H,Zhang Y,et al.Preparation of polydopaminecoated magnetic nanoparticles for dispersive solid-phase extraction of watersoluble synthetic colorants in beverage samples with HPLC analysis[J].Talanta,2016,149:13-20.

[9]Andrade D F I,Guedes M I F,Vieira I G P,et al.Determination of synthetic food dyes in commercial soft drinks by TLC and ion-pair HPLC[J].Food Chemistry,2014,157:193-198.

[10]Martin F,Oberson J M,et al.Determination of 18 water-soluble artificial dyes by LC-MS in selected matrices[J].Food Chemistry,2015,197:1249-1255.

[11]Hong J,Kawashima A,Okamoto M,et al.Fundamental study of a novel membrane filtration clean up method for pesticide analysis in agricultural products[J].Food Control,2012,64:1-9.

[12]Wu H,Gao N,Zhang L,et al.Automated magnetic solidphase extraction for synthetic food colorant determination[J].Food Analytical Methods,2014,9(3):614-623.

[13]Kong C,Fodjo E,Wang K,et al.Chitosan-based adsorption and freeze deproteinization: improved extraction and purification of synthetic colorants from protein-rich food samples[J].Food Chemistry,2013,188:240-247.

[14]Huang W,Zhang M,Hu W.N-methyl-2-pyrrolidone-exfoliated graphene nanosheets as sensitive determination platform for amaranth at the nanomolar level[J].Ionics,2013,23:241-246.

[15]Han Q,Wang X,Yang Z,et al.Fe3O4@rGO doped molecularly imprinted polymer membrane based on magnetic field directed self-assembly for the determination of amaranth[J].Talanta,2016,123:101-108.

[16]Sadecka J,Polonsky J.Electrophoretic methods in the analysis of beverages[J].Journal Chromatography A,2014,880:243-279.

[17]王竹天，蔣定國(guó)，楊大進(jìn)，等.2003-2004年中國(guó)食品添加劑監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析[J].中國(guó)食品衛(wèi)生雜志,2006,18(2):100-102.

[18]宋延杰．淺談食品添加劑與人體健康[J].生物學(xué)教學(xué)，2005，30(9):74-75.