高效液相色譜法測定明膠膠囊中11種合成色素的方法研究

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(1.廣東省藥品檢驗所,廣東廣州 510663;2.廣州中醫藥大學,廣東廣州 510006)

明膠膠囊可容納各種固體、半固體、液體,廣泛應用于食品和藥品中。為了避光或遮蓋內容物達到美觀效果,部分膠囊生產過程中會添加各種合成色素[1]。合成色素大多屬于煤焦油合成的染料,不僅本身沒有營養價值,且大多數對人體有害,主要包括一般毒性、致瀉性和致癌性,表現為對人體直接危害,在代謝過程中產生有害物質或合成過程中帶入的砷、鉛等污染物[2-5]。鑒于此,世界各國對合成食用色素的使用種類、使用量及使用范圍均有明確規定,并隨著研究的深入不斷地調整相應標準[6-7]。我國食品安全標準GB 2760-2014《食品添加劑使用標準》規定了允許作為食品添加劑的11種合成色素(檸檬黃、新紅、莧菜紅、靛藍、喹啉黃、胭脂紅、日落黃、誘惑紅、偶氮玉紅、亮藍和赤蘚紅)的使用范圍和使用量[8];而合成色素作為藥用,雖然在現行的《中國藥典》(2015版)沒有相關規定[9],但國家藥典會2018年公開征求意見的《膠囊(空心膠囊)通則》規定膠囊中允許添加的合成色素共有10種:檸檬黃、莧菜紅、靛藍、喹啉黃、胭脂紅、日落黃、誘惑紅、偶氮玉紅、亮藍和赤蘚紅[10]。

我國對膠囊中合成色素的使用有相應規定,卻沒有建立與之匹配的檢測方法。GB 5009.35-2016只能檢測檸檬黃、新紅、莧菜紅、胭脂紅、日落黃、亮藍、赤蘚紅7種色素[11],SN/T 1743-2006只能檢測誘惑紅、酸性紅、亮藍、日落黃4種色素[12],喹啉黃的檢測僅有地方標準[13]。為此,本文根據明膠膠囊的特點,改進前處理方法,優化色譜條件,建立一種能同時測定明膠膠囊中11種合成色素的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

明膠膠囊 共20批，其中來自于2018年廣東省監督抽驗(輔料專項)4批，編號為樣品3～6，來自于2018年國家保健食品監督抽驗的抽驗樣品16批，編號分別為樣品1、樣品2、樣品7～20;甲醇、乙腈 色譜純,Honeywell公司;乙酸銨 GR,阿拉丁試劑公司;木瓜蛋白酶 酶活力≥6000 USPu/mg,E. Merck公司;新紅 標品(1000 μg/mL),北京海岸鴻蒙標準物質技術公司;胭脂紅 純度98%,源葉生物科技生物有限公司;檸檬黃、靛藍二磺酸鈉、喹啉黃、日落黃、誘惑紅、亮藍 純度分別為90.0%、86.0%、90.2%、87.0%、83.0%、92.3%,Dr. Ehrenstorfer公司;莧菜紅、偶氮玉紅 純度分別為95.3%、90.7%,Manhage公司;赤蘚紅 純度100%,中國食品藥品檢定研究院。

Agilent 1260 Infinity高效液相色譜儀,配備二極管陣列檢測器 美國安捷倫公司;SARTORIUS電子分析天平 德國賽多利斯公司;IKA磁力攪拌器 德國IKA公司;MILLIPORE超純水發生器 美國密理博公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的配制 標準儲備溶液:準確稱取適量固體標準品(按純度折算),檸檬黃、胭脂紅、日落黃、誘惑紅、亮藍配成2500 μg/mL標準溶液,莧菜紅、靛藍二磺酸鈉配成2000 μg/mL標準溶液,喹啉黃、偶氮玉紅、赤蘚紅配成1000 μg/mL標準溶液。

混合標準工作溶液:吸取配制好的標準儲備液及購買的成品標準溶液,用水定容成各組分含量為100 μg/mL的混合標準溶液,使用時用純水稀釋成各組分濃度為0.5、25、50、75 μg/mL的標準系列,經0.45 μm濾膜過濾。

1.2.2 樣品處理 棄去膠囊內容物,囊殼擦拭干凈。取囊殼1.0～2.0 g于錐形瓶中,加0.01 g木瓜蛋白酶、水15 mL。將錐形瓶置于磁力攪拌器上60 ℃攪拌30 min,冷卻后轉入25 mL容量瓶,用水定容至刻度,過0.45 μm 微孔過濾膜,上機測定。

1.2.3 色譜條件 保護柱:Agilent Zorbax Eclipse XDB C18(4.6 mm×12.5 mm,5 μm);色譜柱:CAPCELL PAK C18(4.6 mm×250 mm,5 μm);流速:1.0 mL/min;柱溫:35 ℃;進樣量:10 μL;檢測波長:檸檬黃、喹啉黃450 nm,新紅、莧菜紅、胭脂紅、日落黃、誘惑紅、偶氮玉紅、赤蘚紅520 nm;靛藍二磺酸鈉、亮藍620 nm;流動相:見表1。

表1 梯度洗脫表Table 1 Gradient elution procedure

1.3 數據處理

每組實驗重復兩次,采用Microsoft Office Excel 2007進行數據處理,采用Origin 9.0對數據作圖,樣品重復測定兩次。

2 結果與分析

2.1 樣品前處理方法的選擇

食品安全國家標準GB 5009.35-2016采用聚酰胺吸附法對樣品進行前處理,對含赤蘚紅的樣品采用液-液分配法[11]。明膠膠囊成分簡單,不含有干擾實驗結果的物質,不需要按照GB 5009.35-2016方法對樣品進行復雜的除雜提純[14]。但如果直接將膠囊加熱溶解后提取色素,由于明膠具有膠凝性,溶液冷卻后難以過濾進行測定。已有學者對膠囊中色素的提取做過研究:劉泰然等[15]采用乙醇氨溶液漂洗浸泡囊殼直至色素提取完全,胡立立等[14]采用超聲提取法,兩種方法均耗時較長;王翀等[1]將明膠膠囊溶解后采用甲醇沉淀法除去明膠,整個提取過程步驟較多。本文以木瓜蛋白酶對明膠膠囊進行水解,明膠分解成能溶于水的多肽后,囊殼中色素即溶于水中,溶液冷卻后也不再凝凍,過濾方便。該方法步驟少,方便快捷,色素損失少,并可進一步擴展用于提取明膠膠囊中其他水溶性色素。

本實驗考察了酶添加量對色素提取的影響。以2.0 g膠囊殼為底物,分別加入0.001、0.005、0.010、0.020、0.040 g木瓜蛋白酶,60 ℃水解30 min。結果發現:加酶量0.001 g時,酶量過低,明膠水解程度不足,仍具有膠凝性,溶液冷卻后成果凍狀凝膠;加酶量增大至0.005 g時,溶液冷卻后為粘稠液體;加酶量≥0.01 g時,溶液放置過夜后仍具有良好的流動性,無法形成凝膠。因此本方法選擇令明膠無法凝凍的最低加酶量0.01 g。

2.2 檢測波長的選擇

色素混合標準溶液經C18柱分離后,由二極管陣列檢測器于210～630 nm波長范圍內掃描得紫外吸收光譜以確定各組分最大吸收波長,分別為檸檬黃428 nm、新紅506 nm、莧菜紅216 nm、靛藍288 nm、喹啉黃412 nm、胭脂紅216 nm、日落黃236 nm、誘惑紅214 nm、偶氮玉紅518 nm、亮藍628 nm、赤蘚紅530 nm,同時莧菜紅、靛藍、胭脂紅、日落黃、誘惑紅分別在522、612、506、482、508 nm處也存在較強吸收。

該液相色譜方法的主要難點是喹啉黃和其他10種色素的分離。喹啉黃主要成分為喹啉黃一鈉鹽和二鈉鹽,同時各有兩種同分異構體,在色譜圖上存在4個主要的色譜峰,極易跟其他色素的色譜峰重疊[13,16-17]。如單獨考慮最大吸收波長,檸檬黃、喹啉黃的最佳檢測波長為420 nm。但實驗發現,檢測波長為420 nm時,亮藍色譜峰位于喹啉黃第3峰和第4峰之間,分離度分別為1.97和1.40,未達到完全分離。最終將檸檬黃、喹啉黃檢測波長確定為450 nm,在此波長下,檸檬黃和喹啉黃仍有一定強度的吸收,而亮藍幾乎無吸收(見圖1),避免了亮藍對喹啉黃的干擾。其他色素參考其最大吸收波長,綜合考慮后選擇520 nm為新紅、莧菜紅、胭脂紅、日落黃、誘惑紅、偶氮玉紅、赤蘚紅檢測波長,選擇620 nm為靛藍、亮藍檢測波長。

圖1 檸檬黃、喹啉黃和亮藍光譜圖Fig.1 Spectrograms of tartrazine,quinoline yellow and brilliant blue

2.3 流動相的選擇

流動相的組成影響化合物的峰形和分離效果。實驗表明,僅用甲醇或乙腈和乙酸銨混合為流動相難以實現待測物的分離,而這三者混合使用時效果更佳。參考GB 5009.35-2016及文獻中流動相的梯度洗脫程序[11,18],對流動相溶劑種類、濃度等進行了調整,得到最佳梯度洗脫程序(見表1)。

乙酸銨由于水溶性好,所以常被用作緩沖溶液,但其濃度過高易造成儀器的腐蝕并清洗困難[14]。本文比較了10、15、20、25、30 mmol/L乙酸銨溶液對色素分離效果的影響。隨著乙酸銨濃度的提高,喹啉黃1和胭脂紅分離度逐漸減小,當乙酸銨濃度為20 mmol/L時,喹啉黃1和胭脂紅分離度僅為1.4,不能完全分離;乙酸銨濃度為25 mmol/L時,喹啉黃1和胭脂紅兩峰明顯已部分重疊。而某些峰呈現相反的趨勢,如檸檬黃和新紅、喹啉黃2和日落黃的分離度隨著乙酸銨濃度提高而逐漸增大。最終選擇乙酸銨濃度為15 mmol/L,在此濃度下各組分分離度均大于1.5,能實現基線分離。

關于流動相的pH,部分文獻表示乙酸銨溶液需要調節至酸性來進行分離[19-21],而另一部分文獻則表示無需調節pH就能獲得良好的分離[11-14,22-23]。本文比較了在流動相溶液pH5.5、pH6.0、pH6.5、pH6.8及不調節溶液pH(pH6.3)時各組分分離效果,發現隨著pH的升高出峰時間變短,最先出峰的檸檬黃提前0.08 min,最末出峰的赤蘚紅提前0.5 min。由于各色譜峰出峰時間整體前移且變化幅度最高僅2%,pH的變化最終對各峰分離效果影響不大,故不調節流動相pH。

2.4 標準曲線及方法檢出濃度

取濃度為0、0.5、25、50、75、100 μg/mL混合標準工作溶液上機測定,以色譜峰面積對其質量濃度(μg/mL)進行線性回歸。稀釋混合標準工作溶液至低濃度上機測定,以信噪比(S/N)3～5確定樣品的檢出限。11種色素的檢出限為0.3～2.5 mg/kg,在0～100 μg/mL線性范圍內,相關系數r大于0.999,表明各化合物均具有良好的線性關系?；旌蠈φ掌返囊合嗌V圖見圖2,線性回歸方程、相關系數、方法檢出濃度如表2所示。

圖2 100 μg/mL混合對照品溶液色譜圖Fig.2 HPLC chromatograms of 100 μg/mL mixed reference solution注：A～C分別為450、520、620 nm的色譜圖。

表2 11種色素的線性回歸方程、相關系數和方法檢出限Table 2 Linear regression equation,correlation coefficient and limit of detection concentration of 11 kinds of pigments

表3 回收率和精密度測定結果Table 3 Recovery rate and precision determination results

2.5 方法精密度和回收率

取未添加色素的膠囊殼樣品2 g作為本底,精密加入不同濃度混合標準溶液,按“1.2.2”節下方法制備供試品溶液進行回收率和精密度試驗。選取高中低三個加標水平,低濃度加標水平為12.5 mg/kg,中濃度加標水平為125 mg/kg,高濃度根據各色素最大允許使用量,加標水平選擇250～1000 mg/kg進行回收試驗,結果如表3所示。該方法精密度為0.2%～1.7%,回收率為79.1%～119.3%。結果表明,本方法能夠滿足檢測要求。

2.6 實驗樣品測定結果

采用上述方法對收集的20批樣品進行檢測,檢測結果見表4。如參照《膠囊(空心膠囊)通則》(征求意見稿)的要求：著色劑添加總量原則上不超過空心膠囊總重量的0.5%[10],有4批產品不符合要求,這4個批次均來自于2018年國家保健食品監督抽驗的抽驗樣品，樣品編號分別為11、16、17、19。

表4 樣品中色素含量(mg/g)Table 4 Contents of synthetic pigments in samples(mg/g)

3 結論

本研究通過對儀器色譜條件的優化,以及針對樣品特點對前處理方法的改進,建立了明膠膠囊中11種合成色素的高效液相色譜分析方法。該方法前處理簡單,檢測效率高,同時回收率高、結果準確,可作為明膠膠囊中合成色素的常規檢測方法。在當今食品藥品質量安全備受重視的環境下,該方法彌補了明膠膠囊中合成色素檢測方法的空白,可以為企業以及監管部門控制膠囊質量提供技術支持。