循環伏安法快速測定飲料及果凍中檸檬黃和日落黃

初紅濤 于 淼 陳嘉琪 姚 冬 蘇立強 秦世麗 齊海燕

(齊齊哈爾大學，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

食品的顏色可以影響人的食欲，促進消化液的分泌。制作食品時，常常添加食用色素以增強顏色美感[1-3]。天然色素安全性較好，但穩定性不好，成本較高，保質期短；而人工合成色素價格低廉、穩定性及染色性能好，備受相關行業的青睞[4]。合成色素一般不會向人體提供營養物質，若按相關規定使用，不會對人體造成危害，但過量使用會對人體有一定的危害(包括毒性、致瀉性和致癌性等)。因此食品中合成色素的問題一直備受關注[5-7]，需尋找一種快速檢驗出食品中色素的方法。

目前，人工合成色譜含量的檢測方法主要有高效液相色譜法[8-10]、液體核磁共振法[11]、毛細管電泳法[12]、分光光度法[13-14]、極譜法[15-16]等。其中高效液相色譜法為主要的分析方法，但該方法檢測靈敏度高，前處理簡單，對于復雜組分分析優勢明顯，但樣品前處理時間較長，且操作者需具備一定的技術積累，不利于大批量簡單樣品的快速測定，同時所需儀器價格昂貴。相較于上述方法，循環伏安法具有操作簡便、分辨率高、分析速度快、所用儀器簡單等特點，十幾秒鐘即可完成試樣溶液的譜圖掃描，適合大批試樣的常規分析，更適合在基層檢測工作中普及應用。試驗擬采用循環伏安法測定幾種市售飲料和果凍中檸檬黃及日落黃含量，考察測試底液pH及底液中鹽的添加對測試結果的影響，同時對方法的穩定性、檢出限、準確性進行測定，以建立循環伏安法快速檢驗食品中的幾種合成色素的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

鐵氰化鉀：分析純，天津市北辰方正試劑廠；

氯化鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、氫氧化鈉、鹽酸：分析純，天津市凱通化學試劑有限公司；

檸檬黃、日落黃：分析純，上海晶純試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

電化學工作站：CHI660E型，上海辰華儀器有限公司；

pH計：FE20型，梅特勒—托利多儀器有限公司；

甘汞電極(參比電極)：CHI150型，上海辰華儀器有限公司；

玻碳電極(工作電極)：CHI104型，上海辰華儀器有限公司；

鉑柱電極(對電極)：CHI115型，上海辰華儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 電極的預處理及活化

(1) 預處理：以玻碳電極為工作電極，電極使用前依次對電極進行打磨拋光、去離子水沖洗、硝酸水溶液浸泡、乙醇浸泡、超純水中超聲處理。

(2) 活化：電極徹底清洗干凈后，在0.1 mol/L硫酸溶液中以循環伏安法對電極進行活化。設置高電位0.1 V，低電位-0.1 V，電位掃描直至圖形穩定；取適量鐵氰酸鉀溶液于電解池中，將三電極插入電解池中，連接電化學工作站，在電勢0.6～-0.2 V范圍內進行掃描，掃描多次使圖形穩定。

1.2.2 樣品預處理

(1) 液體飲料樣品：準確移取25.0 mL樣品于燒杯中，置于鑄鐵調溫加熱板，溫度60 ℃，加熱驅除CO2，用0.1 mol/L NaOH和HCl溶液調pH至中性。將處理過的樣品轉移至50 mL容量瓶中，去離子水定容，備用。

(2) 果凍樣品：稱取10.324 g果凍樣品置于小燒杯中，加入15 mL去離子水，水浴加熱使其完全溶解，超聲混勻，離心，過濾，取濾液，將pH調至中性，轉移至50 mL容量瓶中，去離子水定容，備用。

1.2.3 檢測過程 采用三電極體系(工作電極、參比電極、對電極)，依次為玻碳電極、飽和甘汞電極(SCE)以及鉑絲電極；以循環伏安法為測試方法，電位掃描范圍-1.5～0.6 V以0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液為底液，同時考察底液pH及鹽的添加對測試靈敏度的影響。

1.2.4 數據處理 所有試驗重復5次，數據結果以平均值表示，采用Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 電極活化

由圖1可知，在硫酸溶液中經多次循環伏安掃描，得到的循環伏安(CV)圖形穩定，氧化還原過程對稱，說明該反應可逆；在鐵氰酸鉀溶液中，玻碳電極上發生了氧化還原反應，電極活化后達到使用要求。

圖1 活化CV圖

2.2 底液的選擇

2.2.1 最佳pH的確定 由圖2～5可知，檸檬黃和日落黃的檢測結果相似，均為溶液接近中性時峰電流較大，當pH為6.8時，檸檬黃、日落黃的峰電流分別為3.74，2.49 μA。故中性底液為較佳的測試條件。

2.2.2 添加劑的確定 由圖6～9可知，當以0.1 mol/L硝酸鉀為底液時，檸檬黃、日落黃對應峰電流值最大，分別為4.23，3.01 μA。所以選擇0.1 mol/L硝酸鉀作為底液添加劑。

2.3 實際樣品的測定

在0.1 mol/L硝酸鉀底液中，檸檬黃、日落黃的峰電流與濃度間的標準曲線方程分別為y=2.853 9x+0.146 9(R2=0.971 5)，y=2.551 1x+0.834 1 (R2=0.976 7)，當濃度為0.1～0.8 μg/mL時，峰電流與濃度呈較好的線性關系。

圖2 檸檬黃在不同pH時的CV圖

圖3 檸檬黃在不同pH時的的峰電流

圖4 日落黃在不同pH時的CV圖

圖5 日落黃在不同pH時的峰電流

圖6 電解質溶液對檸檬黃循環伏安曲線的影響

圖7 電解質溶液對檸檬黃峰電流的影響

圖8 電解質溶液對日落黃循環伏安曲線的影響

樣品的循環伏安測試圖如圖10所示，根據樣品測得的峰電流值，結合標準曲線方程，經計算后得到的質量濃度如表1所示。

由表1可知，5種樣品中檸檬黃色素含量為4.88～6.06 mg/kg，日落黃含量為4.37～5.22 mg/kg。GB2760—2014中關于飲料中檸檬黃、日落黃使用的最大限量為0.1 g/kg，關于果凍樣品中檸檬黃的使用限量為0.05 g/kg、日落黃的使用限量為0.025 g/kg，說明5種樣品中色素含量均符合國家標準。

圖9 電解質溶液對日落黃峰電流的影響

圖10 樣品的CV圖

表1 5種實樣的測試結果

2.4 方法穩定性及檢測限

2.4.1 方法穩定性 由表2可知，檸檬黃、日落黃的相對標準差分別為2.1%，2.3%，表明方法穩定性較好，可滿足要求。

2.4.2 檢出限 試驗表明，檸檬黃、日落黃的檢出限分別為1.12，1.43 mg/kg。

2.5 樣品加標回收率

由表3、4可知，當加標濃度為2.0 mg/kg時，檸檬黃回收率為93.0%～111.5%，日落黃回收率為91.5%～114.5%。

表2 檸檬黃和日落黃測定的穩定性

表3 檸檬黃的加標回收率

表4 日落黃的加標回收率

3 結論

通過循環伏安法測定了5種食品中檸檬黃和日落黃含量，對底液的pH、添加劑種類及用量進行了優化，建立了快速測定食品中檸檬黃、日落黃的方法。該方法重現性好、操作簡單、快速準確，儀器易于普及，避免了使用大型昂貴設備，更適合在基層檢測工作中普及應用。后續可進一步提高方法的檢測靈敏度及拓展合成色素的檢測種類。