食品中甜味劑的檢測(cè)方法研究

摘 要：甜味劑作為賦予食品甜味的重要添加劑，廣泛應(yīng)用于各類食品中。然而，部分人工合成甜味劑與健康問(wèn)題存在關(guān)聯(lián)，因此對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確、快速檢測(cè)至關(guān)重要。本文綜述了食品中甜味劑的檢測(cè)方法，包括光譜檢測(cè)法、電化學(xué)檢測(cè)法、氣相色譜法、離子色譜法和高效液相色譜法，以期為食品中甜味劑的安全監(jiān)管提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：食品；甜味劑；檢測(cè)方法；安全

Research on the Detection Method of Sweeteners in Food

XIAO Xiangpu

（Spectrum （Jiangxi） Biotechnology Co.， Ltd.， Ganzhou 341108， China）

Abstract： As an important additive to sweetening food， sweetener is widely used in all kinds of food. However， some artificial sweeteners have been linked to health problems， so accurate and rapid testing for them is critical. This paper reviews the detection methods of sweeteners in food， including spectral detection， electrochemical detection， gas chromatography， ion chromatography and high performance liquid chromatography， in order to provide technical reference for the safety monitoring of sweeteners in food.

Keywords： food; sweetener; testing methods; security

隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，甜味劑作為一種重要的食品添加劑，在各類食品中被廣泛應(yīng)用。甜味劑不僅能夠賦予食品甜美的口感，還能幫助食品生產(chǎn)商降低成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期。然而，甜味劑的使用也引發(fā)了一系列食品安全和健康問(wèn)題。近年來(lái)，人工合成甜味劑與某些疾病發(fā)病率的關(guān)聯(lián)研究逐漸增多，如心血管疾病、癌癥等，食品中甜味劑的檢測(cè)和監(jiān)管日益受到重視。因此，本文將重點(diǎn)介紹食品中甜味劑的主要檢測(cè)方法，以期為食品安全監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)。

1 食品甜味劑概述

食品甜味劑是一類能夠賦予食品甜味的化學(xué)物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于食品、飲料、藥品以及個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域[1]。根據(jù)來(lái)源和性質(zhì)的不同，甜味劑可以分為天然甜味劑和人工合成甜味劑兩大類。天然甜味劑主要來(lái)源于植物，如甘蔗、甜菜等，常見(jiàn)的天然甜味劑包括蔗糖、果糖、葡萄糖等，具有天然、健康的特點(diǎn)，但通常具有較高的熱量，不適合需要控制熱量攝入的人群。人工合成甜味劑則是通過(guò)化學(xué)合成方法制得，具有低熱量、高甜度等優(yōu)勢(shì)，常見(jiàn)的人工合成甜味劑包括安賽蜜、糖精鈉、甜蜜素、阿斯巴甜、三氯蔗糖、阿力甜及紐甜等。

人工合成甜味劑的甜度一般是蔗糖的幾十倍至上千倍，且熱量極低或不含熱量，因此被廣泛用于低熱量食品、無(wú)糖食品以及糖尿病患者食品中。然而，人工合成甜味劑的安全性一直備受關(guān)注，近年來(lái)有研究指出部分人工合成甜味劑可能與某些健康問(wèn)題相關(guān)聯(lián)，如內(nèi)分泌干擾、腸道微生物群失衡等。因此，在使用人工合成甜味劑時(shí)，需要嚴(yán)格控制使用量和適用范圍，確保其安全性。

2 食品中甜味劑的檢測(cè)方法

2.1 光譜檢測(cè)法

光譜檢測(cè)法是一種基于物質(zhì)與輻射能相互作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射光譜進(jìn)行分析的方法。在食品甜味劑的檢測(cè)中，光譜檢測(cè)法憑借其操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。

常用的光譜檢測(cè)法包括紫外-可見(jiàn)分光光度法、拉曼光譜法等。紫外-可見(jiàn)分光光度法主要利用甜味劑與特定染料發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成有顏色的化合物，從而通過(guò)測(cè)量該化合物的吸光度來(lái)定量分析甜味劑的含量[2]。例如，糖精鈉在過(guò)氧化氫物質(zhì)存在的情況下可以與對(duì)氯醌反應(yīng)生成紫紅色化合物，該化合物在535 nm處有最大吸收，測(cè)量此波長(zhǎng)下的吸光度，可以實(shí)現(xiàn)糖精鈉的定量分析。然而，這種方法易受其他食品添加劑的干擾，且并非適用于所有人工合成甜味劑。拉曼光譜法則是一種基于分子振動(dòng)能級(jí)變化產(chǎn)生的非彈性散射光譜進(jìn)行分析的方法。近年來(lái)，表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)（Surface Enhancement of Raman Scattering，SERS）在食品甜味劑檢測(cè)中展現(xiàn)出巨大潛力，該技術(shù)主要借助金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振效應(yīng)，增強(qiáng)分析物的拉曼信號(hào)，從而提高檢測(cè)的靈敏度。

有研究利用銀納米顆粒對(duì)阿斯巴甜溶液進(jìn)行SERS檢測(cè)，通過(guò)優(yōu)化納米銀與阿斯巴甜溶液的混合條件，如pH值、混合體積比、溫度等，實(shí)現(xiàn)了阿斯巴甜濃度在0.5～100 mg·L-1的線性定量檢測(cè)，檢出限可達(dá)0.41 mg·L-1[3]。另一項(xiàng)研究針對(duì)果凍中的甜蜜素含量進(jìn)行了近紅外光譜分析[4]。該研究選取了66個(gè)果凍樣本，通過(guò)采集樣本的近紅外光譜數(shù)據(jù)，并結(jié)合Savitzky-Golay平滑、導(dǎo)數(shù)等多種光譜預(yù)處理方法以及遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）進(jìn)行波長(zhǎng)選擇，最終建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）的定量分析模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該模型對(duì)果凍中甜蜜素的預(yù)測(cè)均方根誤差為0.000 93，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.905 6，具有較好的預(yù)測(cè)性能。

2.2 電化學(xué)檢測(cè)法

電化學(xué)檢測(cè)法主要基于物質(zhì)在溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流或電位變化進(jìn)行分析。在食品甜味劑的檢測(cè)中，電化學(xué)法具有高效、靈敏、成本低廉及環(huán)境友好的特點(diǎn)。該方法主要借助電極來(lái)測(cè)定樣品中的甜味劑含量，具體包括循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法、電化學(xué)阻抗譜、計(jì)時(shí)電流法以及差分脈沖伏安法等。在電化學(xué)檢測(cè)過(guò)程中，需要先對(duì)待測(cè)食品樣品進(jìn)行提取、凈化等適當(dāng)預(yù)處理，獲得可用于電化學(xué)分析的溶液。隨后，將處理后的溶液置于電化學(xué)池中，通過(guò)工作電極（如玻碳電極、金電極等）與參比電極（如飽和甘汞電極）的電位差驅(qū)動(dòng)電化學(xué)反應(yīng)，從而檢測(cè)樣品中甜味劑的含量。

以檢測(cè)飲料中的新橙皮苷二氫查爾酮（Neohesperidin Dihydrochalcone，NHDC）為例，可采用滴涂法制備一種單壁碳納米管修飾電極，并將其作為伏安傳感器用于NHDC的痕量測(cè)定[5]。在實(shí)驗(yàn)中，先將飲料樣品進(jìn)行超聲處理以除去二氧化碳，然后取適量樣品加入已經(jīng)準(zhǔn)備好的支持電解質(zhì)溶液里，運(yùn)用線性掃描伏安法測(cè)定NHDC的含量。結(jié)果顯示，NHDC在修飾電極上具有良好的電化學(xué)響應(yīng)，線性范圍為5×10-8～8×10-6 mol·L-1，檢測(cè)限可達(dá)2×10-8 mol·L-1。通過(guò)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其平均回收率在93.15%～109.23%，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.3 氣相色譜法

氣相色譜法（Gas Chromatography，GC）作為在食品檢測(cè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的分離和分析技術(shù)，特別適用于揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物的分析。盡管大多數(shù)甜味劑由于其非揮發(fā)性并不直接適用于氣相色譜法，但經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难苌幚恚承┨鹞秳┤缣鹈鬯兀梢员晦D(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物，從而能利用氣相色譜法進(jìn)行定量檢測(cè)。氣相色譜法基于不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相的分配系數(shù)差異，利用樣品在色譜柱中的反復(fù)分配和吸附，實(shí)現(xiàn)各組分的分離。待測(cè)樣品首先被汽化，隨后被載氣帶入色譜柱中。在色譜柱內(nèi)，各組分與固定相發(fā)生作用，由于作用力的不同，各組分在柱中的保留時(shí)間不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。分離后的組分依次進(jìn)入檢測(cè)器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄并定量分析。氣相色譜法具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于復(fù)雜基質(zhì)中揮發(fā)性或衍生化后揮發(fā)性化合物的分析。然而，對(duì)于非揮發(fā)性化合物（如大多數(shù)甜味劑），氣相色譜法需要煩瑣的衍生化處理步驟，無(wú)疑增加了檢測(cè)的難度和成本。

甜蜜素（Cyclamate）作為一種常用的人工合成甜味劑，因其甜度高、價(jià)格低廉而被廣泛應(yīng)用于食品加工中。然而，過(guò)量攝入甜蜜素可能對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響，因此對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)具有重要意義。由于甜蜜素本身不揮發(fā)，需要通過(guò)衍生化處理將其轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物，才能利用氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)。甜蜜素的衍生化處理涉及其與硫酸和亞硝酸鈉的反應(yīng)，可以生成N，N-二氯化物環(huán)己胺這一揮發(fā)性化合物，適合進(jìn)行氣相色譜分析。衍生化反應(yīng)通常在冰浴條件下進(jìn)行，確保反應(yīng)完全且避免副產(chǎn)物的生成。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)正己烷等有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，分離衍生化產(chǎn)物。衍生化產(chǎn)物經(jīng)萃取后，即可注入氣相色譜儀進(jìn)行分析。氣相色譜儀通常會(huì)配備電子捕獲檢測(cè)器（Electron Capture Detector，ECD）或氫火焰離子化檢測(cè)器（Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID），用于檢測(cè)衍生化產(chǎn)物的信號(hào)，通過(guò)比較樣品信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)品信號(hào)的峰面積或峰高，可以計(jì)算出樣品中甜蜜素的含量。

以市售飲料中甜蜜素含量的檢測(cè)研究為例，研究人員對(duì)幾種飲料樣品進(jìn)行衍生化處理，然后采用氣相色譜法結(jié)合電子捕獲檢測(cè)器進(jìn)行分析[6]。結(jié)果顯示，所有檢測(cè)結(jié)果均未超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）中規(guī)定的甜蜜素最大使用量0.65 g·kg-1。該研究通過(guò)兩次平行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，進(jìn)一步證明了氣相色譜法在甜蜜素檢測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值。

2.4 離子色譜法

離子色譜法（Ion Chromatography，IC）是一種根據(jù)物質(zhì)與離子交換色譜柱間親和能力的不同，對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行分離和檢測(cè)的技術(shù)。該方法具有靈敏度高、選擇性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于水溶性離子及某些有機(jī)物的分析，在食品中甜味劑的檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。離子色譜法一般使用電導(dǎo)率檢測(cè)器，其通過(guò)色譜柱的洗脫液中離子的電導(dǎo)率變化來(lái)定量分析待測(cè)物質(zhì)。在檢測(cè)食品中的甜味劑時(shí)，離子色譜法可以準(zhǔn)確、快速地分離并檢測(cè)多種甜味劑成分。

在檢測(cè)過(guò)程中，食品樣品需要先進(jìn)行溶解、稀釋、過(guò)濾等前處理，去除雜質(zhì)并制備成適合離子色譜分析的溶液，最后進(jìn)行上機(jī)測(cè)定。①將樣品溶解于超純水中，經(jīng)過(guò)渦旋、超聲提取后，通過(guò)過(guò)濾去除不溶性雜質(zhì)。②根據(jù)待測(cè)甜味劑的性質(zhì)，選擇合適的離子交換色譜柱和淋洗液。③設(shè)置合適的流速、柱溫、進(jìn)樣量等色譜條件。④通過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)器記錄色譜圖，根據(jù)保留時(shí)間和峰面積計(jì)算甜味劑的含量，同時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間和峰面積進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)甜味劑的定量分析。

以檢測(cè)糕點(diǎn)中的甜蜜素、安賽蜜和糖精鈉為例，將糕點(diǎn)樣品粉碎并混勻后，稱取適量樣品加入超純水中，經(jīng)渦旋、超聲提取后，過(guò)濾得到待測(cè)溶液[7]。使用Metrosep A Supp 10色譜柱，淋洗液為NaOH+NaOAc+甲醇混合溶液，流速為1.0 mL·min-1，柱溫保持在35 ℃，進(jìn)樣量為20 μL。通過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)器記錄色譜圖，發(fā)現(xiàn)甜蜜素、安賽蜜和糖精鈉的保留時(shí)間分別為12.5、15.3、20.8 min。通過(guò)峰面積計(jì)算，得出糕點(diǎn)中甜蜜素、安賽蜜和糖精鈉的含量分別為50.2、32.7、18.6 mg·kg-1。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，離子色譜法能夠準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)糕點(diǎn)中的多種甜味劑成分，且具有良好的重現(xiàn)性和靈敏度。通過(guò)優(yōu)化色譜條件和樣品前處理方法，可以進(jìn)一步提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

2.5 高效液相色譜法

高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）是目前檢測(cè)食品中甜味劑常用的技術(shù)之一，主要基于不同化合物在固定相和流動(dòng)相的分配平衡差異進(jìn)行分離。樣品溶液被注入色譜柱后，各甜味劑成分在固定相和流動(dòng)相之間發(fā)生分配、吸附、解吸等相互作用。由于各成分在兩相間的分配系數(shù)不同，導(dǎo)致它們?cè)谏V柱上的移動(dòng)速度不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。分離后的各成分依次進(jìn)入檢測(cè)器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到各成分的色譜圖和定量結(jié)果。

HPLC法檢測(cè)食品中甜味劑的過(guò)程主要包括樣品前處理、色譜條件設(shè)定、進(jìn)樣與分析以及數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析。①根據(jù)食品類型和甜味劑性質(zhì)，選擇合適的樣品前處理方法，去除干擾物質(zhì)并富集目標(biāo)甜味劑。對(duì)于液體樣品如飲料，可以直接取樣并稀釋；對(duì)于固體樣品如餅干，則需要經(jīng)過(guò)粉碎、提取等步驟。②設(shè)定色譜條件，選擇合適的色譜柱（如C18柱）、流動(dòng)相（如甲醇-水、乙腈-水等）、流速、柱溫、檢測(cè)波長(zhǎng)等參數(shù)。③將處理好的樣品注入液相色譜儀，進(jìn)行色譜分析。檢測(cè)器記錄各甜味劑成分的色譜峰，并計(jì)算其峰面積或峰高，以進(jìn)行定量分析。④將色譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行積分、校正、定量計(jì)算等處理，得到各甜味劑的濃度或含量。

以檢測(cè)飲料中的安賽蜜和糖精鈉為例，可選擇C18色譜柱，以甲醇-水為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，檢測(cè)波長(zhǎng)為214 nm。在最優(yōu)色譜條件下，對(duì)樣品進(jìn)行分離和檢測(cè)。結(jié)果表明，飲料中安賽蜜的含量為12.5 mg·kg-1，糖精鈉的含量為155.2 mg·kg-1。該方法具有良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.5%～8.5%。此外，還有研究采用HPLC法同時(shí)檢測(cè)食品中的多種甜味劑。例如，采用HPLC-二極管陣列法同時(shí)測(cè)定醬腌菜中的安賽蜜、糖精鈉、阿斯巴甜、紐甜和阿力甜。在優(yōu)化后的色譜條件下，5種甜味劑在25 min內(nèi)完成分離，回收率均在85%以上，樣品基質(zhì)干擾少，重現(xiàn)性較好[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

食品中甜味劑的檢測(cè)方法眾多，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)食品類型、甜味劑種類以及檢測(cè)要求等因素，選擇合適的檢測(cè)方法。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的檢測(cè)技術(shù)和方法也在不斷涌現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)甜味劑檢測(cè)方法的研發(fā)和優(yōu)化，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性、靈敏度和效率，為保障食品安全和消費(fèi)者健康做出更大貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：肖相普（1991—），男，江西贛州人，本科，助理工程師。研究方向：甜味劑的檢測(cè)與分析。