紫外光谱技术在食品分析中的应用

肖 益,吕重莹,加平平,史佳伟

(渭南师范学院化学与生命科学学院,陕西渭南 714099)

紫外光谱技术在食品分析中的应用

肖 益,吕重莹,加平平,史佳伟

(渭南师范学院化学与生命科学学院,陕西渭南 714099)

紫外光谱技术是化学分析中常用的一种方法,被广泛用于有机、生化、石油、药物、环境等领域,其在食品分析中的应用包括紫外光谱法在鉴别食品中的应用,具体为鉴别食品含量、食品质量和食品种类方面的应用.紫外可见光谱分析技术具有速度快、效率高、成本低、测量方便等特点,已经被越来越多地应用于食品工业,应用前景广泛.

紫外光谱技术;食品;应用

0 引言

“民以食为天,食以安为先”,食品安全关乎人们健康和国计民生.由质量问题引起的食品安全事故越来越多,所以急需对农副食品品质进行快速无损检测.紫外光谱技术在检测食品中一些威胁人们健康的因素方面有着重要作用.紫外光谱技术是化学分析中常用的一种方法,被广泛用于有机、生化、石油、药物、环境等领域.[1]近年来,利用紫外光谱法对食品领域的研究与应用越来越多,因其具有灵敏可靠、实用性强、简便快捷的优点被推广应用.本文拟就近年来紫外光谱在食品分析中的应用进行综述.

1 紫外光谱法的原理

具有光学活性的化合物,在紫外—可见光区(200～800 nm)范围内,吸收一定波长的光子后,其价电子在分子的电子能级之间跃迁,由此而产生的分子吸收光谱被称为紫外—可见吸收光谱,简称紫外光谱.[2]紫外光谱与电子跃迁有关.在分子中用分子轨道来描述其中电子的状态,分子轨道可以看作是由对应的原子轨道以线性组合而成的,组成分子的两个原子其原子轨道线性组合,就形成了两个不同的分子轨道.其中轨道能量低的为成键分子轨道,是由两原子轨道相加而形成的,另一轨道能量高的为反键分子轨道,是由两原子轨道相减而成的.组成键的两个电子均在能量低的成键分子轨道中,一个自旋向上,一个自旋向下,此状态为分子的基态,但当成键的两个电子分别处在成键分子轨道和反键分子轨道时,分子便处在高能态.当分子受到紫外光的照射,并且紫外光的能量恰好等于分子基态与高能态能量的差额时,就会发生能量转移,从而使电子发生跃迁.当电子从基态向激发态某一震动能级跃迁时,通常我们由基态平衡位置向激发态做垂线,若与某一震动能级的波函数最大处相交,即说明在这个能级电子跃迁的概率最大.当电子能级改变时,振动能级和转动能级也不可避免地会有变化,即电子光谱中不但包括电子跃迁产生的谱线,也有振动谱线和转动谱线,由于溶液中分子间的相互作用,使不同振动—电子跃迁引起的精细结构平滑化,所以实验结果得到的紫外光谱是一个很宽的峰.

2 紫外光谱法在鉴别食品中的应用

紫外光谱法经常用来检测物质纯度、定量分析和鉴定物质的结构.由于物质成分、组成结构以及其所含的物质基础不同,因此测得的紫外光谱便不同,并根据食物所含物质紫外光谱的特征性,来判断出食品的质量.一般我们采用单一紫外光谱法来鉴别食品,即就是用某一种溶剂制备样品溶液进行测定,但为了增强紫外光谱法鉴别食品的准确性,可用多种溶剂来制备样品溶液,分别测试不同溶剂下的紫外光谱图,组成一组紫外光谱图进行分析,这种方法就是紫外光谱组法.

2.1 紫外光谱法在检测食品含量中的应用

丁明珍[3]等建立了一种测定可乐饮料中咖啡因含量的紫外光谱分析方法,并将大相比离心萃取应用于仪器分析样品微制备过程.该方法将经过处理的可乐饮料进行了紫外光谱测定,操作方法简单而且快捷,重现性好,相对标准偏差小,在三种可乐饮料中加入不同浓度的咖啡因标准溶液,回收率在96.6%～106.1%之间,线性范围为0.5～30 mg/t,相关系数为0.999 9;检出限为0.001 mg/L.将这种方法用于市场上出售的可乐饮料中咖啡因含量分析,取得了满意的结果.杨瑞金[4]等结合凝胶过滤色谱技术和紫外光谱技术研究了低聚木糖的生产原料以及生产过程中形成的色素.结果表明,聚木糖粗产品中主要有三类色素存在,第一类是来源于玉米芯材料的黑色素;第二类是主要来自于蒸煮过程中产生的焦糖色素;第三类是产生于玉米芯的稀酸预处理和蒸煮过程得到的糖类物质的酸降解产物.活性炭对三类色素均有一定的去除效果,但对相对分子质量为5 000的黑色素的去除效果较差.阴离子交换树脂D301-G对低聚木糖液色素的脱除很有效,几乎能够完全脱除低聚木糖液中的焦糖色素.董翠月[5]等用纸色谱结合紫外光谱分析,对甘蓝型油菜种皮中黄酮类色素进行了分离及种类鉴定,发现甘蓝型黑、黄籽油菜种皮中均含有花色素、大量黄酮醇、少量的异黄酮苷及黄酮醇苷.不同之处在于,黑籽中除含有上述成分外还含有大量黄酮,而黄籽中含有大量异黄酮类色素.高志明[6]等研究了多元校正紫外光谱测定苹果汁含量的方法,样品中苹果汁含量不同则有不同的紫外吸收光谱曲线.当含量小于70%时,曲线存在明显的差异,噪音较小.当含量大于70%后,光谱噪音水平升高,不同含量的吸收曲线差异缩小,检测能力下降.通过优化建模条件,建立合适的UV光谱预测模型,可对苹果汁及其饮料中原果汁含量进行快速的检测.

2.2 紫外光谱法在鉴别食品质量中的应用

周海燕[7]用紫外光谱法鉴别木瓜及其混淆品,因木瓜品种较为混乱,有光皮木瓜、西藏木瓜、尖嘴林檎等,其性状和主成分都十分相似,传统的鉴别方法很难区别,以乙醇溶液制作样品溶液,经紫外分光光度仪测得光皮木瓜在214 nm及284 nm两处均有最大吸收峰,西藏木瓜在216 nm及286 nm处有最大吸收峰,尖嘴林檎在215 nm、260 nm、280 nm处有最大吸收峰,由此可以区分出木瓜的品种.叶旭君[8]等采用紫外—可见—近红外分光光度计UV-3600获取菠菜叶片样本的光谱数据,并且用常规物理化学方法和萤火虫荧光素酶生物发光技术,制备和测定细胞原生质体悬浮液及其细胞原生质体的ATP含量,并建立了基于298 nm紫外光和730 nm近红外光两个特征波长菠菜叶片光谱反射率的细胞原生质体ATP含量的预测模型.结果分析表明,298 nm紫外光和730 nm近红外光两个特征波长具有预测细胞原生质体ATP含量的潜力(R2=0.802 9和0.901),提出的基于光谱技术的蔬菜细胞ATP含量检测方法为准确、快速、无损的蔬菜新鲜度评价提供一种新的技术途径.董文丽[9]等通过合成水杨醛缩4-氨基安替比林Schiff碱金属配合物,并以此为载体研究该电极对阴离子的电位响应特性,同时采用了紫外光谱技术和交流阻抗研究电极的响应机理.发现以水杨醛缩4-氨基安替比林合铜([Cu(Ⅱ)-SAMT])为载体的离子选择性电极对硫氰酸根离子呈现优良的电位响应和反Hofmeister选择性序列.在pH=4.0的磷酸盐缓冲体系中,硫氰酸根离子在1.0×10-6～1.0×10-1mol/L浓度范围内呈近能斯特响应,斜率为-55.64 mV/pSCN-(26℃),检测下限为6.3×10-7mol/L,并将电极应用于蔬菜中硫氰酸盐的测定.夏敦玲[10]等通过紫外—可见光谱技术分析,初步判断冬枣红色素的组成成分为类黄酮(包括黄酮类)、花色素苷类.对冬枣果皮红色素的NaOH提取液进行了不同的处理,同时对果实色素的稳定性进行了研究.实验观察到其外观颜色会随着温度的升高而逐渐变浅,并且吸光值呈现出逐渐减小的趋势,温度越高,色素损失得越多.供试的两种金属离子,钾离子和钙离子在各吸收峰处都呈现出上升的趋势.氧化还原剂处理的红色素结果显示比较稳定.不同的pH值对冬枣色素的颜色变化及稳定性有一定影响.姚丽[11]用紫外光谱法将饮料食品在酸性条件下,经乙醚提取后,同时测定山梨酸、苯甲酸、糖精钠的实验方法,省去了薄层分离或水蒸汽蒸馏分离的步骤,具有操作简便、快速的优点,方法回收率84%～101%,重现性良好,变异系数1.58%～2.53%,用本法与国标薄层法测定饮料中糖精钠含量,两种方法无显著性差异,可用于日常食品卫生的检验.李先端[12]等采用紫外光谱鉴别及国标规定方法,比较各种样品的变化情况,酿造白米醋在270 nm下有吸收,配置白醋则没有;酿造米醋灰分平均在2.00%左右,酿造白米醋灰分在0.29%左右,配置白醋灰分在0.02%左右,酿造米醋氨基态氮平均在0.121%左右,酿造白米醋氛基态氮在0.009%左右,配置白醋氛基态氮为0.试验方法操作简便、实用可靠,可以作为鉴别酿造醋和配置醋质量真伪的优劣指标.杨研[13]在研究茶褐素的基本性质的基础上,建立了普洱茶中茶褐素的紫外光谱测定方法.结果显示,普洱茶中的茶褐素在270 nm下有特征性吸收,可将270 nm作为茶褐素的紫外测定波长.试验建立了茶褐素标准品的制样方法和标准曲线,测定结果表明,所建立的方法操作简单,结果也具有一定的可信度,可用于普洱茶及其制品中茶褐素的分析测定.

2.3 紫外光谱法在鉴别食品种类中的应用

杨华峰[14]等对同一品种酿制的不同档次的红葡萄酒进行了紫外可见光谱扫描,并分析了葡萄酒品质与分析参数间的相关性,结果表明,200～800 nm范围的紫外—可见吸收光谱结果与葡萄酒品质具有很好的相关性.通过进一步的技术完善,200～800 nm波长范围的紫外—可见光谱扫描结果可用于不同葡萄酒档次的辅助鉴别方法.翁杨[15]等用紫外可见吸收光谱技术扫描得到白云边真酒以及两种该假冒酒样本的紫外光可见吸收光谱图.根据紫外光可见吸收光谱图的差异,结合光谱曲线相似度的计算以及主成分分析法对紫外光谱数据进行研究,证明了紫外光可见吸收光谱技术对真假酒有一定的区分鉴别能力.唐斌[16]对泸州合江产随机选取的二白圆、四白圆、大梭子、橘香、糯米5种青果品种进行紫外吸收光谱比较鉴别,分别用丙酮、无水乙醇两种溶剂作提取液,超声波强化辅助提取所得滤液用紫外光谱法测定,发现不同极性的溶剂(丙酮、无水乙醇)提取液的紫外吸收峰的数目和位置不尽相同,利用紫外光谱法可准确鉴别随机选取的5种青果,为泸州青果区分应用参考依据,也为泸州青果酒的质量控制打下了基础.

3 结语

国际贸易的日益发展,人们的饮食结构有所调整,对食品质量的要求也越来越高.全面提高食品的质量,已经日渐为人们所重视,但面对如此庞大数目的食品品种,其优劣真假实难分辨.因此建立一种快速、简便和准确的鉴别食品优劣的方法是极其重要的.现代紫外可见光谱分析技术具有速度快、效率高、成本低、测试重现性好、测量方便等特点,已经越来越多地被应用于食品工业、石油化工、制药工业等领域.食品安全问题关乎国计民生,紫外光谱技术在食品检测方面的应用,必将大大提高食品检测的效率和可信度,把我国食品检验方面的技术提高到一个新的层次.

(指导教师 高锦红)

[1]马汉武,善霞.食品安全环境下的肉类食品可追溯系统的构建[J].中国安全科学学报,2006,16(11):4-9.

[2]赵全友,王慧敏,李玉春,等.基于紫外光谱法的水质化学需氧量在线检测技术[J].仪器仪表学报,2010,31(9):1927-1932.

[3]丁明珍,邹建凯.离心萃取—紫外光谱法测定可乐饮料中咖啡因的含量[J].分析化学,2008,36(3):381-384.

[4]杨瑞金,黄海,王璋.低聚木糖液色素的初步研究[J].食品工业科技,2003,24(4):62-65.

[5]董翠月,万华方,梁颖.甘蓝型油菜种皮黄酮类色素种类的研究[J].西南师范大学学报(自然科学版),2007,32(1):97 -101.

[6]高志明,许怀德.多元校正紫外光谱法测定苹果汁含量研究[J].西北农业学报,2007,16(2):193-197.

[7]周海燕.木瓜及其伪品的紫外光谱鉴别[J].中药研究与信息,2000,2(6):46-47.

[8]叶旭君,钱琼秋,何勇.基于紫外—可见—近红外光谱技术的蔬菜细胞ATP含量无损检测研究[J].光谱学与光谱分析, 2012,34(4):978-981.

[9]董文丽,徐刚,任凌燕.硫氰酸根离子电极的研究与应用[J].食品与机械,2008,(6):107-109,130.

[10]夏敦玲,任小林,李演利,等.冬枣果皮红色素的紫外可见光谱分析[J].西北农业学报,2006,15(6):144-147.

[11]姚丽,李培莲.紫外光谱法同时测定饮料中山梨酸、苯甲酸、糖精钠含量的研究[J].旅行医学科学,1998,(2):l83-184.

[12]李先端,马志静,张立宏,等.酿造醋和配置醋质量分析与鉴别[J].中国食物与营养,2011,17(2):27-31.

[13]杨妍,彭春秀,刘华戎,等.普洱茶中茶褐素含量的紫外光谱法测定[J].光谱学与光谱分析,2013,33(7):1850-1856.

[14]杨华峰,杨勇,董勤,等.紫外—可见光谱技术在葡萄酒品质评价中的应用[J].酿酒技术,2012,(11):58-60,64.

[15]翁杨,周龙,牟怿,等.基于光谱技术的白酒真伪鉴别[J].中国酿造,2012,31(6):178-181.

[16]唐斌,杜曦,阳丽,等.紫外光谱法鉴别泸州地区青果品种[J].安徽农业科技,2008,36(34):14846-14847.

【责任编辑 曹 静】

The Application of Ultraviolet Spectrum Technique in the Analysis Identification of Foods

XIAO Yi,LV Zhong-ying,JIA Ping-ping,SHI Jia-wei
(School of Chemistry and Life Science,Weinan Normal University,Weinan 714000,China)

Ultraviolet spectrum technique is frequently used in the chemical analysis and it widely used in organic,biochemical,oil,medicine and environmental fields.Uv spectrometry was reviewed in the application of food analysis in this paper,including the application of ultraviolet spectrometry in the identification of food,and identify the contents of the food,food quality and the application of kinds of food.Uv-vis spectrum analysis technology has quick speed,high efficiency,low cost and convenient measurement,which have been increasingly applied in food industry,broad prospect of application.

ultraviolet spectroscopy;foods; application

O657.32;TS207.3

A

1009-5128(2014)07-0093-04

2013-12-30

渭南师范学院大学生创新创业计划项目:紫外光谱技术快速鉴别茶叶方法的研究(13XK086)

肖益(1992—),女,陕西西安人,渭南师范学院化学与生命科学学院2011级材料科学与工程专业本科生.