基于气相色谱的7种食品添加剂并行检测技术

2022-08-23徐大玮毕玉琦解恒杰

粮食与饲料工业 2022年4期

徐大玮，毕玉琦，解恒杰，刘睿

(1.山东省食品药品检验研究院//山东省食品药品安全检测工程技术研究中心,山东济南 250103；2.山东省质量技术审查评价中心有限公司，山东济南 250014)

食品添加剂对于食品技术的发展有着重要的意义，目前来说我国法律明确的具体食品添加剂的种类超过2 000种[1]。食品添加剂的使用和消费情况。是食品工业和人们生活质量的一个有效反馈[2]。世界各地均存在大量的食品添加剂消费，从而使得食品添加剂的检测技术。成为一项关乎国民安全的重要技术[3]。

香料、甜味素等食品添加剂的使用可以有效提高食物的口感，并能在相当的范围内。提高食物的营养价值，提高其存储时间[4]。在法律规范内使用食品添加剂，可以有效地提高食品技术和食品行业的发展程度，也能使得人们的生活质量有所提高[5]。但是，违规使用食品添加剂，也对于人们造成严重的身体伤害和社会恐慌。“三鹿奶粉”的影响，依然多年不能消除。因此，对于食品添加剂的检测技术，受到业内的广泛重视[6]。

如何快速有效地完成食品添加剂的检测，规范检测单位的检测质量，提高食品加工企业的质量监管效果，受到各界的重视[6]。我们利用气相色谱技术，充分发挥其灵敏度高、选择性好的优点，建立一种并行的食品添加剂检测方法，该方法可以同时完成甜蜜素、丙酸、苯甲酸和山梨酸等多种食品添加剂的高效检测。优化后的检测工艺，可以有效节省检测过程中的资源，对于食品安全的监管和食品加工的检测方面，具有重要的意义。

1 基于气相色谱的检测技术

对于食品行业的监管，由于受到设备、资金、技术等方面的限制，使得其检测质量不能得到有效地保障[7]。标准检测方法由于效率低下，也会对食品行业的发展，造成一定的影响[8]。

对于食品添加剂的检测，可以采用分光光度法、色谱法等[9]。色谱法主要包括气相色谱、液相色谱和离子色谱等[10]。这些方法均能有效完成食品添加剂的检测，但是分光光度计法的检测精度较低，不能满足检测要求[11]。气相色谱由于检测效率高，检测成本较低，发展迅速[12]。

利用色谱技术，可以对多种食品添加剂进行并行检测，整个实验过程的工作流程见图1。

图1 气相色谱并行检测技术流程

通过在提取后的样品中添加沉淀剂，从而将检测样品进行分离[13]。提取滤液后分别通过添加不同的试剂进行样品处理，使得处理后的提取液。能够满足气相色谱的检测要求，进而可以完成不同添加剂的检测。通过对于工艺参数的调整和优化，利用该方法，可以同时完成甜蜜素、丙酸、苯甲酸和山梨酸等多种食品添加剂的高效检测[14]。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

实验中使用的各种待检测食品均购自某正规超市，采购的食品主要包括桃酥、蛋糕、果酱、糯米糕、饼干等。

实验采用的色谱级试剂主要包括有正己烷、乙酸乙酯、甲醇、无水乙醇等。

实验用的其他试剂均为分析纯，包括盐酸、硫酸、亚铁氰化钾、乙酸锌、亚硝酸钠、氯化钠等。

实验采用的食品添加剂物质信息见表1，实验采用的添加剂均购自于天津科密欧。

表1 食品添加剂物质信息

2.2 实验设备

实验中使用的仪器主要如表2所示。

表2 仪器设备

2.3 实验条件与试验步骤

2.3.1实验样品处理

称取定量样品置于离心管中，样品质量选择为15 mg。对离心管中的样品加纯水进行稀释至30 ml，并进行超声处理，促进其融合，超声时间为18 min。对样品中添加沉淀剂，分别加入亚铁氰化钾和乙酸锌各3 ml，加盖后通过混合仪进行2 min振荡和6 min 5 000 r/min离心处理。过滤后超声脱气处理10 min后静置，获取其分层后上部清液。

分别取出10 ml置于2支不同的比色管中。一支利用酸溶液进行酸化，实验采用1 ml的盐酸作为处理溶液，酸化后加入正己烷，体积为5 ml。混合后的溶液进行涡旋振荡后静置分层，提取上清液待处理。另一支比色管中加入硫酸和亚硝酸钠溶液，体积均为5 ml。冰浴30 min后加入正己烷，体积为5 ml，加入氯化钠晶体5 g。充分混合后置于室温，取其上清液备用。

将两支比色管中提取出的上清液进行混合，提取上层液体并通过滤膜过滤，得到待检测液体。

2.3.2标准溶液的配制

根据标准品的配制浓度要求来称量实验中需要的标准品质量，配置后的溶液浓度为10 mg/ml，由于不同的标准品对于溶剂的要求不同，因此需要根据实际情况来选择水、甲醇、无水乙醇等溶剂。配制好的溶液需要低温存储，通常情况下保存完好的溶液有效期长达1年[15]。

将本实验中所需要的多种防腐剂进行配制成10 ml，浓度为1.0 mg/ml的标准溶液，用乙酸乙酯为溶剂，对其进行定容。

2.4 试验方法

市面上的面包、糕点、食醋、果酱等商品几乎都含有甜蜜素和不同的防腐剂，以提高其口感和保质期。在本实验样品中添加不同的检测标准溶液，浓度为100 μg/ml。

对混合后的溶液进行多次检测，取平均值，从而计算该被检测物的回收率情况。选取不同的浓度点，对实验样品进行测试，从而得到其线性方程和相关系数等。

2.5 实验数据处理

每个实验均采用5组平行数据取平均值的方式，进行数据处理，用SPSS16.0软件进行统计分析。

3 实验结果与数据分析

3.1 前处理条件优化

3.1.1沉淀剂的影响

对于实验样品的处理，需要添加不同的沉淀剂，以使样品中的蛋白质变成固体沉淀，从而与样品进行分离。实验中常用的沉淀剂有多种，主要包括金属的化合物溶液，乙醇等有机溶剂或者一些碱性混合溶液等。通过不同的沉淀剂进行对比，可以发现不同的沉淀剂效果相差明显。亚铁氰化钾和乙酸锌的混合溶液，对于样品的沉淀速率较慢，且色谱分离效果较差。利用乙醇作为沉淀剂的样品虽然可以具有很好的沉淀效果，但是在色谱分析中出现若干杂质吸收峰，不利于本实验。而采用亚铁氰化钾和硫酸锌的混合溶液，不仅沉淀效果好，沉淀速率快，且无杂质吸收峰，从而可以用于本研究的实验沉淀剂。最终通过不同配比的对比，实验选择的沉淀剂为20%比例亚铁氰化钾和25%比例硫酸锌的混合溶液。沉淀剂使用量的不同也会对于其沉淀效果造成影响。选取5 g样品，对其添加不同质量的沉淀剂，比较其沉淀情况，沉淀结果见图2。

图2 沉淀剂与沉淀时间的关系

由图2可见，对于不同用量的沉淀剂使用情况，其沉淀时间具有明显的区别。在沉淀剂用量低于2.5 ml的情况下，其沉淀时间均超过5 min，在沉淀剂更低的情况，其沉淀时间甚至超过了15 min。当沉淀剂超过2.5 ml时，沉淀时间大幅下降，在对其进行8 000 r/min 离心处理，离心时间5 min后，可以获得高质量的上清液。为了有效节省实验的耗材成本，沉淀剂的剂量选择为2.5 ml。

3.1.2试剂环境的影响

实验过程中的衍生反应发生在酸性环境中，通过改变实验酸性试剂浓度，室温下可以得到其与甜蜜素吸收峰面积的关系情况，见图3。

图3 硫酸与峰面积的关系

由图3中可见，随着反应剂中硫酸从25 g/L提高至250 g/L，甜蜜素的吸收峰逐渐增加。当超过250 g/L 之后，吸收峰的面积开始下降。

酸性环境的维持可以确保衍生反应的顺利进行，同时硫酸可以与亚硝酸钠发生反应，从而生成该气相色谱检测中需要的亚硝酸，并为化合物反应提供羟基。对于通常食品中约为0.20 mg/ml甜蜜素含量，采用250 g/L的硫酸可以满足实验要求。

3.1.3气相色谱优化

对于食品的并行检测技术来说，色谱的效果决定了整个检测的成败，因此色谱柱的选择至关重要。只有选择了合适的色谱柱，才能保证样品检测的灵敏度、检测分离度。

本实验检测内容主要针对糕点、食物佐料等的食品添加剂情况，尤其是关于甜蜜素和防腐剂类的检测，因此我们所比较和使用的色谱柱主要有三种，分别为HP-5、DB-wax和DB-17。在相同的溶液测试环境中，比较不同的色谱柱的检测结果。

最终，HP-5色谱相比其他两种色谱柱，其分离度更好，对于不同样品的检测结果也更合适，被选择为本实验的检测色谱柱，填料部分为5%含量的苯基和95%含量的聚甲基硅氧烷。

同样，对色谱柱中涉及到的温度因素进行比较，尤其是色谱柱的温度可以影响待检测物质的出峰情况，因此需要密切关注。柱温的升高有利于提高检测效率，但是也会降低色谱的分离。

经过多次实验比较，最终确定色谱柱温度为折线升温形式，温度曲线变化为75℃恒温5 min，后升温5 min，升温至200℃恒温3 min，继续升温2 min，升温至250℃保持5 min。

3.1.4进样的优化

对于进样的量来说，不能选择太大，否则容易造成色谱柱检测超载，形成峰形差或者色谱分离度差的情况。若进样量太小，则容易造成检测灵敏度下降，部分待检测组分出峰困难，从而影响检测效果。最终实验选择分流进样方式，进样分流比为8∶1，从而使得杂质峰较小，各检测峰的分离效果较好。

对于进样口来说，其温度要求要高于被分析组分的沸点，从而使得样品进入后能迅速气化。然而过高的温度会破坏样品的结果，造成降解。根据经验，需要使得进样口温度高于柱温20～80℃。

样品气化的效果会严重影响色谱的检测，气化不彻底容易形成峰形变化、峰距加剧等情况，影响分离消耗。最终根据本实验条件，选定进样口温度为 220℃，该条件下分离效果良好。

3.1.5气体流速的选择

气相色谱的检测实验主要涉及三种气体：空气、氮气和氢气。空气的作用为助燃气体，因此其流速流量会影响到样品检测的灵敏度。氮气作为载气，其流速的不同会严重影响分离的效果。氢气的流速会影响到整个样品检测的灵敏度。

根据实验比较和气相色谱的性能参数要求。最终确定氢气流速为45 ml/min，空气流速设置为450 ml/min，恒流模式下氮气的最佳流速为2 ml/min。

3.1.6气相色谱条件

本实验的气相色谱条件设定为：色谱柱选择为HP-5(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，利用氢火焰光度检测器进行实验检测。实验中的载气为氮气，流速选择为2 ml/min，其他实验中用到的气体如空气流速为450 ml/min，氢气流速为45 ml/min。采取分流进样方式，进样分流比为8∶1。

3.2 回收率和RSD

选择本实验采购的不同实验样品，并分别添加100 μg/ml的标准混合溶液，相同实验条件下，测定多次结果，取平均值，作为实验测试数据。加标回收率和相对标准偏差的实验结果见表3。

表3 加标回收率和相对标准偏差的实验结果

表3的实验结果表明，利用本实验方法，其加标回收率均超过83.9%，数值一般在83.9%～110%，相对标准偏差(RSD)最小值为2.33%，最大值为9.02%。从而可以在数据上证明本并行检测方法的有效性和精密度。

被测组分的回归方程以及相关系数等见表4。

表4 被测组分的回归方程以及相关系数

3.3 样品的检测

横向比较了不同检测样品的测试结果，利用购自超市的桃酥等糕点和果酱等佐料情况，作出相应的色谱检测，从而获得其添加剂的使用情况，实验结果见表5。

表5 商品中添加剂测试结果 mg/kg

从实验测试的数据结果，可以看到，对于桃酥中，存在有丙酸0.97 mg/kg和甜蜜素0.33 mg/kg的添加剂使用。而饼干中除了含有丙酸2.35 mg/kg和甜蜜素1.58 mg/kg以外，还被检测出使用了苯甲酸0.21 mg/kg。根据食品安全的规定，糕点类食品中，不应存在苯甲酸，因此该添加剂属于超范围使用情况。其他检测样品中，生抽和果醋均含有丙酸、山梨酸和苯甲酸，生抽总添加剂的含量分别为0.28、2.35、0.22 mg/kg。而果醋中的含量为1.18、4.35、0.81 mg/kg，而花生则使用了甜蜜素2.05 mg/kg，果酱中含有山梨酸2.05 mg/kg和苯甲酸1.68 mg/kg，且还有对羟基苯甲酸甲酯1.35 mg/kg。

其中饼干和桃酥的色谱图见图4、图5。