表面增强拉曼光谱法快速测定干果类食品中的糖精钠

《表面增强拉曼光谱法快速测定干果类食品中的糖精钠》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面增强拉曼光谱法快速测定干果类食品中的糖精钠（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、表面增强拉曼光谱法快速测定干果类食品中的糖精钠陈正毅;卢雅琳;梁豫;曾晨;张卓旻;李攻科【摘 要】A rapid analytical method was developed for the determination of saccharin sodium salt in dry fruits by surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS).The saccharin in real samples was extracted with water,followed being separated and cleaned up on the ac

2、tivated C18 solid phase extraction column before surface-enhanced Raman scattering measurement.The linear range of this method was from 50.0 mg/L to 250 mg/L,and the detection limit was 0.6 g/kg.The good recoveries were in range of 80.0-125 with relative standard deviations(RSD,n =5) no more than 8.

3、4.T h e results suggested that this method,with good antiinterference capability,was sensitive and reliable in the rapid determinattion of saccharin sodium salt in dry fruits.It is expected that this SERS based rapid analytical method possesses a great potential in monitoring the quality of dry frui

4、ts.%建立了干果中糖精钠的表面增强拉曼光谱 (SERS)快速分析方法干果样品经水提取、C18固相萃取柱净化除杂后进行表面增 强拉曼光谱分析该方法的线性范围为50.0 250 mg/L,检出限为0.6g/kg,回收 率为80.0% 125%相对标准偏差(RSD,n = 5)不大于8.4%.结果表明该方法灵敏 度高、杂质干扰小、准确度高,满足干果类食品中糖精钠的快速检测要求,在干果类 食品安全质量监控方面具有良好的应用潜力.【期刊名称】 分析测试学报年(卷),期】 2017(036)005【总页数】5页(P650-654) 【关键词】 表面增强拉曼光谱法;快速分析;糖精钠;干果【作 者】 陈正毅

5、;卢雅琳;梁豫;曾晨;张卓旻;李攻科【作者单位】 中山大学化学学院,广东广州510275;中山大学化学学院,广东广州 510275;中山大学化学学院,广东广州510275;中山大学化学学院,广东广州 510275;中山大学化学学院,广东广州510275;中山大学化学学院,广东广州 510275【正文语种】 中 文【中图分类】 O657.37;O629.1糖精钠俗称甜精、糖精，是一种常见的人工合成甜味剂。由于糖精钠的甜度比蔗糖红糖等天然甜味剂甜300 - 600倍1，被广泛添加于各类干果类食品。相关研究 表明，糖精钠具有潜在的致癌效应2-3，影响未成年人健康1-2，因此许多国家 对干果类食品中糖

6、精钠的用量有严格规定，如欧盟对其限量为0.53.0 g/kg4, 中国国标(GB 2760-2014)对其限量为1.0 5.0 g/kg5。目前，为了获得更好的 口感和消费者认可度，许多市售干果类产品经常被过量添加糖精钠，因此干果类产 品中糖精钠含量的快速分析对干果类产品质量监控具有重要意义。目前，糖精钠的检测方法主要有高效液相色谱法(HPLC)5、液相色谱-质谱联用法 (LC-MS)6、薄层色谱法7、紫外分光光度法8、比色法9、电化学法10、酶 联免疫法11等。其中，HPLC法是国家标准(GB/T 5009.28-2003)采用的分析方 法12，但操作复杂、分析耗时长，不利于大量样品的现场快

7、速检测。酚磺钛比色 法和紫外分光光度法曾是糖精钠的快速筛查国标方法13，但因其样品提取和分离 过程复杂，易受食品基体成分干扰，而最终被HPLC法取代。因此，目前尚无准 确有效的干果类产品中糖精钠的现场快速分析方法。表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS）具有快速、 灵敏及指纹特征分析等特点，由于便携SERS仪器尺寸小，非常适合于现场快速分 析，现已广泛用于食品添加剂14、着色剂15和抗生素16等的快速分析。但实 际样品基体复杂，严重影响了 SERS定性定量分析的准确性，而将适当的样品前处 理方法与SERS分析结合，能有效提高SERS分

8、析的准确性。田中群课题组17研 发出的壳层隔绝纳米粒子（Shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy，SHINERS）避免了基体或者目标物与Au产生的电化学作用，获得 了准确的待测物SERS光谱，提高了 SERS定性的准确度18，已应用于食物中农 药残留19、添加剂20等的检测。李攻科课题组21建立了一种固相萃取/SERS 快速检测牛奶中三聚氰胺的方法，有效去除了牛奶基体干扰，检出限达0.1 mg/kg，回收率达75.3%125%。本文旨在建立一种适用于干果类食品中糖精钠 快速分析的SERS方法。通过优化超声提取、离心时间、固相

9、萃取及SERS分析条 件，消除基体干扰，最终实现了干果中糖精钠的SERS快速分析。1.1 仪器与试剂Delta Nu Inspector便携式拉曼光谱仪（美国Delta Nu） ; TG16-WS台式高速离 心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；MIULAB微型离心机（杭州米欧仪器有 限公司）。高级纯糖精钠（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；SERS增强试剂CP- 2（SHINERS，厦门市普识纳米科技有限公司）；盐酸（分析纯，广州化学试剂厂）； 活性碳粉、氧化铝（分析纯，天津市福晨化学试剂厂）；硅胶（分析纯，烟台黄务硅 胶开发试验厂）；十丿I烷基硅烷键合硅胶（C18，上海博势生物科技有限公

10、司）；无花 果、话梅等样品购自广州市当地超市。糖精钠标准溶液的配制：用超纯水配制浓度为 5 000 mg/L 的糖精钠标准储备液， 将储备液逐级稀释成50.0，100，150，200，250 mg/L 的系列浓度标准溶液。1.2 样品测定将无花果、话梅、橄榄干样品剪碎并捣匀，称取2.0 g样品，加入10.0 mL水， 300 W下超声提取10 min，8 000 r/min离心5 min;将100 pL上清液转移至 含有0.10 g C18的固相小柱中，加2.0 mL水，接收滤液，待测。移取200 pL SERS增强试剂CP-2于拉曼管中，加入100 pL待测液和10 pL 1.2 mol/L

11、盐酸溶 液，混匀后进行SERS检测。SERS条件：积分时间为20 s，测定次数为3，每次 测试扣除暗电流背景1次，激光功率为High，结果为Average，分辨率为Low。2.1 样品前处理条件的优化2.1.1 提取条件 采用超声提取样品中的糖精钠，优化了超声时间和离心时间，实 现了干果中糖精钠的快速提取，结果如图1A所示。在300 W超声功率下，对比 了超声时间分别为4,6,8,10,12,14,16 min时的提取结果，结果表明， 提取时间为12 min时目标峰的SERS信号开始稳定。在8 000 r/min离心条件下， 对比离心时间分别为1,3,5,7,9 min时的提取结果，结果表明，

12、离心5 min 时目标峰的SERS响应最强。离心时间过短导致杂质沉淀不完全，影响后续SERS 测定，所以提取阶段超声时间设为12 min，离心时间设为5 min。2.1.2 固相萃取条件由于糖精钠既包含疏水的苯环结构,又包含亲水的磺胺结构, 不同萃取剂的吸附性能对糖精钠的分离富集效果不同。实验分别考察了活性碳、硅 胶、氧化铝、C18作为固相萃取吸附剂对糖精钠分离富集效果的影响。结果表明， 活性碳、C18对糖精钠的分离富集效果良好，但活性碳吸附的糖精钠难以洗脱， 硅胶、氧化铝吸附剂易产生穿透现象，因此实验采用C18作为吸附剂。实验考察 了不同C18吸附剂用量(0.02 , 0.05 , 0.10

13、 g)对糖精钠SERS检测信号的影响，结 果表明采用0.10 g C18吸附剂时，糖精钠的SERS信号最强。实验还考察了不同 洗脱液体积(0.5 , 1.0, 1.5 , 2.0, 2.5 mL)对糖精钠洗脱效果的影响，结果如图1B 所示，当洗脱液体积2.0 mL时可将糖精钠完全洗出。2.2 SERS分析条件的优化2.2.1盐酸用量向待测溶液中添加盐酸，可使SHINERS粒子表面带正电，从而改 善SHINERS粒子对糖精钠的吸附选择性，有效提高方法的灵敏度。实验对比了盐 酸加入量为2,4,6,8,10,12,14,16 pL的SERS信号，结果如图1C所示。 当HCI用量少于10 pL时，随着

14、HCl加入量的增加，SERS信号增强，HCl用量 为10 pL时峰信号最强；继续加入HCl , SERS信号反而减弱。这可能是因为过多 的盐酸导致带负电的糖精离子与H+结合，形成分子态的糖精，带正电荷 SHINERS对其吸附量降低，从而导致SERS信号减弱。糖精钠在 710 cm-1处 有明显SERS响应，且峰强度随浓度的增加而增大，是由SHINERS粒子与糖精钠 中带负电的氨基连接所形成的磺胺环结构的呼吸振动引起22-23,这也证实了 H+可以促进SHINERS对糖精钠的吸附选择性，提高SERS响应。因此，最终选 择HCI的加入量为10 pL。2.2.2 SHINERS粒子与样品体积比的优化

15、为获得最佳SERS信号，优化了 SHINERS粒子与样品溶液体积比。在总加入体积保持一致条件下，考察了 SHINERS粒子与样品溶液的体积比分别为1:4,1:3,1:2,1:1,2:1,3:1, 4:1时糖精钠的SERS特征峰响应，结果如图1D所示。随着体积比的增加， SERS响应逐渐增加，当比例为2:1时SERS响应最强，继续增加体积比反而使 SERS响应降低。这是因为SHINERS粒子过少时，导致提供的热点少而使得SERS 响应弱，而SHINERS粒子过多时，由于热点过剩导致SERS的响应减弱。因此， 最终选择SHINERS粒子与样品溶液的体积比为2:1。2.3 方法选择性的研究通过考察干

16、果类食品中杂质对糖精钠SERS分析的干扰，研究了方法的选择性。 以710 cm-1峰强度变化为评价标准，若加入干扰物后峰强无明显变化，则视为 不干扰。实验考察了干果类食品中的主要基体物质(包括蔗糖、苯甲酸钠、山梨酸 钾、NaCI、维生素C等)对糖精钠SERS分析的干扰影响。其中，最大的干扰来自 于防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾，因为其电离出的酸根可以吸附在SHINERS粒子表 面，从而影响糖精钠的SERS测定。但苯甲酸钠(pKa=4.2)和山梨酸钾 (pKa=4.8)24与H +的结合能力比糖精钠(pKa=2.1)25强，说明在优化的酸度条 件下(pH = 3.0,实测)，糖精负离子的分布系数比苯甲

17、酸根和山梨酸根大，故大部 分糖精负离子可以吸附在带正电的SHINERS粒子表面，可能存在的杂质对糖精钠 的测定影响可以忽略。此外，同一酸度条件下，由于分子态的苯甲酸和山梨酸在溶 液中的分布系数比分子态的糖精大，所以大部分苯甲酸和山梨酸被C18吸附，从 而可排除杂质干扰。实验结果显示，当蔗糖、苯甲酸钠、山梨酸钾、NaCl、维生 素C浓度为糖精钠浓度的50倍时，糖精钠的SERS谱图中710 cm-1处的特征峰 面积无明显变化，表明干果食品基体物质不干扰糖精钠的SERS分析，方法的选择 性满足实际样品分析要求。2.4 SERS 快速分析方法的建立配制浓度分别为50.0，100，150，200，250

18、 mg/L的系列糖精钠标准溶液，在 优化条件下以710 cm-1处特征峰峰面积(Y)对应标准溶液浓度(X,mg/L)绘制标 准曲线(见图2)。结果表明，糖精钠在50.0 250 mg/L浓度范围内具有良好的线 性关系，方法的工作曲线为Y=51.3X+179.1(r2=0.987 9)，相对标准偏差(RSD) 为6.5%，检出限(S/N=3)为0.6 g/kg，定量下限N = 10)为2 g/kg。方法的灵 敏度满足国标方法(GB 2760-2014)中干果类食品中糖精钠限量(5 g/kg)的检测要 求。2.5 实际样品分析 将该方法用于随机购买的3种干果类食品(无花果、话梅、橄榄干)中糖精钠的

19、快速 分析，结果表明无花果、话梅、橄榄干中的糖精钠均可定量检出(图3)，其含量分 别为3.1,1.522 g/kg(表1)。3种实际样品均作加标回收实验，分别取5份平行样， 加标量均为1.020,4.0 g/kg。加标回收实验结果表明方法的回收率为80.0% 125% , RSD(n = 5)为1.3%9.3%，与HPLC标准方法获得的结果比值在0.85I. 12之间，表明该方法准确可靠，可满足干果类食品中糖精钠的快速分析要求。 本文结合超声提取及固相萃取等前处理方法，建立了干果食品中糖精钠的SERS快 速分析方法。系统优化了超声提取条件、固相萃取条件及SERS分析条件，有效消 除了基体干扰，

20、提高了方法的选择性和灵敏度。在优化实验条件下，该方法的线性 范围为50.0-250 mg/L，检出限为0.6 g/kg , RSD(n = 5)为6.5%。将该方法用 于实际样品分析，检出无花果、话梅、橄榄干中的糖精钠含量分别为3.1，1.5，2.2 g/kg，回收率为80.0%125%，与HPLC标准方法的相对偏差为-17% 10%，结果表明该方法准确可靠，可用于实际干果类食品中糖精钠的现场快速分 析。【相关文献】1 Grenby T H.Trends Food Sci.Technol.,1991,2:2-6.2 Weihrauch M R.Ann.Oncol.,2004,15(10):14

21、60-1465.3 Oser B L.Food Chem.Toxicol.,1985,23(4):535-542.4 European Commission.Opinion on Saccharin and Its Sodium,Potassium and Calcium Salts.1997.http:/ec.europa.eu/food/fs/sc/oldcomm7/out26_en.pdf.Liu Y , Yin Z , Zou X X , Cao L F.J.Instrum.Anal.(刘英，尹州，邹晓筱，曹丽芬.分析测试学 报)，2011，30(6)：651-655.6 Chen L

22、 J，Fei X Q，Tan M R，Wu B，Shen C Y，Zhang R，Ding T，Liu Y，Yang GJ.J.I nstrum.A nal.(陈丽娟，费晓庆，谭梦茹，吴斌，沈崇钰，张睿，丁涛，刘芸，杨功俊分析测试学报)，2016，35(9)：1142-1146.7 G.J.Serb.Chem.Soc.,2006,71(6)：669-676.8 Xuan Y W , Xie D P , Yin W X , Wu W.Phys.Test.Chem.Anal.:Chem.Anal.(宣亚文，谢东坡，尹文星，武文.理化检验:化学分册)，2010，46(1)：57-58.9 Sa ng

23、 H Q , Du C L , Shi C F. The Beverage In dustry(桑宏庆，杜传来，石承凤.饮料工业),2004，(1)：42-46.10 Song Y Z,Lu G H , Zhou X , Ya ng Y L , Che n H.Chi nJ.An al.Chem.(宋远志，陆光汉，周 新，杨雁玲，陈辉.分析化学) ， 2004 ， (2)：209-212.11 Wang Y,Xu Z L,Xie Y Y,Tian Y X,Shen Y D,Young G M,Wang H,Lei H T,Sun Y M.Food Chem.,2011,126(2):815-8

24、20.12 GB/T 5009.28-2003.Dertermination of Sacchar in Foods.National Standards of the Peoples Republic of C h i n a (食品中糖精钠的测定.中华人民共和国国家标准).13 GB/T5009.28-1985.Dertermination of Sacchar in Foods.National Standards of the Peoples Republic of C h i n a (食品中糖精钠的测定.中华人民共和国国家标准).14 Peica N.J.Raman Spectro

25、sc.,2009,40(12):2144-2154.15 Lopez M I,Ruisa nchez I,Callao M P.Spectrochim .A eta A,2013,111:237 -241.16 Zheng J K,He L L.Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2014,13(3):317-328.17 Li J F,Huang Y F,Ding Y,Yang Z L,Li S B,Zhou X S,Fan F R,Zhang W,Zhou Z Y,Wu D Y,Ren B,Wang Z L,Tian

26、Z Q.Nature,2010,464(7287):392-395.18 Fang P P,Lu X H,Liu H,Tong Y X.TrAC-Trend Anal.Chem.,2015,66:103-117.19 Zhu Y J,Wu J F,Gao H Y,Liu G K,Tian Z Q,Feng J L,Guo L,Xie J W.RSC Adv.,2016,6(65):59919-59926.20 Zhang K G,Hu Y L,Li G K.Talanta,2013,116:712-718.21 Chen X M , Lei H Y , Hu Y L , Li G K.J.In

27、strum.Anal.(陈小曼，雷浩宇，胡玉玲,李攻科.分析 测试学报)，2016，35(10)：1343-1346.22 Kwon H,Gewirth A A.J.Electrochem.Soc.,2007 ， 154(11):577-583.23 Imai Y,Kamada J.Spectrochim.Acta A,2005,61(4):711-715.24 Tan L F , Ning Z X , Zhang D C , Gao J H.Food & Machinery(谭龙飞，宁正祥，张德聪， 高建华.食品与机械)，1995,4:24-26.25 Kiani F,Hosseini S B,Shahidi S A,Fardard K.Chim.Oggi-Chemistry Today， 2016,34(4):26-29.