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人工合成甜味剂的检测技术研究进展及应用

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2010年08月 云南化工 Yunnan Chemical Technology Aug.2010 V01.37.No.2 第37卷第4期 人工合成甜味剂的检测技术研究进展及应用 肖立群 ,张承聪 ,张承明 (1.云南烟草研究院云南烟草化学重点实验室,云南昆明650106; 2.云南大学化学科学与工程学院,云南昆明650091) 摘要:综述了人工合成甜味剂的功能和稳定性,概括了国内外人工合成甜味剂的检测技术研究进展,并且 对甜味荆的发展方向作了展望,研发出天然,安全,营养,高甜味,低热量,口感好,稳定性高新型甜昧剂以及开发复 配型甜味剂。提出建立能同时检测多种人工合成甜味剂,具有简便,高灵敏度,快捷,高效特点的分析手段是食品 中人工合成甜味剂检测技术的一个发展方向。 关键词:甜味剂;人工合成甜味剂;检测技术 中图分类号:TS202.3 文献标识码:A 文章编号:1004—275x(2010)04-0049-05 甜味剂是指赋予或增进食品甜味的添加 剂…。甜味剂已成为世界上消费最大的一类食品 添加剂。目前,世界上广泛使用的甜味剂有20余 种,我国已批准使用的约l5种。甜味剂是通用的 甜味剂共计7种:安赛蜜,阿斯巴甜,糖精,三氯蔗 糖,阿力甜,甜蜜素和纽甜。 在食品工业中允许范围内按照要求使用人工 合成甜味剂是安全的,非国家规定人工合成甜味 剂的使用、伪劣人工合成甜味剂和规定的人工合 成甜味剂的超范围使用,会产生负面影响,危害人 类健康。因此,人工合成甜味剂的选择,使用范围 的安全检测成为了必要。 名称,但由于甜味剂所含物质不同和甜度的不等, 分天然和人工合成两大类。前者主要有甘草、甘 草酸二钠、甜菊糖甙、罗汉果、糖醇类等。蔗糖、葡 萄糖、果糖和蜂蜜也是天然甜味剂,因是重要的营 养物质,用量又大,通常视作食品原料,而将人工 合成的、非营养性、无热量的甜味剂等视为食品添 加剂。人工合成甜味剂在人体内不进行代谢吸 收,不提供热量或因热量供应少,甜度是蔗糖的几 十倍甚至几千倍,且价格低廉,用量少,被广大食 品行业所青睐,主要应用于食品中的饮料、酿酒、 糕点、酱油、蜜饯等。 1人工合成甜昧剂的功能 人工合成甜味剂是糖的替代品,已经具备了糖 的主要功能。物理功能【4 上为食品提供一定的体 积结构和黏度,达到渗透压平衡的作用,结晶过 程和降低水溶液的冰点。化学功能上在高温下可变 成焦糖,为烘烤食品提供焦黄色和焦糖等香味,提供 视觉感受。昧觉功能上提供纯正的甜味,用以遮盖 食品中的不良味道,给于较好的口感。微生物功能 理想的甜味剂的条件应该是:①对生物体无 不良生理作用,绝对安全。②价廉物美,味道纯 正,如冰糖。③不易发生霉变,对光,热,酸,碱等 都稳定。④有适度油水分配系数,又易溶于水,无 后味,且调配方便 。欧盟批准的人工合成甜味 剂有6种:安赛蜜,阿斯巴甜,甜蜜素,糖精,三氯 上在高浓度时起到抑制微生物繁殖。 2稳定性研究 通常为了更好的贮存人工合成甜昧剂,要选 择合适的条件,提供用以满足实验的准确性和重 现性需要给予依据。A.Lamberty,H.Schimmel, 蔗糖和新橙皮甙二氢查尔酮。美国批准的人工合 成甜味剂有5种:安赛蜜,阿斯巴甜,糖精,三氯蔗 糖和纽甜 。我国由卫生部批准实施的食品添加 剂使用卫生标准GB2760中允许使用的人工合成 J.PauwelsFresenius[ 等人针对不同的贮藏温度 收稿:2010-04-23 接受:2010-5-25 作者简介:肖立群(1984.),女,江西赣州人,硕士研究生,主要从事分析化学方向。 通讯作者:张承明(1971一),男,云南楚雄人,副研究员,从事烟草化学研究。E—mail:cmzhang@cyats.corn ・50・ 云南化工 2010年第4期 不同样品不同的时间间隔对一些甜味剂进行了稳 定性实验,测定存储温度分别为一20℃,4℃, +20℃,测定时间间隔为3 d,一周,两周和四周。 这些人工合成甜味剂初始是保存在一70 ̄C,在 一设备要求不高,虽然其灵敏度不高,但操作简单, 检测费用低廉。文献报道的光谱法最多的是紫外一 可见分光光度法,但现行的国标中已不包括。其 中用分光光度法研究糖精钠的文献较多,桑宏庆 等利用糖精钠硝化后转化成铵盐,在一定碱性条 70℃条件下表现很好的稳定性。之后将移至 20c【=,4 ̄C,+20c【=测定条件下,对象分别为:安 一赛蜜、阿斯巴甜、甜蜜素、甘素、纽甜、糖精、三氯蔗 件下加入水杨酸钠和次氯酸钠反应生成蓝色化合 物显蓝色,用紫外分光光度计进行定量分析 J。 王守兰等利用糖精钠在碳酸钠介质中可形成强荧 糖。罐头样品中几乎所有的人工合成甜味剂在不 同的存储温度下含量没发生变化,仅有纽甜与阿 斯巴甜含量降低,阿斯巴甜在4 ̄C一周的时间、 +20℃三天的时间含量减少,纽甜在+2O℃的条 件下含量迅速降低,然而在4 ̄C和一2Oc【=的温度下 稳定存在。酸奶样品中阿斯巴甜表现出与在罐头 中类似的稳定性,纽甜在+20℃、4℃的条件下含 量迅速降低,甘素在一2O℃、20 ̄C有很好的稳定 性,在4℃含量降低,其余人工合成甜味剂在不同 存储条件表现出优良的稳定性。在功能饮料样品 中阿斯巴甜在4℃很稳定,而+20℃条件下含量迅 速减少。甘素在4 ̄C减少,20 ̄C存储条件下减少速 度很快,纽甜在一20℃、4℃很稳定,+20℃含量减 少,糖精在+20cI=含量有些许降低。其余人工合 成甜味剂在不同存储条件表现出优良的稳定性。 3人工合成甜昧剂的检测技术概述 许多人工合成甜味剂已经形成了各自的检测 方法。我国大多数检测机构和国标中仅有对糖精和 甜蜜素等人工合成甜味剂的检测,如GB/T5009.97. 2003中有甜蜜素的标准检验方法:气相色谱法、比 色法和薄层色谱法 J。GB/T5009-2003中食品中糖 精钠、山梨酸、苯甲酸的液相色谱法同时测定方法, 饮料中对安赛蜜、糖精钠的液相色谱法 引。 许多新型甜昧剂的研究甚少,甚至还没建立 检测方法。现在国外有许多新型甜味剂引起了社 会高度关注,如三氯蔗糖。新橙皮甙二氢查尔酮, 阿力甜和纽甜也有许多研究其检测方法的报 道 J。当然随着对人工合成甜味剂的深入研究有 必要形成一套检测方法同时检出多种人工合成甜 味剂。人工合成甜味剂的检测方法主要有分光光 度法、电化学方法、薄层色谱法、气相色谱法、高相 液相色谱法(包括与紫外、荧光和质谱检测器联用 等技术)、离子色谱法、毛细管电泳等。 3.1分光光度法 分光光度法是一种比较简单的分析方法,对 光性荧光配合物¨ 。叶姗用主成分回归一紫外光 度法同时测定了甜味剂安赛蜜及阿斯巴甜 。导 数技术的引入大大扩展了分光光度法的应用范 围,盂醒 用四阶导数光谱法同时测定软饮料中 阿斯巴甜和苯甲酸的含量。 3.2电化学分析法 电化学分析法有灵敏度较高,最低分析检出 限可达10~12 mol/L,准确度高,如库仑分析法和 电解分析法的准确度很高,仪器设备较简单,价格 低廉,仪器的调试和操作都较简单,容易实现自动 化等优点。缺点是选择性不高。电化学分析的选 择性一般都较差,但离子选择性电极法、极谱法及 控制阴极电位电解法选择性较高。 宋秋娟等¨ 利用离子选择电极法针对含乳饮 料的情况,在减少样品处理样品的乳化现象、糖精 钠标准溶液的配制方式以及提高盐桥配制质量等 方面提出了探讨性改进意见。钱桂平 报道了单 扫描电极法测定食品中的甜蜜素,用亚钠酯 化之后正己烷提取,在0.8%对氨基苯磺酸,0.2% 盐酸萘乙二胺、5%氨水各0.50 mL,底液系统下检 测,方法检出限达到0.31 ̄g/mL。姚孝友等线性 扫描极谱法测定食品中的糖精钠¨ 。 3.3气相色谱法 由于人工合成甜味剂挥发性不好,气相色谱 法极少用来作为检测方法。气相色谱法测定人工 合成甜味剂的先决条件是将其变成有良好挥发性 的物质。据报道用气相色谱法测定糖精钠,三氯 蔗糖,甜蜜素,安赛蜜都必须经过衍生化成易挥发 的物质。 R.Gerstl等在1972年把糖精与N,O双二(三 甲硅烷基)乙酰胺酯化来进行气相检测糖精¨ , B.Unterhah等1975年用重氮甲烷来实现N一甲基 化 还与三甲硅烷基重氮甲烷甲基化 坞]。国标 方法有用亚钠衍生成环己醇亚酯¨ 。 W.Qiu等气相色谱法测定三氯蔗糖,将三氯蔗糖 2010年第4期 肖立群等:人工合成甜味剂的检测技术研究进展及应用 ・51・ 溶解于吡啶和HMDS—TMSC1的混合液中生成易挥 发的蔗糖基硅烷醚,分别用GC—MS和GC—FID进 行检测 。 H.K3nig1971年进行气相色谱法同时检测糖 精,甜蜜素和甘素,糖精和甜蜜素。糖精和甜蜜素 用重氮甲烷来进行衍生,甘素不需要进行衍生,有 足够的挥发性来进行气相色谱分析 。Y. Nakaie_2 等1999年用GC.NDP同时检测食物中 的糖精,安赛蜜。两者在检测前必须进行重氮化。 3.4薄层色谱法 薄层色谱法可以用来定性和定量分析人工合 成甜味剂,薄层色谱法与其他方法相比,由于薄层 板均匀程度和点样器的重复性的影响,检测限较 低,精确度也不高,应用受到一定的,其优点 在于一种比较快速,价格低廉的技术,一般1—2 h,可以分析热不稳定化合物,几个样品同时分析。 薄层色谱法不需要样品的前处理来分离,纯化。 Z.E.Vibaud_2 等在1987年把糖精用硅胶GF254薄 层板分离,薄层色谱和紫外分光光度法相结合,使 糖精在235 nm和244 nm有紫外吸收。R. Takeshita 1972年用乙酸乙酯把糖精,安赛蜜,甘 素从食物中提取出来,分离提取和定量分析用薄 层色谱法通过聚酰胺色谱盘。 3.5高效液相色谱法 高效液相色谱法是近十年来最常用的测定人 工合成甜味剂的方法,其中反相高效液相色谱法 分离人工合成甜味剂的报道最为之多。高效液相 色谱法根据人工合成甜味剂的性质不同,连接的 检测器也不同。国内外报道人工合成甜味剂的高 效液相色谱法主要有高效液相一紫外检测法,高效 液相.荧光检测法,高效液相.蒸发光散射检测法和 高效液相一质谱检测法。 样品前处理是高效液相色谱法的一个重要阶 段,由于食品样品中如防腐剂,色素,增稠剂,维生 素,蛋白质,血脂和矿物质存在产生基质的干扰, 选择合适的前处理方法对后期的液相分析变得简 单化,充分保证回收率和重现性。目前有关报道 人工合成甜味剂的前处理方法有:酸化后用有机 溶剂提取,沉淀剂沉淀和固相萃取法等。 3.5.1高效液相.紫外检测法 J.Prodolliet 通过高效液相.紫外检测法在 紫外波长为205 nm,214 nm和215 nm,流动相是 磷酸盐缓冲盐和甲醇检测阿斯巴甜。甜蜜素不能 通过紫外来检测,因为甜蜜素的分子结构无紫外 吸收,仅有经过柱前衍生为其他具有紫外的物质 再通过高相液相一紫外检测法间接检测甜蜜素。 例如M.Lehr,W.Schmid,Z.Lebensm 将环己基 氨基磺酸转化成N,N一二氯环己基胺,紫外检测波 长在314 nm。新橙皮甙二氢查尔酮一般用紫外检 测器来测定,紫外吸收波长在282 nm,C18柱,其 他的甜味剂很少在此波长下有吸收。E.C.Demir- alay 报道的方法可以用在检测可口可乐中的3 种甜味剂(安赛蜜,糖精和阿斯巴甜)和防腐剂(香 兰素,苯甲酸和山梨酸)的含量,用C18柱和光电 二极管阵列检测器。邓立刚,李增梅,赵善仓 测 定乳饮料中安赛蜜和糖精钠,溶液利用亚铁氰化 钾和硫酸锌沉淀蛋白质后过滤经中性氧化铝柱净 化,光电二极管阵列检测器在230 nm处检测,方法 的加标回收率可达到86.6%~92.7%,相对标准 偏差为2.8%一4.2%。肖有玉 采用超声波提 取固体食品中的安赛蜜,并且用高效液相.紫外检 测法测定食品中的含量,该方法检出限0.0003 g/ ,加标回收率可达到97.0%~98.5%。 3.5.2高效液相一荧光检测法 荧光检测器比紫外检测器具有更优的选择性 和灵敏度,有关人工合成甜味剂用荧光检测器的 报道甚少。 甜蜜素通常柱前衍生为具有紫外吸收或荧光 吸收的物质,M.Hauck,H.Ko3bler 将甜蜜素氧 化成环己胺,用4一氟.7一硝基苯呋喃衍生,在485 nm 有吸收,激发波长在485 nm,发射波长在530 nm。 3.5.3高效液相.蒸发光散射检测法 蒸发光检测器的相应不同于其他检测器需依 赖物质的光学特性,利用蒸发光检测器时样品不 要求带有发色团或荧光基团。适用领域一般包 括:糖,未衍生的脂肪酸和氨基酸,药类,聚合物, 甘油三脂,表面活性剂等。AndrzejWasik,Josephine McCourt,Manuela Buchgraber_3 用高效液相色谱一 蒸发光检测法同时测定食物中9种甜味剂,方法 检出限<15 I ̄g/g,定量限<30 I ̄g/g,加标回收率 达到93~109%,精密度<4.0%,线性范围在25— 150/xg/g之间。 3.5.4高效液相一质谱检测法 Z.Huang,J.Ma,B.Chen,Y.Zhang,S.Yao[ ] 用HPLC/ESI—MS,利用三(羟甲基)氨基甲烷作 为离子对试剂测定食物中的甜蜜素。在C8柱 ・52・ 云南化工 2010年第4期 100%水合流动相等度情况下,选择负离子,m/z= 泳、10 mmolfL磷酸一10 mmol/L硼酸盐用50 178模式,此方法具有灵敏度高,高选择性,专一等 优点。D.Yang,B.Chen_35_2009年测定了七种人 工合成甜味剂和一种天然甜味剂甜菊糖甙,但未 做经过纯化富集的步骤,选用HPLC/ESI—MS, SIRm/z=178,397,377,293,641,312,162和182 mmol/L去氧胆酸钠调节为pH8.60作为胶束相, 220 nm用紫外检测器检测。 Catherine O等 用毛细管区带电泳间接紫外 测定了低热量食品中的甜蜜素,1 mmol/L羟化十 六碳烷基三甲胺、10 mmol/L安息酸钠电解液的条 对于甜蜜素,三氯蔗糖,纽甜,阿斯巴甜,甜菊糖 件下,一20 kV的电压,一羟基异丁酸作为内标物, 在波长254 nm进行紫外检测。 甙,阿力甜,安塞蜜和糖精,方法检出限<0.10 p ̄g/mL,定量限<0.30 p.g/mL。 3.6离子色谱法 人工合成甜味剂是一类易电离的物质,大部 分物质呈阴离子状态,如甜蜜素,安赛蜜,糖精即 使在酸性以阴离子形式存在,阿斯巴甜在碱性环 境中为阴离子,因此完全可以利用阴离子交换的 离子色谱法进行分离检测,离子色谱法不受紫外 吸收的影响,具有操作简单,无烦琐预处理或柱后 处理,达到高效,快速的优点。 郭莹莹,朱岩等采用淋洗发生器阴离子交换. 抑制电导检测法,同时分离和检测阿斯巴甜,甜蜜 素,安塞蜜和糖精。阿斯巴甜,甜蜜素,安塞蜜和 糖精的检测限分别为:1.27,0.045,0.033,0.063 mg/L,样品的回收率分别是:99.7%、102.8%、 98.6%、103.5%[ 。 采用阳离子交换柱测定人工合成甜味剂的情 况较少,柱子需要稀硫酸来活化,用稀硫酸为流动 相。许龙福等用强阳离子交换柱同时测定果奶中 的糖精钠、苯甲酸、山梨酸、柠檬酸、苹果酸,乳化 剂及甜味素不干扰,效果良好 。 3.7毛细管电泳 作为一种高效的分离技术,毛细管电泳分析 的突出优点:①样品预处理简单,样品用量少;② 多种被测组分可同时测定;③快速、连续、自动化。 毛细管电泳可用于食品品质评价、食品科学研究 以及质量监测。但是毛细管电泳与高效液相色谱 方法相比,灵敏度较低,与气相色谱方法相比,毛 细管电泳的进样量太少,这些局限性都会影响毛 细管电泳在食品分析方面的准确定量。常用来测 定甜味剂的方法有胶束毛细管电泳,区带毛细管 电泳和等速毛细管电泳。毛细管电泳常和紫外检 测器相联用。 C.0.Thompson,V.C.Trenerry,B.Kemmery[ ] 用胶束毛细管电泳方法阿斯巴甜、安塞蜜、糖精、 阿力甜、苯甲酸和山梨酸,在开管石英毛细管电 4展望 人工合成甜味剂属于食品添加剂的范畴,安 全性至关重要,每日最大摄人量必须经过严格控 制,每种新型甜味剂上市都要经过毒理学验证,直 至无毒才可安全食用。考虑到人工合成甜味剂的 安全性,天然甜味剂有逐步取代人工合成甜味剂 的趋向,研发出天然,安全,营养,高甜味,低热量, 口感好,稳定性高的新型甜昧剂,如:三氯蔗糖,阿 力甜等新型甜味剂。以人工合成甜味剂为基础开 发复配型甜味剂也是甜味剂的发展动态,单一甜 味剂在甜度、甜味、稳定性、加工特点等方面各有 特点,但用量大时常有不良风味和后味。复配甜 味剂可以利用各种甜味剂之间的协同效应可以改 善口味、增加风味;提高甜味的稳定性;增加甜度、 减少甜味剂总使用量,降低成本。 建立能同时检测多种人工合成甜味剂,具有简 便,高灵敏度,快捷,高效的特点的分析手段是食品 中人工合成甜味剂检测技术的一个发展方向。 参考文献: [1] 甜味剂.中国饮食大辞典[M].浙江:浙江大学出版,1991. 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Research and Application of Artiicial Sweeteners Detection fXIAO Li-qun r.ZHANG Cheng・cong .ZHANG Cheng-uirng (1.Yunnan Academy of Tobacoo Science,Lab of Tobacoo Chemistyr of Yunnan,Kunming 650106,China; 2.School of Chemisty Scirence and Technology of Yunnan University,Kunming 650091,China) Abstract:This paper reviews the functions and stability of artiifcial sweeteners,domestic and foreign artiifcil saweet— enem detection technique are reviewed and development direction of the sweeteners were prospects,developing a natural, safe,nutitrious,hi gh sweet,low calorie,good taste,high stbiality and new sweeteners and sweetener compound are impor- rnt.The estaablishment of multiple simultaneous detection of artiifcil sweetaeners nd develaopment of a simple,high sensi— tivity.fast and eficifent means of artiifcial sweeteners in food detection are supposed as an important developing direction. Key words: sweeteners;synthetic sweeteners;detection 

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