表面增強(qiáng)拉曼光譜法快速測(cè)定干果類食品中的糖精鈉

表面增強(qiáng)拉曼光譜法快速測(cè)定干果類食品中的糖精鈉陳正毅;盧雅琳;梁豫;曾晨;張卓旻;李攻科【摘要】Arapidanalyticalmethodwasdevelopedforthedeterminationofsaccharinsodiumsaltindryfruitsbysurface-enhancedRamanspectroscopy(SERS).Thesaccharininrealsampleswasextractedwithwater,followedbeingseparatedandcleanedupontheactivatedC18solidphaseextractioncolumnbeforesurface-enhancedRamanscatteringmeasurement.Thelinearrangeofthismethodwasfrom50.0mg/Lto250mg/L,andthedetectionlimitwas0.6g/kg.Thegoodrecoverieswereinrangeof80.0％-125％withrelativestandarddeviations(RSD,n=5)nomorethan8.4％.Theresultssuggestedthatthismethod,withgoodantiinterferencecapability,wassensitiveandreliableintherapiddeterminattionofsaccharinsodiumsaltindryfruits.ItisexpectedthatthisSERSbasedrapidanalyticalmethodpossessesagreatpotentialinmonitoringthequalityofdryfruits.%建立了干果中糖精鈉的表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)快速分析方法?干果樣品經(jīng)水提取、C18固相萃取柱凈化除雜后進(jìn)行表面增強(qiáng)拉曼光譜分析?該方法的線性范圍為50.0~250mg/L,檢出限為0.6g/kg,回收率為80.0%~125%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)不大于8.4%.結(jié)果表明該方法靈敏度高、雜質(zhì)干擾小、準(zhǔn)確度高,滿足干果類食品中糖精鈉的快速檢測(cè)要求,在干果類食品安全質(zhì)量監(jiān)控方面具有良好的應(yīng)用潛力.【期刊名稱】《分析測(cè)試學(xué)報(bào)》年(卷),期】2017(036)005【總頁數(shù)】5頁(P650-654)【關(guān)鍵詞】表面增強(qiáng)拉曼光譜法;快速分析;糖精鈉;干果【作者】陳正毅;盧雅琳;梁豫;曾晨;張卓旻;李攻科【作者單位】中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,廣東廣州510275;中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,廣東廣州510275;中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,廣東廣州510275;中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,廣東廣州510275;中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,廣東廣州510275;中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院,廣東廣州510275【正文語種】中文【中圖分類】O657.37;O629.1糖精鈉俗稱甜精、糖精，是一種常見的人工合成甜味劑。由于糖精鈉的甜度比蔗糖紅糖等天然甜味劑甜300-600倍［1］，被廣泛添加于各類干果類食品。相關(guān)研究表明，糖精鈉具有潛在的致癌效應(yīng)［2-3］，影響未成年人健康［1-2］，因此許多國(guó)家對(duì)干果類食品中糖精鈉的用量有嚴(yán)格規(guī)定，如歐盟對(duì)其限量為0.5~3.0g/kg［4］,中國(guó)國(guó)標(biāo)(GB2760-2014)對(duì)其限量為1.0~5.0g/kg［5］。目前，為了獲得更好的口感和消費(fèi)者認(rèn)可度，許多市售干果類產(chǎn)品經(jīng)常被過量添加糖精鈉，因此干果類產(chǎn)品中糖精鈉含量的快速分析對(duì)干果類產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控具有重要意義。目前，糖精鈉的檢測(cè)方法主要有高效液相色譜法(HPLC)［5］、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS)［6］、薄層色譜法［7］、紫外分光光度法［8］、比色法［9］、電化學(xué)法［10］、酶聯(lián)免疫法［11］等。其中，HPLC法是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5009.28-2003)采用的分析方法［12］，但操作復(fù)雜、分析耗時(shí)長(zhǎng)，不利于大量樣品的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。酚磺鈦比色法和紫外分光光度法曾是糖精鈉的快速篩查國(guó)標(biāo)方法［13］，但因其樣品提取和分離過程復(fù)雜，易受食品基體成分干擾，而最終被HPLC法取代。因此，目前尚無準(zhǔn)確有效的干果類產(chǎn)品中糖精鈉的現(xiàn)場(chǎng)快速分析方法。表面增強(qiáng)拉曼光譜（Surface-enhancedRamanspectroscopy,SERS）具有快速、靈敏及指紋特征分析等特點(diǎn)，由于便攜SERS儀器尺寸小，非常適合于現(xiàn)場(chǎng)快速分析，現(xiàn)已廣泛用于食品添加劑［14］、著色劑［15］和抗生素［16］等的快速分析。但實(shí)際樣品基體復(fù)雜，嚴(yán)重影響了SERS定性定量分析的準(zhǔn)確性，而將適當(dāng)?shù)臉悠非疤幚矸椒ㄅcSERS分析結(jié)合，能有效提高SERS分析的準(zhǔn)確性。田中群課題組［17］研發(fā)出的殼層隔絕納米粒子（Shell-isolatednanoparticle-enhancedRamanspectroscopy，SHINERS）避免了基體或者目標(biāo)物與Au產(chǎn)生的電化學(xué)作用，獲得了準(zhǔn)確的待測(cè)物SERS光譜，提高了SERS定性的準(zhǔn)確度［18］，已應(yīng)用于食物中農(nóng)藥殘留［19］、添加劑［20］等的檢測(cè)。李攻科課題組［21］建立了一種固相萃取/SERS快速檢測(cè)牛奶中三聚氰胺的方法，有效去除了牛奶基體干擾，檢出限達(dá)0.1mg/kg，回收率達(dá)75.3%~125%。本文旨在建立一種適用于干果類食品中糖精鈉快速分析的SERS方法。通過優(yōu)化超聲提取、離心時(shí)間、固相萃取及SERS分析條件，消除基體干擾，最終實(shí)現(xiàn)了干果中糖精鈉的SERS快速分析。儀器與試劑DeltaNuInspector便攜式拉曼光譜儀（美國(guó)DeltaNu）;TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī)（湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司）；MIULAB微型離心機(jī)（杭州米歐儀器有限公司）。高級(jí)純糖精鈉（上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；SERS增強(qiáng)試劑CP-2（SHINERS，廈門市普識(shí)納米科技有限公司）；鹽酸（分析純，廣州化學(xué)試劑廠）；活性碳粉、氧化鋁（分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠）；硅膠（分析純，煙臺(tái)黃務(wù)硅膠開發(fā)試驗(yàn)廠）；十丿I烷基硅烷鍵合硅膠（C18，上海博勢(shì)生物科技有限公司）；無花果、話梅等樣品購自廣州市當(dāng)?shù)爻?。糖精鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：用超純水配制濃度為5000mg/L的糖精鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，將儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋成50.0，100，150，200，250mg/L的系列濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液。樣品測(cè)定將無花果、話梅、橄欖干樣品剪碎并搗勻，稱取2.0g樣品，加入10.0mL水，300W下超聲提取10min，8000r/min離心5min;將100pL上清液轉(zhuǎn)移至含有0.10gC18的固相小柱中，加2.0mL水，接收濾液，待測(cè)。移取200pLSERS增強(qiáng)試劑CP-2于拉曼管中，加入100pL待測(cè)液和10pL1.2mol/L鹽酸溶液，混勻后進(jìn)行SERS檢測(cè)。SERS條件：積分時(shí)間為20s，測(cè)定次數(shù)為3，每次測(cè)試扣除暗電流背景1次，激光功率為High，結(jié)果為Average，分辨率為L(zhǎng)ow。樣品前處理?xiàng)l件的優(yōu)化提取條件采用超聲提取樣品中的糖精鈉，優(yōu)化了超聲時(shí)間和離心時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了干果中糖精鈉的快速提取，結(jié)果如圖1A所示。在300W超聲功率下，對(duì)比了超聲時(shí)間分別為4,6,8,10,12,14,16min時(shí)的提取結(jié)果，結(jié)果表明，提取時(shí)間為12min時(shí)目標(biāo)峰的SERS信號(hào)開始穩(wěn)定。在8000r/min離心條件下，對(duì)比離心時(shí)間分別為1,3,5,7,9min時(shí)的提取結(jié)果，結(jié)果表明，離心5min時(shí)目標(biāo)峰的SERS響應(yīng)最強(qiáng)。離心時(shí)間過短導(dǎo)致雜質(zhì)沉淀不完全，影響后續(xù)SERS測(cè)定，所以提取階段超聲時(shí)間設(shè)為12min，離心時(shí)間設(shè)為5min。固相萃取條件由于糖精鈉既包含疏水的苯環(huán)結(jié)構(gòu),又包含親水的磺胺結(jié)構(gòu),不同萃取劑的吸附性能對(duì)糖精鈉的分離富集效果不同。實(shí)驗(yàn)分別考察了活性碳、硅膠、氧化鋁、C18作為固相萃取吸附劑對(duì)糖精鈉分離富集效果的影響。結(jié)果表明，活性碳、C18對(duì)糖精鈉的分離富集效果良好，但活性碳吸附的糖精鈉難以洗脫，硅膠、氧化鋁吸附劑易產(chǎn)生穿透現(xiàn)象，因此實(shí)驗(yàn)采用C18作為吸附劑。實(shí)驗(yàn)考察了不同C18吸附劑用量(0.02,0.05,0.10g)對(duì)糖精鈉SERS檢測(cè)信號(hào)的影響，結(jié)果表明采用0.10gC18吸附劑時(shí)，糖精鈉的SERS信號(hào)最強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)還考察了不同洗脫液體積(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5mL)對(duì)糖精鈉洗脫效果的影響，結(jié)果如圖1B所示，當(dāng)洗脫液體積2.0mL時(shí)可將糖精鈉完全洗出。SERS分析條件的優(yōu)化2.2.1鹽酸用量向待測(cè)溶液中添加鹽酸，可使SHINERS粒子表面帶正電，從而改善SHINERS粒子對(duì)糖精鈉的吸附選擇性，有效提高方法的靈敏度。實(shí)驗(yàn)對(duì)比了鹽酸加入量為2,4,6,8,10,12,14,16pL的SERS信號(hào)，結(jié)果如圖1C所示。當(dāng)HCI用量少于10pL時(shí)，隨著HCl加入量的增加，SERS信號(hào)增強(qiáng)，HCl用量為10pL時(shí)峰信號(hào)最強(qiáng)；繼續(xù)加入HCl,SERS信號(hào)反而減弱。這可能是因?yàn)檫^多的鹽酸導(dǎo)致帶負(fù)電的糖精離子與H+結(jié)合，形成分子態(tài)的糖精，帶正電荷SHINERS對(duì)其吸附量降低，從而導(dǎo)致SERS信號(hào)減弱。糖精鈉在~710cm-1處有明顯SERS響應(yīng)，且峰強(qiáng)度隨濃度的增加而增大，是由SHINERS粒子與糖精鈉中帶負(fù)電的氨基連接所形成的磺胺環(huán)結(jié)構(gòu)的呼吸振動(dòng)引起[22-23],這也證實(shí)了H+可以促進(jìn)SHINERS對(duì)糖精鈉的吸附選擇性，提高SERS響應(yīng)。因此，最終選擇HCI的加入量為10pL。SHINERS粒子與樣品體積比的優(yōu)化為獲得最佳SERS信號(hào)，優(yōu)化了SHINERS粒子與樣品溶液體積比。在總加入體積保持一致條件下，考察了SHINERS粒子與樣品溶液的體積比分別為1:4,1:3,1:2,1:1,2:1,3:1,4:1時(shí)糖精鈉的SERS特征峰響應(yīng)，結(jié)果如圖1D所示。隨著體積比的增加，SERS響應(yīng)逐漸增加，當(dāng)比例為2:1時(shí)SERS響應(yīng)最強(qiáng)，繼續(xù)增加體積比反而使SERS響應(yīng)降低。這是因?yàn)镾HINERS粒子過少時(shí)，導(dǎo)致提供的熱點(diǎn)少而使得SERS響應(yīng)弱，而SHINERS粒子過多時(shí)，由于熱點(diǎn)過剩導(dǎo)致SERS的響應(yīng)減弱。因此，最終選擇SHINERS粒子與樣品溶液的體積比為2:1。方法選擇性的研究通過考察干果類食品中雜質(zhì)對(duì)糖精鈉SERS分析的干擾，研究了方法的選擇性。以~710cm-1峰強(qiáng)度變化為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，若加入干擾物后峰強(qiáng)無明顯變化，則視為不干擾。實(shí)驗(yàn)考察了干果類食品中的主要基體物質(zhì)(包括蔗糖、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、NaCI、維生素C等)對(duì)糖精鈉SERS分析的干擾影響。其中，最大的干擾來自于防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀，因?yàn)槠潆婋x出的酸根可以吸附在SHINERS粒子表面，從而影響糖精鈉的SERS測(cè)定。但苯甲酸鈉(pKa=4.2)和山梨酸鉀(pKa=4.8)[24]與H+的結(jié)合能力比糖精鈉(pKa=2.1)[25]強(qiáng)，說明在優(yōu)化的酸度條件下(pH=3.0,實(shí)測(cè))，糖精負(fù)離子的分布系數(shù)比苯甲酸根和山梨酸根大，故大部分糖精負(fù)離子可以吸附在帶正電的SHINERS粒子表面，可能存在的雜質(zhì)對(duì)糖精鈉的測(cè)定影響可以忽略。此外，同一酸度條件下，由于分子態(tài)的苯甲酸和山梨酸在溶液中的分布系數(shù)比分子態(tài)的糖精大，所以大部分苯甲酸和山梨酸被C18吸附，從而可排除雜質(zhì)干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)蔗糖、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、NaCl、維生素C濃度為糖精鈉濃度的50倍時(shí)，糖精鈉的SERS譜圖中710cm-1處的特征峰面積無明顯變化，表明干果食品基體物質(zhì)不干擾糖精鈉的SERS分析，方法的選擇性滿足實(shí)際樣品分析要求。SERS快速分析方法的建立配制濃度分別為50.0，100，150，200，250mg/L的系列糖精鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化條件下以~710cm-1處特征峰峰面積(Y)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(X,mg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖2)。結(jié)果表明，糖精鈉在50.0~250mg/L濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，方法的工作曲線為Y=51.3X+179.1(r2=0.9879)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為6.5%，檢出限(S/N=3)為0.6g/kg，定量下限⑸N=10)為2g/kg。方法的靈敏度滿足國(guó)標(biāo)方法(GB2760-2014)中干果類食品中糖精鈉限量(5g/kg)的檢測(cè)要求。實(shí)際樣品分析將該方法用于隨機(jī)購買的3種干果類食品(無花果、話梅、橄欖干)中糖精鈉的快速分析，結(jié)果表明無花果、話梅、橄欖干中的糖精鈉均可定量檢出(圖3)，其含量分別為3.1,1.522g/kg(表1)。3種實(shí)際樣品均作加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，分別取5份平行樣，加標(biāo)量均為1.020,4.0g/kg。加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明方法的回收率為80.0%~125%,RSD(n=5)為1.3%~9.3%，與HPLC標(biāo)準(zhǔn)方法獲得的結(jié)果比值在0.85~12之間，表明該方法準(zhǔn)確可靠，可滿足干果類食品中糖精鈉的快速分析要求。本文結(jié)合超聲提取及固相萃取等前處理方法，建立了干果食品中糖精鈉的SERS快速分析方法。系統(tǒng)優(yōu)化了超聲提取條件、固相萃取條件及SERS分析條件，有效消除了基體干擾，提高了方法的選擇性和靈敏度。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，該方法的線性范圍為50.0-250mg/L，檢出限為0.6g/kg,RSD(n=5)為6.5%。將該方法用于實(shí)際樣品分析，檢出無花果、話梅、橄欖干中的糖精鈉含量分別為3.1，1.5，g/kg，回收率為80.0%~125%，與HPLC標(biāo)準(zhǔn)方法的相對(duì)偏差為-17%~10%，結(jié)果表明該方法準(zhǔn)確可靠，可用于實(shí)際干果類食品中糖精鈉的現(xiàn)場(chǎng)快速分析?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】GrenbyTH.TrendsFoodSci.Technol.,1991,2:2-6.WeihrauchMR.Ann.Oncol.,2004,15(10):1460-1465.OserBL.FoodChem.Toxicol.,1985,23(4):535-542.EuropeanCommission.OpiniononSaccharinandItsSodium,PotassiumandCalciumSalts.1997.http://ec.europa.eu/food/fs/sc/oldcomm7/out26_en.pdf.⑸LiuY,YinZ,ZouXX,CaoLF.J.Instrum.Anal.(劉英，尹州，鄒曉筱，曹麗芬.分析測(cè)試學(xué)報(bào))，2011，30(6)：651-655.ChenLJ，F(xiàn)eiXQ，TanMR，WuB，ShenCY，ZhangR，DingT，LiuY，YangGJ. 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