毛細(xì)管電泳法測(cè)定糖果及調(diào)制酒中10 種人工合成色素

王麗芳，丁曉靜,*，解 娜，趙 珊，王 志

（1.北京市疾病預(yù)防控制中心 食物中毒診斷溯源技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；2.首都醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，北京 100069；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河北 保定 071001）

毛細(xì)管電泳法測(cè)定糖果及調(diào)制酒中10 種人工合成色素

王麗芳1,2，丁曉靜1,2,*，解 娜3，趙 珊1，王 志3

（1.北京市疾病預(yù)防控制中心 食物中毒診斷溯源技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；2.首都醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，北京 100069；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河北 保定 071001）

建立了糖果及調(diào)制酒中10 種常用人工合成色素的毛細(xì)管電泳-二極管陣列檢測(cè)新方法。以75 μm×70 cm（有效長(zhǎng)度60 cm）未涂敷石英毛細(xì)管為分離柱，25 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了10 種人工合成色素的同時(shí)分離與測(cè)定。分離電壓18 kV，檢測(cè)波長(zhǎng)為214 nm。研究了影響10 種人工合成色素分離的因素，如分離緩沖溶液的濃度、pH值及添加劑的濃度等。調(diào)制酒樣品過(guò)膜后直接進(jìn)樣，粉碎后的糖果樣品經(jīng)提取液提取，離心后取上清液直接進(jìn)樣。10 種人工合成色素的質(zhì)量濃度分別在1.0～40.0、1.5～60.0、2.0～80.0、3.0～120.0 mg/L范圍內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的校正峰面積呈良好線性關(guān)系（r≥0.999 6）。檢出限（RSN=3）在0.3～1.0 mg/L之間，定量限（RSN=10）在1.0～3.0 mg/L之間。方法回收率在92.1%～106.5%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=5）在0.5%～4.4%之間。本方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，適用于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中糖果及調(diào)制酒中常用10 種人工合成色素的檢測(cè)。

人工合成色素；糖果；調(diào)制酒；毛細(xì)管電泳

含偶氮基及芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的人工合成色素具有成本低廉、色澤鮮艷、色調(diào)多樣、著色力強(qiáng)、易溶解、易調(diào)色等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工業(yè)中廣泛使用[1-2]，添加到食品中可恢復(fù)食品加工過(guò)程中損失的天然色素，使得食品更具有吸引力[3-4]和更美味，然而一些人工合成色素因過(guò)量食用而可能危害人的健康[5-6]。最近的研究表明檸檬黃可引起哮喘疾病及兒童多動(dòng)癥[7]。故各國(guó)都嚴(yán)格控制人工合成色素的使用范圍和用量，歐盟于2010年禁止食品中添加人工合成色素[6]，日本規(guī)定所有色素均應(yīng)在標(biāo)簽上標(biāo)識(shí)[8]，我國(guó)規(guī)定食品中人工合成色素的最大使用量在0.3～0.6 mg/g[10]。為確保人工合成色素在我國(guó)規(guī)定的限量范圍內(nèi)使用及食品加工的質(zhì)量控制，建立簡(jiǎn)便易行的食品中人工合成色素的準(zhǔn)確檢測(cè)方法尤為重要。

目前，基于分離技術(shù)的人工合成色素的主要分析方法有高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法[8-9,11-18]、超高效液相色譜（ultra-high performance liquid chromatography，UPLC）法[19-20]、UPLC/四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜（quadrupole-time of flight mass spectrometry，Q-TOF）法[21]及毛細(xì)管電泳（capillary electrophoresis，CE）法[22-31]。HPLC法需耗用大量有機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑往往氣味難聞且有致癌性，危害人體與環(huán)境；UPLC法盡管減少了有機(jī)溶劑的消耗量，但因色譜柱價(jià)格昂貴，填料致密，對(duì)前處理要求較高；UPLC-Q-TOFS法盡管定性能力強(qiáng)，但儀器的使用及維護(hù)成本高。CE因分離效率高、使用價(jià)廉的石英毛細(xì)管、試劑和樣品量消耗少及分離模式多，特別適用于基體復(fù)雜的食品樣品中色素的分析，用毛細(xì)管電泳對(duì)人工色素的檢測(cè)已有文獻(xiàn)報(bào)道，但同時(shí)分析的色素種類一般不超過(guò)8 種。故本研究建立了同時(shí)分離測(cè)定10 種人工合成色素的CE新方法，測(cè)定了糖豆及調(diào)制酒樣品，獲滿意結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

調(diào)制酒及糖果 市購(gòu)。

酸性紅2G（純度≥98%）、誘惑紅（純度≥98%）和胭脂紅（純度≥99%） 美國(guó)Sigma-Aldrich公司；新紅（純度≥98%） 德國(guó)Dr.Ehrenstorfer公司；偶氮寶石紅 梯希愛(ài)化成工業(yè)發(fā)展有限公司；質(zhì)量濃度1.0 mg/mL赤蘚紅及質(zhì)量濃度0.5 mg/mL莧菜紅、亮藍(lán)、檸檬黃和日落黃標(biāo)準(zhǔn)溶液（純度均≥99%） 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；硼砂（分析純） 中國(guó)醫(yī)藥公司北京采購(gòu)供應(yīng)站；氫氧化銫（分析純） 美國(guó)Acros Organics公司；氫氧化鋰（分析純） 北京新華化學(xué)試劑廠；聚乙二醇35 000（PEG 35 000，貨號(hào)：81310） 美國(guó)Fluka公司；羥丙基-β-環(huán)糊精（HP-β-CD，摩爾質(zhì)量1 459.8 g/mol） 比利時(shí)Acros Organics公司；氫氧化鈉（優(yōu)級(jí)純）、氫氧化鉀（分析純） 北京化工廠；氫氧化鈉（優(yōu)級(jí)純） 上海山海工學(xué)團(tuán)實(shí)驗(yàn)二廠；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

5 種色素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：分別稱取酸性紅2G、誘惑紅、胭脂紅、新紅和偶氮寶石紅各10 mg于同一1.5 mL 塑料離心管中，加入1 mL水溶解，配成10.0 mg/mL混合儲(chǔ)備溶液，于4 ℃冰箱保存。

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：取上述5 種色素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液及標(biāo)準(zhǔn)溶液，用樣品提取液稀釋成所需質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，由于赤蘚紅見(jiàn)光易分解，故工作液需每天配制。

1.2 儀器與設(shè)備

Beckman P/ACE MDQ 型毛細(xì)管電泳儀（配二極管陣列檢測(cè)器） 美國(guó)Beckman公司；F-50A型酸度計(jì) 北京屹源電子儀器科技公司；渦旋振蕩器 英國(guó)Bibby Sterilin有限公司；Universal 32型高速離心機(jī) 德國(guó)Hettich公司；Milli-Elix/RiOs超純水器 美國(guó)Millipore公司；A11B S25型均質(zhì)儀 德國(guó)IKA公司。

1.3 方法

1.3.1 電泳條件

熔融石英毛細(xì)管（75 μm×70 cm，有效長(zhǎng)度60 cm）；分離緩沖溶液：30 mmol/L Na2B4O7+50 mmol/L CsOH+20 g/L PEG 35 000+40 mmol/L HP-β-CD（pH 10.00）；樣品提取液：將分離緩沖溶液直接用超純水稀釋10 倍；分離電壓18 kV；進(jìn)樣時(shí)間15 s；檢測(cè)波長(zhǎng)214 nm；正極端進(jìn)樣，進(jìn)樣壓力3.448 kPa；工作電流85 μA；操作溫度25 ℃。由于標(biāo)準(zhǔn)溶液與實(shí)際樣品基體不同，導(dǎo)致兩者遷移時(shí)間可能會(huì)有一定程度的差異，因校正峰面積不隨電滲流的改變而改變，可通過(guò)校正峰面積定量（峰面積除以遷移時(shí)間）來(lái)消除，以此保證定量結(jié)果的重復(fù)性[32]。

1.3.2 毛細(xì)管的預(yù)處理

新石英毛細(xì)管在使用前分別用1 mol/L氫氧化鈉溶液洗20 min、水洗5 min及分離緩沖溶液洗5 min。每次進(jìn)樣前，用1 mol/L氫氧化鈉溶液、水及分離緩沖溶液分別沖洗2 min，以保證遷移時(shí)間和校正峰面積的重復(fù)性。

1.3.3 樣品前處理

糖豆類：將糖豆樣品用均質(zhì)儀粉碎。準(zhǔn)確稱取已粉碎的0.04 g糖豆于1.5 mL塑料離心管中，加入0.4 mL樣品提取液，渦旋混勻使樣品充分分散在樣品提取液中，超聲10 min，9 000 r/min離心10 min，取上清液直接進(jìn)行測(cè)定。

調(diào)制酒類：過(guò)膜后直接進(jìn)樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇

通過(guò)二極管陣列檢測(cè)器在線掃描獲知10 種人工合成色素，除了在400～600 nm有特征吸收波長(zhǎng)外，在低紫外波長(zhǎng)210 nm附近都有共同的較強(qiáng)吸收峰。為盡可能避免基體干擾，本研究最終選擇214 nm為檢測(cè)波長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)10 種色素的同時(shí)測(cè)定。

2.2 分離緩沖體系的選擇

10 種人工合成色素水溶性好，除赤蘚紅為見(jiàn)光易分解的含4 個(gè)苯環(huán)的羧酸鈉鹽外，其余9 種均為偶氮類磺酸鹽，均能在堿性條件下以陰離子形式穩(wěn)定存在。故本實(shí)驗(yàn)選用紫外吸收低的硼酸鹽作為分離緩沖體系。

2.3 分離緩沖溶液濃度的選擇

分離緩沖溶液的濃度對(duì)溶液的黏度、分析物的擴(kuò)散系數(shù)和ζ電位均有影響，可降低電滲流而導(dǎo)致遷移時(shí)間和分離度的增加。保持50 mmol/L CsOH、40 mmol/L HP-β-CD和20 g/L PEG 35 000不變，考察了10、20、30 mmol/L及40 mmol/L Na2B4O7對(duì)10 種色素分離的影響（圖1），隨著Na2B4O7濃度的增加，各峰分離時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，分離度逐漸增大，當(dāng)濃度增至30 mmol/L時(shí)，各峰間的分離度已足夠大，繼續(xù)增加鹽濃度導(dǎo)致過(guò)多焦耳熱，反而導(dǎo)致峰展寬。綜合考慮峰形與分離度，30 mmol/L硼砂為最佳。

圖1 硼砂濃度對(duì)10 種人工合成色素標(biāo)準(zhǔn)分離的影響Fig.1 Effect of Na2B4O7concentration on the separation of ten standards of synthetic colorants

2.4 分離緩沖溶液pH值的選擇

分離緩沖溶液pH值影響電滲流及待分析物所帶電荷，從而影響分析物的遷移時(shí)間和分離效率。硼酸pKa=9.24，故硼酸鹽緩沖范圍為8.24～10.24。保持分離緩沖液中其余組分的種類及濃度不變，考察了硼酸鹽緩沖范圍內(nèi)，pH值分別為9.76、9.83、10.00及10.09（相應(yīng)CsOH濃度分別為30、40、50、60 mmol/L）時(shí)對(duì)色素分離的影響。隨著pH值增加，各色素峰的遷移時(shí)間延長(zhǎng)，分離度也相應(yīng)增加。但pH值增加使電滲流增加，分離緩沖液離子強(qiáng)度也增加，焦耳熱增多，反而導(dǎo)致峰展寬、靈敏度下降，最終確定最佳pH值為10.00，相應(yīng)CsOH溶液濃度為5 0 mmol/L，此時(shí)10 種色素峰形好，如圖2所示。

分別用1 mol/L LiOH、NaOH、KOH及CsOH調(diào)節(jié)分離緩沖溶液的pH值至10.00，考察對(duì)各色素分離及峰形的影響。用LiOH溶液調(diào)pH值時(shí)，各色素峰間分離遠(yuǎn)未達(dá)基線，隨著Li+、Na+、K+及Cs+電導(dǎo)增加，相應(yīng)離子強(qiáng)度也增加，各色素峰間的分離度越來(lái)越大，靈敏度越來(lái)越高，與文獻(xiàn)[33]結(jié)果相吻合，故本實(shí)驗(yàn)繼續(xù)采用1 mol/L CsOH溶液調(diào)節(jié)分離緩沖液pH值。

圖2 氫氧化銫濃度對(duì)10 種人工合成色素標(biāo)準(zhǔn)分離的影響Fig.2 Effect of CsOH concentration on the separation of ten standards of synthetic colorants

2.5 分離緩沖溶液中HP-β-CD濃度的選擇

圖3 HP-β-CD濃度對(duì)10 種色素標(biāo)準(zhǔn)分離的影響Fig.3 Effect of HP-β-CD concentration on the separation of ten standards of synthetic colorants

色素著色能力強(qiáng)，故首要解決的問(wèn)題是在管壁吸附，因?yàn)槲侥軐?dǎo)致色素峰形差，表現(xiàn)為前伸或拖尾峰、靈敏度低，嚴(yán)重時(shí)不出峰，更談不上定量的重復(fù)性。首先選用HP-β-CD來(lái)抑制色素吸附。保持30 mmol/L Na2B4O7、50 mmol/L CsOH（pH 10.00）和20 g/L PEG 35 000不變，分別考察了0、20、40、60、80 mmol/L HP-β-CD對(duì)10 種色素分離的影響，未添加HP-β-CD時(shí)，各色素間未完全分離，峰形差，為前伸峰，新紅被毛細(xì)管壁完全吸附，未見(jiàn)其峰出現(xiàn)如圖3a所示，顯示了其較強(qiáng)著色能力，單一添加劑PEG 35 000不足以抑制其在管壁的吸附。當(dāng)加入20 mmol/L HP-β-CD時(shí)，新紅的峰出現(xiàn)。隨著HP-β-CD濃度的增加，亮藍(lán)和誘惑紅的吸附程度降低最為明顯，峰形越來(lái)越好，大部分峰的分離得到改善，但遷移時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，亮藍(lán)與日落黃間的分離越來(lái)越差，考慮到分離度及分離時(shí)間，最終確定HP-β-CD的最佳濃度為40 mmol/L。

2.6 分離緩沖溶液中PEG 35 000質(zhì)量濃度的選擇

保持分離緩沖液中30 mmol/L Na2B4O7、50 mmol/L CsOH（pH 10.00）和40 mmol/L HP-β-CD的濃度不變，考察了PEG 35 000質(zhì)量濃度分別為0、20 g/L及40 g/L時(shí)對(duì)色素分離及峰形的影響。當(dāng)分離緩沖液中不含PEG 35 000時(shí)，亮藍(lán)與誘惑紅；檸檬黃與胭脂紅的峰并在了一起，隨著PEG 35 000質(zhì)量濃度的增加，亮藍(lán)、誘惑紅、檸檬黃及胭脂紅的峰形逐漸變銳，峰形變好，但當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到40 g/L時(shí)，亮藍(lán)與新紅的峰展寬，靈敏度明顯降低，如圖4所示。PEG 35 000最佳質(zhì)量濃度為20 g/L。

圖4 PEG 35 000質(zhì)量濃度對(duì)10 種色素標(biāo)準(zhǔn)分離的影響Fig.4 Effect of PEG 35 000 concentration on the separation of ten standards of synthetic colorants

2.7 管徑及管長(zhǎng)的選擇

選用50 μm內(nèi)徑毛細(xì)管進(jìn)行分離，盡管分離效果好，但因靈敏度低而檢測(cè)不到大部分樣品中的色素，只好換用內(nèi)徑75 μm毛細(xì)管，靈敏度顯著增加。

為避免因內(nèi)徑增加而導(dǎo)致分離柱效下降，將內(nèi)徑50 μm時(shí)所用毛細(xì)管有效長(zhǎng)度50 cm增至60 cm，這樣做的好處是在盡量不降低柱效的同時(shí)，還可以增加進(jìn)樣量，從而進(jìn)一步增加檢測(cè)靈敏度。

2.8 工作曲線、線性范圍、檢出限、定量限及精密度

在上述最佳電泳條件下，將10 種色素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用樣品提取液逐級(jí)稀釋（莧菜紅及胭脂紅的工作液質(zhì)量濃度分別為1、2、5、10、20 mg/L及40 mg/L；偶氮寶石紅及新紅的工作液質(zhì)量濃度分別為1.5、3、6、15、30 mg/L及60 mg/L；赤蘚紅、誘惑紅、日落黃及酸性紅2G的工作液質(zhì)量濃度分別為2、4、10、20、40 mg/L及80 mg/L；亮藍(lán)及檸檬黃的工作液質(zhì)量濃度分別為3、6、15、30、60 mg/L及120 mg/L，依次注入電泳儀。校正峰面積（A）與相應(yīng)色素質(zhì)量濃度呈良好線性關(guān)系。線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍、檢出限及定量限見(jiàn)表1。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在線性范圍內(nèi)以校正峰面積單點(diǎn)定量。

表1 線性回歸方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限Table 1 Linear regression equations, linear ranges, correlation coefficients, limits of detection and limits of quantitation

2.9 儀器精密度

在最佳電泳條件下，將低、中及高3 個(gè)質(zhì)量濃度的10 種人工合成色素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別連續(xù)進(jìn)樣7次，得到儀器精密度。低、中及高3 個(gè)質(zhì)量濃度遷移時(shí)間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）（n=7）分別在0.50%～1.15%、0.14%～1.10%、0.24%～0.91%之間。低、中及高3 個(gè)質(zhì)量濃度校正峰面積的RSD（n=7）分別在1.59%～3.61%、1.45%～2.66%、0.44%～2.70%之間。

2.10 回收率實(shí)驗(yàn)

以不含色素的白色糖豆為空白樣品，分別在低、中及高3 個(gè)質(zhì)量濃度進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。結(jié)果列于表2。標(biāo)準(zhǔn)、樣品及樣品加標(biāo)電泳圖如圖5所示。

圖5 10 種人工合成色素標(biāo)準(zhǔn)、糖豆樣品及樣品加標(biāo)電泳圖Fig.5 Electrophoregrams of t en standards of synthetic colorants

表2 加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果（n=5）Table 2 Average recoveries of ten synthetic food colorants in candies spiked at various levels (n=5)

2.11 樣品分析

圖6 糖豆樣品2#電泳圖Fig.6 Electrophoregram of candy sample

按1.3.3節(jié)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)糖豆及調(diào)制酒樣品進(jìn)行了測(cè)定，糖豆樣品測(cè)定結(jié)果及電泳圖分別見(jiàn)表3及圖6。所測(cè)調(diào)制酒樣品中色素含量在0.42～31.36 mg/kg，相應(yīng)RSD在0.1%～4.7%之間。為進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確度，還測(cè)定了英國(guó)弗帕斯實(shí)驗(yàn)室食品分析水平評(píng)估計(jì)劃（food analysis performance assessment scheme，F(xiàn)APAS）能力驗(yàn)證樣品，日落黃和偶氮寶石紅獲得滿意結(jié)果，并與上報(bào)結(jié)果的HPLC法進(jìn)行了方法比對(duì)，見(jiàn)表4。

表3 糖豆樣品測(cè)定結(jié)果（n=3）Table 3 Contents of synthetic food colorants in real candy samples (n=3)

表4 CE與HPLC測(cè)定FAPAS能力驗(yàn)證樣品結(jié)果Table 4 Comparison of analytical results between CE and HPLC for the FAPAS proficiency test sample

3 結(jié) 論

人工合成色素因其較強(qiáng)的著色能力，易吸附在石英毛細(xì)管壁，導(dǎo)致色素峰形不好。然而HP-β-CD與PEG 35 000的協(xié)同作用，可成功地抑制色素吸附，對(duì)改善峰形、色素間分離及提高加標(biāo)回收率起著不可或缺的作用。利用CsOH溶液調(diào)節(jié)分離緩沖液pH值可進(jìn)一步改善色素峰形。食品中人工合成色素較少的使用量即可達(dá)到理想的著色效果，采用內(nèi)徑75 μm×70 cm（有效長(zhǎng)度：60 cm）未涂敷石英毛細(xì)管可滿足檢測(cè)靈敏度的需求。

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Simultaneous Determination of Ten Synthetic Food Colorants in Alcoholic Beverages and Candies by Capillary Electrophoresis

WANG Li-fang1,2, DING Xiao-jing1,2,*, XIE Na3, ZHAO Shan1, WANG Zhi3
(1. Beijing Key Laboratory of Diagnostic and Traceability Technologies for Food Poisoning, Beijing Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100013, China; 2. College of Public Health, Capital Medical University, Beijing 100069, China; 3. College of Science, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China)

A new method for the simultaneous determination of ten synthetic food colorants in alcoholic beverages and candies by capillary electrophoresis (CE) with photodiode array (PDA) detection was established. The separation was carried out using an uncoated capillary with 75 μm (i.d.) and total length of 70 cm (60 cm to the detector) within 25 min. The separation voltage was 18 kV. The detection wavelength was set at 214 nm. The key factors that affect the separation such as the concentration and pH of the running buffer, the concentration of additives we re investigated in detail. The alcoholic beverage was directly injected after filtration. The candy sample was first ground and then extracted with sample buffer. The extract was centrifuged and the supernatant could be directly injected. Good linear relationships between the corrected peak areas and mass concentrations of the ten synthetic food colorants were obtained in the range of 1.0-40.0, 1.5-60.0, 2.0-80.0, 3.0-120.0 mg/L, respectively, with correlation coefficients all above 0.999 6. The limits of detection (RSN=3) were 0.3-1.0 mg/L, and the limits of quantitation (RSN=10) were 1.0-3.0 mg/L, respectively. The average recoveries were between 92.1%-106.5% with relative standard derivations of 0.5%-4.4%. This method is simple and accurate. It can be applied to the routine analysis of 10 synthetic colorants in alcoholic beverages and candies.

synthetic colorants; candy; alcoholic beverages; capillary electrophoresis

O657

A

1002-6630（2014）14-0145-06

10.7506/spkx1002-6630-201414028

2014-03-26

北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目（Z111100056811006）；北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才培養(yǎng)項(xiàng)目

王麗芳（1986—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)。E-mail：yunquan0919@163.com

*通信作者：丁曉靜（1968—），女，主任技師，博士，研究方向?yàn)槭称沸l(wèi)生理化檢驗(yàn)。E-mail：dxj_wry@yahoo.com