離子色譜法檢測水果、飲品中的蔗糖、葡萄糖和果糖

張 磊，周光明*，熊建飛

(發(fā)光與實時分析教育部重點實驗室，西南大學化學化工學院，重慶 400715)

離子色譜法檢測水果、飲品中的蔗糖、葡萄糖和果糖

張 磊，周光明*，熊建飛

(發(fā)光與實時分析教育部重點實驗室，西南大學化學化工學院，重慶 400715)

建立離子色譜法同時分離檢測兩種水果和兩種飲品中的蔗糖、葡萄糖和果糖的分析方法。采用METROSEP CARB 1(150mm×4.0mm)陰離子交換分離柱和脈沖安培檢測器，對淋洗分離條件進行優(yōu)化。確定柱溫20℃、淋洗液30mmol/L NaOH溶液，淋洗液流速1.0mL/min，總分析時間25min。在1.0～50.0mg/L范圍內(nèi)蔗糖、葡萄糖和果糖分別呈良好線性。在優(yōu)化的分離條件下，蔗糖、葡萄糖和果糖的檢出限分別為0.085、0.126mg/L和1.072mg/L(進樣體積20μL，峰面積定量)。用8.0mg/L蔗糖、葡萄糖和果糖的混標溶液連續(xù)5次進樣，3種糖峰面積的相對標準偏差分別為6.09%、2.90%和3.03%，保留時間的相對標準偏差分別為2.49%、1.78%和1.79%。樣品測定的回收率為83.4%～126.6%。用該方法檢測了水果和飲品中的3種糖，效果良好。同時具有操作簡單，結(jié)果準確，快速有效等優(yōu)點，可為水果和飲品質(zhì)量檢測提供一個簡單有效的方法。

離子色譜；脈沖安培檢測；蔗糖；葡萄糖；果糖

水果和飲料中大多都含有不等量的糖類，同時糖類化合物也是維持生命活動的主要能源?，F(xiàn)國家標準中對部分水果和飲料中糖類物質(zhì)種類和含量沒有明確規(guī)定，只是確定了甜味劑的限量。

目前用于糖類測定的方法很多，對于糖含量測定的文獻也較多。其中比色法最為經(jīng)典，但其所測為單糖和總糖含量，不具備選擇性，無法滿足檢測指標日趨細化的要求[1-2]。由于常見的糖類不易氣化并且紫外吸收較弱，氣相色譜法[3-4]和毛細管電泳法[5-6]測定時糖類必須經(jīng)過衍生后方可被檢測，操作費時且繁瑣。對于常規(guī)的液相色譜法[7-8]雖然無需衍生但靈敏度較低，僅適合于常量樣品的分析。近年來興起的離子色譜法處于應用廣泛化的趨勢[9-11]，大多采用陰離子交換分離技術(shù)和先進的脈沖安培檢測器[12-14]分離和測定糖含量，此方法操作簡單，結(jié)果準確，是一種快速、便捷的檢測方法。近十多年對水果[15]和飲料[16-17]中糖進行分離檢測的文獻較多，但用離子色譜[18]進行檢測的較少。

本實驗采用離子色譜法同時對橘子、蘋果、果繽紛和紅茶中的蔗糖、葡萄糖和果糖進行分析，以期為其方法的而建立提供一定科學依據(jù)，并為對糖含量有不同需求的消費者提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

橘子、蘋果、果繽紛和紅茶 市售。

蔗糖(分析純)、葡萄糖(分析純)和D-果糖(生化試劑)成都市科龍化工試劑廠；NaOH(分析純) 重慶川東化工有限公司；去離子純水。

1.2 儀器與設備

861 Advanced Compact IC，817 Bioscan脈沖安培檢測器、METROSEP CARB 1(150mm×4.0mm)陰離子交換柱、Metrohm IC-Net 2.3色譜工作站 瑞士萬通公司；FA2004A電子天平 上海精天電子儀器有限公司；CQ50超聲波清洗器 上海必能信超聲波有限公司；GM-0.33II隔膜真空泵 天津市騰達過濾器件廠；布氏漏斗、玻塞漏斗、0.45μm微孔濾膜。

1.3 標準溶液的配制

稱取蔗糖、葡萄糖和果糖標樣0.1000g，用去離子水分別溶于100mL容量瓶中，配制成1000mg/L標準儲備液。

用移液管分別移取上述蔗糖、葡萄糖和果糖標準儲備液0.1、0.2、0.5、0.8、1.2、1.4、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0mL 于100mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度。得到蔗糖、葡萄糖和果糖質(zhì)量濃度為1.0、2.0、5.0、8.0、12.0、14.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0mg/L的標準溶液。

1.4 樣品的預處理

橘子：取橘子一小瓣放于研缽中，將其研磨成均勻糊狀，用干凈的燒杯稱取約0.3g(實稱0.3033g)，加入約20mL去離子水溶解，并超聲30min，然后用布氏漏斗過濾兩次，再轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶定容，混勻后用0.45μm的濾膜過濾一次，最后轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中待用。

蘋果的預處理方法同橘子，實取0.3321g。

果繽紛：用燒杯稱果繽紛約0.3g(實取0.3133g)，加入約20mL去離子水溶解，并超聲30min，然后用布氏漏斗過濾兩次，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶定容，混勻后用0.45μm的濾膜過濾一次，最后轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中待用。

紅茶的預處理方法同果繽紛，實取0.3342g。

1. 5 色譜條件及測定方法

分離柱：METROSEP CARB 1(150mm × 4.0mm)陰離子交換柱；淋洗液30.0mmol/L NaOH溶液；流速1.0mL/min；進樣量20μL；柱溫20℃；再生液 200.0mmol/L NaOH溶液；脈沖安培檢測；峰面積定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 淋洗液濃度的選擇

離子色譜法分析糖類時最常用的淋洗液是NaOH溶液，本實驗分別用5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、28.0、30.0、35.0、50.0、100.0mmol/L NaOH溶液進行淋洗。當淋洗液濃度低于20.0mmol/L時，蔗糖和葡萄糖的色譜峰重疊嚴重。從淋洗液濃度25.0mmol/L開始時，蔗糖峰后移，在葡萄糖峰之后出現(xiàn)，同時蔗糖和葡萄糖的色譜峰分離度逐漸變好。進一步提高NaOH溶液濃度，在其濃度35.0mmol/L時，蔗糖峰與果糖峰出現(xiàn)重疊，分離度變差。當淋洗液濃度為50.0mmol/L 和100.0mmol/L，蔗糖與果糖分離度太差，無法分離。研究表明，隨著NaOH濃度降低，各個色譜峰的保留時間也相應延長，根據(jù)高效且分離度達到實驗要求的原則，選30.0mmol/L NaOH溶液作為淋洗液。由于本實驗選擇較低濃度的NaOH淋洗液，而脈沖安培檢測器是在堿性條件下(pH≥12)的電化學響應下實現(xiàn)的，所以每次進樣前需要對色譜柱進行再生處理，否則檢測的靈敏度會降低，重現(xiàn)性會變差，本實驗采用高濃度N a O H(200.0mmol/L)平衡柱子。

2.2 色譜柱溫度選擇

選擇30.0mmol/L NaOH溶液作為淋洗液，在不同溫度情況下考察混標溶液的分離情況。分別設定柱溫為15、20、25、30、32、35、40℃，結(jié)果表明，隨著溫度的降低，峰的分離度逐漸變好，但柱壓逐漸增大，保留時間也會相應加長。當溫度低于20℃時，色譜峰有些變寬。因此為了保護色譜柱和獲得較好的分離度綜合考慮選擇柱溫20℃。

2.3 淋洗液流速的選擇

調(diào)節(jié)流速分別為0.5、0.8、1.0、1.2、1.5mL/min，當流速升高時保留時間減小，對峰的分離度影響不大，但柱壓會明顯增大，柱壓最大不超過12MPa。因此，為了保護色譜柱，同時也盡量縮短分析時間，選用1.0mL/min 作為淋洗液流速。

2.4 定性分析

將配制好的葡萄糖標準溶液在確定好的色譜條件(淋洗液30.0mmol/L NaOH溶液、流速1.0mL/min、進樣量20μL、柱溫20℃)下進行進樣檢測(圖1)，確定其出峰時間大約在12min，再向其中加入蔗糖標準溶液進行檢測，確定其出峰時間大約在14min，最后向含有葡萄糖和蔗糖標準溶液的混標溶液中加入果糖標準溶液進行檢測，確定其出峰時間大約在16min。此步定性分析是為樣品檢測的定量分析做好準備。

圖1 標準樣品色譜圖Fig.1 Chromatogram of a mixture containing glucose, sucrose and fructose standards

2.5 標準曲線的繪制與檢出限的測定

以3種單糖的色譜峰面積(Y)對其質(zhì)量濃度(X)進行線性回歸，并進一步稀釋標準溶液，在信噪比為3時測定其最低檢出限。線性關(guān)系回歸方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍和檢出限見表1。

所繪制的標準曲線沒有過坐標原點，說明存在基質(zhì)效應，即在所配制的溶液中其他物質(zhì)對被分析物產(chǎn)生的影響和干擾。為了消除或降低基質(zhì)效應，盡可能保持樣品中基質(zhì)不變，讓標準溶液的基體與樣品匹配，提高檢測精度。采用的方法有：選擇合適的樣品預處理方法，盡可能除去雜質(zhì)；在保證靈敏度的情況下，采用小進樣體積，可以適當降低基質(zhì)效應；優(yōu)化色譜柱的分離條件，從而達到很好的分離效果，降低其他物質(zhì)干擾。對比測定的標準色譜圖(圖1)與樣品色譜圖(圖2)可知，除開始出現(xiàn)的小負峰、第一個可能是醇峰的正峰以及待測物質(zhì)峰外無其他雜質(zhì)峰，這說明標準曲線和測定結(jié)果可信。同時由回收率測定結(jié)果可知，基質(zhì)效應對樣品中物質(zhì)含量的測定影響不是很大，與以往的參考文獻對比，結(jié)果是在其范圍內(nèi)的。綜上，基質(zhì)效應對本實驗的測定結(jié)果影響不大，標準曲線可作為定量依據(jù)。

表1 標準品線性回歸方程、線性范圍和檢出限Table 1 Linear regression equations, linear ranges and detection limits of glucose, sucrose and fructose

圖2 橘子(A)和果繽紛(B)樣品色譜圖Fig.2 Chromatograms of orange and drink samples

2.6 樣品色譜圖與測定結(jié)果

將處理好的樣品溶液按照色譜條件進行色譜分析，色譜圖見圖2，兩種水果和兩種飲料中各糖含量見表2。

表2 兩種水果和兩種飲料中葡萄糖、蔗糖和果糖的含量Table 2 Contents of glucose, sucrose and fructose in two kinds of fruits and two kinds of drinks

由表2可知，蘋果中含有大量的果糖，而蔗糖由于含量未在檢出限內(nèi)而無響應信號，葡萄糖含量相對較多。對于橘子，其中3種糖的含量適中，而對于兩種飲品來說，它們含有的蔗糖相對較高，特殊人群應慎重選擇。

2.7 重現(xiàn)性實驗

取8.0mg/L葡萄糖、蔗糖和果糖混合液，按照2.5節(jié)色譜條件分別連續(xù)進樣7次，考慮到實驗儀器的不穩(wěn)定性，棄去前兩次取后5次的結(jié)果，得到葡萄糖、蔗糖、果糖的峰面積測定值的相對標準偏差(RSD)分別為2.90%、6.09%、3.03%，保留時間的相對標準偏差(RSD)分別為1.78%、2.49%、1.79%。

2.8 加標回收率實驗

重新稱取各物質(zhì)各兩份(取樣量與之前樣品測定近似)，第1份加入約20mL去離子水溶解，并超聲30min，然后用布氏漏斗過濾兩次，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶定容，混勻后用0.45μm濾膜過濾一次，最后轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中混勻待測。第2份根據(jù)之前樣品測定中各葡萄糖的含量進行加標，并將其一同進行預處理操作，最后上機檢測。由于兩次的質(zhì)量不能完全相同，這樣會給假設相同質(zhì)量下進行的結(jié)果帶來很大影響，因此要對實驗數(shù)據(jù)進行校正。本實驗是將其校正成0.3000g下各物質(zhì)中各糖含量。由于樣品前處理、溶液移取以及測定時系統(tǒng)的不穩(wěn)定性等因素都會對這種痕量測定結(jié)果產(chǎn)生影響，所以對于測定結(jié)果在83.4%～126.6%之間波動，并有超過100%的情況都是可以接受的，加標回收結(jié)果見表3。

表3 加標回收率實驗結(jié)果Table 3 Results of spike recovery tests

3 結(jié)論與討論

本實驗建立兩種飲料和兩種水果中的葡萄糖、蔗糖以及果糖的離子色譜檢測法，依據(jù)糖類在強堿性條件下離子化的特點，使用陰離子交換色譜柱進行分離，再通過脈沖安培檢測器進行檢測。本法操作簡便，重復性較好，各種糖類的分離度好，無需衍生，且具有更好的選擇性和更高的靈敏度，有效的保證了樣品中3種糖測定結(jié)果的準確性。同時進行加標回收率實驗，結(jié)果不是特別理想，但由于樣品前處理、溶液移取以及測定時系統(tǒng)的不穩(wěn)定性等因素都會對這種痕量測定結(jié)果造成影響，所以結(jié)果是可以接受的，該方法的準確性是可信的。綜合實驗數(shù)據(jù)分析可知，應用離子色譜法測糖實用性強，具有一定的應用價值。

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Determination of Sucrose, Glucose and Fructose in Fruits and Drinks by Ion Chromatography

ZHANG Lei，ZHOU Guang-ming*，XIONG Jian-fei
(Key Laboratory on Luminescence and Real-time Analysis (Southwest University), Ministry of Education,School of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest University, Chongqing 400715, China)

An ion chromatographic method has been developed for the determination of sucrose, glucose and fructose in two kinds of fruits and two kinds of drinks. The analytes were separated on a METROSEP CARB 1 (150 mm × 4.0 mm) anion exchange column using 30.0 mmol/L NaOH as mobile phase at flow rate of 1.0 mL/min and detected with a pulsed amperometric detector. The total time it took to separate the sugars was 25 min. The linear ranges of sucrose, glucose and fructose were 1.0－50.0 mg/L. The detection limits for sucrose, glucose and fructose were 0.085, 0.126 mg/L and 1.072 mg/L (20μL injection, and the quantitative analysis was based on the peak areas), respectively. The RSDs of peak areas for five consecutive determinations of 8 mg/L sucrose, glucose and fructose were 6.09%, 2.90% and 3.03%, respectively. The RSDs of retention time were 2.49%,1.78% and 1.79%, respectively. The recovery rates for the sugars across three spike levels were in the range of 83.4%－126.6%.Satisfactory results were achieved for the determinations of sucrose, glucose and fructose by the method. Meanwhile, the method was simple, accurate, fast, effective and applicable for the quality control of fruits and drinks.

ion chromatography；pulsed amperometric detection；sucrose；glucose；fructose

O657.75

A

1002-6630(2012)08-0159-04

2011-04-16

國家科技重大專項(2008ZX07315)；重慶市自然科學基金項目(CSTC，2007BB5370)

張磊(1988—)，女，碩士研究生，研究方向為色譜分析。E-mail：z196325@swu.edu.cn

*通信作者：周光明(1964—)，男，教授，博士后，研究方向為色譜及其聯(lián)用技術(shù)。E-mail：gmzhou@swu.edu.cn