旋光儀在食品分析中的應(yīng)用

何 萍，張京京

旋光儀在食品分析中的應(yīng)用

何 萍，張京京

（營(yíng)口理工學(xué)院，遼寧 營(yíng)口 115000）

旋光儀是測(cè)定物質(zhì)旋光度的儀器，通過(guò)對(duì)樣品旋光度的測(cè)定，可以分析確定物質(zhì)的濃度、含量及純度等。本文主要介紹了旋光儀用于測(cè)定食品中的糖類物質(zhì)和谷氨酸鈉的方法，拓展了常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的使用范圍，提高了物理化學(xué)專用儀器的利用率。

旋光儀； 旋光度； 糖類； 谷氨酸鈉

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)使用儀器設(shè)備較多的實(shí)驗(yàn)課，課程順利開(kāi)展的前提是需要配備很多種類的常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器。近年來(lái)，各高校對(duì)大型儀器設(shè)備的開(kāi)放和共享機(jī)制進(jìn)行了很多研究和創(chuàng)新，儀器使用效益日益提高；然而花費(fèi)地方高校大量資金所購(gòu)買(mǎi)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器往往專項(xiàng)專用，只用于本科學(xué)生的日常教學(xué)，設(shè)備利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。如何提高物化儀器在科學(xué)研究中的作用，拓展常規(guī)儀器的實(shí)驗(yàn)功能勢(shì)在必行。[1]

線偏振光通過(guò)物質(zhì)后振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做旋光現(xiàn)象，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度稱為該物質(zhì)的旋光度。能夠使線偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫做旋光性物質(zhì)。如松節(jié)油、糖溶液、石英等都是旋光性物質(zhì)。旋光儀是測(cè)定物質(zhì)旋光度的儀器，廣泛應(yīng)用于制藥、藥檢、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工業(yè)生產(chǎn)[2]。在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，旋光儀只單獨(dú)用于蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定蔗糖水解過(guò)程中的旋光度的變化，儀器數(shù)量多但使用率低。本文主要介紹旋光儀在食品分析方面的一些應(yīng)用。

1 旋光法測(cè)定食品中糖類的含量

糖類是自然界分布廣泛、數(shù)量最多的有機(jī)化合物，是綠色植物光合作用的直接產(chǎn)物，也是食品的主要組成成分之一。人類攝取食物的總能量中大約80%由糖類提供，是人類及動(dòng)物的生命源泉[3]。多數(shù)糖分子中都含有不對(duì)稱碳原子，其溶液都具有旋光性，而旋光度又與溶液中糖的濃度成比例關(guān)系，因此，在一定條件下測(cè)定一定濃度糖溶液的旋光性，可以計(jì)算溶液中糖的含量。

糖廠的原料及中間制品主要成分都是蔗糖，均需測(cè)定蔗糖含量（蔗糖分），旋光法是測(cè)定蔗糖分最簡(jiǎn)單快速的一種方法。但是由于糖廠中間制品及副產(chǎn)品一般都帶有顏色，旋光法則要求樣品顏色淺而透明，所以通常需要脫色處理。150年來(lái)廣泛使用堿式醋酸鉛作糖品分析的澄清劑，鉛的化合物有毒且會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，替代方法的研究成為了當(dāng)務(wù)之急。替代方法之一是使用無(wú)鉛澄清劑，如冷俊峰[4]采用堿式氯化鋁作澄清劑，溶液PH值為5.5~7.0，每100 mL溶液含糖量為26.000 g，堿式氯化鋁（BAC，10×10-2Al2O3，B=75%）用量為1.0~4.0 mL，1∶1氨水為0.2~0.8 mL為測(cè)定赤砂糖和紅糖中蔗糖含量的最佳條件，效率比使用堿式醋酸鉛高，測(cè)定的蔗糖分結(jié)果一致。林偉福[5]等人則使用硫酸鋁與碳酸鈣的混合物，確定了硫酸鋁與碳酸鈣的最佳比例為3∶5，使用該比例澄清劑處理后得到的溶液最清，帶一點(diǎn)棕色，但是不影響旋光度的測(cè)定。郭劍雄[6]研制出的卡塞1號(hào)（一種鈉、鋁、鋅的復(fù)合鹽），克服了粉狀試劑容易吸潮變質(zhì)的難題，在長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中，試劑仍然有效。方法之二是使用近紅外旋光法，其工作波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于糖溶液中色素的吸光范圍，不需要脫色，可以直接檢測(cè)蔗糖分。同時(shí)用近紅外旋光法，普通旋光法和離子色譜法三種方法，檢測(cè)混合汁、清汁、糖漿的蔗糖分，結(jié)果表明近紅外旋光法準(zhǔn)確性高，更加環(huán)保，盡管儀器設(shè)備一次性投資大于普通旋光法，但運(yùn)行成本相對(duì)比較便宜，有很大發(fā)展空間[7]。

乳糖是哺乳動(dòng)物特有的一種化合物，是一種雙糖。乳糖是人體非常有益的營(yíng)養(yǎng)成分，能促進(jìn)人體腸道內(nèi)有益乳酸菌的生長(zhǎng)，抑制腸道內(nèi)異常發(fā)酵造成的中毒現(xiàn)象，乳糖還可以促進(jìn)機(jī)體對(duì)鈣的吸收。旋光法測(cè)定乳糖已經(jīng)于1948年收載于AOAC分析方法中并沿用至今，操作簡(jiǎn)單，能同時(shí)處理較多樣品。韓紹玫等[8]此基礎(chǔ)上引入溫度校正因子，消除了溫度對(duì)比旋光度的影響，將丹麥法經(jīng)驗(yàn)公式中的體積校正因子從0.94調(diào)整到0.945，精密度符合IDF國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。童殿榮[9]利用工作曲線測(cè)定乳糖濃度，將GB5409-85的沉淀劑改為GB6194-86中的沉淀劑，可以減少乙酸鋁對(duì)容量瓶的污染，更容易過(guò)濾。并且樣品濃度是在工作曲線中查出，溫度不影響測(cè)定結(jié)果，不需要溫度系數(shù)校正。伍桃英[10]，鄭向華[11]等人則研究了不同蛋白沉淀劑對(duì)乳糖溶液旋光度的影響。

淀粉是一種多糖，是人類食物的重要組成部分，也是供給人體熱能的主要來(lái)源，廣泛存在于植物的根、莖、葉、種子等組織中。用旋光法測(cè)定淀粉含量分為直接法和間接法。直接法的原理是淀粉本身具有旋光性，用氯化鈣溶液提取淀粉，測(cè)定旋光度，可計(jì)算出淀粉含量。盧林[12]考察了冷卻方式和旋光液溫度對(duì)淀粉含量測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)旋光液溫度在20~25 ℃范圍內(nèi)，旋光度無(wú)明顯差異，如果溫度超過(guò)25 ℃或低于20 ℃，需要進(jìn)行溫度校正，計(jì)算出了不同溫度的溫度校正系數(shù)。文中還指出采用合適統(tǒng)一的冷卻方式（冰水?。?，也可以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。間接法是指用稀酸水解樣品，將其中的淀粉轉(zhuǎn)化成具有旋光性的糖類物質(zhì)，測(cè)定旋光度后再計(jì)算出淀粉含量。童丹在測(cè)定馬鈴薯淀粉含量[13]的研究中確定了樣品的最佳水解時(shí)間為15 min，時(shí)間太長(zhǎng)或太短都會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏低。

2 旋光法測(cè)定食品中谷氨酸鈉的含量

谷氨酸鈉是一種谷氨酸的鈉鹽，能夠增強(qiáng)食物的鮮味，屬于自然形成的最豐富的非必須氨基酸之一，由于分子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)不對(duì)稱碳原子，具有光學(xué)活性，因此用旋光儀測(cè)定其溶液旋光度，再換算出谷氨酸鈉的含量。

對(duì)于一些復(fù)合調(diào)味品，通常摻有淀粉、蔗糖及各種不溶于水的香料，在用鹽酸提取谷氨酸鈉過(guò)程中，淀粉和蔗糖都會(huì)水解成帶有左旋光性的糖，而谷氨酸鈉在鹽酸溶液中顯右旋光性，兩者發(fā)生消旋現(xiàn)象，從而對(duì)測(cè)定結(jié)果造成干擾。胡玉赭[14]通過(guò)對(duì)凱氏定氮法、高氯酸滴定法、旋光法和酸度計(jì)法四種測(cè)定谷氨酸鈉的方法進(jìn)行比較，得出了對(duì)于谷氨酸鈉含量為99 %和80 %（含20 %NaCl）的產(chǎn)品，可以選用旋光法，對(duì)于含有蔗糖、淀粉和其它不易溶解的物質(zhì)的產(chǎn)品，可以選用其它三種方法的結(jié)論。童鶴泉等[15]繪制了不同濃度蔗糖酸化后的（左）旋光曲線，將其加入樣品的旋光度從而抵消消旋作用，準(zhǔn)確度和精密度均達(dá)到要求。

3 結(jié) 論

旋光儀在食品分析中的應(yīng)用十分廣泛，在藥物分析和食品添加劑的檢測(cè)中也有十分重要的地位。旋光儀除了可以測(cè)量旋光物質(zhì)的含量以外，與其他儀器聯(lián)用還可以用于化學(xué)分析、過(guò)程實(shí)時(shí)檢測(cè)或手性物質(zhì)的測(cè)定。根據(jù)旋光儀的工作原理，還可以用來(lái)檢測(cè)兩種液體混合后的體積濃度。在地方高校，科研經(jīng)費(fèi)較少，科研力量相對(duì)較弱，大部分教師缺乏獨(dú)立購(gòu)買(mǎi)儀器的能力，常規(guī)儀器的開(kāi)放和共享就顯得尤為重要，不應(yīng)只局限于某些特定的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。

［1］王耿. 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器利用率[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué). 2014，17(4)：197-199.

［2］何建玲. 有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)教程[M]. 北京：北京大學(xué)出版社，2011.

［3］謝明勇，胡曉波，王遠(yuǎn)興. 食品化學(xué)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］ 冷俊峰. 無(wú)鉛澄清法測(cè)定赤砂糖和紅糖中蔗糖的含量[J]. 甘蔗糖業(yè). 1995，(4)：46-49.

［5］ 林偉福，薛信義，謝旺達(dá). 無(wú)毒鋁試劑代替堿式醋酸鉛的適用性研究[J]. 廣西蔗糖，2000，(4)：57-59.

［6］ 郭劍雄. 糖品分析用的無(wú)毒澄清劑之研制[J]. 廣西輕工業(yè), 2006，(5)：17-18.

［7］ 馬步，黃凱，盧家炯. 近紅外旋光法與普通旋光法測(cè)定蔗糖分的對(duì)比研究[J]. 廣西輕工業(yè), 2006，22(1)：8-10.

［8］ 韓紹玫，冷友斌. 改良旋光法測(cè)定牛乳中的乳糖[J]. 中國(guó)乳品工業(yè), 1991，19(5)：207-208.

［9］ 童殿榮. 旋光儀測(cè)定新鮮牛乳中乳糖[J]. 儀器儀表與分析監(jiān)測(cè). 1998(3)：54-55.

［10］ 伍桃英，李夢(mèng)怡，李亦蔚，等. 3種測(cè)定乳制品中乳糖含量方法的比較[J]. 食品與機(jī)械,2010，26(5)：71-74.

［11］ 鄭向華，楊自潔，龔吉軍，等. 基于旋光法的原料乳中乳糖摻偽鑒別技術(shù)研究[J]. 2015，36(6)：75-77.

［12］ 盧林. 旋光法測(cè)定大米和玉米淀粉含量的條件控制研究[J]. 食品科技,2010，35(12)：272-274.

［13］ 童丹. 旋光法測(cè)定馬鈴薯淀粉含量最佳水解時(shí)間的確定[J]. 喀什師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2014，35(3)：17-19.

［14］ 胡玉赭. 關(guān)于味精中谷氨酸鈉含量測(cè)定方法的探討[J]. 科技信息, 2011(21)：620.

［15］ 童鶴泉，俞彩城. 復(fù)合特鮮味素中谷氨酸鈉含量的旋光測(cè)定[J]. 中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 1991，1(3)：172.

Application of Polarimeter in Food Analysis

（Yingkou Institute of Technology, Liaoning Yingkou 115000, China）

A polarimeter is a scientific instrument to measure the angle of rotation caused by passing polarized light through an optically active substance. Through determination of optical rotation, it can determine the substance’s concentration, content, purity and so on. Inthis paper, application of polarimetry in determination of saccharides and sodium glutamate in the food was introduced. The application can effectively improve the utilization rate and expand the application scope of conventional experiment instruments.

polarimeter; optical rotation; saccharides; sodium glutamate

2017-03-28

何萍（1985-），女，實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生，遼寧省營(yíng)口市人，2010年畢業(yè)于廈門(mén)大學(xué)物理化學(xué)專業(yè)，研究方向：從事物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

O657；TS107.3

A

1004-0935（2017）05-0487-03