利用同相等差感應(yīng)電勢(shì)法檢測(cè)膨化食品中阿斯巴甜的研究

楊哪，周宇益，徐振林，孟嫚，陳新文，孫遠(yuǎn)明*

（1.廣東利誠(chéng)檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 中山 528436；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東 廣州 510642；3.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；4.英都斯特（無(wú)錫）感應(yīng)科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214035）

阿斯巴甜，又名天門(mén)冬酰苯丙胺酸甲酯，是由L-苯丙氨酸和L-天門(mén)冬氨酸為主要原料合成的一種氨基酸二肽衍生物，作為甜味劑廣泛應(yīng)用于食品及制藥工業(yè)[1]。膨化食品是谷物和薯類(lèi)等經(jīng)膨化工藝形成的具有一定膨化度的休閑食品，深受人們喜愛(ài)，其加工過(guò)程中常添加阿斯巴甜等甜味劑改善產(chǎn)品風(fēng)味[2]。然而，阿斯巴甜的代謝產(chǎn)物苯丙氨酸具有一定神經(jīng)毒性，過(guò)量食用阿斯巴甜，會(huì)導(dǎo)致免疫力低下，存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。程曉娟等[3]研究發(fā)現(xiàn)，高劑量阿斯巴甜會(huì)導(dǎo)致小鼠腎功能衰竭；陽(yáng)彬等[4]采用不同劑量阿斯巴甜對(duì)小鼠進(jìn)行灌胃，阿斯巴甜刺激糖尿病小鼠，導(dǎo)致其免疫力下降；王虹等[5]對(duì)小鼠進(jìn)行腹腔注射阿斯巴甜，小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核率和精子畸形率增加；Hamza等[6]發(fā)現(xiàn)阿斯巴甜會(huì)降低抗氧化酶活性，加速脂質(zhì)過(guò)氧化。因此，我國(guó)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定膨化食品中阿斯巴甜使用量不超過(guò)500 mg/kg。

目前食品中阿斯巴甜的常用檢測(cè)方法主要為高效液相色譜法、質(zhì)譜法、離子色譜和表面增強(qiáng)拉曼光譜等。朱明等[7]采用超高效液相色譜檢測(cè)白酒中的阿斯巴甜，其檢測(cè)限為1.0 μg/kg；高向陽(yáng)等[8]利用反相高效液相色譜混標(biāo)進(jìn)樣檢測(cè)飲料及乳品中的阿斯巴甜，其檢出限為0.21 mg/kg，檢測(cè)結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%；羅丹等[9]基于表面增強(qiáng)拉曼光譜測(cè)定軟飲料中的阿斯巴甜，其檢測(cè)限為0.41 mg/L，色譜及光譜法具有速度快、無(wú)損和無(wú)污染等特點(diǎn)，但檢測(cè)成本相對(duì)較高。利用同相等差感應(yīng)電勢(shì)法檢測(cè)食品中的阿斯巴甜鮮有報(bào)道。

本文利用同相等差感應(yīng)電勢(shì)法分析不同含量阿斯巴甜溶液的電學(xué)特性，并選取5種市售膨化食品檢測(cè)其阿斯巴甜含量，探究同相等差感應(yīng)電勢(shì)法檢測(cè)膨化食品中阿斯巴甜的可行性，為食品中阿斯巴甜的分析測(cè)定提供一種新的技術(shù)方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

4種配料標(biāo)有阿斯巴甜的膨化食品、1種無(wú)包裝膨化食品：市售；冰乙酸、高氯酸、甲酸、結(jié)晶紫：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

同相等差感應(yīng)電勢(shì)檢測(cè)設(shè)備：根據(jù)變壓器原理，廣東利誠(chéng)檢測(cè)技術(shù)有限公司理化分析中心實(shí)驗(yàn)室自制（激勵(lì)電壓 5 V～20 V，頻率 300 Hz～500 Hz）；磁力攪拌器（C-MAG）：德國(guó)IKA公司；低速大容量離心機(jī)（TDL-50D）：上海安亭科學(xué)儀器廠；分析天平（AL204）：瑞士Mettler Toledo儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)條件

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)備

同相等差感應(yīng)電勢(shì)檢測(cè)設(shè)備如圖1所示。

圖1 同相等差感應(yīng)電勢(shì)檢測(cè)設(shè)備示意圖Fig.1 Schematic diagram of in-phase equal-difference induced voltage detection equipment

樣品溶液從玻璃連接孔流入，布滿螺旋管道，經(jīng)b、o和-b處管道相連，形成兩個(gè)次級(jí)線圈，且其螺旋管道繞向相同。設(shè)置恒溫循環(huán)水浴溫度為25℃，向初級(jí)線圈施加激勵(lì)電壓5 V～20 V和頻率300 Hz～500 Hz的正弦交流信號(hào)，通過(guò)鉑電極依次檢測(cè)樣品瞬時(shí)絕對(duì)電壓（瞬時(shí)電壓絕對(duì)值）Vao、Vbo、V-ob和 V-oa，并測(cè)定 a和-a之間的電勢(shì)差U-aa。

1.3.2 試驗(yàn)條件

研 究 在 300、350、400、450、500 Hz 頻 率 及 5、10、15、20 V 激勵(lì)電壓下，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0、25、50、75、100 mg/kg）阿斯巴甜的瞬時(shí)絕對(duì)電壓及電勢(shì)差。測(cè)定5種市售膨化食品中阿斯巴甜含量，膨化食品粉碎后，過(guò)200目篩，與去離子水按1∶10的質(zhì)量比，制備成500 g混合液，混合均勻，3 000 r/min離心15 min，上清液經(jīng)0.45 μm有機(jī)系濾膜過(guò)濾后檢測(cè)，并按照GB 1886.47—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑天門(mén)冬酰苯丙氨酸甲酯（又名阿斯巴甜）》，采用化學(xué)法檢測(cè)膨化食品樣品中阿斯巴甜含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用ORIGIN 8.5進(jìn)行制圖及數(shù)據(jù)分析，每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3次，取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 激勵(lì)電壓對(duì)阿斯巴甜溶液瞬時(shí)絕對(duì)電壓的影響

不同激勵(lì)電壓下阿斯巴甜溶液的瞬時(shí)絕對(duì)電壓如圖2所示。

圖2 不同激勵(lì)電壓下阿斯巴甜溶液的瞬時(shí)絕對(duì)電壓Fig.2 Instantaneous absolute voltages of aspartame solutions under different excitation voltages

在300 Hz頻率，5 V～20 V激勵(lì)電壓下測(cè)定次級(jí)線圈中50 mg/kg阿斯巴甜溶液ao、bo、-ob和-oa 4個(gè)檢測(cè)位點(diǎn)瞬時(shí)絕對(duì)電壓的變化。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，隨初級(jí)線圈激勵(lì)電壓的增加，阿斯巴甜溶液各位點(diǎn)瞬時(shí)絕對(duì)電壓增大，且Vao和V-oa、Vbo和V-ob大小基本相同。20V下Vao較5V提高82.05%，而Vbo則增大2.83倍，但Vbo數(shù)值較小，后續(xù)選擇20 V為激勵(lì)電壓檢測(cè)值，a和-a位點(diǎn)間的電勢(shì)差U-aa為電信號(hào)檢測(cè)參數(shù)。王瑩等[10]研究發(fā)現(xiàn)隨電場(chǎng)強(qiáng)度增加，抗氧化肽含量減少。Zakrevskii等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在交變電場(chǎng)下，聚合物中大分子遷移速率提高，電傳導(dǎo)率增加?；瘜W(xué)法生產(chǎn)阿斯巴甜過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生金屬離子，體系電導(dǎo)率較高，且阿斯巴甜是一種二肽類(lèi)甜味劑，肽類(lèi)物質(zhì)在電磁場(chǎng)下具有抗磁性[12]。隨初級(jí)線圈激勵(lì)電壓增加，次級(jí)線圈中感應(yīng)電勢(shì)增大，阿斯巴甜溶液中肽類(lèi)物質(zhì)及微量金屬離子碰撞加劇，檢測(cè)位點(diǎn)瞬時(shí)絕對(duì)電壓增大。

2.2 頻率對(duì)阿斯巴甜溶液瞬時(shí)絕對(duì)電壓的影響

不同頻率下阿斯巴甜溶液的瞬時(shí)絕對(duì)電壓如圖3所示。

圖3 不同頻率下阿斯巴甜溶液的瞬時(shí)絕對(duì)電壓Fig.3 Instantaneous absolute voltages of aspartame solutions under different frequencies

在20 V激勵(lì)電壓，300 Hz～500 Hz頻率下測(cè)定次級(jí)線圈中50 mg/kg阿斯巴甜溶液ao、bo、-ob和-oa 4個(gè)檢測(cè)位點(diǎn)瞬時(shí)絕對(duì)電壓的變化。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，阿斯巴甜溶液各位點(diǎn)的瞬時(shí)絕對(duì)電壓隨頻率增加無(wú)顯著變化，后續(xù)選擇300 Hz為頻率檢測(cè)值。在不同頻率下，Vao和 V-oa瞬時(shí)絕對(duì)電壓值高于 Vbo和 V-ob，b、o和-b位點(diǎn)電位相等，與Stacey等[13]研究結(jié)果一致，在相同磁通密度下，液體二次回路為等電位電池。與變壓器電磁感應(yīng)原理相同，次級(jí)線圈中感應(yīng)電勢(shì)與初級(jí)線圈激勵(lì)電壓和匝數(shù)比相關(guān)，與頻率變化無(wú)關(guān)。同相等差感應(yīng)電勢(shì)檢測(cè)中，次級(jí)線圈螺旋管道匝數(shù)與初級(jí)線圈激勵(lì)電壓均不變時(shí)，不同頻率下阿斯巴甜溶液瞬時(shí)絕對(duì)電壓變化較小。

2.3 激勵(lì)電壓對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)阿斯巴甜溶液電勢(shì)差的影響

不同質(zhì)量阿斯巴甜溶液的電導(dǎo)率如圖4所示，不同激勵(lì)電壓下阿斯巴甜溶液的電勢(shì)差如圖5所示。

圖4 不同質(zhì)量阿斯巴甜溶液電導(dǎo)率Fig.4 Conductivities of aspartame solutions with different masses

圖5 不同激勵(lì)電壓下阿斯巴甜溶液的電勢(shì)差Fig.5 Potential differences of aspartame solutions under different excitation voltages

在300 Hz頻率，5 V～20 V激勵(lì)電壓下測(cè)定次級(jí)線圈中不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)阿斯巴甜溶液a和-a間的電勢(shì)差U-aa的變化。阿斯巴甜溶液呈弱酸性，25℃下其電導(dǎo)率隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，阿斯巴甜溶液的U-aa隨初級(jí)線圈激勵(lì)電壓及體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。300 Hz、20 V下，100 mg/kg阿斯巴甜溶液的U-aa較50 mg/kg提高32.46%。與劉暢等[14]研究結(jié)果相似，隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，大豆肽與鈣離子螯合率增大。Guo等[15]發(fā)現(xiàn)電化學(xué)法檢測(cè)中，可溶性固形物含量與輸入電壓呈正相關(guān)。Wu等[16]利用磁電耦合對(duì)玉米棒進(jìn)行水解處理，發(fā)現(xiàn)隨勵(lì)磁電壓的增大，水解產(chǎn)生的還原糖含量提高56%。隨阿斯巴甜溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系中肽類(lèi)物質(zhì)及微量金屬離子數(shù)量增大，電導(dǎo)率升高，帶電物質(zhì)受熱效應(yīng)引起的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)在次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)的作用下變?yōu)槎ㄏ蜻\(yùn)動(dòng)，碰撞幾率增加，傳導(dǎo)加劇，體系電勢(shì)差增大。

2.4 頻率對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)阿斯巴甜溶液電勢(shì)差的影響

不同頻率下阿斯巴甜溶液的電勢(shì)差如圖6所示。

圖6 不同頻率下阿斯巴甜溶液的電勢(shì)差Fig.6 Potential differences of aspartame solutions under different frequencies

在20 V激勵(lì)電壓，300 Hz～500 Hz頻率下測(cè)定次級(jí)線圈中不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)阿斯巴甜溶液a和-a間的電勢(shì)差U-aa的變化。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，阿斯巴甜溶液的U-aa隨頻率的增加維持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，隨阿斯巴甜質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，U-aa增大。20V、300Hz下，0～100mg/kg阿斯巴甜溶液的 U-aa分別為 148.31、228.22、285.76、329.15 mV和378.52 mV，100 mg/kg阿斯巴甜溶液的U-aa較0 mg/kg時(shí)增加155.22%。與Yang等[17]研究結(jié)果相似，利用電位法檢測(cè)雞蛋蛋黃和蛋白含水量，其檢測(cè)終端電壓與樣品電導(dǎo)率呈正相關(guān)，與頻率變化無(wú)關(guān)。隨阿斯巴甜溶液中溶質(zhì)的增加，體系電導(dǎo)率增大，帶電離子在感應(yīng)電勢(shì)的作用下傳導(dǎo)加劇，但頻率的變化對(duì)感應(yīng)電勢(shì)的增強(qiáng)無(wú)顯著作用，體系電勢(shì)差無(wú)明顯變化。

2.5 膨化食品中阿斯巴甜含量的測(cè)定

同相等差感應(yīng)電勢(shì)法檢測(cè)膨化食品中阿斯巴甜的含量如表1所示。

表1 膨化食品中阿斯巴甜含量的測(cè)定Table 1 Determination of aspartame contents in puffed food

分析激勵(lì)電壓X1、頻率X2、體系電勢(shì)差X3及溶液中阿斯巴甜質(zhì)量分?jǐn)?shù)Y的關(guān)系，得到線性方程Y=7.08-3.96X1-0.01X2+0.47X3，相關(guān)系數(shù)（r）為 0.94，本研究中，樣品溶液中膨化食品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，因此膨化食品中阿斯巴甜總含量為10Y。在300 Hz、20 V下測(cè)定5種市售膨化食品的U-aa，并根據(jù)線性方程計(jì)算其阿斯巴甜總含量。從表1可以發(fā)現(xiàn)，所有樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在3.00%以內(nèi)，同相等差感應(yīng)電勢(shì)法檢測(cè)膨化食品中的阿斯巴甜總含量具有良好的重復(fù)性。作為白砂糖的替代物，阿斯巴甜等甜味劑成為低糖食品的主要甜味來(lái)源，膨化谷物[18]、飲料[19]和蛋糕[20]等食品中添加阿斯巴甜可有效改善其風(fēng)味。但Gezginci-oktayoglu等[21]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期食用阿斯巴甜會(huì)則增加腫瘤干細(xì)胞的侵略性，加劇腫瘤惡化。同相等差感應(yīng)電勢(shì)法與化學(xué)法檢測(cè)樣品E中阿斯巴甜總含量分別為942.63 mg/kg和928.17 mg/kg，均高于膨化食品中阿斯巴甜允許使用量，存在食品安全隱患，且兩種方法測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差均在2.50%以內(nèi)，高效可靠的檢測(cè)方法有利于促進(jìn)及保障食品添加劑的規(guī)范使用。

3 結(jié)論

本研究利用同相等差感應(yīng)電勢(shì)法，于初級(jí)線圈施加5 V～20 V激勵(lì)電壓及300 Hz～500 Hz頻率的正弦交流信號(hào)，分析次級(jí)線圈中不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)阿斯巴甜溶液的電學(xué)特性，并選取5種市售膨化食品檢測(cè)其阿斯巴甜總含量。研究發(fā)現(xiàn)，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阿斯巴甜溶液其瞬時(shí)絕對(duì)電壓隨激勵(lì)電壓的增加而增大，但隨頻率增加維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。當(dāng)阿斯巴甜質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大時(shí)，隨激勵(lì)電壓的增加，體系電勢(shì)差增大，300 Hz、20 V下，100 mg/kg阿斯巴甜溶液電勢(shì)差較50 mg/kg提高32.46%。同相等差感應(yīng)電勢(shì)法各參數(shù)與阿斯巴甜質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)（r）為0.94。檢測(cè)5種市售膨化食品阿斯巴甜總含量，其結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均<3.00%，且與化學(xué)法測(cè)定結(jié)果相比，結(jié)果間相對(duì)誤差均<2.50%，同相等差感應(yīng)電勢(shì)法具有良好的重復(fù)性及準(zhǔn)確性。同相等差感應(yīng)電勢(shì)法為膨化食品中阿斯巴甜的快速測(cè)定提供了一種新的技術(shù)方法。