戴玉婷　謝靜莉　許學(xué)書　方　明　孫松鶴

摘要 試驗應(yīng)用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對實際食品中苯甲酸鈉與VC反應(yīng)生成苯的量進(jìn)行檢測。結(jié)果表明,該反應(yīng)存在最佳pH值,且不同食品體系的最佳pH值之間存在差異。陳醋溶液中最佳pH值為3.83、白醋溶液為3.54、檸檬汁溶液為2.84。橙汁溶液中無可檢測的苯生成。

關(guān)鍵詞 果汁;食醋;pH值;苯

中圖分類號 TS201.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2009)13-0348-04

苯對人體有害,國際癌癥研究署和美國環(huán)境保護局都將苯列為人類致癌物。2006年5月,美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)公布了對美國市場上超過100種飲料的抽查結(jié)果,稱其中某些飲料中的苯含量超過了標(biāo)準(zhǔn)限量5μg/L。同期,英國食品標(biāo)準(zhǔn)局(Food Standards Agency)也在其官方網(wǎng)站發(fā)表聲明,英國市場上某些同時含有苯甲酸鈉(食品防腐劑)和VC(抗壞血酸)的軟飲料中含有微量苯。研究證實,飲料中的微量苯主要是由其中的防腐劑苯甲酸鈉和VC在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的。

1993年,Gardner等在磷酸和醋酸緩沖液體系中研究了苯甲酸鈉和VC的反應(yīng),結(jié)果顯示,體系中存在的微量金屬離子Cu2+等能催化VC還原水相中的O2產(chǎn)生超氧化陰離子自由基O2-,O2-能夠與溶液中的H+反應(yīng),生成雙氧水,雙氧水則可以在Cu+存在的條件下,與其發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基,最終羥基自由基攻擊苯甲酸鈉使其發(fā)生脫羧反應(yīng)而生成苯,如式(1)～(5)。

Cu2++H2Asc→Cu++HAsc· (1)

Cu++O2→Cu2++O2- (2)

2O2-+2H+→O2+H2O2 (3)

Cu++H2O2→Cu2++OH-+OH· (4)

OH·+C6H5COOH→C6H6 (5)

由此可見,水溶液中苯的生成需要同時滿足以下5個條件:①VC;②苯甲酸鈉;③金屬離子;④溶液顯酸性,并且pH值在一定范圍之內(nèi);⑤溶解氧。Lawrence也得到了一致的結(jié)論。

Gardner還考察了這一反應(yīng)對溶液中pH值的依賴性,證實pH值在2～7范圍中,反應(yīng)生成苯的量隨pH值升高而降低;pH值為2時,反應(yīng)產(chǎn)物量達(dá)到最大值。然而苯甲酸鈉和VC在實際食品中的反應(yīng)卻至今未見報道。苯甲酸鈉是食品加工過程中常見的防腐劑,常被用于酸性食品(如果味飲料、果汁、食醋等)的保藏,而VC天然存在于很多食品原料中,同時也常作為一種營養(yǎng)強化劑或抗氧化劑被加入食品中,二者在許多食品體系中共存,在某些儲藏條件下極有可能發(fā)生反應(yīng)生成對人體有害的苯。為了盡量避免有害物質(zhì)苯的生成,減少對人體的危害,有必要對實際食品中苯甲酸鈉和VC的反應(yīng)進(jìn)行研究,分析實際食品樣品中苯的生成量隨pH值的變化趨勢。出于這一目的,筆者考察了在不同濃度的鮮榨果汁、食醋溶液中,各因素對苯甲酸鈉與VC反應(yīng)的影響,現(xiàn)總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

陳醋、白醋均為市售(配料表標(biāo)簽顯示含苯甲酸鈉、不含VC),橙汁為市售橙子(品種為贛南橙)、檸檬(品種為尤力克)鮮榨而得。甲醇、苯甲酸鈉、抗壞血酸均為分析純,苯標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99.9%,上?；瘜W(xué)試劑研究所)。

1.2 主要儀器

Agilent6890氣相色譜/5973I質(zhì)譜聯(lián)用儀、HP-5毛細(xì)管色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm)、Agilent7694自動頂空進(jìn)樣器、Thermo TJA IRIS 1000型全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、METTLER TOLEDO溶氧電極;MilliporeMi-lliQ超純水系統(tǒng)。

1.3 樣品準(zhǔn)備

1.3.1 食醋樣品。準(zhǔn)確稱取苯甲酸鈉0.15g、VC 0.03g于小燒杯中,用一定量食醋溶解,再轉(zhuǎn)移至100mL棕色容量瓶中,用超純水定容,搖勻。

1.3.2 果汁樣品。準(zhǔn)確稱取苯甲酸鈉0.15g于小燒杯中,用一定量果汁溶解,再轉(zhuǎn)移至100mL棕色容量瓶中,用超純水定容,搖勻。將反應(yīng)液室溫避光靜置0.5h后取其中5mL,轉(zhuǎn)移至專用頂空瓶,壓蓋,檢測苯含量,剩余溶液用于檢測溶液的pH值及溶氧、Cu2+、Fe3+濃度。

1.4 測定方法

1.4.1 苯的檢測。溶液中微量苯檢測采用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。①苯標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。用甲醇溶解苯,準(zhǔn)確配制濃度分別為25μg/L、50μg/L、100μg/L、150μg/L、200μg/L的苯標(biāo)準(zhǔn)工作液,經(jīng)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測,建立苯標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。②頂空條件。爐溫80℃,定量環(huán)溫度100℃,傳輸線溫度110℃;平衡時間30min,加壓時間0.4min,壓力137.9KPa,定量管填充時間0.05min,定量管體積1mL。③氣色相普質(zhì)普條件。初始柱溫為40℃,恒溫3.5min,然后以30℃/min的速率升至200℃,恒溫3min;進(jìn)樣口溫度為150℃;色譜/質(zhì)譜接口溫度為280℃;載氣(氦氣)流速為1.0mL/min(恒流);電子轟擊電離方式,電離能量為70eV;全離子掃描監(jiān)測方式;分流進(jìn)樣,分流比為1∶1,溶劑延遲2min。

1.4.2 VC含量的測定。用2,4-二硝基苯阱法測定VC的含量。

1.4.3 Cu2+、Fe3+的檢測。采用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法測定。ICP-AES條件:由于試驗中所涉及的樣品溶液均為酸性,且pH值較低,則溶液中的鐵元素、銅元素都是以離子狀態(tài)存在于溶液中,且試驗所涉及的樣品溶液都是未經(jīng)過特殊保護處理并暴露于空氣中,因此溶液中的鐵元素、銅元素應(yīng)分別以Fe3+、Cu2+的形態(tài)存在,所以ICP-AES檢測出的鐵元素、銅元素濃度,即為樣品溶液中的Fe3+、Cu2+濃度。RF發(fā)生器功率1 150W,頻率27.12MHz,進(jìn)樣泵速100rpm,提升量2mL/min,霧化器壓力179.27KPa。

1.4.4 溶氧濃度的測定。采用溶氧電極法測定溶氧的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 苯的定性與定量

在樣品測定過程中,采用氣相色譜選擇離子質(zhì)譜技術(shù),該技術(shù)不僅能夠提高測定反應(yīng)生成苯濃度的靈敏度,而且依靠質(zhì)譜信息能夠?qū)z測物離子碎片進(jìn)行確證,防止出現(xiàn)假陽性結(jié)果。將質(zhì)譜分析反應(yīng)生成物的離子碎片圖譜與儀器軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)圖庫相比較,當(dāng)以下2種條件均得以滿足時可以確認(rèn)被檢測物為苯:①反應(yīng)待測液的總離子流圖經(jīng)提取離子后的圖譜中色譜峰保留時間與標(biāo)準(zhǔn)品中色譜峰保留時間相同;②色譜峰對應(yīng)質(zhì)譜離子碎片的質(zhì)荷比與標(biāo)準(zhǔn)圖庫相比較,其匹配度>99。

(a)為苯標(biāo)準(zhǔn)品的總離子流圖經(jīng)提取離子后的圖譜,(b)為樣品反應(yīng)液的總離子流圖經(jīng)提取離子后的圖譜,其色譜峰保留時間均為2.548min。是試驗所得生成物特征離子質(zhì)譜圖與苯標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對照(上方為試驗所得生成物特征離子質(zhì)譜圖(a),下方為苯標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖(b)),其匹配度為100。

試驗對反應(yīng)生成的苯定量分析采用外標(biāo)法,苯標(biāo)準(zhǔn)工作曲線在濃度范圍為25～200μg/L中,其線性方程為Y=643.47x-454.37,相關(guān)系數(shù)為0.996 5。反應(yīng)生成苯的濃度通過將儀器積分所得豐度帶入線性方程計算而得。

2.2 食醋溶液中各因素對苯生成量的影響

由于釀制原料和工藝條件不同,食醋風(fēng)味各異,其中所含物質(zhì)也會有細(xì)微差別。一般來說,家用食醋都是由糧食發(fā)酵而得,主要成分為高級醇類、3-羥基丁酮、二羥基丙酮、酪醇、乙醛、甲醛、乙縮醛、乙酸(含量3%～5%)、琥珀酸、草酸及山梨糖等,苯甲酸鈉是食醋中常用的防腐劑,我國規(guī)定限量為1.0g/kg。

2.2.1 陳醋溶液中各因素對苯生成量的影響。采用陳醋調(diào)節(jié)溶液酸度,所得溶液pH值和溶解氧(DO)、Cu2+、Fe3+濃度及生成苯的濃度與陳醋濃度結(jié)果表明,隨著溶液中陳醋濃度的增加,溶液pH值下降,Cu2+、Fe3+濃度上升,溶解氧濃度則基本保持不變。在此過程中,與Gardner的磷酸鹽和醋酸鹽緩沖溶液體系中苯的生成量在pH值2～7范圍內(nèi)隨pH值降低而增加不同,在陳醋中,苯的生成量隨陳醋濃度增加,即pH值的降低先增加后降低,當(dāng)陳醋體積濃度為10%時,苯在陳醋溶液中的生成量達(dá)到最大值,此時溶液pH值為3.83。在陳醋體積濃度由0增加到10%過程中,溶液pH值由4.99降至3.83,此時苯生成量的增加速度很快,由9.94μg/L迅速上升至70.06 μg/L,增加了7倍;而當(dāng)陳醋體積濃度繼續(xù)增加至100%,苯的生成量又迅速降至10μg/L以內(nèi),這時pH值降至3.5。

2.2.2 白醋溶液中各因素對苯生成量的影響。白醋溶液中溶液pH值、溶解氧濃度、Cu2+濃度、Fe3+濃度及生成苯的濃度隨溶液中白醋濃度的變化趨勢與陳醋中基本相同,但苯的濃度變化較為平緩。當(dāng)白醋體積濃度由2%升至15%時,溶液pH值由4.21降至3.54,在此過程中苯生成量的增加幅度較大,由14.46μg/L迅速升至最大值139.74μg/L;當(dāng)白醋體積濃度大于15%時,溶液pH值緩慢降低,苯生成量的下降速度也較為緩慢;當(dāng)白醋濃度達(dá)到100%時,苯的生成量降至101.42μg/L,此時溶液pH值為2.97。

2.3 果汁溶液中各因素對苯生成量的影響

2.3.1 檸檬汁溶液中各因素對苯生成量的影響。檸檬汁溶液中隨著檸檬汁濃度的增加,溶液pH值、溶解氧濃度、VC濃度、Cu2+濃度、Fe3+濃度及生成苯濃度的變化趨勢其中VC、Cu2+、Fe3+濃度均隨檸檬汁濃度的增加而線性增加;而溶解氧的濃度變化不大,基本保持在7mg/L左右;生成苯的濃度先增加后減少,當(dāng)檸檬汁體積濃度為32%時,生成苯的濃度達(dá)到最大值42.92μg/L,此時溶液pH值為2.84;當(dāng)檸檬汁體積濃度小于32%時,溶液中苯的生成量隨檸檬汁濃度的降低而降低。但是由于受純檸檬汁pH值高達(dá)2.74所限,檸檬汁體積濃度達(dá)到100%時,溶液pH值仍較高,為2.76,此時與最高值點相比,VC的含量增加了2.03倍,但苯的生成量卻由最高值42.92μg/L下降至40.60μg/L?？赡苡捎谠诖巳芤褐蠽C已經(jīng)過量,其量不是影響反應(yīng)的限制性因素。由此可知,對于檸檬汁在pH值2.6～3.6范圍內(nèi),同樣存在苯生成的最適pH值為2.84。

2.3.2 橙汁溶液中各因素對苯生成量的影響。試驗同時還考察了橙汁溶液中各因素對生成苯濃度的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),反應(yīng)液中未有可檢測苯的生成。分析原因是純橙汁本身pH值較高,為3.93,加入苯甲酸鈉后更是高達(dá)4.13;而陳醋、白醋、檸檬汁溶液中,pH值大于4時也已基本沒有苯的生成,故認(rèn)為橙汁溶液中未有可檢測苯的生成是由于其pH值均不在能夠生成苯的pH值范圍之內(nèi)。

2.4 純食醋、果汁中苯含量的檢測

試驗還對純陳醋、白醋、檸檬汁、橙汁(即試驗過程中未添加苯甲酸鈉和VC)中苯的含量進(jìn)行了檢測,發(fā)現(xiàn)沒有可檢測到的苯存在。根據(jù)Gardner提出的溶液中苯甲酸鈉和VC反應(yīng)生成苯的5個必要條件分析,純陳醋、白醋中沒有苯的生成,是由于:①雖然該市售陳醋、白醋的標(biāo)簽上注明樣品中添加了苯甲酸鈉作為防腐劑,但未標(biāo)有具體含量,可能該陳醋、白醋中苯甲酸鈉含量較低,導(dǎo)致沒有可檢測到的苯生成;②純陳醋、白醋中不含VC,從而反應(yīng)液中缺少還原劑。純檸檬汁中沒有苯的生成是由于檸檬汁中不含苯甲酸鈉。純橙汁中沒有苯的生成,是由于:①純橙汁的pH值較高,為3.93,不在苯甲酸鈉和VC反應(yīng)生成苯的pH值范圍中;②純橙汁中不含有苯甲酸鈉。

3 結(jié)論與討論

3.1 食醋、果汁濃度對苯的生成量的影響

試驗研究了2種食醋、果汁中,食醋和果汁濃度變化時苯甲酸鈉與VC反應(yīng)生成苯量的變化趨勢。試驗結(jié)果表明,反應(yīng)液中苯的生成量隨食醋、果汁濃度的降低,即溶液pH值的升高而先增加后減少,反應(yīng)在一定的pH值范圍中存在最佳pH值,這與Gardner在1993年提出的在pH值 2～7的范圍中,苯的生成量隨反應(yīng)液pH值的升高減少完全不同,說明在實際食品體系中H+對該反應(yīng)的影響表現(xiàn)在2個方面,當(dāng)溶液pH值較小時,溶液中在的H+對苯的生成有抑制作用;當(dāng)溶液pH值較大時,H+對苯的生成有促進(jìn)作用。

3.2 最佳pH值

研究還發(fā)現(xiàn),在不同食品體系中反應(yīng)的最佳pH值各不相同,陳醋溶液的最佳pH值為3.83、白醋為3.54、檸檬汁為2.84;且在最佳pH值時,相同濃度的苯甲酸鈉和VC反應(yīng)生成苯的濃度也有所不同,陳醋溶液中在最佳pH值時生成苯的濃度是70.06μg/L、白醋為139.74μg/L、檸檬汁為42.92μg/L。

4 參考文獻(xiàn)

[1] TIMOTHY P,PATRICIA J NYMAN,GREGORY W DIACHENKO,et al. Survey of benzene in foods by using headspace concentration techniques and capillary gas chromatography[J]. Journal of AOAC International,1993,76(6):1213-1219.

[2] PI CHIOU CHANG,KU KEN. Studies on benzene formation in beverages[J]. Journal of Food and Drug Analysis,1993,1(4):385-393.

[3] LALITA K GARDNER,GLEN D Lawrence.Benzene production from decarboxylation of benzoic acid in the presence of ascorbic acid and a transition-metal catalyst[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry,1993, 41(5):693-695.

[4] MATHEW R D,SANGSTER D F. Measurement of benzoate radiolytic decarboxylation:relative rate cons-tant for hydroxyl radical reaction[J]. J. Phys.Chem,1965(69):1938-1946.

[5] GLEN D LAWRENCE,DONGMEI YUAN. Benzaldehyde Formation from Aspartame in the Presence of Ascorbic Acid and Transition Metal Catalyst[J].J.Agric. Food Chem,1996,44(11):3461-3466.

[6] 劉鐘棟.食品添加劑原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2000.

[7] 陳志鋒,孫利,儲曉剛,等.頂空氣相色譜法測定軟飲料中的微量苯[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志,2006,16(9):1033-1035.

[8] 寧正祥.食品成分分析手冊[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1998.

[9] 劉振波,董言梓,周曉云,等.電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法測定蘋果濃縮果汁中鉀、鈉、鈣、鎂、磷、鐵、鋅、銅和鉛[J].光譜實驗室,2006,23(4):887-889.

[10] 金世梅,朱慧.頂空氣相色譜法測定軟飲料中苯[J].中國食品添加劑,2008(S1):289-291.

[11] 陳東,曾正強.稀釋溶劑和進(jìn)樣方式對水中苯系物測定的影響[J].化學(xué)分析計量,2009(3):59-60.