楊哪，周宇益，徐振林，孟嫚，陳新文，孫遠(yuǎn)明*

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

山梨酸，又名2,4-己二烯酸，其鉀鹽作為一種防腐劑、抗氧化劑和穩(wěn)定劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中[1]。面包營養(yǎng)豐富，柔軟美味，加工過程中常添加山梨酸鉀等防腐劑，抑制霉菌、酵母菌及好氧細(xì)菌的活性，延長面包貨架期[2]。相對于苯甲酸，山梨酸鉀的毒性較小，攝入后，可隨人體代謝分解為二氧化碳和水，然而，長期食用山梨酸鉀超標(biāo)的食品，會抑制骨骼生長，并對人體各組織如腎和肝臟等產(chǎn)生不良影響[3]。方心靈等[4]發(fā)現(xiàn)山梨酸會抑制促小鼠成肌細(xì)胞生長因子IGF-1的分泌；李姝[5]發(fā)現(xiàn)0.1～6.0 μmol/L的山梨酸鉀誘導(dǎo)大鼠肝臟發(fā)生脂質(zhì)過氧化，損傷大鼠機(jī)體細(xì)胞。因此，我國GB 2760—2014中規(guī)定，面包中山梨酸鉀的殘留物山梨酸的含量應(yīng)小于1 g/kg。

目前檢測山梨酸鉀的主要方法包括高效液相、氣相色譜法、熒光光譜法、紫外分光光度法、紙層析法和拉曼光譜法等。張小舟等[6]采用高效液相測定辣條中的苯甲酸和山梨酸含量，檢測限為5.5×10-5g/kg，抽檢市售辣條產(chǎn)品不合格率高達(dá)66.7%；陳麗娟等[7]采用質(zhì)譜法測定蜂蜜中的山梨酸，檢測下限為0.5 mg/kg，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差2.0%～7.9%；王書濤等[8]采用三維熒光光譜測定橙汁中的山梨酸鉀，均方誤差為1.02×10-5g/L，色譜法和熒光光譜法均需要專業(yè)的檢測設(shè)備及人員，檢測成本高。桑宏慶等[9]采用紫外分光光度法測定飲料中的山梨酸鉀和苯甲酸鈉，山梨酸鉀最小檢出限為6.7×10-4g/L，檢測精度較低。電化學(xué)法作為一種新型檢測方法，操作簡單且精度高，李可欣等[10]以山梨酸鉀衍生多孔碳修飾電極，采用循環(huán)伏安法和差示脈沖伏安法檢測橙皮素，檢測范圍為0.05～15 μmol/L，檢出限為0.021 μmol/L。而采用同相等差感應(yīng)電壓法測定食品中的山梨酸鉀鮮有報道。

本文采用同相等差感應(yīng)電壓法檢測分析不同濃度山梨酸鉀溶液的電信號特性，并選取5種市售面包檢測其山梨酸鉀含量，研究同相等差感應(yīng)電壓法檢測面包中山梨酸鉀的技術(shù)方法，為食品中山梨酸鉀的快速檢測提供新的手段。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

自購4種市售配料標(biāo)有山梨酸鉀的面包(良品鋪子手撕面包、泓一華夫面包、瑪嚦德紫米面包和友臣紅豆手撕面包)和1種無包裝市售面包；山梨酸鉀、冰乙酸、乙酸酐、高氯酸和結(jié)晶紫均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

同相等差感應(yīng)電壓檢測設(shè)備，根據(jù)變壓器原理自制(激勵電壓45～60 V，頻率300～500 Hz)；AL204分析天平，瑞士METTLER TOLEDO儀器有限公司；低速大容量離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；C-MAG磁力攪拌器，德國IKA公司。

1.3 實驗設(shè)備和實驗條件

同相等差感應(yīng)電壓檢測設(shè)備如圖1所示，將樣品溶液從玻璃連接孔倒入，布滿螺旋管道后，形成兩個次級線圈，總?cè)莘e為100 mL。這2個樣品次級線圈繞向相同，且通過b、o和-b處聯(lián)通，向初級線圈施加不同電壓和頻率的勵磁信號(正弦波)，并采用鉑電極依次檢測樣品瞬時絕對電壓(瞬時電壓絕對值)Voa、Vob、V-bo和V-ao，并測定-a、a間的電勢差U-aa。

1-電源；2-初級線圈；3-鐵芯；4-次級線圈(螺旋管道)；5-恒溫腔體； 6-玻璃連接孔；7-鉑電極；8-電壓表；9-恒溫循環(huán)水浴鍋 A-示意圖；B-實物圖圖1 同相等差感應(yīng)電壓檢測設(shè)備圖Fig.1 Schematic diagram of in phase equal difference induced voltage detection equipment

在45、50、55和60 V激勵電壓及300、350、400、450和500 Hz頻率下，研究不同濃度山梨酸鉀(0、50、100、150、200 mg/kg)瞬時絕對電壓及電勢差變化，并以0 mg/kg 山梨酸鉀溶液作為對照組。測定5種市售面包產(chǎn)品中山梨酸鉀時，將50 g面包粉碎，過300目篩，將粉碎面包與離子水按照1∶10的料液比混合后，取500 mL混合液離心20 min，取上清液檢測，每個樣品重復(fù)測定3次，取平均值。同時，按照GB 1886.39—2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 山梨酸鉀》，采用化學(xué)法檢測5種市售面包樣品中山梨酸鉀的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 8.5和SPSS 22.0軟件進(jìn)行制圖及數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 頻率對山梨酸鉀溶液瞬時絕對電壓的影響

測定100 mg/kg的山梨酸鉀溶液在50 V激勵電壓下，300～500 Hz頻率對次級線圈中oa、ob、-ao和-bo 4個檢測位點瞬時絕對電壓的影響。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，山梨酸鉀的瞬時絕對電壓隨頻率的變化無顯著差異，后續(xù)選擇300 Hz為檢測頻率。在不同頻率下，Voa和V-ao瞬時電壓高于Vob和V-bo，b、o和-b點等電位，STACEY等[11]認(rèn)為在相同磁通密度及線圈匝數(shù)比下，液體樣品的二次回路為等電位電池。YANG等[12]采用電位法測定雞蛋蛋白和蛋黃的電導(dǎo)率和含水量，發(fā)現(xiàn)雞蛋蛋白和蛋黃終端電壓與電導(dǎo)率呈正相關(guān)，與頻率無關(guān)。理想狀態(tài)下，體系Vob和V-bo瞬時絕對電壓趨于0 mV，而實際測量值，Vob和V-bo約為10 mV，次級線圈中感應(yīng)電壓作用下，帶電離子運動加劇，產(chǎn)生較小的瞬時電壓。與變壓器電磁感應(yīng)特性相似，次級線圈感應(yīng)電壓與初級線圈激勵電壓和匝數(shù)比有關(guān)，與頻率無關(guān)。同相等差感應(yīng)電壓檢測中，當(dāng)樣品次級線圈螺旋管道數(shù)與初級線圈激勵電壓均不變時，不同頻率下所測得山梨酸鉀溶液瞬時絕對電壓差異較小。

圖2 不同頻率下山梨酸鉀溶液的瞬時絕對電壓Fig.2 Instantaneous absolute voltages of potassium sorbate solution under different frequencies

2.2 激勵電壓對山梨酸鉀溶液瞬時絕對電壓的影響

圖3 不同激勵電壓下山梨酸鉀溶液的瞬時絕對電壓Fig.3 Instantaneous absolute voltages of potassium sorbate solution under different excitation voltages

2.3 頻率對不同濃度山梨酸鉀溶液電勢差的影響

在60 V激勵電壓下，測定300～500 Hz頻率對不同濃度的山梨酸鉀溶液a和-a位點間電勢差U-aa的影響。山梨酸鉀溶液呈弱堿性，25 ℃下其電導(dǎo)率隨濃度的增加而增大，與俞巨樂等[15]的研究結(jié)果相同，溶液電導(dǎo)率與濃度呈正向遞增關(guān)系。從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，山梨酸鉀溶液的U-aa隨頻率的變化維持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，隨山梨酸鉀含量的升高，U-aa增大。60 V，300 Hz下，0～200 mg/kg山梨酸鉀溶液的U-aa分別為198.3、415.2、500.4、597.0、688.5 mV，200 mg/kg山梨酸鉀溶液的U-aa較0 mg/kg提高247.2%。程樹康等[16]將鹽溶液置于磁場處理1 h，磁場環(huán)境使水分子磁矩偏轉(zhuǎn)，鹽溶液電導(dǎo)率增加。隨著山梨酸鉀含量的增加，體系帶電陰陽離子數(shù)量增加，電導(dǎo)率升高，次級線圈中帶電離子在感應(yīng)電壓作用下，發(fā)生定向運動，碰撞幾率增加，離子傳導(dǎo)加劇，體系電勢差增大。

表1 不同濃度山梨酸鉀溶液的電導(dǎo)率Table 1 Conductivities of potassium sorbate solutions with different mass fractions

圖4 不同頻率下山梨酸鉀溶液的電勢差Fig.4 Potential differences of potassium sorbate solution under different frequencies

2.4 激勵電壓對不同濃度山梨酸鉀溶液電勢差的影響

300 Hz頻率下，測定45～60 V激勵電壓對不同濃度山梨酸鉀溶液a和-a位點間電勢差U-aa的影響。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，山梨酸鉀溶液的U-aa隨激勵電壓及山梨酸鉀含量的增加而增大。60 V，300 Hz下，100 mg/kg山梨酸鉀溶液的U-aa較0 mg/kg提高152.3%。WU等[17]采用磁電耦合水解玉米棒，隨激勵電壓的增加，水解產(chǎn)生的還原糖含量提高56%。WANG等[18]采用脈沖電場處理甘油-葡萄糖，隨電場強(qiáng)度的增加，樣品抗氧化活性提升39.36%，美拉德反應(yīng)加劇。徐志明等[19]采用電場處理CaCO3結(jié)垢，隨電場強(qiáng)度的增大，污垢熱阻下降58.3%。隨溶液中山梨酸鉀含量的增加，溶液中自由離子增加，當(dāng)初級線圈激勵電壓增大，次級線圈中離子反應(yīng)加劇，電勢差升高，且激勵電壓對次級線圈中溶液電勢差的影響高于頻率的變化。

圖5 不同激勵電壓下山梨酸鉀溶液的電勢差Fig.5 Potential differences of potassium sorbate solution under different excitation voltages

2.5 面包樣品中山梨酸鉀的測定

采用Origin 8.5分析頻率X1、激勵電壓X2和U-aa電勢差X3及溶液中山梨酸鉀含量Y的關(guān)系，得到線性方程Y=279.94-0.05X1-6.27X2+0.44X3，R2=0.916。本研究中，面包樣品溶液中面包的添加量為10%，故面包中山梨酸鉀總含量為10Y。在300 Hz、60 V下測定5種市售面包樣品的U-aa，并根據(jù)線性方程計算其山梨酸鉀總含量。由表2可以發(fā)現(xiàn)，所有樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，同相等差感應(yīng)電壓法檢測面包樣品中山梨酸鉀含量具有良好的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。山梨酸鉀有利于延長食品保質(zhì)期，然而，過量使用會影響食品品質(zhì)。AL-KURAIEEF等[20]采用山梨酸鉀溶液浸泡處理草莓，4 ℃冷藏下草莓貨架期延長至21 d，但其維生素C含量顯著下降。王飛等[21]發(fā)現(xiàn)過量使用山梨酸鉀對面包面團(tuán)粉質(zhì)和拉伸指數(shù)具有副作用。同相等差感應(yīng)電壓法和化學(xué)法檢測樣品E中山梨酸鉀含量分別為1 462.3 mg/kg和1 446.6 mg/kg，遠(yuǎn)超面包中山梨酸鉀允許使用量，存在食品安全隱患。因此，高效可靠的檢測方法有利于促進(jìn)食品添加劑的規(guī)范使用。

表2 面包樣品中山梨酸鉀含量的測定Table 2 Determination of potassium sorbate in bread samples

3 結(jié)論

采用同相等差感應(yīng)電壓法，即向初級線圈施加45～60 V激勵電壓及300～500 Hz頻率的正弦交流信號，探究次級線圈中不同濃度山梨酸鉀溶液的電信號特性，并選取5種市售面包檢測其山梨酸鉀含量。研究發(fā)現(xiàn)，一定添加量的山梨酸鉀溶液的瞬時絕對電壓隨頻率變化維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，但隨激勵電壓的增加而增大。當(dāng)山梨酸鉀溶液濃度增加時，隨頻率及激勵電壓的增加，體系電勢差增大。山梨酸鉀含量、頻率、激勵電壓及電勢差呈線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.916，且檢測5種市售面包山梨酸鉀含量，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在2%以內(nèi)，與化學(xué)法測定山梨酸鉀含量的結(jié)果相比，相對誤差均在4%以內(nèi)，檢測方法具有良好的準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性。同相等差感應(yīng)電壓法為食品中山梨酸鉀的快速測定提供了一種新的檢測方法。