頂空-氣相色譜法測定食品中的甜蜜素

江豐，彭青枝，汪志慧，周陶鴻，嚴恒，朱曉玲

（1.湖北省商品質量監督檢驗研究中心，湖北武漢430070；

2.武漢生物工程學院食品工程系，湖北武漢430415）

頂空-氣相色譜法測定食品中的甜蜜素

江豐1，彭青枝1，汪志慧2，周陶鴻1，嚴恒1，朱曉玲1

（1.湖北省商品質量監督檢驗研究中心，湖北武漢430070；

2.武漢生物工程學院食品工程系，湖北武漢430415）

建立了測定食品中甜蜜素的頂空-氣相色譜法。本方法用衍生物環己烯、硝基環己烷進行定性，環己烯進行定量，同時對平衡溫度、平衡時間和硫酸質量濃度進行了實驗研究和優化。該方法在0.010mg/mL～0.20mg/mL質量濃度范圍內呈線性關系，相關系數為0.9949，定量檢出限為0.045mg/kg，加標回收率為94.4%～109.1%，相對標準偏差為1.53%～3.68%。結果表明，該方法具有操作簡單、準確性好、靈敏度高等優勢，能滿足食品中甜蜜素的檢測分析要求。

頂空-氣相色譜；甜蜜素；環己烯

甜蜜素的化學名稱為環己基胺基磺酸鈉（sodium cyclamate），是廣泛應用于我國果凍、飲料、糕點、蜜餞、堅果炒貨等食品中的一種甜味劑[1]。雖然GB2760-2011《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》中明確規定了甜蜜素在不同種類食品中最大使用量，但在國家或地方的抽檢結果中均能發現食品中甜蜜素超范圍或超限量添加的現象[2]。另外，出于維護本國經濟利益和保護本國國民健康的目的，世界各國相繼對進口食品中食品添加劑的含量提出了愈來愈嚴格的要求，出口食品被拒入境的中國食品名單中，因添加甜蜜素而被拒入境的食品屢次出現。因此，做好甜蜜素的檢測工作對加強食品安全管理、保障人民身體健康和促進食品出口貿易的發展具有重要的現實意義。

頂空-氣相色譜法（headspace-gas chromatography，HS-GC）具有操作簡單、不需要特殊設備、靈敏度高等優點，是一種符合“綠色分析化學”要求的分析手段[3]。目前頂空-氣相色譜法廣泛運用于食品的成分分析[4]、食品中農藥殘留量檢測[5]、食品添加劑檢測[6]、食品包裝材料中有害物質殘留量的檢測[7]等方面。

頂空-氣相色譜法測定食品中的甜蜜素與GB/T 5009.97-2003《食品中環己基氨基磺酸鈉的測定》[8]相比較，不需要冰浴和正己烷提取，且以低濃度的蒸氣直接進樣分析，這樣就避免因樣品中存在蛋白質、脂質、乳化劑等基質而造成正己烷和樣品完全乳化在一起而不能分離的現象，并且可以減少由于水、溶劑、高沸點或非揮發性物質的存在而引起色譜柱的超載或污染。因此采用頂空-氣相色譜法檢測食品中的甜蜜素具有顯著的優點。故本文擬建立一種準確、簡便、檢出限低的頂空-氣相色譜法來測定食品中的甜蜜素，使其在定性和定量分析方面都能滿足實際檢測的要求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

環己基氨基磺酸鈉標準品（99.5%）：德國SIGMA公司；亞硝酸鈉、濃硫酸、正己烷均為分析純：國藥集團化學試劑有限公司。

市面隨機采購的餅干、果凍、蜜餞和含乳飲料。

1.2 儀器與設備

TRACEGCULTRA氣相色譜儀（配有FID檢測器和TriPlus RSH自動進樣器）、TSQQuantum XLS氣相色譜-三重串聯四級桿質譜聯用儀：美國賽默飛世爾科技。

1.3 樣品處理

1.3.1 固體樣品

稱取5g~10g粉碎或剪碎的樣品于50mL具塞試管中，加入50mL水，搖勻，1 h后過濾，取濾液10mL，于20mL頂空瓶中，再加入100g/L硫酸溶液和50g/L亞硝酸鈉溶液各1mL，壓緊頂空瓶蓋，用GC進行分析。

1.3.2 液體樣品

稱取5g~10g樣品于50mL具塞試管中，加入50mL水，搖勻，取濾液10mL，于20mL頂空瓶中。其他同1.3.1。

1.4 標準溶液的配制

準確稱取0.050 g甜蜜素標準品，用水溶解并定容至10mL棕色容量瓶中，配制成5.00mg/mL的標準儲備液。然后以水稀釋成0.010、0.025、0.050、0.075、0.10、0.20mg/mL標準工作系列。分別取10mL標準溶液至20mL頂空瓶中。其他同1.3.1。

1.5 儀器條件

1.5.1 氣相色譜儀

1.5.1.1 色譜柱

GSBP-1毛細管氣相色譜柱（30m×0.25mm，0.5um）；升溫程序：85℃保持0.5min，以6℃/min升至110℃，保持1.5 min；進樣口溫度：180℃；進樣方式：分流進樣；分流比：10∶1；載氣流速：1.7mL/min；進樣量：500μL；檢測器：氫火焰離子化檢測器（FID）；檢測器溫度：200℃。

1.5.1.2 頂空條件

平衡溫度：50℃；平衡時間：10min。

1.5.2 氣質聯用儀

色譜柱：TR-5MS毛細管氣相色譜柱（30 m× 0.25 mm，0.25 um）；升溫程序：85℃保持0.5min，以6℃/min升至110℃，保持1.5min；進樣口溫度：180℃；進樣方式：不分流進樣；載氣流速：1.2mL/min；傳輸線溫度：230℃；進樣量：500μL；離子源：EI源；離子源溫度：230℃；掃描模式：全掃描模式（Full Scan）；掃描時間：1min~6min。

2 結果與分析

2.1 甜蜜素衍生物的定性分析

在選定條件下，進行氣相色譜分析得到甜蜜素衍生物的色譜圖，如圖1所示。

圖1 甜蜜素衍生物氣相色譜圖Fig.1 Chrom atogram of sodium cyclamate derivatives

衍生物主要有兩個組分，用氣質聯用儀進行確認后發現2.78min為環己烯，4.33min為硝基環己烷，兩種組分的質譜圖如圖2所示。

圖2 甜蜜素衍生物質譜圖Fig.2 Them assspectrum of sodium cyclamatederivatives

李羽翡和王佩等[9-10]在用氣質聯用儀對食品中環己基氨基磺酸鈉的氣相色譜法測定原理進行探討時均發現有環己烯生成，鄧桂鳳[11]在用氣質聯用儀檢測甜蜜素時證實衍生化后的產物為硝基環己烷。在對實際樣品檢驗時，可以用這兩個峰的相對保留時間來同時對甜蜜素進行定性并選用環己烯進行定量，從而消除測定結果出現假陽性的可能和提高檢測的靈敏度。

2.2 頂空測定條件的優化

2.2.1 平衡溫度的選擇

頂空操作中影響氣液兩相平衡的最主要因素是平衡溫度，樣品中組分的蒸氣分壓隨平衡溫度升高而加大，提高加熱溫度就可以提高靈敏度，但是并不是溫度越高越好，溫度太高氣相中水蒸氣增多，會對檢測器造成不良影響[3]。本研究選擇40、45、50、55℃和60℃溫度下平衡20min進樣測定。實驗結果如圖3所示。

圖3 平衡溫度對峰面積的影響（n=3）Fig.3 Effectof theequilibrium temperatureon the peak area（n=3）

隨著溫度的升高，環己烯的峰面積有所增大，在平衡溫度為50℃時有最大值，故本研究選取50℃作為平衡溫度。

2.2.2 平衡時間的選擇

待測組分在氣液兩相間達到平衡，需要一定的時間，樣品的組分不同，要達到蒸氣壓平穩所需的時間也不同，對每一種組分都有一個平衡時間[12]。一般來說，加熱溫度不同，平穩時間也會不同。在50℃時分別平衡5、10、15、20、25、30、35min，然后每次取頂空氣樣進行分析。實驗結果如圖4所示。

環己烯的峰面積在15min時達到最大值，故本研究選擇平衡時間為15min。

2.2.3 硫酸質量濃度的選擇

不同的硫酸濃度對衍生物的生成有明顯的影響[13]。在10mL 0.050mg/mL甜蜜素的溶液中加入1mL50 g/L亞硝酸鈉溶液后，分別加入1mL 20、50、100、150、200g/L硫酸溶液。實驗結果如圖5所示。

圖4 平衡時間對峰面積的影響（n=3）Fig.4 Effectof theequilibrium timeon thepeak area（n=3）

圖5 硫酸質量濃度對峰面積的影響（n=3）Fig.5 Effectof the concentration of sulfuric acid on thepeak area（n=3）

隨著硫酸質量濃度的升高，環己烯的峰面積有所增大，當硫酸質量濃度超過50 g/L后，峰面積急劇下降，其原因可能是過量的硫酸影響了甜蜜素與亞硝酸鈉的反應，Mahdi，Hashemi等[14]在用頂空單滴液相微萃取與氣相色譜儀聯用檢測飲料中的甜蜜素時也發現硫酸濃度過高會抑制甜蜜素與亞硝酸鈉的反應，故本研究選擇硫酸質量濃度為50 g/L。

2.3 方法學驗證

2.3.1 方法的精密度

在上述優化條件下，分別將質量濃度為0.025、0.050、0.10mg/mL的甜蜜素標準溶液進行6次測定，峰面積的相對標準偏差（RSD）分別為1.07%、1.56%和2.01%，結果表明，本方法具有良好的精密度，能夠滿足檢測的要求。

2.3.2 方法的線性范圍

取系列質量濃度的標準工作液，在上述優化條件下，以環己烯峰面積y對相應的質量濃度x（mg/mL）進行線性回歸，得到線性方程y=1.784×109x+1.043 4× 107，其相關系數R2=0.994 9，呈現很好的線性關系，且線性范圍廣。以3倍信噪比進行計算，該方法的檢出限為0.045mg/kg，其值遠低于國標GB/T 5009.97-2003《食品中環已基氨基磺酸鈉的測定》中檢測方法的檢測限（4mg/kg）。

王琳和馬建華等[15-16]采用頂空氣相色譜法測定食品中的甜蜜素時，均是用圖1中4.33min所出的峰進行定量的，本研究也將此峰的峰面積與甜蜜素相應的質量濃度進行線性回歸，其標準曲線為y=7.397 5× 107x+2.100×106，相關系數R2=0.999 3，也能呈現很好的線性關系，但響應值比環己烯的響應值低25倍左右，故本方法選用環己烯進行定量靈敏度更高。

2.3.3 方法的回收率

取幾種具有代表性的樣品作本底樣品，添加一定量的甜蜜素標品后按本方法進行測定，分別計算加標回收率及RSD。由表1可見，方法的回收率為94.4%～109.1%，RSD為1.53%～3.68%。

表1 回收率實驗結果（n=3）Table1 Resu ltsof recovery test（n=3）

2.3.4 實際樣品分析

分別用本方法和GB/T 5009.97-2003《食品中環已基氨基磺酸鈉的測定》中的方法，檢測餅干、果凍、蜜餞和含乳飲料中的甜蜜素。測定結果見表2，根據配對數據t檢驗，二種方法檢測結果并無顯著性差異（p＞0.05）。蜜餞樣品的氣相色譜圖如圖6所示，目標峰附近未出現干擾峰，且響應值較高。

表2 本法與國標方法檢測結果比對Table2 Comparison between headspace-gas chromatography and ChinesenationalGB standardmethod for theextraction of sodium cyclamate

3 結論

圖6 蜜餞樣品的氣相色譜圖Fig.6 Chromatogram of preserved fruit sample

本研究建立了頂空-氣相色譜法測定食品中甜蜜素的方法，此方法用衍生物環己烯、硝基環己烷進行定性，環己烯進行定量，能夠較好的消除測定結果出現假陽性的可能和提高檢測的靈敏度。另外，在檢測蛋白質、脂肪含量高的食品時，也無需在樣品前處理時增加除蛋白質或脂肪的實驗步驟，大大簡化了實驗過程，縮短了檢驗時間。

在研究中，分析了平衡溫度、平衡時間和硫酸質量濃度對環己烯峰面積的影響，最終確定平衡溫度為50℃、平衡時間為15min和硫酸濃度為50 g/L的測定條件。在穩定性試驗、精密度試驗、加標回收率試驗和與國標方法進行對比的試驗中頂空-氣相色譜法均能取得很好的效果。此方法的檢出限為0.045mg/kg，其值遠低于國標GB/T 5009.97-2003《食品中環已基氨基磺酸鈉的測定》中檢測方法的檢測限（4mg/kg）。因此，本方法具有操作簡單、準確性好、靈敏度高等優勢，在定性和定量分析方面都能滿足食品中甜蜜素的檢測分析要求。

此外，在實際檢驗過程中，對于膨化食品、白酒、料酒等不得添加甜蜜素的食品及包裝上未標注添加甜蜜素的食品，可直接稱取1 g~2 g樣品置于頂空瓶中，加入水、硫酸和亞硝酸鈉溶液，進行頂空分析，達到初篩的目的，可大大提高檢驗效率。

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Determ ination of Sodium Cyclamate in Food by Headspace-gas Chromatography

JIANGFeng1，PENGQing-zhi1，WANGZhi-hui2，ZHOU Tao-hong1，YANHeng1，ZHUXiao-ling1

（1.Hubei Provincial Center for Commodity Quality Supervision and Test Research，Wuhan 430070，Hubei，China；2.Department of Food Engineering，Wuhan Bioengineering Institute，Wuhan 430415，Hubei，China）

Amethod for the determination of sodium cyclamate in food by headspace-gas chromatography was developed.Thismethod was qualified using the derivative cyclohexene and nitrocyclohexane，and quantified using cyclohexene.At the same time the equilibrium temperature，the equilibrium time and the mass concentration of sulfuric acid were optimized.Themethod showed good linearity over the range from 0.010 to 0.20mg/mL（R2=0.994 9）.The limitofquantificationwas0.045mg/kg.The recoverywas94.4%-109.1%and the relativestandard deviationwas1.53%-3.68%.Resultsshowed that thismethodwassimple，sensitive，accurate. Therefore，itissuitable fordetection and analysisofsodium cyclamate in food.

headspace-gaschromatography；sodium cyclamate；cyclohexene

2013-05-05

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.028

江豐（1985—），男（漢），碩士，研究方向：食品安全。