（食品科学专业论文）食用合成色素与βCD及其衍生物包结情况研究.pdf

摘要 b 环糊精( p c d ) 是由7 个吡哺葡萄糖单元以a - l , 4 糖苷键首尾相连而形成的一种筒状 大分子，其空腔具有疏水性，分子表面呈现亲水性。能与许多有机、无机分子通过非共价 键形成络合物从而影响有机客体分子的光谱性质，并能提高这些客体物质的溶解性和稳定 性。因此在化学、农业、生物、食品、化妆品和纺织等领域得到广泛应用。 食用合成色素以苯、甲苯、萘等化工产品为原料，经过磺化、硝化、卤化、偶氮化等 一系列有机反应制成，有一定毒性，过多食用会危害人体健康。对食用合成色素进行严格 的卫生管理，对其进行定性定量分析是非常重要的。 本课题采用荧光光谱法研究p c d 及其衍生物甲基p 环糊精( d m p c d ) 、羟乙基p 环糊精( h e b c d ) 和羟丙基p 环糊精( h p p c d ) 与几种重要的食用合成色素柠檬黄、 赤藓红和亮蓝的包结作用。详细研究了不同种类环糊精的浓度、振荡时间、酸碱度、温度 对包结过程的影响。随着环糊精的加入，色素的荧光强度增大，但荧光发射波长不变。f l - c d 的化学改性强烈的影响了它的包结能力，衍生物比环糊精母体有更好的包结能力。反应达 到平衡的时间为3 0r a i n ；中性( p h - 7 ) 条件下，p 环糊精及其衍生物与色素有最大的包结 能力；低温有利于包结过程的进行。不同温度下的热力学常数表明环糊精和色素包结的形 成常数随着温度的升高呈现下降趋势。包结反应的热力学参数a g 、a h 和a s 均为负值。由 此说明包结反应是自发进行的放热过程，源于b c d 空腔内高能水分子的释放。主客体分 子的范德华力及疏水相互作用对此也有一定作用。 关键词：p 环糊精及其衍生物；柠檬黄；赤藓红；亮蓝；包结；荧光光谱；热力学常数 a b s t r a c t c y c l o d e x t r i n s ( c d s ) a r ec y c l i c ( a - 1 ，4 ) l i n k e do l i g o s a c c h a r i d e sa n d1 3 - c y c l o d e x t r i n ( d c d ) c o n s i s t so f7 a d g l u c o p y r a n o s em o l e c u l e s t h ee x t e r i o rs i d eo fc d si sh y d r o p h i l i ed u et ot h e o u t w a r dh y d r o x y lg r o u p s ，w h i l et h ei n t e r i o rc a v i t yi sh y d r o p h o b i e ，w h i c hc a l lb eah o s tt o i n c l u d em a n yg u e s tm o l e c u l e so fa p p r o p r i a t ed i m e n s i o n sa n dp r o p e r t i e st of o r mi n c l u s i o n c o m p l e x e ss e l e c t i v e l y c d sa r ek n o w nt oa f f e c tt h es p e c t r a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fs o m e g u e s t ss i g n i f i c a n t l ya n dt oi n c r e a s et h es o l u b i l i t y ，s t a b i l i t yo rb i o a v a i l a b i l i t y t h u s ，c d sh a db e e n w i d e l yu s e di np h a r m a c e u t i c a li n d u s t r y ，f o o d s t u f f , c h e m i s t r ya n da g r i c u l t u r e s y n t h e t i cp i g m e n tw a sp r o d u c t e db yas e r i e so fo r g a n i cr e a c t i o n ss u c ha ss u l f o n a t i o n , n i t r a t i o n ，h a l o g e n a t i o na n da z o u s i n gb e n z e n e ，t o l u e n e ，n a p h t h a l e n ea n do t h e rc h e m i c a lp r o d u c t s a sr a wm a t e r i a l s s ot h e r ea r es o m et o x i c i t yi nt h e m ，e x c e s s i v ec o n s u m p t i o ni sh a z a r d o u st o h u m a nh e a l t h t h e r e f o r e ，i t sv e r yi m p o r t a n tt od os t r i c th y g i e n em a n a g e m e n ta n dq u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i st ot h e m t h ei n c l u s i o nc o m p l e x e so fs e v e r a li m p o r t a n tp i g m e n t ss u c ha st a r t r a z i n e ，e r y t h r o s i n ea n d b r i l l i a n tb l u ew i t h c y c l o d e x t r i n s ( c d s ) i n c l u d i n g1 3 - c d ，d i m e t h y l - d c d ( d m d - c d ) ， h y d r o x y e t h y l - p c d ( h e p c d ) a n dh y d r o x y p r o p y l - p c d ( h p p - c d ) w e r es t u d i e du s i n g f l u o r o p h o t o m e t r y e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n si n c l u d i n gt h ec o n c e n t r a t i o n so fv a r i o u sc d s ，t h e e f f e c to fs h a k i n gt i m e ，m e d i aa c i d i t ya n dt e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l w i t ht h e a d d i t i o no fc d s ，t h ef l u o r e s c e n ti n t e n s i t yo fp i g m e n ti n c r e a s e d ，b u tt h ee m i s s i o n w a v e l e n g t h w a sn o tc h a n g e d c h e m i c a lm o d i f i c a t i o no f1 3 c ds t r o n g l ya f f e c t e di t sc o m p l e x a t i o nc a p a c i t ya n d t h ed e r i v a t i v e sh a das t r o n g e rb i n d i n gc a p a c i t yt h a n1 3 - c d t h er e s u l ts h o w e dt h a to p t i m a l i n c l u s i o nt i m ei s3 0m i na n dp hv a l u ei s7 e f f e c to ft e m p e r a t u r eo nt h ec o m p l e x a t i o nr e a c t i o n w a sa l s oi n v e s t i g a t e d t h et h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sw e r ef i g u r e do u t f o r m a t i o nc o n s t a n t so fc d sw i t hp i g m e n td e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft e m p e r a t u r e t h e t h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r sa g ，a h ，a sw e r ea l lm i n u s t h i sm e a n st h ei n c l u s i v ep r o c e s sw a sa n e x o t h e r m i ca n de n t h a l p y - d r i v e np r o c e s sa c c o m p a n i e dw i t ha m i n u se n t r o p i cc o n t r i b u t i o n , a n d v a n d e rw a a l sf o r c ep l a y sa l li m p o r t a n c er o l ei nt h ep r o c e s s k e y w o r d s ：c y c l o d e x t r i nt a r t r a z i n e ；e r y t h r o s i n e ；b r i l l i a n tb l u e ( b b ) ；i n c l u s i o nf l u o r e s c e n c e ； 4 t h e r m o d y n a m i c 5 论文、参加科研情况说明以及学位论文使用授权声明 论文、参加科研情况说明以及学位论文使用授权声明 一、发表论文 1 董峰光，姜子涛，李荣食用合成色素柠檬黄与环糊精包结的荧光光谱研究 食品研究与开发，2 0 0 8 ，( 7 ) ：4 2 - 4 6 2 董峰光，姜子涛，李荣 环糊精及其衍生物与赤藓红包结作用的荧光光谱研究 食品科技，已录用，将于2 0 0 9 年8 月发表 3 董峰光，姜子涛，李荣，朱妁环糊精及其衍生物与亮蓝包结作用的荧光光谱研究 食品科学，已录用 二、学位论文使用授权声明 本人同意授权天津商业大学将论文的全部内容或部分内容提供给有关方面，编入 中国学位论文全文数据库、中国优秀博硕士学位论文全文数据库、天津商业大学博 硕士学位论文全文数据库等有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编以供查阅或借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 第一章前言 第一章前言 1 1 食用合成色素简介 评价食品除质量和营养外，色、香、味、形也是重要的基本参数，在这四个参数中又 以色泽的影响最大，因为视觉信息是最直接的感官信息，自然、悦目、和谐的色泽可以增 加人们的食欲，提高商品的市场价值。许多天然食品都具有一定的颜色，但由于其对光、 热、酸、碱的敏感，在加工、贮存过程中会发生褪色和变色，为了保持和改善色泽，在加 工过程中需要用食品色素进行人工着色。食品色素又称食用染料、着色剂，是以食品着色 为目的的食品添加剂。食品色素按来源可分为天然食用色素和人工合成食用色素两类；按 结构可分为偶氮类色素和非偶氮类色素；按溶解性又可分为脂溶性和水溶性两类。随着人 类社会与文明的进步，生活水准的提高与价值观念的改变，作为工业化加工食品添加成分 之一的食品着色剂的合理、安全、成功的使用，日益受到重视。能否合理、安全、成功地 使用食品着色剂对加工食品进行调色，从某种程度上可以反映出一个企业乃至一个国家的 科学、技术、管理、生产、文化艺术水准。食用合成色素是食品着色剂中的重要一类，在 食品、药品、化妆品工业及其他行业中得到广泛应用。为此，简要介绍食用合成色素的一 些情况，以供参考。 1 1 1 食用合成色素的安全性 合成食用色素属于人工合成色素。合成色素自1 9 世纪问世以来，由于成本低廉、色泽 鲜艳、着色力强、稳定、可任意调配而得到广泛运用，部分也用于食品着色。但是，由于 合成色素大多属于煤焦油合成的染料，不仅本身没有营养价值，而且大多数对人体有害， 因此世界卫生组织对合成食用色素的使用种类、使用量均有严格的规定。 根据我国食品添加剂使用卫生标准( g b 2 7 6 0 1 9 9 6 ) 规定，我国允许使用的合成 食用色素共有8 种：苋菜红、胭脂红、赤藓红、新红、柠檬黄、日落黄、靛蓝、亮蓝。值 得注意的是，天然的并不等于无毒的。由于天然色素成分复杂，生产过程中化学结构可能 发生变化，且可能混入其他有害物质，所以也存在毒性问题。为了安全起见，天然色素用 于食品着色一般也需经过毒理学检验，对其最大使用量也有具体的规定。我国允许使用的 合成色素虽然品种不多，但有红、黄、蓝三种基本色，按比例可以任意调配成橙、绿、紫 等多种色调，基本可以满足使用的需要。 合成色素对人体有害，主要包括一般毒性、致泻性和致癌性，表现为对人体直接危害 或在代谢过程中产生有害物质及合成过程中带入的砷、铅等污染物的危害。从大量研究得 l 第一章前言 出的结论认为：合成色素的致癌性一般可能与其多为偶氮化合物有关。偶氮色素中都含有 偶氮键，它是偶氮色素的颜色载体；偶氮色素的化学性质一般较活泼，在强还原剂作用下， 偶氮键发生断裂生成胺基化合物，最后得到两分子的芳胺。食用类偶氮色素分子的芳香部 分大都有萘环与偶氮键相连，它们在体内的生物转化过程中偶氮键断裂，含有萘环这部分 最终可以被还原成q 萘胺、b 萘胺，这两种物质具有致癌性( a 。萘胺、p 萘胺1 9 6 7 年被英国、 1 9 7 3 年被美国职业安全卫生局列为受法律控制的致癌物，世界卫生组织所属的癌症研究中 心也在1 9 8 4 年将它们列为致癌物) 。另外，合成色素在j u t 过程中砷、铅、铜、苯酚、苯胺、 乙醚、氯化物的污染，也对人体造成不同程度的危害。 鉴于合成色素对人体的有害性，世界各国对合成食用色素的使用种类、使用量及允许 使用的食品均有明确规定；联合国粮食与农业组织世界卫生组织( f a o 佩，h o ) 联合法典 委员会制定的食品法典标准中也有相关规定，这是目前世界上最具权威的标准。另外，随 着研究的深入这些标准也在不断地调整。例如：苋菜红多年来被公认安全性较高，被世界 各国普遍使用，但是1 9 6 8 年报道本品有致癌和致畸性，1 9 7 2 年f a o w h o 联合添加剂专家 委员会将其a d i 值从0 至1 5 m g k g 修改为暂定a d i ：0 至0 7 5 m g k g ，1 9 8 4 年该委员会根据所收 集到的资料再次进行评价，并在对鼠的无作用量5 0 m g k g 的基础上规定其a d i 值：0 至 0 s m g k g ，有些国家如美国则坚决废除了苋菜红的使用。署前有些国家例如瑞典、挪威已 完全禁止使用合成色素，同本也在逐渐禁用。 我国食用色素开发较晚，目前主要以合成色素为主，天然色素正处在开发试用阶段。 为了对食品添加剂的使用严格管理，我国制定了食品添加剂使用卫生标准和食品添 加剂卫生管理办法等相关规定，其中对各类食用色素的最大使用量、使用范围作出了说 明，同时限定了8 种合成食用色素只能用于果味水、果味粉、果子露、汽水、配制酒、红 绿丝、罐头以及糕点表面上彩等，禁止用于肉类及其加工品( 包括内脏加工品) 、鱼类及 其加工品、水果及其制品( 包括果汁、果脯、果冻和酿造果酒) 、调味品、婴幼儿食品、 饼干等。 与其他食品添加剂一样，食用合成色素的毒性与安全性的研究、评估、监督早已成为 一种国际化的活动。联合国粮食与农业组织( f a o ) 和世界卫生组织( w h o ) 及所设的 f a o w h o 联合食品添加剂专家委员会( j e c f a ) 对之十分重视，原则上每年举行会议提 供对食品添加剂也包括食用合成色素的各种毒理学评价报告，制订使用原则、规格标准， 并不断修改，对食用合成色素的生产、使用进行权威性的指导，将使用食用合成色素有可 能引起的不利影响减至最小以保证安全。我国从保障人民健康的基点出发，对食用合成色 2 第一章前言 素的安全性极为重视。在逐渐与国际接轨的同时，有关法规越来越严格，实施了中华人 民共和国国家标准一食品添加剂使用卫生标准( g b 2 7 6 0 8 6 ) ，其中也对食用合成色素 允许使用的品种、使用范围、最大使用量等做出明确的规定，并根据国内外科技发展及其 他实际情况，基本上每年发布g b 2 7 6 0 8 6 的续编，对之做出增补及删减。即使对国际上公 认的安全性高的，我国已批准生产、使用的食用合成色素品种，国家对之质量指标、技术 要求也越来越规范化，并由卫生部食品卫生监督检验所、卫生防疫部门对食用合成色素的 生产、研制、贮存、运输、使用等进行监督管理。中华人民共和国食品卫生法，中 华人民共和国国家标准一食品添加剂、中华人民共和国国家标准一食品卫生标准等 文件的有关章节对食用合成色素的安全生产与使用也在法律上提供了保证，所以，安全生 产、使用食用合成色素是完全有保障的。我国目前生产的食用合成色素都是国际上公认的 安全性高的品种。 1 1 2 国内外食用合成色素生产、应用情况简介 目前世界各国都允许一些色素用于食品着色，综合各方面资料，目前常用于食品着色 的食品着色剂近8 0 种，其中合成色素连色淀约3 0 种，天然色素约4 0 种，另外有机或无机 颜料近1 0 种。 就食用合成色素的品种而言，近年来有如下变化趋势。 ( 1 ) 以安全性为首要考虑因素，不断以毒性小、安全性高的品种取代毒性相对较大、 安全性相对较低的品种，甚至禁用某些品种。如美国自七十年代末禁用苋菜红而代之以安 全性高的诱惑红。 ( 2 ) 由于食用合成色素的开发周期长，费用高，特别是毒理学研究方面的耗时更长，费 用更大，一般估计，开发一个新品种费用多达近百万美元，所以近年来除了美国于七十年 代末开发诱惑红并迅速取代其他红色谱食用合成色素外，基本无其他新食用合成色素问 世。 ( 3 ) i 主i t - 色淀是用可溶性的母体染料用一定方法制成的不溶性着色剂，除保留母体染料 色光鲜艳、色谱齐全等特点外，又有不易被人体吸收、有良好着色力和遮盖力等性能，用 安全性高的食用合成染料母体即可制得安全性高的食用色淀。有些国家已基本上用食用色 淀代替一些颜料而用于油脂、糖衣、胶姆糖中，并广泛用于药品、化妆品中。 ( 4 ) 作为一种新的科研方向，现已开始用化学方法仿制、合成原来只能从动植物中提 取的天然色素，如人工合成d 胡萝卜素，用生物化学新工艺制备红曲红色素等。另据报道， 美国已研制出一类新的不能被人体吸收的“聚合色素”，它是将有色化合物与惰性聚合体 3 第一章前言 主干相连，这种高分子化合物可对食品着色，却因分子巨大而不致被人体肠道吸收，对人 体无任何影响。8 7 年底已正式提出申请用于食品着色，并已在进行毒理试验，有望获得成 功。 2 0 0 3 年，我国食用合成色素产销量约为2 3 0 0 吨至2 5 0 0 吨，纯度为8 5 ，总产值约为 1 8 7 5 亿元。其中国产食用合成色素在国内占有约9 0 的市场份额，另夕f l o 的市场份额 是外国公司的。预计，在近二三年内，我国食用合成色素的市场需求量不会有大的变化， 仍会维持在2 5 0 0 吨年左右。但是，目前国内食用合成色素企业的设计生产能力总和已超过 2 5 0 0 n 屯年，市场处于供大于求的局面。最近，国外几个大的食用合成色素生产营销公司进 入了中国食用着色剂市场，将对我国食用合成色素市场起到挑战、冲击作用。但同时也给 我国食用色素，特别是食用合成色素产业带来新的机遇，将会大大促进我国食用合成色素 企业、产业和行业观念的转变、资产重组、产业结构合理调整、联合、合作及创新等，推 动我国食用合成色素产业跨入一个更高的发展阶段。 1 1 3 食用合成色素现有测定方法简介 色素的测定方法很多。近年来，对食用合成色素测定方法的研究，主要有高效液相色 谱( h p l c ) 法、分光光度法、极谱法、电化学方法、h 点标准添加法、核磁共振法、酸 度分布吸收光谱法、固定p h 滴定法、前处理的分离提取技术和纸上层析法等，现综述如 下。 1 1 3 1 高效液相色谱法 应用h p l c 法测定食用合成色素，方法灵敏，重现性好，准确度高，为国家标准方法 的第一法。可以处理从痕量、微量到常量以至较大规模制备的样品量，可以实现在线检测 和自动化操作。但此法试样准备时间长，操作费时，仪器设备昂贵，应用于基层较困难。 谷岩、曲吲l 】利用吸附解吸过程提取饮料中的食用色素，采用y w g c 1 81 0 9 m 不锈 钢柱，以甲醇0 0 2 m o u l 乙酸铵溶液作流动相，紫外检测波长为2 5 4 n m ，利用梯度洗脱程序 分离食用色素，采用高效液相色谱法测定。回收率大于9 0 。测定结果的相对标准误差为 1 3 7 2 9 8 。 m i n i o f i 等【2 】用反相高效液相色谱法结合二极管阵列检测器完成了对水溶性食品中的 柠檬黄的检测。同法还可以用来对其它1 2 种合成色素进行检测。 吴光斌，吕禹泽，陈发河【3 j 采用反相高效液相色谱法一次进样，同时测定食品中常见 的9 种食品添加剂：苯甲酸、山梨酸、糖精钠、安赛密、柠檬黄、日落黄、胭脂红、苋菜 红、咖啡因。整个分析过程在1 0 m i n 内完成。其平均加标回收率为7 7 0 - 1 0 8 5 ，相对 4 第一章前言 标准偏差小于5 。该方法结果准确，适用于食品常规质量检测。 1 1 3 2 分光光度法 利用物质对光的吸收具有选择性，应用紫外可见分光光度法【4 】进行吸收光谱扫描，发 现不同的食用合成色素具有不同的吸收谱图，与标准谱图对照，即可直观、快速的定性， 且一定浓度下，峰高与含量成正比，故可定量。用来测定色酒、饮料及果冻等食品中食用 合成色素，结果满意。本法操作简便、快速、准确、灵敏和线性范围宽，适于基层单位应 用。 对于透明体系中单种食用合成色素的定量测定使用一般的经典光度法就已经够了。但 是在实际工作中由于食品中往往带有混浊，如汽水等饮料，这种混浊颗粒的存在将给经典 光度法的测定带来较大的误差。 ， n e v a d o 等【5 】用零交叉波长导数分光光度法研究了商业级食品中柠檬黄，日落黄和胭脂 红的三重混合体系，得到了满意的结果。在柠檬黄浓度达到2 0 m g l 以前标度图呈线性关 系。从8 m g l 的柠檬黄标准溶液中得n - f0 9 的标准偏差。这种方法用来确定不同比率 ( 从1 ：1 ：1 到1 ：5 ：5 或者更高) 的三种色素的混合物结果很令人满意。回收率在9 4 1 0 5 。 该法在包含这三种商品的食品中得到广泛应用且不需要任何分离步骤。用此法得到的结果 和用h p l c 法得到的结果进行了比较，比较结果显示两种方法得到的测定值是非常相似的。 v i d o t t i 等【6 】用一阶导数分光光度法测定了日落黄和柠檬黄的混合样品，并与h p l c 法 进行了比较，结果是很相似的，两者之间差异不显著。因此该法准确可信，可用来对食品 样品的分析。 1 1 3 3 极谱法 示波极谱法是以滴汞电极电解合成色素分析样液，根据测量电解过程中的电流电压特 性曲线的半波电位或扩散电流进行定性或定量的方法。可用来测定大多数金属离子、许多 阴离子和有机化合物。其特点是测定食用合成色素，操作简便、快速。 文君【7 】采用食品卫生理化检验标准手册i s l 规定的示波极谱法测定饮料中柠檬黄色 素。称取适量样品( 1 0 9 ) 于烧杯中，经羊毛绒染色后、脱色，浓缩至1 0 m l ，取浓缩液l m l ， 加饱和硼砂溶液至1 0 m l 【9 】；标准曲线用国家标准物质研究中心研制的柠檬黄标准溶液 g b w ( e ) 1 0 0 0 0 1 ( 1 0 0 m g m l ) 直接稀释至工作液；示波极谱法测定峰电流。根据标准系列 的浓度与峰电流拟合的直线求得该样品中柠檬黄的含量。 张丽萍，张桂连，陈建文通过试验发现改用六次甲基四胺盐酸底液，p h 5 5 ，底液 用量选用7 1 0 0 m l ，起始电位选用一0 3 0 v 。按试验方法测不同浓度柠檬黄的峰高，用峰高对 浓度作图，浓度在1 3 x 1 0 。7 3 0 x 1 0 。5 m o l l 时与峰高呈线性关系。检出限为7 3 x 1 0 s m o l l 。 s 第一章前言 灵敏度和稳定性都有提高，选择性也明显改善，对饮料样品进行测定，获得较满意结果。 有些色素的极谱波会重叠，这就使其样品在分离时若无前期准备工作的话会很困难。 l o p e z d e a l b a 等将微分脉冲极谱法和局部最小二次乘方法结合起来对三种痕量水平的 染料混合物进行同时测定( 0 0 5 1 o o m t t m o l l ) 。这个方法已经用来测定商业化食品中相关染 料。 还有一些其它的极谱法如导数极谱法【1 2 】，单扫描极谱法【1 3 】等都在实际中得到广泛应 用。 1 1 3 4 电化学方法 电化学伏安法也能用于混合色素的同时测定，并具有较高的灵敏度1 4 】。 j a i n 等【1 5 】用电化学的方法研究了食用合成色素柠檬黄。结果显示：o 5 3 5v 时出现了 明确的负极峰。在酸性p h 范围出现两个阴极峰。随着p h 增大，两个峰合并成一个。1 2 0 v 时用控制电势电解法( c o n t r o l l e d p o t e n t i a le l e c t r o l y s i s ) 可以使峰值从9 0 o o 降低到一2 o o m a ，同时在色泽和吸光度上有显著的降低。峰值和吸光度降低的速率呈现一种一次相关 性。溶液的c o d 从1 0 8 0 下降到5 6 0 m g l 。 王丽增，黎晓琼发现在0 0 1 m o l l 磷酸氢二钠( p h9 0 - - - ，9 5 ) 底液中，柠檬黄在悬汞 电极上有较强的吸附性，还原峰电位在0 - 一0 7 7v ( v s s e e ) 。柠檬黄浓度在6 0 x 1 0 - - - 3 0 1 0 m o l l 范围内，其导数峰电流与浓度成良好的线性关系。此法可直接测定食品、药物中的 微量柠檬黄。 1 1 3 5h 点标准添加法 n i 等用h 点标准添加法结合光度法测定来分离溶于水的三个谱图严重重和的食用 色素的混合物：柠檬黄，同落黄和胭脂红。在这个方法中；把严重重合的谱图在两个合适 的波长下测量得到第三个色素的浓度，前两个色素是作为有相等吸收关系的干扰物存在。 这些波长对很容易找，并且能够给出最精确的分析结果。这种方法在三个合成色素的混合 物和几种商业产品中得到很好的应用，但此法有局限性。 1 1 3 6 酸度分布吸收光谱法 合成色素是一种有机酸和碱，各种色素具有特定的分布分数p h 曲线，结合其吸收光 谱可构成两维波谱信息，同样可用于灰色体系的定量分析。张军延等利用约束背景双线 性分解法( c b b l ) 结合数值遗传算法( n g a ) 处理p h 分布光谱两维矩阵，建立了一种 定量分析灰色体系中色素的方法，并用于模拟样品及市售饮料中色素的测定。 1 1 3 7 固定p h 滴定法 此法是以水溶液中弱酸( 碱) 各种存在形式的分布系数( 数值上等于中和百分数) 在 6 第一章前言 p h 值固定时是常数为依据的新型滴定分析方法，不以当量定律为依据，不需要确定化学 计量点，不要求滴定反应定量完成，也不需要已知滴定剂浓度。只要温度、离子强度及滴 定剂浓度不变，滴定到达某一固定p h 值时，滴定剂消耗体积与弱酸( 碱) 物质的量呈正 比。当溶液中存在多种弱酸( 碱) 时，滴定到达某一p h 值，滴定剂消耗体积与各弱酸( 碱) 物质的量之总和呈正比。因此，只需测定滴定至多个p h 值时所消耗的滴定剂体积，就可求 出各组分含量。徐刚【1 9 】提出了固定p h 滴定法测定混合食用色素。将本法应用于弱酸性合 成食用色素胭脂红和柠檬黄混合物的同时测定，结果满意，回收率9 9 1 2 1 0 2 1 5 。还 测定了的酸离解常数，其p k a 分别为1 1 1 9 和9 4 3 。初步解释了取代基对其酸碱性的影响。 1 1 3 8 前处理的分离提取技术 杨义善2 0 1 采用离心分离法对色素进行吸附与解吸附，方法简便快速，精密度和准确度 都能满足测定方法要求，重现性在1 4 8 2 0 8 ，样品加标回收率在9 0 1 0 5 之间，较 国家标准方法有显著提高。 1 1 3 9 纸上层析法 沈士秀等【2 l 】利用纸上层析法鉴别熟肉制品中红曲红天然色素掺杂胭脂红，方法中所用 设备、仪器简单，原材料易得。以丙酮：异戊醇：蒸馏水( 6 ：5 ：4 ) 作展开剂，采用上 行法展开1 5 c m ，红曲红色素r f 值平均为0 6 8 ，胭脂红的酣值平均为0 3 2 ，有较好的分离效 果，当样品中胭脂红含量 0 0 4 时可清晰地检出。 1 2 p 环糊精及其衍生物 1 2 1 概况 环糊精( e y e l o d e x t r i n ，简称c d ) 是由淀粉酶经酶解环合而得的6 至8 个葡萄糖以a 1 ，4 糖苷键连接的环状低聚糖化合物。最常见的三种环糊精是a 、p 和丫。p 环糊精是由7 个葡萄 糖分子连接成的环状结构化合物，主体构型像个中间有空洞，两端不封闭的筒。对一些分 子大小、形状及性质相匹配的化合物分子可以设法装入囊中，形成奇妙的包合物。包合物 内容客体仍然保持原有的化学性质，客体被筒包围，与周围环境( 光、氧、热、潮湿、人和 嗅觉和味觉等) 隔离，产生许多的特殊的作用。因此p 环糊精在工农业、医药、环保和理论 研究等方面获得了广泛的用途。 1 2 2 环糊精的分子结构 在环糊精生成酶的作用下，淀粉分子发生内转化反应，生成由6 ，7 ，8 个葡萄糖链节 组成的、呈首尾相接的糊精，即环状糊精，其分子结构示于图1 1 。当n - 6 时称a 环状糊精， n = 7 称为p 环状糊精，n = 8 称为y 一环状糊精。 7 第一章前言 c h 删 图1 - 1p c d 结构示意图 f i g l - 1s t r u c t u r es e t c hm a po f f l - c d 醯表羼 采水层 图1 - 2 郾d 的立体模型 f i g l - 2s o l i dm o d e lo 邛- c d 环状糊精的立体结构像是分子链绕成的中空圆柱体，如图1 2 所示 2 2 , 2 3 1 。由于三种糊 精的聚合度不同，其性能差异甚大，如表1 1 所列阴2 5 1 。 8 第一章前言 表1 1 各种环糊精的性质 注：2 5 c 的测定值 2 5o c 在m l 水中溶解的克数 表1 2p c d 溶解度与强度变化的关系 表1 2 显示了b - c d 溶解度与强度变化的关系【3 7 1 。从表1 2 所列数据可知，三种环状 糊精中，p 型的溶解度最小。测试表明：随着温度升高，它们的溶解度的差距增大。2 5 c 下，p 环状糊精的溶解度只有1 8 5 ，可见它容易结晶析出，因此它便于制造。 1 2 3b 环糊精的特性 因为d 环糊精最容易分离和纯化，生产较容易，成本较低，工业生产量最大，近年来 在食品工业【2 6 。2 9 1 、制药工业【3 0 1 、分析化学、环保、有机合成【3 1 】等许多领域得到了广泛的应 用。 p 环糊精有点甜味【3 2 1 ，在低浓度比蔗糖还甜，p 环糊精呈现甜味的最低浓度为0 0 3 9 ，蔗糖是0 2 7 ，2 5 的p ：环糊精溶液的甜度与1 7 1 的蔗糖甜度相当。在室温条件下， p 环糊精的水溶性( 1 8 5 ) 显著低于a 一环糊精和丫环糊精，使p 环糊精在生产上更易获 得。形成的复合物有不同的溶解度。每种复合物的溶解度取决于环糊精洞穴所包络的客体， 一般介于未包络的环糊精和客体的溶解度之间。由于香料分子在水中的溶解度一般比环糊 精低，客体分子的疏水部分与环糊精的洞穴相互作用，而环糊精分子外部具有亲水性，客 9 第一章前言 体分子就被包围它的环糊精分子带入溶液。因此说复合作用往往能增加香料的溶解度。当 复合物与水混合后，除了增溶作用外，还有速溶和扩散作用。环糊精分子在水中保持不变， 并保持形成复合物的能力。环糊精在油中不溶，可以用来取代油作为大多数香料的溶剂和 稀释剂。 p 环糊精的热稳定性较好，在大约1 0 0 0 c ， 当水从晶体中蒸发时，产生吸热；大约在 2 7 0 2 8 0 0 c ，当晶体熔化和热分解出现时，产生吸热1 3 引。而在其它温度范围，这种晶体材料 不吸热。用于胶囊化的淀粉、蛋白质和其它大分子材料在加热时，其二级和三级结构会发 生变化。在大多数情况下，这种变化是不可逆的，因此加热会使聚合物分子失去胶囊物质 的能力，而环糊精的结构在加热和冷却后不变化，保持了形成复合物的能力。 在加热过程中，挥发性客体有一些损失，损失的量取决于诸如客体的性质和含水量等。 对于干燥的复合物，客体的蒸发温度常常超过未复合的客体温度1 0 0 c 以上，如果含有水 的话，一些客体会以游离的( 未复合) 的状态存在，加热时容易损失。 p 环糊精和它的复合物不吸湿，在同样潮湿条件下，与p 环糊精形成复合物的香料比 用乳糖等包衣的香料性能更好。例如香料分别与肛环糊精和麦芽糊精胶囊化，贮放两周后， 用麦芽糊精胶囊的香精变峰硬，而用b - c d 胶囊的香精仍然保持干燥，成易流动的粉末状。 环糊精的化学性质相当稳定。环糊精没有还原性末端基团，除非环糊精水解，无涉及 还原糖的反应。对碱稳定，在7 5 的0 3 5 m o l l n a o h 溶液中，检测不到降解产物。强酸 如硫酸和盐酸能水解环糊精，其水解程度取决于酸的浓度和反应温度。弱的有机酸如乙酸 不能水解环糊精。在食品的正常p h 值范围内，环糊精不能被水解。许多0 【淀粉酶能水解 b 环糊精，但其水解率取决于酶的来源，一些酶比另一些酶更能开环，如真菌淀粉酶一般 比细菌淀粉酶更能水解环糊精。而与客体形成复合物的环糊精比未复合的环糊精更能抗酶 的水解。p 环糊精能抗唾液淀粉酶的水解，因此在口腔中不能检测到它的水解。环糊精很 容易受胃酸水解，其水解速度为一般直链糊精的3 倍。故可在人体内代谢消化【3 4 1 。 1 2 4b 环糊精在食品j j n r 中的应用 环糊精分子很容易以其内部空隙与有机分子结合，生成复合物，减少了与周围环境的 接触，从而提高被包合物对光、热及氧的稳定性，不易挥发、蒸发和升华，其他物理化学 性质也会改变( 如溶解度、颜色、香、味及水中分散性等) 。利用该特性，环糊精在食品 工业作为食品添加剂发展很快，三种环糊精中b - 环糊精性能最好，应用面最广。下面对环 糊精在食品中的应用进行介绍f 3 5 4 5 1 。 l o 第一章前言 1 3 2 1 防挥发、抗氧化、抗光和热分解 食品中的各种香气成份以及食用香精、香辛料等均易挥发，使其丧失特有的风味，降 低了商品的吸引力，而这些成份同d c d 包结成复合物，在贮存中挥发、氧化、热分解显 著减少。例如，用黑胡椒油脂8 份、黑胡椒香油2 份、1 3 - c d 7 0 份。加水2 0 1 0 0 份混合搓 揉，再混入葡萄糖l o 份，经干燥、磨粉形成黑胡椒制品，用聚乙烯袋装好放置于室温中， 结果三个月后成份保留9 9 5 ，而未经处理的样品只保留4 7 。 1 3 2 2 保护天然色素 合成色素由于具有不同程度的毒性， 因此从人体健康角度考虑不是理想的食品添加 剂。天然色素色泽自然，种类繁多，并且具有营养保健作用。但天然色素大多数不稳定， 易受光、热、酸、碱作用而褪色。1 3 - c d 可以很好地包结d 胡萝卜素、黄酮类色素、核黄 素、胭脂红等醌类色素、叶绿素等卟琳环色素类等，形成复合物，保持稳定。例如d 胡萝 卜素与1 3 - c d 包结溶液在1 0 0 加热6 0 分钟，色素保留约9 0 ，未经处理的样品只含有 7 0 。西红柿酱加0 2 9 c d ，搅拌半小时，在1 0 0 加热2 小时，红色不退，而对照样则 明显退色。 1 3 2 3 排除异味和苦涩味 1 3 - c d 常常用于食品、饮料味道的改善。1 3 - c d 选择性的包合苦味及某些令人讨厌的呈 味物质，当这些1 3 - c d 包合后的物质食入口中时，或是舌头感觉不到，或是已变得温和。 鱼、肉等食品加工中常因有腥臭味而降低其商品价值，若在制造中添加0 5 2 的1 3 - c d 即可达到除腥的目的。豆乳类饮料中若加入2 5 的1 3 - c d 亦可减少豆腥味。蔬菜加工 如芦笋、西红柿、萝卜等制品有种特别的怪味，也可加入1 3 - c d 除去。大米在贮存中有陈 米的不快气味，蒸煮时加1 3 - c d l 0 4 0 0 m g 1 0 0 9 可以完全除去。此外，大米或大麦补充v b l 时加入少量1 3 - c d 可以去掉维生素的米糠气味。柑桔汁中的桔皮苷、柠檬碱和柚皮苷有较 重的苦味，溶解度极小，使桔汁带苦味，并形成混浊，不利于果汁或罐头产物的制造。若 加入o 3 0 5 p c d 对柚苷和柠檬碱脱除率为4 9 2 。1 3 - c d 与夏橙、葡萄果汁也有同样效 果。 1 3 2 4 乳化和起泡 含油量高的饮料、蛋黄酱、调味汁、搅拌奶油、冰淇淋以及咖啡饮料等食品中添加1 3 - c d ， 可以形成长期稳定的乳浊悬液。在蛋白粉中添0 2 5 p c d ，起泡力比对照样提高o 2 6 倍， 糖或糖醇加表面活性剂和1 3 - c d 制成的粉状物用于烘烤食品，可以增大体积，起到抗老化 作用，有效地延长商品的货架期。 第一章前言 1 3 2 5 粉末化 用1 3 - c d 将液态酒类和果汁改变成固体粉末，使饮用、包装、运输方便，更利于长期 贮藏。国外已有报道将威士忌和其他酒类用1 3 - c d 包结而成粉末酒，使用时渗入热水即成 饮料酒，据称这种产品可以保存五十年不变。又如，日本也正在深入研究蜂蜜、酵母浸膏、 大豆磷脂、含醋调味液、酱油、豆酱的粉末化。 1 3 2 6 在茶饮料生产中的应用 1 3 - c d 在茶饮料生产中功效显著，可减少茶乳酪的产生，保持茶饮料原有的风味；对 不良风味起到掩蔽作用；对茶汤中的色素物质也具有包埋作用；可防止光、热、氧等不良 因素对茶饮料的影响【矧。 1 3 2 7 有害成分的脱除 胆固醇是一种与食品营养关系密切的重要脂质，胆固醇过高是引起心血管疾病的主要 原因之一。研究发现，胆固醇能够与1 3 - c d 形成一种既不溶于水又不溶于脂质的包合物， 因此，1 3 - c d 对其有很好的去除效果，用1 3 - c d 生产低胆固醇乳制品，如奶油，早已在德国、 法国上市，一种低胆固醇蛋制品也早已在美国市场上销售。也就是说，只要合理的控制工 艺参数，无论从蛋制品、乳制品还是其他的动物油脂都可以脱除9 0 以上的胆固醇，与其 他方法相比，其显示了极大的优越性。苦杏仁含油4 5 5 0 ，蛋白质含量2 4 ，糖4 ，苦 杏仁苷3 ，矿物质含量也较丰富，有很高的药用价值，但其中的苦杏仁苷在酸作用下会 分解产生有害的氰化物，1 3 - c d 包合苦杏仁苷得以应用，具有很大实用价值。柑桔罐头糖 汁易形成白浊状和具有苦昧是由于柚皮或柠檬苦素等引起，在柑桔中加入o 4 左右的 1 3 - c d 后，感观证明，苦昧明显降低，而糖类、维生素及其他风味物质没有影响。 1 3 2 8 防潮保湿 各种食用油都可以加入一些环糊精制成扩散剂，在面包和糕点的制作过程中，涂上上 述食用油，能延缓面包和糕点的干燥进程，使面包和糕点保持较长时间。加工肉制品时用 环糊精作络合可增加产品的保湿性，改善产品质量。 1 3 2 9 提高与改善食品组织结构 利用环糊精的包合作用可提高与改善食品的组织结构。含油量高的饮料、蛋黄酱、调 味汁、冰棋淋、咖啡饮料等食品添加环糊精，可以形成长期稳定的乳浊液。在酪蛋白溶液 中加入环糊精，对其发泡能力及其持泡能力均有改善，环糊精与酪蛋白之间存在个最佳 浓度范围，并受p h 值的影响，一般高p h 值有利于改善其发泡能力及保水能力。 1 2 第一章前言 1 3 2 1 0 与其他新技术的配合使用 为进一步有效发挥1 3 - c d 的基本功能，科学工作者已开发出1 3 - c d 与其他新技术、新设 备配合使用的途径。如 3 - c d 与硬化油微胶囊配合使用，可制造具有极高稳定性的内芯为 e p a ( 二十碳五稀酸) 、d h a ( 二十二碳六稀酸) 等的硬化油胶囊。e p a 、d h a 的分子中 由于含有多个不稳定的双键，仅