紫外-可见分光光度法测定饮料中柠檬黄的研究

摘 要：采用银纳米颗粒与柠檬黄结合反应，建立了紫外-可见分光光度法测定饮料中柠檬黄的方法。通过单因素实验法筛选出最佳的测定条件为加入3.0 mL银纳米颗粒分散液做反应试剂，调节体系pH值为6.0，在4 ℃下反应20 min后于波长400 nm处测定吸光度。经过进一步方法学验证表明，该方法线性范围较宽、线性关系、准确度与精密度良好，可用于饮料中柠檬黄含量的检测。

关键词：分光光度法；饮料；柠檬黄

Study on the Determination of Lemon Yellow in Beverages by UV Visible Spectrophotometry

WANG Kaihui

（Shenzhen Academy of Metrology & Quality Inspection， Shenzhen 518000， China）

Abstract： The method for determining lemon yellow in beverages using UV visible spectrophotometry was established by combining silver nanoparticles with lemon yellow. The optimal measurement conditions were selected through a single factor experiment method， which involved adding 3.0 mL of silver nanoparticle dispersion as the reaction reagent， adjusting the pH of the system to 6.0， reacting at 4 ℃ for 20 minutes， and measuring the absorbance at a wavelength of 400 nm. Further methodological validation has shown that this method has a wide linear range， good linear relationship， and good accuracy and precision， and can be used for the detection of lemon yellow content in beverages.

Keywords： spectrophotometry; drink; lemon yellow

柠檬黄是一种着色力强、价格低廉的人工合成色素，在现代食品工业领域主要用于为食品、饮料着色，以增加食品的吸引力，被广泛运用于饮料生产、糕点加工等过程中[1]。然而，人体摄入过量的柠檬黄会在体内蓄积，对肝肾等产生损害，更严重的是会影响儿童智力发育，因此加强饮料等食品中柠檬黄的监管检测十分重要[2]。银纳米颗粒是一种贵金属纳米材料，可以实现对食品中多种成分的定性定量分析，近年来在食品检测领域成为热点[3]。本研究采用银纳米颗粒与柠檬黄结合反应，建立了紫外-可见分光光度法测定饮料中柠檬黄的分析方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

Evolution260紫外-可见光分光光度计，美国赛默飞公司；ME204E/02电子天平（精度0.000 1 g），瑞士梅特勒-托利多公司；MYP11-2A恒温磁力搅拌器，上海梅颖浦仪器仪表公司；KH-100DB超声波清洗器，昆山禾创超声仪器有限公司；AP-GD-50CS桌面式高低温试验箱，广东爱佩试验设备有限公司。

水中柠檬黄标准物质（浓度500 μg·mL-1），坛墨质检科技股份有限公司；CW-Ag-W纳米银溶液（水性），上海超威纳米科技有限公司；硝酸银溶液（500 g·L-1），山东星菲化学有限公司；柠檬酸三钠、硼氢化钠、盐酸、氢氧化钠，均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 银纳米颗粒分散液制备

准确移取100 mL超纯水于250 mL高脚烧杯中，置于转速500 r·min-1的磁力搅拌器上，加入1.75 mL柠檬酸三钠溶液（50 g·L-1）、0.5 mL硝酸银溶液（4.8×10-2 mol·L-1），待搅拌均匀后，缓慢滴加5.0 mL硼氢化钠溶液（1 g·L-1），使烧杯中溶液由浅黄色逐渐变为深黄色，再变为黄色，继续搅拌20 min，置于室温下冷却，将烧杯中溶液全部转移至250 mL棕色容量瓶中，加入超纯水定容，摇匀，制备得浓度为10.26 mg·L-1的银纳米颗粒分散液。

1.2.2 标准溶液配制

准确吸取0 mL、0.025 mL、0.050 mL、0.100 mL、0.200 mL、0.300 mL浓度为500 μg·mL-1的柠檬黄标准溶液于7支10 mL具塞比色管中，分别加入3 mL银纳米颗粒分散液，用超纯水稀释定容至刻度，摇匀，配制成柠檬黄浓度为0 μg·mL-1、1.25 μg·mL-1、2.50 μg·mL-1、5.00 μg·mL-1、10.00 μg·mL-1、15.00 μg·mL-1的标准系列溶液。

1.2.3 样品处理测定

称取0.5 g（精确至0.000 1 g）饮料试样于10 mL具塞比色管中，使用稀盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调节至6.0，加入3 mL银纳米颗粒分散液，用超纯水稀释定容至刻度，摇匀，待处理。

1.3 单因素实验优化方案

称取50 g经测试不含柠檬酸的果蔬汁饮料试样，加入1 mL浓度为500 μg·mL-1的柠檬黄标准溶液，制备成饮料加标试样。

称取0.5 g饮料加标试样，调节pH值至6.0，分别加入0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL银纳米颗粒分散液，定容至10 mL，置于高低温试验箱中，于20 ℃下反应10 min后测定，计算加标回收率，筛选出最佳的反应剂银纳米颗粒分散液用量。

选用最佳反应剂用量，置于高低温试验箱中，反应温度分别设置为4 ℃、10 ℃、20 ℃、40 ℃、60 ℃，其他操作同上，筛选出最佳的反应温度。

选用最佳反应剂用量与反应温度，反应时间分别设定为5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，其他操作同上，筛选出最佳的反应时间。

选用最佳反应剂用量、反应温度与时间，分别调节反应体系pH值为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0，其他操作同上，筛选出最佳pH值。

2 结果与分析

2.1 吸收光谱

将柠檬酸标准溶液、银纳米颗粒分散液以及两者的混合液分别置于分光光度计中，在波长300～

650 nm条件下进行测试，三者的紫外吸收光谱图见图1，由图中可看出柠檬酸标准溶液、银纳米颗粒分散液的紫外吸收峰范围分别为410～430 nm、385～410 nm，柠檬酸标准溶液与银纳米颗粒分散液结合后吸光度明显提升，结合两个范围来看，得出最佳的吸收波长为400 nm。

2.2 线性关系

将配制的标准系列溶液置于4 ℃下反应20 min，吸取适量标准系列与待测样反应液于比色皿中，置于紫外-可见分光光度计上测定吸光度，在波长400 nm处测试，以标准系列溶液中柠檬黄的浓度为横坐标，对应测得的吸光度值为纵坐标，绘制标准工作曲线，获得线性回归方程为Y=0.024 5X+0.205 3，相关系数R2为0.999 6，线性关系良好。

2.3 单因素实验分析

2.3.1 反应试剂用量

加入0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL银纳米颗粒分散液作为反应试剂，测得加标回收率分别为68.1%、73.5%、78.4%、82.6%、82.7%，可见随着反应试剂用量的增加，反应更加充分，加标回收率明显提升，当反应试剂加入量为3.0 mL时，达到充分反应，反应试剂用量继续增加，回收率也趋于稳定，筛选出反应试剂银纳米颗粒分散液最佳用量为3.0 mL。

2.3.2 反应温度

设置反应温度为4 ℃、10 ℃、20 ℃、40 ℃、60 ℃，测得加标回收率分别为96.2%、88.5%、82.6%、78.4%、74.5%，可见在4 ℃反应温度下，加标回收率最高，由于柠檬酸遇水会放热，再加上随着反应温度上升，柠檬酸溶液密度降低，进而影响了银纳米颗粒分散液与柠檬酸的反应[4]，加标回收率逐渐下降，因此筛选出最佳反应温度为4 ℃。

2.3.3 反应时间

设定反应时间为5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，测得加标回收率分别为87.3%、95.2%、96.6%、99.3%、97.5%，可见随着反应时间的增加，反应更加充分，加标回收率上升，在反应时间为20 min时充分反应，回收率最高，反应时间超过20 min，可能出现其他副反应，回收率反而下降，筛选出最佳反应时间为20 min。

2.3.4 反应体系pH值

调节反应体系pH值为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0，测得加标回收率分别为91.3%、95.4%、99.3%、96.2%、95.1%，可见随着反应体系pH值的升高，加标回收率先上升，在pH值为6.0时回收率最高，然后下降，这与柠檬酸自身呈现弱酸性有关，筛选出最佳反应体系pH值为6.0。

2.4 准确度与精密度试验

选择不含柠檬黄成分的果蔬汁饮料和固体饮料作为加标基质样品，各称取18份，每6个试样为1组。结合方法标准线性范围与《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）[5]中对饮料类中柠檬酸最大使用量的规定，分别添加0.05 mL、0.10 mL、1.00 mL浓度为50 μg·mL-1的柠檬黄标准溶液，制备成低（0.005 g·kg-1）、中（0.010 g·kg-1）、高（0.100 g·kg-1）3个浓度水平的饮料加标试样，按照2.3中优化的试样处理过程反应并测定，考察方法的准确度（以加标回收率表示）与精密度（以相对标准偏差表示），测试结果见表1。由表1中数据可看出，在阴性果蔬汁饮料中柠檬酸的加标回收率为95.9%～100.2%，相对标准偏差为0.99%～1.45%；在茶饮料中柠檬酸的加标回收率为95.7%～99.6%，相对标准偏差为0.92%～1.50%，可见该方法的准确度与精密度良好。

2.5 实际样品测定

根据《食品安全监督抽检实施细则（2024版）》对饮料中柠檬酸的监督抽检范围，依据本研究建立的方法对果蔬类饮料、固体饮料、咖啡饮料、植物饮料及风味饮料等5种不同类别的20批次饮料进行柠檬酸含量检测，结果显示，全部检测样品中12批次饮料不含柠檬酸，其他8批次饮料样品柠檬酸含量均小于0.1 g·kg-1，符合GB 2760—2014中的规定。

3 结论

本研究采用银纳米颗粒与柠檬黄结合反应，建立了一种紫外-可见分光光度法测定饮料中柠檬黄的分析方法，通过单因素实验法优化样品处理过程，筛选出最佳的测定条件为加入3.0 mL银纳米颗粒分散液做反应试剂、反应温度为4 ℃、反应时间为20 min、反应体系pH值为6.0，分光光度测试波长为400 nm。经过进一步线性关系、准确度及精密度验证表明，该方法线性范围较宽、线性关系良好，在果蔬汁及固体饮料中的加标回收率在95.7%～100.2%范围内，相对标准偏差为0.92%～1.50%，可用于饮料中柠檬黄含量的检测。

参考文献

[1]谢赛.饮料中合成着色剂的研究进展[J].现代食品，2021，29（17）：11-18.

[2]钟丽琪.食品中合成着色剂的检测方法研究[D].无锡：江南大学，2021.

[3]王硕，刘敬民.基于功能纳米材料的食品安全分析新技术[J].中国食品学报，2018，18（6）：1-8.

[4]李晓栓，余定华，满云，等.柠檬酸溶液浓度-密度-温度数学模型研究[J].化工自动化及仪表，2011，38（3）：310-313.

[5]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准 食品添加剂使用标准：GB 2760—2014[S].北京：中国标准出版社，2014.