高效液相色谱法在葡萄酒着色剂检测中的应用问题及其对策

作者: 崔成祥 张爱萍*

摘 要:本研究探讨了高效液相色谱法在检测葡萄酒中非法添加着色剂方面的应用。虽然着色剂可显著改善葡萄酒的色泽品质,但相关标准明确要求不得在葡萄酒中使用合成着色剂。高效液相色谱法凭借其优异的分离与分析复杂样品的能力,成为检测葡萄酒着色剂的重要工具。然而,葡萄酒复杂的基质、多样的着色剂结构及仪器检出限不满足要求仍是该技术应用的难点。因此,本文提出优化色谱柱与流动相、引入多级质谱技术、在线富集与衍生化等方法,以提高检测效率和准确性,保障葡萄酒质量安全。

关键词:高效液相色谱法;葡萄酒;着色剂;食品安全

Abstract: This study explores the application of high-performance liquid chromatography in the detection of illegally added colorants in wine. While colorants can significantly improve the color quality of wine, the standards explicitly state that synthetic colorants must not be used in wine. High performance liquid chromatography is an important tool for the detection of wine colorants due to its excellent ability to separate and analyze complex samples. However, the complex matrix, diverse colorant structure and unsatisfactory detection limit of the instrument are still difficult to apply this technology. Therefore, in this paper, we propose methods such as optimizing the column and mobile phase, introducing multi-stage mass spectrometry, online enrichment and derivatization, etc., to improve the detection efficiency and accuracy, and ensure the quality and safety of wine.

Keywords: high performance liquid chromatography; wine; colorants; food safety

葡萄酒是广受欢迎的酒精饮品,《葡萄酒》(GB/T 15037—2006)要求“所有产品中均不得添加合成着色剂、甜味剂、香精、增稠剂”,但劣质产品为了提高葡萄酒的感官品质可能非法添加着色剂。着色剂有增色、掩盖缺陷等作用,但过量添加会危害人体健康[1]。《中华人民共和国食品安全法》对食品违规使用添加剂行为有明确禁止性规定。高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)是分离分析复杂样品的有力工具。本文将探讨HPLC在葡萄酒着色剂检测中的应用现状,分析当前存在的技术难点,并提出提高HPLC检测能力的建议。

1 着色剂在葡萄酒中的作用

葡萄酒生产中,着色剂的应用旨在调整和改善葡萄酒的色泽。天然葡萄酒的色泽主要来源于葡萄果皮中的花色苷类物质,如葡萄皮黄酮醇和花青素。然而,由于葡萄品种、种植条件、酿造工艺等因素的影响,葡萄酒的色泽往往难以达到理想效果。为了迎合消费者对酒液色泽的审美期待,部分不法生产者会使用食用着色剂对葡萄酒的色泽进行调整。常见的葡萄酒着色剂包括胭脂红、苋菜红、姜黄素等。这些着色剂能够弥补葡萄酒自身色泽的不足,赋予其鲜艳夺目的色彩[2]。例如,在加工低色度的白葡萄酒时,添加适量的姜黄素可以使酒液呈现出柔和的淡黄色,增强其视觉吸引力。对于一些陈年葡萄酒,由于在贮藏过程中花色苷类物质发生了缓慢降解,导致酒液色泽逐渐褪去,这时添加少量胭脂红即可恢复其色泽特征。此外,着色剂还能掩盖葡萄酒在生产过程中产生的某些瑕疵,如氧化褐变、杂质沉淀等引起的色泽异常,维持产品的感官品质稳定。

2 高效液相色谱法概述

高效液相色谱法是一种应用广泛的现代分离分析技术,其基本原理是利用待测物质在固定相和流动相之间的分配系数差异实现分离。在色谱柱中,填充有粒径均匀、比表面积大的微粒固定相,通过高压泵将流动相泵入色谱柱,形成稳定的液流。当被测样品随流动相进入色谱柱后,样品组分在两相之间发生吸附-解吸平衡,由于不同组分的分配系数不同,其在色谱柱中的迁移速率也不同,从而实现分离。分离后的组分随流动相依次流出色谱柱,进入检测器产生信号,绘制成色谱图。

高效液相色谱法的分离效能主要取决于色谱柱的类型。例如,采用以硅胶为基质、键合十八烷基的反相色谱柱,可有效分离葡萄酒中的花色苷类物质;而使用以葡聚糖凝胶为填料的凝胶渗透色谱柱,则能根据分子大小实现葡萄酒香气成分的分离[3]。除了色谱柱之外,流动相的优化也非常重要。根据待测物的极性选择合适的流动相体系,调节流动相的pH值、离子强度等,可显著改善色谱峰形,提高分离度和灵敏度。常见的流动相体系包括甲醇-水、乙腈-水等。此外,高效液相色谱法的检测器种类多样,可根据分析需求选择合适的检测器,如紫外-可见光检测器、荧光检测器、电化学检测器等,实现对目标物的灵敏检测。

3 葡萄酒着色剂检测中高效液相色谱法应用难点

3.1 样品基质复杂导致分离效果不佳

葡萄酒中含有大量的酚类、糖类、有机酸等天然组分,这些复杂的基质成分会对着色剂的色谱分离产生显著的干扰效应。①某些酚类物质如原花青素、白藜芦醇等与着色剂的极性相近,在色谱柱上易发生共洗脱,导致目标色谱峰出现拖尾、展宽等形变,分离效果不理想。②葡萄酒中游离的单宁酸、黄烷型单宁等还可通过疏水作用、氢键等与色谱填料发生不可逆吸附,造成固定相活性位点的堵塞,使柱效下降。③葡萄酒中的糖类、金属离子等杂质也会影响着色剂与固定相的相互作用,进而改变其保留行为。以葡萄酒中的铁离子为例,其可与胭脂红等着色剂形成配合物而减弱色谱保留;而果糖、葡萄糖等还原糖则会引起填料表面的还原反应,削弱疏水作用位点,影响柱稳定性[4]。

3.2 着色剂结构相似引起定性定量困难

葡萄酒中常见的合成着色剂大多属于偶氮类和三苯甲烷类化合物,这些物质普遍存在结构相似性高的问题,给基于高效液相色谱法的定性定量分析带来困扰。①以偶氮类着色剂为例,日落黄、胭脂红等均含有偶氮基团和萘环结构,二者的分子式仅相差一个亚硝基,极性十分接近[1]。当采用常规的反相色谱柱如C18柱进行分离时,这类结构相似的着色剂在色谱图上往往表现出峰形重叠、分离度低的特征,难以获得理想的定性效果。②三苯甲烷类着色剂如柠檬绿、麝香红等同样面临这一问题。它们的分子结构中均含有3个苯环和多个磺酸基团,保留行为十分类似,在常规条件下极易发生共洗脱。此外,食用蓝1、食用蓝2等结构相似的三苯甲烷类着色剂的最大吸收波长高度重叠,采用紫外-可见检测器定性时易产生误识别[3]。

3.3 检出限不满足要求

目前,高效液相色谱法在葡萄酒痕量着色剂检测中仍存在检出限不够低的问题,难以满足日趋严苛的食品安全监管要求。这主要源于着色剂在葡萄酒基质中含量较低,且易被基质效应所掩盖。以檀木素为例,其在葡萄酒中的添加量通常在0.1 mg·L-1以下,常规的高效液相色谱-紫外检测方法的定量下限仅为0.5 mg·L-1左右,灵敏度不足。而当采用高效液相色谱-串联质谱检测时,葡萄酒中共存的花色苷类物质会产生明显的基质抑制效应,导致檀木素的离子化效率下降,难以进一步降低定量检出限。类似地,三聚氰胺也是葡萄酒中潜在的有害着色剂,其残留量一般在μg·L-1水平。但是,三聚氰胺在常用的C18色谱柱上的保留时间较短,易与极性基质组分发生共洗脱,背景干扰严重,无法实现低检出限分析[5]。此外,葡萄酒样品在进样分析前通常需经净化、浓缩等预处理步骤,但这些操作往往伴随着目标物损失,也限制了检测灵敏度的提升。

4 加强高效液相色谱法检测能力的建议

4.1 优化色谱柱与流动相,提高分离度

针对葡萄酒样品基质复杂导致的高效液相色谱分离效果不佳问题,可从优化色谱柱和流动相两方面着手,提高目标组分的分离度。

(1)色谱柱的选择。要综合考虑葡萄酒样品的极性特征和目标着色剂的结构性质。对于含有多酚类等强极性干扰物质的葡萄酒,采用嵌入极性基团的反相色谱柱如PFP柱、F5柱等,可有效增强色谱柱对极性组分的选择性保留,改善色谱峰形,提高分离效果。同时,减小柱内径、缩短柱长、降低填料粒径等措施也有助于提升柱效,获得更高的分离度。

(2)流动相优化。①可采用酸化流动相体系,抑制酚类物质的电离,减弱其与填料表面残留硅羟基的相互作用,从而避免峰拖尾。例如,在流动相中添加0.1%三氟乙酸,可显著改善原花青素、白藜芦醇等酚类物质的色谱行为[5]。②针对葡萄酒中游离单宁酸、黄烷型单宁等易引起填料不可逆吸附的问题,可在流动相中加入四氢呋喃等强极性溶剂,削弱其与固定相的疏水作用力,延缓单宁酸的保留,避免柱堵塞。③需要注意的是,流动相的pH值也是影响分离效果的关键因素。适当调节流动相pH值,可改变着色剂分子的电离状态和极性,进而调控其色谱保留行为。如在分析酸性偶氮类着色剂时,采用碱性流动相可提高分离选择性;而对碱性三苯甲烷类着色剂,酸性流动相则更为适宜。④优化流动相梯度洗脱条件也是提高复杂样品分离效果的有效策略。针对性地设计梯度洗脱程序,可在相对较短的时间内实现目标物与干扰物的充分分离,缩短分析时间,提高检测通量。

4.2 采用多级质谱技术,提升定性定量准确性

为了有效解决葡萄酒着色剂结构相似所引起的定性定量困难,可采用多级质谱联用技术,全面提升分析的准确性和可靠性。①将高效液相色谱与串联质谱联用,可在保留时间相近的色谱峰中准确鉴别目标着色剂。例如,对于结构相似的柠檬绿和麝香红,采用高分辨质谱测定其精确分子量,并结合二级质谱分析母离子的裂解规律,可实现定性鉴别[3]。②多级质谱技术还能够有效克服基质效应干扰,提高复杂样品中痕量着色剂的检测灵敏度。通过优化质谱电离参数,控制离子源温度、雾化气流速等,可显著提升着色剂的离子化效率。同时,选择合适的特征离子对作为定量依据,并采用同位素内标法校正基质效应,可最大限度地消除葡萄酒样品中共存物质的影响,实现准确可靠的定量分析。③质谱条件的优化还应针对不同类型着色剂的结构特点来开展。对于酸性偶氮类着色剂,负离子模式通常能获得较高的灵敏度;而碱性的三苯甲烷类着色剂则在正离子模式下更易电离。此外,采集二级质谱信息时,合理设置碰撞能量也非常重要,既要保证获得丰富的结构解析信息,又要避免过度碎裂导致灵敏度损失。④色谱-质谱联用技术的应用还需要与相应的数据处理方法相结合。针对葡萄酒着色剂种类繁多、结构相似的特点,建立涵盖多种着色剂的质谱数据库,并采用专属算法如同系物定量法等,可进一步提高分析效率和可靠性,为葡萄酒质量安全控制提供有力保障。

4.3 引入在线富集与衍生化方法,降低检出限

为有效提高高效液相色谱法检测痕量着色剂的灵敏度,突破现有检出限的瓶颈,可引入在线富集和衍生化等样品前处理新技术。

经典小说推荐

杂志订阅

友情链接