气相色谱法测定咖啡中1,2-丙二醇
作者: 何金麟 孙婷 罗莹
摘 要:目的:建立咖啡中1,2-丙二醇的气相色谱检测方法。方法:对咖啡样品前处理的提取溶剂、提取方法、提取时间和气相色谱仪的色谱条件进行优化,确定最佳检测条件。样品用无水乙醇超声提取20 min,以8 000 r·min-1离心3 min,用有机相过滤膜过滤后进样,经SK-WAX强极性毛细管柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm)分离,选择分流比8∶1,柱流速1.2 mL·min-1,经氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector,FID)测定,外标法定量。结果:该方法在0~50.0 μg·mL-1线性关系良好,相关系数为
0.999 9。检出限为0.006 g·kg-1,定量限为0.015 g·kg-1,回收率为90.7%~102.9%,相对标准偏差为2.1%~6.7%。结论:该方法简便快捷、灵敏可靠、环保高效,准确度和精密度均满足实验室要求,为咖啡中1,2-丙二醇的提取和检测提供了可靠的技术支撑。
关键词:咖啡;1,2-丙二醇;气相色谱法
Determination of 1,2-Propylene Glycol in Coffee by Gas Chromatography
HE Jinlin, SUN Ting, LUO Ying*
(Technical Center of Xiamen Customs, Xiamen 361026, China)
Abstract: Objective: To establish a gas chromatographic method for the determination of 1,2-propylene glycol in coffee. Method: The extraction solvent, extraction method, extraction time and gas chromatographic conditions of coffee sample pretreatment were optimized to determine the best detection conditions. The samples were extracted by ultrasonic extraction with anaqueous ethanol for 20 min, centrifuged at 8 000 r·min-1 for 3 min, filtered by organic phase filter membrane, and separated by SK-WAX high-polarity capillary column (60 m×0.25 mm, 0.25 μm) with a shitter ratio of 8∶1 and column flow rate of 1.2 mL·min-1. It was determined by flame ionization detector and quantified by external standard method. Result: The linear relationship of the method was good in 0~50.0 μg·mL-1, and the correlation coefficient was 0.999 9. The limits of detection were 0.006 g·kg-1, the limits of quantification were 0.015 g·kg-1, the recoveries were 90.7%~102.9%, and the relative standard deviations were 2.1%~6.7%. Conclusion: The method is simple, fast, sensitive, reliable, environmentally friendly and efficient, and its accuracy and precision meet the requirements of laboratory. It provides a reliable technical support for the extraction and detection of 1,2-propylene glycol in coffee.
Keywords: coffee; 1,2-propylene glycol; gas chromatographic method
咖啡属于茜草科咖啡属植物[1],具有缓解疲劳、提神醒脑、促进新陈代谢、消食去腻和独特的保健功能[2]。咖啡在世界各国的消耗量非常大[3-4],与可可、茶叶并称为世界三大饮料。近年来,国内一些企业在食品中违规添加使用1,2-丙二醇,如新疆乳企麦趣尔牛奶事件[5-6],给消费者的健康带来潜在危害。咖啡经过焙烤后具有独特的香气[7],受到广大群体尤其是青年群体的喜爱。不法商人因利益驱使将玉米粉、大麦粉掺入咖啡,再通过添加香精、色素、勾兑、销售假咖啡以获取利益,损害了消费者的利益。因此,咖啡掺假问题不容忽视。
1,2-丙二醇是一种香精溶剂,能与各类香精香料和色素互溶,同时作为稳定剂、凝固剂、抗结剂、消泡剂、乳化剂、水分保持剂和增稠剂等广泛应用于医药、饲料、烟草和食品工业[8-13]。1,2-丙二醇毒性较小,但过量摄入会导致身体代谢受损,引起B型L-乳酸、血液和肾脏中毒[14]以及肾脏损伤[15]。为此食品添加剂联合专家委员会将其每日可接受摄入量设定为0~25 mg·(kg·bw)-1[16],《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》(GB 2760—2014)则规定了咖啡中不允许添加使用1,2-丙二醇。因此,建立咖啡中1,2-丙二醇的检测方法,通过检测发现咖啡中可能存在的食品安全问题至关重要。《食品安全国家标准 食品中1,2-丙二醇的测定》(GB 5009.251—2016)明确了1,2-丙二醇的检测方法为气相色谱法和气相色谱-质谱法,但只限定了乳粉、液体乳、奶油、奶片、干酪、黄油、糕点、膨化食品、冷冻饮品、植物蛋白饮料、豆制品和生湿面制品等基质。孟庆顺[17]建立了气相色谱法测定湿面条中1,2-丙二醇和1,3-丙二醇含量的方法。陈德斌等[18]优化了气相色谱测定液态奶中1,2-丙二醇的方法,该方法可以满足液态奶中1,2-丙二醇的测定。成霈等[19]研究了气相色谱法检测湿巾中的丙二醇含量,该方法稳定性好,检测结果准确可靠。杨希国等[20]建立了气相色谱法检测生牛乳中1,2-丙二醇的分析方法,能够满足生牛乳中1,2-丙二醇的实验室检测要求。但是,目前针对咖啡中1,2-丙二醇的检测,尚未有文献报道。因此,本文采用气相色谱—氢火焰离子化(Gas Chromatography-Flame Ionization Detector,GC-FID)法对咖啡中的1,2-丙二醇进行定量检测。本方法快速灵敏、准确可靠,为咖啡的质量监管提供了有力的技术保障,可为打击假冒咖啡产品提供检验依据,具有良好的社会效益。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
咖啡,采自农贸市场、小型超市和大型超市,充分粉碎、混匀,装入聚乙烯塑料袋备用。
甲醇、无水乙醇、乙腈,均为色谱纯,德国Merck公司;1,2-丙二醇标准品(纯度99.9%),成都思天德生物科技有限公司。
7890A气相色谱仪配有氢火焰离子化检测器(FID),美国安捷伦公司;GM200样品粉碎机,美国莱驰公司;SA224S-CW万分之一电子天平,德国赛多利斯科学仪器有限公司;MS3振荡器,德国IKA公司;MS3basic旋涡混合器,德国IKA公司;BTGL-16G高速离心机,上海安亭公司;0.2 μm有机针式过滤器,英国Whatman公司。
1.2 试验方法
1.2.1 标准溶液配制
精确称取1,2-丙二醇标准品0.1 g(精确到
0.000 1 g),用无水乙醇溶解并转移至100 mL容量瓶中,定容至刻度,摇匀,即得1,2-丙二醇标准储备液(1 000 mg·L-1)。吸取0 μL、20 μL、50 μL、
100 μL、200 μL和500 μL的1,2-丙二醇标准储备液于10.0 mL容量瓶中,用无水乙醇稀释并定容,配制成浓度分别为0 μg·mL-1、2.00 μg·mL-1、5.00 μg·mL-1、10.0 μg·mL-1、20.0 μg·mL-1、50.0 μg·mL-1的1,2-丙二醇标准系列溶液。
1.2.2 样品前处理
准确称取经充分粉碎后的咖啡试样1 g(精确至0.0001 g)于50 mL具塞离心管中,加入适量无水乙醇,漩涡混匀,超声波提取20 min后,用无水乙醇定容至10 mL,在8 000 r·min-1高速离心机中离心
3 min,用0.2 μm有机相过滤膜过滤,所得滤液进气相色谱仪分析。
1.2.3 色谱条件
色谱柱:SK-WAX毛细管柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm);色谱柱升温程序:初始温度80 ℃保持
1 min,以18 ℃·min-1升至160 ℃,保留3 min;以15 ℃·min-1升至220 ℃,保留8 min;进样量:
1 μL;分流比:8∶1;载气:高纯氮气(99.999%);载气流速:1.2 mL·min-1;检测器(FID);温度:250 ℃;空气流量:350 mL·min-1;氢气流量:40 mL·min-1。
1.2.4 试样测定以及标曲绘制
将标准系列溶液分别注入气相色谱仪,测定相应的1,2-丙二醇的色谱峰面积,以标准工作液的质量浓度为横坐标,色谱峰的峰面积为纵坐标,绘制标准曲线。
1.2.5 数据处理
使用Origin 2017版软件绘制图表及标准曲线。
2 结果与分析
2.1 色谱柱
为了更好地提高准确度和目标物的分离度,需要选择合适的色谱柱。1,2-丙二醇带羟基基团,极性较强,不适合使用非极性和中等极性色谱柱进行分离。因此,本试验选择SK-WAX极性色谱柱进行分析,1,2-丙二醇标准品、咖啡样品空白样、阳性样及阳性加标样溶液色谱图见图1。使用SK-WAX色谱柱峰形尖锐,分离度好,效果佳。
2.2 柱流速与分流比
为了考察柱流速对待测物1,2-丙二醇目标峰的影响,试验将色谱柱的柱流速分别设定为
0.5 mL·min-1、0.8 mL·min-1、1.0 mL·min-1、
1.2 mL·min-1和1.5 mL·min-1。结果表明,当载气流速<1.2 mL·min-1时,1,2-丙二醇目标峰的峰形响应值低且会有拖尾情况。随着载气流速的逐渐增加,1,2-丙二醇目标物峰宽变窄,且峰高呈上升趋势。当流速达到1.2 mL·min-1时,目标物峰宽平缓下降,峰高平缓上升。而当流速>1.2 mL·min-1时,1,2-丙二醇目标物峰的出峰时间提前,色谱峰拖尾且峰形不对称。因此,为了缩短试验的分析检测时间,同时考虑试验方法的灵敏度,本研究选择柱流速为
1.2 mL·min-1。
分流比对样液进入仪器的气体量及响应值结果影响较大,因此试验研究了分流比为4∶1、6∶1、8∶1、10∶1和20∶1时,对1,2-丙二醇目标峰峰形的影响。结果表明,当分流比<8∶1时,样液1,2-丙二醇的目标峰峰宽过大,响应信号过低,检测灵敏度明显降低。随着分流比的增大,样液1,2-丙二醇的色谱峰形慢慢有所改善。当分流比为8∶1时,样液1,2-丙二醇的峰形尖锐、对称、无拖尾。考虑到分流比太大时,待测物的响应信号过低,导致灵敏度降低,因此本试验分流比选择8∶1。
2.3 提取溶剂
本文研究甲醇、无水乙醇和乙腈等3种溶剂对咖啡试样前处理提取的影响。由图2可知,甲醇、无水乙醇和乙腈处理提取溶剂测得的回收率均在90%以上,均能满足检测要求。考虑到试剂的毒性与试验成本,故本试验选择无水乙醇作为前处理提取
试剂。
图2 3种提取溶剂提取效果(n=3)
2.4 提取方法
试验研究了振荡和超声波两种提取方法对加标回收率的影响。①振荡提取。称取1 g样品用
10 mL无水乙醇溶解,以200次/min速度振荡提取10 min,在8 000 r·min-1高速离心机中离心3 min,用
0.2 μm有机相过滤膜过滤进样。②超声波提取。称取1 g样品经无水乙醇溶解后用超声波提取10 min,定容,在8 000 r·min-1高速离心机中离心3 min后用0.2 μm有机相过滤膜过滤进样。结果表明,振荡和超声波两种提取方法测得的加标回收率无明显差异。考虑到用超声波提取法更适合批量操作,因此本试验采用超声波提取样品后进样。