基于紫外可见光谱法鉴别橙汁真伪

麻望琼,陈华才,陈小珍,张 慧

(1.中国计量学院 光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018;2.浙江省质量检测科学研究院,浙江 杭州 310018)

基于紫外可见光谱法鉴别橙汁真伪

麻望琼1,陈华才1,陈小珍2,张 慧2

(1.中国计量学院 光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018;2.浙江省质量检测科学研究院,浙江 杭州 310018)

通过分析橙汁样品的紫外吸收光谱,建立了根据光谱特征吸收峰和主成分分析相结合,快速鉴别橙汁真伪的方法.橙汁在297 nm和320 nm处有特征吸收,根据该特征吸收可以鉴别样品中是否含有橙汁.根据400～550 nm区间的特征峰可以判断样品中是否添加了β-胡萝卜素.对于无法通过特征吸收峰直观判断的样品,根据280～500 nm光谱建立了主成分分析方法,可以鉴别是否掺杂其他果汁或食品添加剂.

橙汁真伪鉴别;紫外可见吸收光谱;特征吸收峰;主成分分析

刘燕德等通过分析鲜榨橙汁的糖和可溶性固形物含量,建立了橙汁含量的分析方法[4],但在橙汁中加入白糖、安赛蜜、甜蜜素等就可调节其糖和可溶性固形物的含量.因此,以糖和固形物含量作为橙汁真伪鉴别指标有可能出现误判结果.吴继军等[5]利用橙汁饮料的缓冲系数与橙汁原汁含量的关系来测定橙汁饮料中橙汁原汁含量,但缓冲性物质如柠檬酸钠的添加对结果有影响,无法由此判断橙汁的真假.SASS-KISS等人[6]发现一个31 Ku的肽是西柚和柠檬果皮中特有成分,一个117 Ku的肽存在于西柚汁和皮、柠檬果皮中,但在橙汁中没有,可依据这两种物质鉴别商业掺假西柚果汁产品.左锦静[7]等采用荧光光谱法,以392 nm为激发波长,进行荧光光谱扫描,根据在783 nm附近有无发射波长,鉴别橙汁中是否含有原果汁.该方法仅适用于低浓度溶液,且需保持样品检测时温度与标准曲线制作时温度相一致,对测量环境要求较高.目前对橙汁及橙汁饮料中原橙汁含量及真伪分析方法都有一定的局限性.

紫外光谱法具有仪器简单、分析简单快速的特点[8].橙汁中的紫外可见光光谱具有明显的特征性,并且不受品牌、产地、品种、批次等因素影响.因此,通过研究橙汁的紫外特征光谱,可以建立橙汁真伪鉴别方法.

1 材料与方法

1.1 实验材料

鲜橙、浓缩橙汁1、浓缩橙汁2、市售橙汁1(原果汁含量≥10%)、市售橙汁2(原果汁含量≥10%)、市售橙汁3(原果汁含量100%)、掺假橙汁(70%橙汁+30%菠萝汁)、掺假橙汁(80%橙汁+20%菠萝汁)、掺假橙汁(90%橙汁+10%菠萝汁)、掺假橙汁(80%橙汁+20%玉米汁)、掺假橙汁(90%橙汁+10%玉米汁)、混合果汁(橙汁+苹果汁+梨汁,未知配比与是否掺杂添加剂)、菠萝汁(100%)、玉米汁(100%)、梨汁(100%).

添加剂:维生素C、黄原胶、柠檬酸钠、β-胡萝卜素、果葡糖浆、橙汁香精等,以上试剂皆为分析纯,娃哈哈纯净水.

1.2 仪器

TU-1901双光束紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)(1cm石英样品池),阿贝折光仪,TG16-WS台式高速离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司),榨汁机,电热恒温鼓风干燥箱,FA2104N电子天平、移液枪、烧杯、玻璃棒.

山洪沟治理工程应遵循自然规律，首先要达到设计的防洪标准，还应兼顾维护各类生物适宜栖息环境和生态景观完整性的功能。岸坡防护设计除应考虑传统的技术要求外，还要兼顾生物栖息地加强和改善生态环境的需求，有条件时可引入一些具有较大的孔隙率和较强的透水性的结构形式，以改善生物的生长发育条件，如有植被的堆石、石笼、混凝土空心块、生态砖、鱼巢砖等。

1.3 实验方法

1.3.1 原材料预处理

1)鲜橙汁的制备:将鲜橙洗净、去皮、去白筋、分瓣,放入洗净并沥干的榨汁机内榨汁,将榨好的橙汁在离心机中2 000 r/min离心10 min.离心后取上清液用滤纸过滤,收集滤液,作为100%自制鲜橙汁,用阿贝折光仪测定可溶性固形物含量后冷藏,备用[9].

2)浓缩橙汁的预处理:浓缩橙汁以纯净水稀释至可溶性固形物含量为11.2%(质量分数),作为100%的浓缩复原橙汁样品,冷藏,备用.

3)市售橙汁、掺假橙汁及混合果汁的预处理:样品以2 000 r/min离心10 min,上清液用滤纸过滤,收集滤液,测定可溶性固形物含量后备用.

4)假橙汁的配制:采用添加剂、纯净水,配制出可溶性固形物含量为11.2%(质量分数),色泽、香味、口感与橙汁相近的橙汁饮料,冷藏,备用.

5)添加剂溶液及掺杂添加剂的橙汁样品的制备:根据各类添加剂的物理性质及国标要求的最大剂量溶于或热溶于水溶液,溶解完全,玻璃棒搅拌均匀后作为添加剂溶液备用;100%浓缩复原橙汁掺入添加剂溶液,以不超过国标要求最大剂量为准,作为掺杂添加剂的橙汁样品备用[10].

1.3.2 紫外可见光谱测量

橙汁样品置于用电热恒温鼓风干燥箱干燥完全的烧杯内,蒸馏水稀释到质量分数为10%(m/m,电子天平测量计算的质量比)以内测量,添加剂溶液直接测量,样品移取使用移液枪.样品光谱范围190～900 nm,波长分辨率1 nm,精度±0.01 nm.

2 结果与分析

2.1 橙汁的特征光谱及真伪鉴别

鲜榨橙汁的紫外吸收曲线如图1.橙汁在紫外可见光区间有2个吸收峰,最大吸收峰在297 nm附近,次吸收峰在320 nm附近.当橙汁质量分数大于10%时,吸收峰的吸光度值超出了仪器的检测范围.因此,在进行橙汁的紫外吸光度值测定时,质量分数范围控制在10%以内为佳,高质量分数的橙汁需稀释到10%以下再进行测定.

图1 鲜榨橙汁的紫外吸收曲线Figure 1 Absorbance spectrum of the fresh-squeezed orange juice

图2和图3为不同果汁及橙汁添加剂的吸收曲线.图2(a)中,菠萝汁、玉米汁、梨汁仅在297 nm处有特征吸收峰,而橙汁在297 nm和320 nm处均有特征吸收.图2(b)中,鲜榨橙汁、浓缩复原橙汁是真橙汁在297 nm和320 nm均有紫外光谱特征峰.其特征吸收曲线是由橙汁中的综合物质共同形成的.其中,297 nm特征峰的特征物质主要是β-胡萝卜素、维生素C、蛋白质、水溶性黄酮等成分形成的;320 nm特征峰的特征物质主要是双氢黄酮类化合物,具有2-苯基色酮的基本结构,其中羰基与两个芳香环形成两个较强的共轭体系[11].自己配制的假橙汁和添加剂在297 nm和400～550 nm区间有特征峰.因此,279 nm和320 nm的特征吸收峰系判断是否含有橙汁的依据.由于当橙汁质量分数较小时,320 nm的特征峰直观判断不明显,可通过一阶导数320 nm零点值(实际位置在零点上下,略有浮动)与345 nm谷值的关系准确判别,分析得到满足(P320 nm～P345 nm)/|P320 nm|<1时,表示320 nm无特征峰,表明不含橙汁.

图2 不同果汁的吸收光谱Figure 2 Absorbance spectra of different juices

图3 常用橙汁添加剂的吸收光谱Figure 3 Absorbance spectra of some additives in orange juice

2.2 橙汁中常用添加剂β-胡萝卜素的鉴别

从图2可以看出,市售橙汁3(原果汁含量100%)的光谱特征与真橙汁的光谱特征相似,市售橙汁1(原果汁含量≥10%)的光谱特征与假橙汁的光谱特征相似.结合图3分析可知,β-胡萝卜素、橙汁香精、黄原胶、山梨酸钾、维生素C等添加剂在297 nm处有不同程度的吸收.因此,受添加剂的影响,不能单独依据该吸收峰来鉴定橙汁的真伪.β-胡萝卜素、橙汁香精在320 nm处有弱吸收,在400～550 nm区间,β-胡萝卜素有特征吸收峰.橙汁也含有β-胡萝卜素,但由于含量较低,仅在297 nm处有特征吸收,在400～500 nm处的吸收不明显.综上所述,根据400～550 nm区间是否有特征吸收峰来判别橙汁是否添加了β-胡萝卜素.

根据以上原则,对22份橙汁样品进行鉴别,其紫外吸收光谱如图4,鉴别结果如表1.根据样品光谱图可以确定样品1～4和7不含橙汁,样品4、5、7、18添加了β-胡萝卜素,均可判定为假橙汁.其余样品则可通过主成分分析法进一步分析是否含有其他果汁或添加了其他添加剂,以确定其真伪.

图4 橙汁样品紫外吸收光谱Figure 4 Absorbance spectra of orange juice

样品序号样品名称是否有橙汁(P320nm—P345nm)/|P320nm|<1P320nmP345nm结果是否含β-胡萝卜素结论1菠萝汁-0.0115-0.0070<1,无橙汁无,见图2(a)假橙汁2梨汁-0.0455-0.0310<1,无橙汁无,见图2(a)假橙汁3玉米汁-0.0120-0.0075<1,无橙汁无,见图2(a)假橙汁4市售橙汁1(橙汁含量≧10%)-0.0125-0.0140<1,无橙汁有,见图2(b)假橙汁5市售橙汁2(橙汁含量≧10%)-0.0065-0.0160>1,有橙汁有,见图2(b)假橙汁6市售橙汁3(100%)-0.0065-0.0280>1,有橙汁无,见图4(b)待分析7自配假橙汁-0.0080-0.0025<1,无橙汁有,见图2(b)假橙汁8浓缩橙汁1-0.0035-0.0130>1,有橙汁无,见图4(a)待分析9浓缩橙汁1和2的混合橙汁-0.0030-0.0115>1,有橙汁无,见图4(a)待分析10鲜榨橙汁0.0006-0.0251>1,有橙汁无,见图4(a)待分析11掺假橙汁(70%橙汁+30%菠萝汁)-0.0075-0.0265>1,有橙汁无,见图4(a)待分析12掺假橙汁(80%橙汁+20%菠萝汁)-0.0065-0.0345>1,有橙汁无,见图4(a)待分析13掺假橙汁(90%橙汁+10%菠萝汁)-0.0060-0.0295>1,有橙汁无,见图4(a)待分析14掺假橙汁(80%橙汁+20%玉米汁)-0.0080-0.0300>1,有橙汁无,见图4(a)待分析15掺假橙汁(90%橙汁+10%玉米汁)-0.0045-0.0310>1,有橙汁无,见图4(a)待分析16混合果汁(橙汁+苹果汁+梨汁)-0.0130-0.0320>1,有橙汁无,见图4(a)待分析17浓缩橙汁1+橙汁香精-0.0010-0.0140>1,有橙汁无,见图4(b)待分析18浓缩橙汁1+β-胡萝卜素0.0120-0.0345>1,有橙汁有,见图4(b)假橙汁19浓缩橙汁1+果葡糖浆-0.0040-0.0275>1,有橙汁无,见图4(b)待分析20浓缩橙汁1+柠檬酸钠-0.0035-0.0295>1,有橙汁无,见图4(b)待分析21浓缩橙汁1+山梨酸钾0.0030-0.0290>1,有橙汁无,见图4(b)待分析22浓缩橙汁1+维生素C0.0160-0.0400>1,有橙汁无,见图4(b)待分析

2.3 橙汁中掺杂其他果汁及常用添加剂的鉴别

对根据光谱图无法确定真伪的样品(15个,编号6、8～17、19～22),选取280～500 nm区间光谱数据,用SPSS19.0软件标准化处理后进行主成分分析.主成分的特征根及贡献率如表2,主成分1的贡献率达到91.397%,是橙汁的最重要组成部分;四个主成分的贡献率达99.625%,几乎包括了橙汁样品紫外指纹图谱的全部信息.

表2 主成分的特征根及贡献率

Table 2 Characteristic values and contribution rates of the three first principal components

初始特征值主成分特征值方差贡献率%累积方差贡献率%PC1201.98691.39791.397PC210.8574.91396.309PC35.2862.39298.701PC42.0410.92399.625

区域A:真橙汁;区域B:橙汁+玉米汁;区域C:橙汁+菠萝汁;区域D:橙汁+添加剂图5 橙汁样品主成分分析的二维图Figure 5 Two-dimensional diagram of orange juice samples by PCA

图5为橙汁样品主成分分析的二维图,区域A中的样品8、9、10是真橙汁,样品6是市售橙汁待确认;区域B中的样品14、15是橙汁掺杂玉米汁;区域C中的样品11、12、13是橙汁掺杂菠萝汁;区域D中的样品17、19～22是橙汁掺杂添加剂,样品16是混合橙汁待确认是否含有添加剂,聚类特性较好.比较发现,可通过主成分PC1区分橙汁样品中是否含有常用添加剂,含有其他常用添加剂得分为正,否则为负;PC1得分为负时,可根据PC2区分橙汁样品中是否掺杂其他果汁;PC1得分为负,PC2得分为正的样品为真橙汁.

由此判断,样品16-混合果汁PC1得正分,含有其他添加剂,鉴定为假橙汁;样品6-市售橙汁PC1得分为负,PC2得分为正,未掺杂其它果汁且不含常用添加剂,鉴定为真橙汁.

因此,主成分分析能够反映出橙汁样品是否掺杂其他果汁及添加剂,可以作为进一步鉴别橙汁真伪的方法.

3 结 语

通过分析橙汁样品的紫外吸收光谱,建立了根据光谱特征吸收峰和主成分分析相结合,快速鉴别橙汁真伪的方法.橙汁在297 nm和320 nm处有特征吸收,根据该特征吸收可以鉴别样品中是否含有橙汁;根据400～550 nm区间的特征峰可以判断橙汁样品中是否添加了β-胡萝卜素;对于无法通过特征吸收峰直观判断的样品,建立了以280～500 nm光谱主成分分析来鉴别是否掺杂其他果汁、食品添加剂的方法,其中PC1得分为负,PC2得分为正的样品为真橙汁,主成分PC1得分为正的样品中添加了添加剂.本文建立的橙汁鉴伪方法摈弃了国标繁冗复杂的鉴伪过程,排除了用添加剂勾兑以达到国标标准的可能性,去除了缓冲系数法中柠檬酸钠对鉴定真伪橙汁的影响,没有荧光光谱法对检测环境的高要求,提供了一种简单、快速且符合当前橙汁市场情况的橙汁鉴伪方法;但在下一步研究中可增加掺杂的果汁和添加剂的种类,扩大方法适用范围,搜集更多掺假橙汁样品以验证本方法的准确性.另外,在橙汁真伪的研究中可进一步考虑柑、桔、橙、柚的关系及鉴别方法.

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 21730—2008,浓缩橙汁[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 21731—2008,橙汁及橙汁饮料[S].北京:中国标准出版社，2008.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 12143—2008,饮料通用分析方法[S].北京:中国标准出版社，2008.

[4] 刘燕德,罗吉,欧阳爱国,等.可见光光谱检测赣南脐橙糖度的研究[J].光谱学与光谱分析,2007,27(3):569-572. LIU Yande, LUO Ji, OUYANG Aiguo,et al. Visible transmittance techniques for rapid analysis of sugar content of fresh navel orange juices[J].Spectroscopy and Spectral Analysis,2007,27(3):569-572.

[5] 吴继军,肖更生,陈卫东，等.利用缓冲能力检测橙汁饮料中橙汁含量的方法探究[J].食品工业科技,2003(8):96-97. WU Jijun, XIAO Gengsheng, CHEN Weidong, et al. The method to determinate orange juice content in orange juice[J].Science and Technology of Food Industry,2003(8):96-97.

[6] SASS-KISS A, SASS M. Distribution of various peptides in citrus fruits (grapefruit, lemon, and orange)[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2002,50(7):2117-2120.

[7] 左锦静.荧光法快速检测橙汁饮料中的原果汁含量[J].轻工科技,2013(2):7-9,11. ZUO Jinjing. The fluorescense method to rapidly determinate orange juice content in orange juice[J].Light Industry Science and Technology,2013(2):7-9,11.

[8] 孙小云,胡仰栋,卢彦越.连续波长紫外分光光度的定量分析方法[J].计算机与应用化学,2005,2(9):720-722. SUN XiaoYun, HU Yangdong, LU Yanyue. Quantitative analysis method of continuous wavelength ultraviolet Spectrophotometry[J].Computers and Applied Chemistry,2005,22(9):720-722.

[9] 高志明,许怀德. 多元校正紫外光谱法测定苹果汁含量研究[J].西北农业学报,2007,16(2):193-197. GAO zhiming, XU huaide. Detection the concentration in apple juice by ultraviolet visible spectroscopy and multiple linear regression methods[J].Acta Agriculturae Boreali-Occidentals Sinica,2007,16(2):193-197.

[10] 中华人民共和国卫生部.GB 2760—2011,食品安全国家标准食品添加剂使用标准[S].北京:中国标准出版社，2011.

[11] 吴祖祥.柑橘汁真伪的光谱鉴别[J].食品工业,1991(3):19-21. WU Zuxiang. The authenticity identification of orange juice with spectroscopy[J].The Food Industry,1991(3):19-21.

Orange juice authenticity identification based on ultraviolet-visible spectroscopy

MA Wangqiong1, CHEN Huacai1, CHEN Xiaozhen2, ZHANG Hui2

(1. College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China; 2. Zhejiang Institute of Quality Inspection Science, Hangzhou 310000, China)

A method of rapid authentification of orange juice was established based on ultraviolet-visible spectra combined with characteristic spectra and principal component analysis (PCA). The sample could be determined if the sample contained orange juice according to the characteristic peaks at 297 nm and 320 nm. According to the characteristic peaks from 400 nm to 550 nm, it could be judged whether the sample contained β-carotene. The samples which were not able to be authentificated by the characteristic peaks could be distinguished by the PCA analysis method based on the spectra from 280 nm to 500 nm. It can be determined if the samples are adulterated with other juices or food additives.

orange juice authenticity; ultraviolet-visible spectra; PCA

1004-1540(2015)02-0182-06

10.3969/j.issn.1004-1540.2015.02.011

2015-01-16 《中国计量学院学报》网址：zgjl.cbpt.cnki.net

国家质量监督检验检疫总局公益性行业科研专项(No.201310150-03),浙江省重点科技创新团队项目(No.2010R50028).

TS255

A