專利名稱：食品中姜黃素的快速電子吸收光譜檢測方法及檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電子吸收光譜分析技術(shù)對市場上常見的食品中姜黃素進(jìn)行快速定性、定量檢測的方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
姜黃為姜科植物Curcuma Longa L的根莖，其主要有效成份為姜黃素(Curcumin)、去甲氧基姜黃素(Demethoxy curcumin)及去二甲氧基姜黃素(Bisdemethoxy Curcumin)，合稱為類姜黃素(Curcuminoids)。一般從植物中萃取的姜黃素為這三種成份的總稱。它們的分子結(jié)構(gòu)見圖1。此外，從植物中與類姜黃素一起萃取出的組分還有揮發(fā)油。其中主要有姜黃酮(Turmerone)、姜烯(Zingberene)、龍腦(Borneo)及少量的水芹烯、1，8--桉葉素、香檜等。
本檢測方法涉及的姜黃素是一類食品添加劑產(chǎn)品，包括兩種類型水溶性產(chǎn)品和油溶性產(chǎn)品，為上述1-3種化合物的混合物。姜黃素具有很強(qiáng)的著色能力，被我國列為準(zhǔn)許使用的天然食品著色劑。我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-1996)規(guī)定姜黃素用于果汁飲料、碳酸飲料、配制酒、糖果、糕點(diǎn)上彩裝、紅綠絲、調(diào)味類罐頭、青梅、冰棍時，可按生產(chǎn)需要適量使用；用于面包、糕點(diǎn)、醬腌菜時，規(guī)定使用量為0.01克/公斤。用于風(fēng)味酸奶的規(guī)定使用量為0.4克/公斤。此外，聯(lián)合國糧農(nóng)組織與世界衛(wèi)生組織于1984年規(guī)定姜黃素可用于酸黃瓜，規(guī)定使用量為0.3克/公斤。除作為食品著色劑外，姜黃素還具有清除人體內(nèi)自由基、防癌、抗癌等生理功效，在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域的應(yīng)用可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)我國已制定了多種姜黃素產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，如GB 08.102、GB 08.132、INS100(I)、INS100(II)、DB13/440-2000、DB13/441-2000、DB13/442-2000、C.I(1975)75300及QB1415-91等。其中的產(chǎn)品姜黃素含量檢測方法主要包括以下步驟1)乙醇萃取2)測定萃取液在類姜黃素的最大吸收波長(420nm)處的光吸收值，根據(jù)郎伯-比爾定律，采用外標(biāo)或內(nèi)標(biāo)法計(jì)算樣品中姜黃素的含量。圖2為姜黃素的紫外-可見光譜吸收光譜。
應(yīng)用此類方法檢測食品中姜黃素含量時，最遇到的問題是食品樣品的低級醇萃取物可能含有其它脂溶性色素，如黃酮類和類胡蘿卜素類化合物，尤其是極性比較強(qiáng)的葉黃素。這些色素在類姜黃素的檢測波長(420nm)處對姜黃素的吸光度測量可能形成明顯的干擾(見圖3)。因此，在一般測定方法中，均先采用色譜(一般為薄層層析或高壓液相色譜)方法分離、純化被檢測的組分，將其它脂溶性色素除去后，才能用比色法獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。顯然，在快速檢測中，無論是薄層層析還是高壓液相色譜的應(yīng)用均有明顯的不便之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用電子吸收光譜分析技術(shù)建立對市場上常見食品中的姜黃素含量進(jìn)行快速檢測的方法及檢測設(shè)備，該方法可排除食品中常見醇溶性色素的干擾，對姜黃素作定性及定量檢測，本檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種食品中姜黃素的快速電子吸收光譜檢測的方法，它包括以下幾個步驟(1)以甲醇或乙醇萃取姜黃素；(2)收集姜黃素化合物在甲醇或乙醇中最大吸收波長在加KOH或NAOH溶液前、后的電子吸收光譜的吸收值，所述的KOH或NAOH濃度為0.03-0.04克/升；(3)加堿前最大吸收波長λ＝420nm，加堿后最大吸收波長λ’＝530nma)加堿前在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs420nmb)加堿前在530nm波長處的吸光值A(chǔ)bs530nmc)加堿后在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs530nm’d)加堿后在420nm波長處的吸光值A(chǔ)bs420nm’根據(jù)其(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值，對姜黃素進(jìn)行定性鑒定，當(dāng)(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1時，可判定樣品中含有姜黃素。
本發(fā)明所涉及的檢測方法原理為利用姜黃素類化合物在低級醇中的最大吸收波長(λmax)在堿性條件下發(fā)生“紅移”的現(xiàn)象，收集“紅移”后的吸收光譜信息，根據(jù)其“紅移”前、后光譜特征的變化，對類姜黃素化合物進(jìn)行定性鑒定。同時，利用“紅移”后在最大吸收波長處的吸光值(Absλmax)對樣品中的姜黃素進(jìn)行定量檢測。
本發(fā)明采用如下述步驟建立方法一、姜黃素最大吸收波長在堿性條件下“紅移”現(xiàn)象的觀察1、配制不同濃度的姜黃素(AR，北京化學(xué)試劑公司)乙醇(95％，W/W)溶液。
2、向各溶液中逐步加入KOH(AR，北京化學(xué)試劑公司)，使各溶液的堿性逐漸增強(qiáng)。
3、收集溶液在不同含堿量的條件下的電子吸收光譜(350-600nm)，觀察乙醇溶液中KOH含量對姜黃素電子吸收光譜的影響。結(jié)果表明姜黃素在乙醇中的最大吸收波長(λmax)在堿性條件下發(fā)生向長波方向“紅移”的現(xiàn)象。當(dāng)KOH濃度達(dá)到0.03-0.04克/升時，姜黃素在乙醇中的λmax由420nm移至530nm，同時，在最大吸收波長處的光吸收值(Absλmax)未見明顯變化。當(dāng)KOH濃度超過1克/升時，姜黃素在乙醇中的λmax由530nm移至473nm，同時，Absλmax值未見明顯變化(詳見圖4)。
二、檢測波長的選擇本方法最終選定KOH濃度為0及0.04克/升、檢測波長420及530nm為對姜黃素進(jìn)行定性、定量測定的條件，原因如下(1)與在強(qiáng)堿(2克/升)條件下的λmax＝473nm相比，弱堿(0.04克/升)條件下的λmax＝530nm與中性條件下的λmax＝420nm相差較遠(yuǎn)。在根據(jù)這兩個波長設(shè)計(jì)和制造專用電子吸收光譜檢測設(shè)備時，有利于簡化儀器的結(jié)構(gòu)(如分光結(jié)構(gòu))，可直接使用不同發(fā)光波長范圍的光源(如發(fā)光二極管)做為入射光源。市場上此類現(xiàn)有產(chǎn)品的發(fā)射光譜范圍較寬，一般為±20nm，但價格便宜，遠(yuǎn)低于濾光片結(jié)構(gòu)的光源價格。這兩個檢測波長的選擇，保證了儀器的低成本。
(2)0.04克/升的KOH-乙醇溶液配制容易。雖然KOH在乙醇中的溶解性遠(yuǎn)好于NaOH，但配制0.04克/升的KOH-乙醇溶液比配制2克/升的KOH-乙醇溶液要容易得多。
三、姜黃素的定性測定1、為進(jìn)行定性測定，需根據(jù)姜黃素在乙醇中的λmax在堿性條件(KOH濃度為0.04克/升)下發(fā)生“紅移”的現(xiàn)象，收集“紅移”前、后的電子吸收光譜信息，主要包括(見圖5)(2)“紅移”前最大吸收波長λmax＝420nm。
(3)“紅移”后最大吸收波長λmax’＝530nm。
(4)“紅移”前在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs420nm。
(5)“紅移”前在530nm波長處的吸光值A(chǔ)bs530nm。
(6)“紅移”后在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs530nm’。
(7)“紅移”后在420nm波長處的吸光值A(chǔ)bs420nm’。
2、定性檢測可根據(jù)姜黃素在乙醇中中性條件和堿性條件下(KOH含量0.04克/升)吸收光譜特征的變化，對其進(jìn)行定性判斷。判斷標(biāo)準(zhǔn)(1)λmax由420nm“紅移”至530nm。
(2)根據(jù)其(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值，對姜黃素進(jìn)行定性鑒定。當(dāng)(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值大于1時，可對被測樣品中的姜黃素作出肯定的定性結(jié)論。
由于黃酮類和類胡蘿卜素類化合物在相同條件下其吸收光譜并未發(fā)生“紅移”現(xiàn)象，故該方法可有效排除它們對姜黃素檢測的干擾。
四、定量檢測1、在溶液不含KOH的條件下，于420nm處測定不同濃度姜黃素乙醇溶液的光吸收值，每點(diǎn)重復(fù)3次以上，要求偏差＜0.05光密度值，計(jì)算平均值。
2、求得在420nm處溶液的姜黃素含量-光吸收值回歸方程，繪制姜黃素含量-光吸收值曲線。
3、在KOH含量為0.04克/升的條件下，于530nm處測定不同濃度姜黃素乙醇溶液的光密度值，每點(diǎn)重復(fù)3次以上，要求偏差＜0.05光密度值，計(jì)算平均值。
4、求得在530nm處溶液的姜黃素含量-光吸收值回歸方程，繪制姜黃素含量-光吸收值曲線。
5、2、4兩項(xiàng)所得兩條曲線均呈線性(R2＝0.9961-0.9991)，斜率(k)在250-265區(qū)間，見圖6。
6、利用姜黃素在堿性乙醇(KOH含量為0.04克/升)條件下Abs530nm’值，應(yīng)用外標(biāo)法(標(biāo)準(zhǔn)曲線法)，對其進(jìn)行定量測定。
7、該方法檢測限為＞0.002克/升。
五、食品中姜黃素含量快速檢測光度計(jì)(設(shè)備)的設(shè)計(jì)鑒于上述檢測方法的原理，可在移動狹縫型可變波長紫外-可見光分光光度計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，設(shè)計(jì)食品中姜黃素含量快速檢測光度計(jì)。移動狹縫型可變波長紫外-可見光分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)(見圖7)食品中姜黃素含量快速檢測裝置(光度計(jì))的結(jié)構(gòu)見圖8。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、可排除食品中常見醇溶性色素(如黃酮及類胡蘿卜素類物質(zhì))的干擾。
2、可在一個操作流程中對常見食品中的姜黃素同時定性、定量檢測。
3、結(jié)果可靠，與現(xiàn)有國內(nèi)執(zhí)行的各種標(biāo)準(zhǔn)相比，誤差小于10％。該方法為研發(fā)專用現(xiàn)場檢測儀器提供了技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1類姜黃素的分子結(jié)構(gòu)式圖2姜黃素的紫外-可見光譜吸收光譜3姜黃素、黃酮、葉黃素的紫外-可見光譜吸收光譜4乙醇溶液中KOH含量對姜黃素電子吸收光譜的影響5“紅移”前、后的電子吸收光譜信息特征值示意6姜黃素濃度對堿條件下最大吸收波長處溶液光密度值的影響7可變波長移動狹縫型紫外-可見光分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意8本發(fā)明提供的食品中姜黃素含量快速檢測設(shè)備(光度計(jì))的結(jié)構(gòu)示意9姜黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線圖1中，姜黃素 R1＝R2＝OCH3去甲氧基姜黃素 R1＝H，R2＝OCH3去二甲氧基姜黃素 R1＝R2＝H圖7中，可變波長移動狹縫型紫外-可見光分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)包括以下幾個部份光源，分光部份，比色部份，光電轉(zhuǎn)換部份，數(shù)據(jù)處理部份。光源的光穿過窄縫照在棱鏡上，經(jīng)分光后的單色光束照射樣品池，透射光經(jīng)光電倍增管作光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得結(jié)果。
圖8中，本發(fā)明提供的食品中姜黃素含量快速檢測設(shè)備中，省略分光部份，而光源部份直接采用兩個切換使用的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管的波長分別為420nm和530nm。
比較圖7及8，與可變波長移動狹縫型紫外-可見光分光光度計(jì)相比，姜黃素含量快速檢測光度計(jì)省去了分光結(jié)構(gòu)，采用兩個單色光源的發(fā)光二極管提供入射光，大大降低了儀器的成本，簡化了結(jié)構(gòu)。
圖9中，溶劑0.04克/升濃度的KOH乙醇溶液；檢測波長530nm。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一測定咖喱粉中姜黃素的含量一、姜黃素的萃取1、稱取市售咖喱粉1克，置于50毫升三角瓶中。
2、加入95％的乙醇(AR，北京化學(xué)試劑公司)10毫升，振蕩2分鐘，靜置3分鐘。
3、用滴管將上清液轉(zhuǎn)移至50毫升容量瓶中4、重復(fù)步驟2-3共4遍。
5、合并各次萃取液于容量瓶中，用95％乙醇定容至50毫升，獲得萃取液I。
二、配制0.04克/升、0.08克/升濃度的KOH(AR，北京化學(xué)試劑公司)-乙醇(95％，W/W)溶液250、50毫升。
三、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作1、用0.04克/升濃度的KOH-乙醇溶液配制濃度分別為0.002、0.0025、0.003、0.0035、0.004克/升的姜黃素(AR，北京化學(xué)試劑公司)標(biāo)準(zhǔn)溶液。
2、在530nm波長下測定個溶液的吸光值。
3、求姜黃素濃度-吸光值線性回歸方程，繪制姜黃素濃度-吸光值標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖8)。
四、姜黃素的定性檢測1、取1毫升萃取液I，用95％乙醇稀釋至5毫升，制成萃取液II。
2、取2毫升萃取液II，用95％乙醇稀釋至4毫升，得到萃取液III，于420nm及530nm波長處分別測定萃取液III的吸光值A(chǔ)bs420nm及Abs530nm。
3、取2毫升萃取液II，用0.08克/升濃度的KOH-95％乙醇稀釋至4毫升，得到萃取液IV，于530nm及420nm波長處測定溶液的吸光值A(chǔ)bs530nm’及Abs420nm’。
4、計(jì)算(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)的值。
5、如果(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1，則可確定萃取液I含有姜黃素，可對其進(jìn)行定量測定。若(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)≤1，則萃取液I是否含有姜黃素尚需進(jìn)一步鑒定。
已觀察到咖喱粉萃取液的(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1，故確定其含有姜黃素，將對其進(jìn)行定量測定。
五、姜黃素的定量測定根據(jù)Abs530nm’值及標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算溶液IV中的姜黃素含量，進(jìn)而計(jì)算咖喱粉樣品中的姜黃素含量為0.7克/公斤。
實(shí)施例二測定餅干中姜黃素的含量一、萃取1、稱取市售咖喱粉10克，置于50毫升三角瓶中。
2、加入95％的乙醇(AR，北京化學(xué)試劑公司)20毫升，振蕩2分鐘，靜置3分鐘。
3、用滴管將上清液轉(zhuǎn)移至50毫升容量瓶中4、重復(fù)步驟2-3共4遍。
5、合并各次萃取液于容量瓶中，用95％乙醇定容至50毫升，獲得萃取液I。
二、配制0.04克/升、0.08克/升濃度的KOH(AR，北京化學(xué)試劑公司)-乙醇(95％，W/W)溶液250、50毫升。
三、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作-同實(shí)施例一。
四、姜黃素的定性檢測-同實(shí)施例一。
已觀察到餅干萃取液的(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1，故確定其含有姜黃素，將對其進(jìn)行定量測定。
五、姜黃素的定量測定根據(jù)Abs530nm’值及標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算溶液IV中的姜黃素含量，進(jìn)而計(jì)算餅干樣品中的姜黃素含量為0.014克/公斤。
權(quán)利要求
1.一種食品中姜黃素的快速電子吸收光譜檢測的方法，其特征在于它包括以下幾個步驟(1)以甲醇或乙醇萃取姜黃素；(2)收集姜黃素化合物在甲醇或乙醇中最大吸收波長在加KOH或NAOH溶液前、后的電子吸收光譜的吸收值，所述的KOH或NAOH濃度為0.03-0.04克/升；(3)加堿前最大吸收波長λ＝420nm，加堿后最大吸收波長λ’＝530nma)加堿前在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs420nmb)加堿前在530m波長處的吸光值A(chǔ)bs530nmc)加堿后在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs530nm’d)加堿后在420nm波長處的吸光值A(chǔ)bs420nm’根據(jù)其(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值，對姜黃素進(jìn)行定性鑒定，當(dāng)(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1時，可判定樣品中含有姜黃素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種食品中姜黃素的快速電子吸收光譜檢測的方法，其特征在于它還包括以下步驟a)用KOH或NAOH濃度為用0.03-0.04克/升濃度的KOH或NAOH-乙醇溶液配制濃度分別為0.002-0.0045不同濃度的姜黃素標(biāo)準(zhǔn)溶液；b)在530nm波長處測定上述每個溶液的吸光值；c)求姜黃素濃度-吸光值線性回歸方程，繪制姜黃素濃度-吸光值標(biāo)準(zhǔn)曲線；d)利用Abs530nm’值，采用“外標(biāo)”法，對樣品中的姜黃素進(jìn)行定量測量。
3.一種用于食品中姜黃素的快速電子吸收光譜檢測的檢測設(shè)備其特征在于它包括光源，比色部份，光電轉(zhuǎn)換部份，數(shù)據(jù)處理部份，所述的光源為兩個具有單色光譜的發(fā)光二極管，其中一個發(fā)光二極管的波長為420nm，另一個發(fā)光二極管的波長為530nm，該光源部份設(shè)有切換開關(guān)以使兩個發(fā)光二極管切換使用。
全文摘要
一種食品中姜黃素的快速電子吸收光譜檢測的方法及檢測設(shè)備，方法包括以下幾個步驟以甲醇或乙醇萃取姜黃素；收集姜黃素化合物在甲醇或乙醇中最大吸收波長在加KOH或NaOH溶液前、后的電子吸收光譜的吸收值，所述的KOH或NaOH濃度為0.03－0.04克/升；加堿前在最大吸收波長處的吸光值A(chǔ)bs
文檔編號G01N1/34GK1828269SQ20051005123
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者惠伯棣, 裴凌鵬, 王政, 唐秀華 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院