饮料中食用合成色素快速检测方法研究

◎ 赵益臻

（杭州娃哈哈集团公司，浙江 杭州 310018）

1 近红外光谱技术探究

近红外光谱介于可见光和中红外光谱之间，大多数化学样品在近红外光谱区域具有相应的吸收带。利用这些吸收信息，可以精确地定量分析样品的化学含量和物理参数。因此，近红外光谱技术是一种比传统方法更简单、更快速、更快速的新型绿色分析技术。

然而，近红外光谱也有缺点，其分析必须依赖模型，所以这种技术不适用于检测频繁变化的色散样品。而且，近红外光谱技术在初期投入很大，耗费更多的人力、物力和时间。近红外光谱受外界环境因素的干扰过大，非常容易使光谱的信息发生改变，因此在使用近红外光谱技术进行检测时，必须严格控制外界环境的变化。

2 材料与方法

2.1 材料与试剂

食用色素：包括柠檬酸、日落黄、柠檬黄、胭脂红和苋菜红标准品；饮料：橙味饮料（美年达）、葡萄味饮料（芬达）；白砂糖；超纯水。

2.2 仪器与设备

近红外光谱仪（配备有Mosic和WinISIII软件）、十分之一的电子天平梅特勒-托利多仪器、PTD-20-3超纯水制备仪、PB-10型 pH计，试管、烧杯、量杯、样品杯和金箔杯等。

2.3 方法

用白砂糖、超纯水、柠檬酸配制的糖质量分数为10%、pH 3.60左右的母液（5份）；用母液稀释日落黄、柠檬黄、胭脂红和苋菜等5种标准合成色素溶液，用于近红外光谱扫描；根据食品添加剂使用标准中的规定，制备75份不同质量浓度的食用合成色素标准溶液用于近红外光谱扫描。将上述实验所需样品溶液配制好后，放置到干燥阴凉的地方，避免阳光直射，并在使用新样品时，防止样品产生杂质影响实验结果的准确性[1]。

将一定量的不同质量浓度的饮料溶液倒入样品杯中，用近红外分析仪收集光谱数据。并将环境温度保持在25 ℃，将仪器光谱扫描范围和分辨率调至标准范围进行光谱采集。重复对不同质量浓度的日落黄、柠檬黄、胭脂红和苋菜红色素溶液采集近红外光谱3次后，取其平均光度光谱值为实验参照数据。

饮料样品通过在水浴中加热脱气并在5min后取出。将该结果与《食品中合成着色剂的测定》进行比较。通过一阶导数、二阶导数和近红外光谱获得的近红外光谱比较了标准正态变量交换和多重散射校正等几种光谱预处理方法的效果。并建立数学模型来检验模型的准确性。若准确度不高，及时进行错误排析，回顾前面的实验过程，并重新构建准确的数学模型[2]。

建立校准集和验证集样本，并将校准集与验证集合比率之间的关系用2∶1表示不同质量浓度的混合标准溶液。随机选取50个样本作为校准样本，其余25个样本构成独立验证集合；同时，对实验获得的近红外光谱进行预处理，以防止实验过程中的光散射和随机噪声信息干扰样品中的光谱信息和有效成分。建立预测模型，通过实验找出去最优模型处理方法，使模型的相关系数最高接近于1，并且该模型更适合于样本的预测，以满足快速检测的实际需要。使用通过验证获得的最优模型进行两种脱水饮料样品的近红外光谱分析。

2.4 结果与分析

葡萄味饮料（芬达）的主要着色剂是胭脂红、柠檬黄和日落黄，橙味饮料（美年达）的主要着色剂是柠檬黄和苋菜红。使用建立的模型确定脱气的两种饮料，并将测量的数据与食品中合成着色剂的测定进行比较。在建立光谱图时，由于受到仪器及其他噪声的一定影响，因此需要对光谱进行一定的预处理，将会降低测得结果的失误率。将不同模型进行一定评估后，选出最优模型，根据结果分析，近红外光谱法比国标法测得的结果数值略高，但在误差范围内，所检测样品食用色素添加量均符合国家标准，可以放心食用。

3 近红外光谱在饮料中的应用

现在市场上售卖许多有色饮料，受到广大群众的欢迎。饮料具有众多受大众喜爱的特点，如较好的味道等，故深受广大消费者的喜爱，因此具有广阔的消费市场。糖含量、酸度和可溶性固形物是饮料质量测试的主要指标。饮料中食用合成色素的过度添加不仅会制约饮料行业健康发展，更威胁着大众的健康安全。因此，实现快速无损检测已成为饮料行业的热门话题，对饮料行业的可持续发展具有重要的现实意义。目前，近红外光谱技术已经广泛应用于茶饮料、果汁饮料和乳制品中食用合成色素和其他添加剂的检测，并取得了不错的成效[3]。

3.1 茶饮料

通过使用近红外光谱技术，可以通过随机选择的茶饮料样品建立茶饮料成分的快速定量分析和校正模型，而不需要任何化学物质。它可以在短时间内测量茶饮料的可溶性固形物，包括茶多酚、总氨基酸、茶红素、咖啡因和茶黄素等的含量。且实验值与预测值相比并无显著差异，从而完成对茶饮料的质量检测，保证消费者的健康及商家的合法利益。

3.2 果汁饮料

近红外光谱技术还可以快速检测果汁饮料是否掺假。建立掺有蔗糖溶液和玉米糖浆的苹果汁近红外光谱模型，鉴别出的苹果汁的准确率在90%以上，接近100%；SIMCA方法用于建立定性模型来检测与苹果汁混合的草莓汁和覆盆子汁。其中，覆盆子果汁多达100多个分子，用最小二乘法建立定量模型。

3.3 乳制品

近红外光谱还可以快速检测和分析液态奶中的营养物质。当近红外光照射到液态奶样品中时，它含有丰富的营养物质，如蛋白质、脂肪、乳糖、维生素和与近红外光子相互作用的矿物质。通过相应的吸收带，在近红外光谱中产生吸收，并且分析吸收信息以检测液态奶中的营养物质。同时，还可以通过近红外光谱检测乳制品的掺假。

3.4 饮料包装

饮料包装主要有塑料瓶、玻璃瓶、易拉罐，其中塑料瓶因其造价低，在饮料产品的包装中最为常见。但在塑料包装中，如果在饮料产品的包装中使用不合格塑料，或者在塑料产品的生产和加工中使用超过标准的有害成分的塑料材料，会造成严重的安全事故，严重危害人体健康。近红外光谱技术可以有效检测饮料包装中的有害物质是否超标。能高效检测出塑料阻燃剂及塑料涂层出现的问题，避免不法商家使用成本低的不合格塑料制品。

4 近红外光谱技术存在的问题

近年来，近红外光谱技术在饮料检测方面取得了显著进展，但其大部分研究仍在实验室范围内。只有极少数进行了商业化的生产。同时，近红外光谱技术虽然较其他的检测方法已经具有了不少的优势，但其本身其实也存在这一些弱点。饮料样品属于液体，液体中的水分掩盖了其他成分在近红外光谱中吸收的信号。如何在减少检测误差的同时获得具有较强待测组分的近红外信号是饮料中近红外光谱技术应用中需要解决的问题之一。同时，近红外光谱测试的灵敏度相对较低。对于那些含量及其微小的物质不能进行有效的检验。另外，近红外光谱的使用必须依赖于模型，并且由于可以选择少量的数据，对于在测量项目中频繁变化的分散样本，它不符合建立模型的统计基础，因此建立的模型不具有代表性。

随着经济和科技的发展，近红外光谱技术不断发展，其缺点也逐渐减少。简化，便利和绿色的趋势正在增加，食用合成色素的检测也更加准确。近红外光谱技术不仅可以分析与含氢基团的有机物质，而且在无机物质的检测方面也有进一步的发展。其作用机理有待进一步研究[4]。

5 结语

使用近红外光谱法检测饮料中的合成色素不需要溶解、稀释或使用特殊化学试剂来溶解测试样品。因此，在检测过程中不会产生有害物质，也不会对周围环境造成污染。随着近红外光谱应用的不断深入，现在可以集中精力开发一种可适应工厂生产的在线近红外光谱设备。这种简单、方便、快速、绿色和无污染的检测技术适用于实际生产，实现技术商业化。近红外光谱学的广泛推广对禁止一些不法商人起到了积极作用。