吸收光谱法同时检测食品中的苯甲酸钠与山梨酸钾_李秋萍
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Simultaneous Determination of Sodium Benzoate and Potassium Sorbate in Food by Absorption Spectrometry
LI Qiu-ping1* ，ZHUO Jing2 ，ZHOU Shu-jing1
（ 1． College of Pharmacy，Jiamusi University，Jiamusi 154007，China； 2． Ministry of Education Key Laboratory of Analysis ＆ Detection Technology for Food Safety，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China）
山梨酸钾和苯甲酸钠作为防腐剂广泛用于食品中。苯甲酸的有效成分是未解离的苯甲酸分子，其 抑菌机理是使微生物细胞的呼吸系统发生障碍，并阻碍细胞膜的正常生理作用［1］。在酸性较强的食品 中，苯甲酸钠的防腐效果好，但因有叠加中毒现象，而且大量食用含有苯甲酸钠防腐剂的食品可导致 大脑严重萎缩等危害，其在食品中的使用尚有争议，世界上许多发达国家已禁止使用该物质，但在我 国，因其价格低廉，仍广泛使用于汽水、果汁类、酱类、罐头和酒类中［2 － 3］。山梨酸属于不饱和脂肪 酸，其抑菌机理是利用自身的双键与微生物细胞中酶的巯基形成共价键，使其丧失活性，破坏含有硫 氢基的酶类，从而抑制微生物的生长。虽然小剂量山梨酸和山梨酸钾的摄入对人体无较大影响，但过 量摄入会影响人体的新陈代谢平衡［4］。因此，检测食品中苯甲酸钠和山梨酸钾仍然是食品安全监控的 重要内容之一。
Abstract： Based on the UV － Vis absorption characteristics of preservatives and partial least squares variable selection method，the concentration forecasting model of benzoic sodium and sorbic potassium mixture solution was studied． The ultraviolet absorbance spectra of these complexes were examined， and the results indicated that the response signals and concentrations presented good linearities in the ranges of 0. 1 － 16. 0 mg / L for benzoic sodium and 0. 1 － 6. 0 mg / L for sorbic potassium． The detection limits were 0. 05 mg / L for benzoic sodium and 0. 01 mg / L for sorbic potassium． The reported model was applied in the simultaneous determination in food samples such as drinks，wine，cake and preserves without any preliminary chemical separation． The relative standard deviations were less than 10% and the recoveries were in the range of 82% － 107% ． The detection data are consistent with those of the national standard method． Key words： sodium benzoate； potassium sorbate； UV － Vis absorption； orthogonal experiment； partial least squares variable selection method
第 12 期
李秋萍等： 吸收光谱法同时检测食品中的苯甲酸钠与山梨酸钾
1557
谱法［9］和液相色谱法 ［10 － 11］等。气相色谱法和液相色谱法是有效的多组分分析方法，但这些方法分析 成本高且费时； 光度法由于具有简便、可靠和重现性好等特点而广泛应用于食品分析中。偏最小二乘 变量筛选法是一种基于偏最小二乘的变量筛选，其优点是先利用偏最小二乘法处理含有全部变量的数 据，建立一个预报稳定性较高的模型，再用其中回归系数等有关信息来筛选变量，在不降低模型预报 能力的前提下，获得变量系数少、预报准确的模型［12 － 13］。紫外光度结合偏最小二乘变量筛选法对山梨 酸钾和苯甲酸钠同时测定未见报道，本研究利用苯甲酸钠和山梨酸钾紫外吸收光谱的特点，采用分光 光度法和偏最小二乘变量筛选法进行了饮料、调色酒、糕点、蜜饯样品中两者含量的同时测定。
法处理光谱数据提供了可能。因此，后续实验选 择 220 ～ 260 nm 波长范围为偏最小二乘变量筛选 法建模波段。 2. 1. 2 标准曲线 在设计苯甲酸钠和山梨酸钾
采用 HPLC 进行对照实验，参考 GB / T 23495 － 2009 方法［15］ 进行样品前处理。色 谱 条 件 参 数： YWG － C18 （ 4. 6 mm × 250 mm，10 μm） 不锈钢柱； 流动相： 甲醇 － 乙酸铵溶液（ 0. 02 mol·L － 1 ，体积比 5 ∶ 95） ； 流速 1 mL·min － 1 ； 进样体积： 10 μL； 紫外检测器波长 230 nm； 根据保留时间进行定性，外 标峰面积法定量。
1 实验部分
1. 1 仪器与试剂
UV 2300 紫外分光光度仪（ 上海天美科技有限公司） ，HPLC － 2010 高效液相色谱仪（ 日本岛津公 司） ，C － MAG HS 7 磁力搅拌加热器（ IKA 公司） 。
苯甲酸钠购自汕头市西陇化工厂有限公司，山梨酸钾、磷酸氢二钠、亚铁氰化钾、乙酸铵、乙酸 锌、浓盐酸和乙醚购自国药集团化学试剂有限公司； 所有试剂均为分析纯，无需纯化直接使用。所有 的溶液均由 Millipore 纯水机（ 美国） 制备的超纯水配制。
nm 波段进行扫描，获得的吸收光谱如图 1 所示。
由图可知，苯甲酸钠在 224 nm 附近有最大吸收
波长，山梨酸钾在 252 nm 附近有最大吸收波长，
两者的吸收光谱在 200 ～ 350 nm 波段相互交叠，
谱峰差异较明显，在 220 ～ 260 nm 范围内吸收光
谱有很大差异，这种差异为偏最小二乘变量筛选
摘 要： 利用苯甲酸钠和山梨酸钾的紫外吸收光谱特性，设计了正交试验，结合偏最小二乘变量筛选法，获 得变量数少、相关系数高、预报准确性好、能同时对苯甲酸钠和山梨酸钾进行浓度预报的模型，并应用于饮 料、蜜饯、糕点和调 色 酒 样 品 中 苯 甲 酸 钠 和 山 梨 酸 钾 的 检 测。样 品 平 行 测 定 结 果 的 相 对 标 准 偏 差 均 小 于 10% ，方法的加标回收率为 82% ～ 107% ，苯甲酸钠和山梨酸钾的检测范围分别为 0. 1 ～ 16. 0 mg·L －1 和0. 1 ～ 6. 0 mg·L － 1 ，检出限分别为 0. 05 mg·L － 1 和 0. 01 mg·L － 1 。样品的检测结果与国标法的检测结果相吻合。 关键词： 苯甲酸钠； 山梨酸钾； 紫外光吸收； 正交试验； 偏最小二乘变量筛选法 中图分类号： O657. 3； S482. 294 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 4957（ 2012） 12 － 1556 － 06 doi： 10. 3969 / j. issn. 1004 － 4957. 2012. 12. 015
1. 2 标准溶液配制及样品前处理
5. 00 g·L － 1 苯甲酸钠和 4. 00 g·L － 1 山梨酸钾标准储备液： 分别称取苯甲酸钠 0. 500 0 g 和山梨酸 钾 0. 400 0 g，用适量水溶解后，转移至 100 mL 容量瓶中，用水定容。实验时稀释至所需浓度。
饮料型样品直接进行萃取处理，固体样品需对样品进行溶解、离心、萃取、再定容，获得待测试 液后进行加标实验［14］。汽水和调色酒样品使用超声仪进行二氧化碳驱除，除气后加入 1 mL 1 ∶ 1 HCl 溶液酸化、20 mL 乙醚萃取 3 次，合并乙醚相，用 20 mL 5% 的 Na2 HPO4 溶液萃取 3 次后于锥形瓶中加 热至 70 ℃ 左右，搅拌驱除乙醚后用水定容至 100 mL。饮料 1、2、3 和调色酒加标实验中，移取 5 mL 的饮料以及不同体积的 100 mg·L － 1 苯甲酸钠和山梨酸钾标准溶液于 125 mL 分液漏斗中，按前述前处 理步骤操作，最后用水定容于 100 mL 容量瓶中备用。花生酥、山楂片和蜜饯等样品先用搅碎机粉碎均 匀，准确称取 2 ～ 3 g 样品于 50 mL 烧杯中，注入适量水，超声加热提取 10 min，移入 50 mL 具塞离心 管中于 4 000 r / min 离心 8 min，吸出上清液，移入 125 mL 分液漏斗中，后续样品处理以及标准加入方 法操作同汽水和调色酒饮料样品。
目前，国内外测定山梨酸钾和苯甲酸钠的方法主要有紫外光度法［5 － ຫໍສະໝຸດ Baidu］、离子色谱法［7 － 8］、气相色
收稿日期： 2012 － 06 － 18； 修回日期： 2012 － 07 － 17 基金项目： 黑龙江省教育厅项目（ 11551508） * 通讯作者： 李秋萍，副教授，研究方向： 光谱分析，Tel： 18606093316，E － mail： liqiuping0706@ 163. com
1. 3 实验方法
1. 3. 1 苯甲酸钠与山梨酸钾标准曲线的绘制 将 “1. 2” 配制的苯甲酸钠和山梨酸钾标准储备液逐级 稀释，配制系列低浓度的单组分防腐剂标准溶液。利用紫外分光光度计，以水为空白试液，在 200 ～ 350 nm 范围内依次测量系列低浓度的标准溶液，分别在 224 nm 和 252 nm 处读取不同浓度苯甲酸钠和 山梨酸钾的吸光度，并绘制该两种防腐剂的标准曲线。 1. 3. 2 防腐剂预报模型的建立 实验按正交设计 L25 （ 52 ） 配制 25 个不同浓度比例的苯甲酸钠和山梨酸 钾混合标准溶液，使用紫外 － 可见分光光度仪在选定波长范围内扫描吸收光谱，利用偏最小二乘变量 筛选法处理光谱数据矩阵，建立防腐剂预报模型。 1. 3. 3 苯甲酸钠、山梨酸钾模拟混合试样的检测 为考察预报模型检测的准确性，实验随机配制 12 个不同浓度比例的苯甲酸钠和山梨酸钾混合标准溶液各 10 mL，在选定波长范围内扫描吸收光谱，以 水为试剂空白； 为考察该预报模型的精密度，任选一份混合标准试样在波长范围内连续扫描 11 次，以 水为试剂空白，将获得的光谱数据用防腐剂预报模型进行分析。
1558
分析测试学报
第 31 卷
2 结果与讨论
2. 1 防腐剂预报模型
2. 1. 1 测定波长范围的确定 苯甲酸钠和山梨
酸钾在紫外光区具有强吸收。因此实验使用紫外 分光光度仪对 10. 00 mg·L － 1 苯甲酸钠标准溶液 和 4. 00 mg·L － 1 山梨酸钾标准溶液在 200 ～ 350
第 31 卷 第 12 期 2012 年 12 月
分析测试学报 FENXI CESHI XUEBAO（ Journal of Instrumental Analysis）
Vol. 31 No. 12 1556 ～ 1561
吸收光谱法同时检测食品中的苯甲酸钠与山梨酸钾
李秋萍1* ，卓 婧2，周淑晶1
（ 1． 佳木斯大学 药学院，黑龙江 佳木斯 154007； 2． 福州大学 食品安全分析与检测 教育部重点实验室，福建 福州 350108）
LI Qiu-ping1* ，ZHUO Jing2 ，ZHOU Shu-jing1
（ 1． College of Pharmacy，Jiamusi University，Jiamusi 154007，China； 2． Ministry of Education Key Laboratory of Analysis ＆ Detection Technology for Food Safety，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China）
山梨酸钾和苯甲酸钠作为防腐剂广泛用于食品中。苯甲酸的有效成分是未解离的苯甲酸分子，其 抑菌机理是使微生物细胞的呼吸系统发生障碍，并阻碍细胞膜的正常生理作用［1］。在酸性较强的食品 中，苯甲酸钠的防腐效果好，但因有叠加中毒现象，而且大量食用含有苯甲酸钠防腐剂的食品可导致 大脑严重萎缩等危害，其在食品中的使用尚有争议，世界上许多发达国家已禁止使用该物质，但在我 国，因其价格低廉，仍广泛使用于汽水、果汁类、酱类、罐头和酒类中［2 － 3］。山梨酸属于不饱和脂肪 酸，其抑菌机理是利用自身的双键与微生物细胞中酶的巯基形成共价键，使其丧失活性，破坏含有硫 氢基的酶类，从而抑制微生物的生长。虽然小剂量山梨酸和山梨酸钾的摄入对人体无较大影响，但过 量摄入会影响人体的新陈代谢平衡［4］。因此，检测食品中苯甲酸钠和山梨酸钾仍然是食品安全监控的 重要内容之一。
Abstract： Based on the UV － Vis absorption characteristics of preservatives and partial least squares variable selection method，the concentration forecasting model of benzoic sodium and sorbic potassium mixture solution was studied． The ultraviolet absorbance spectra of these complexes were examined， and the results indicated that the response signals and concentrations presented good linearities in the ranges of 0. 1 － 16. 0 mg / L for benzoic sodium and 0. 1 － 6. 0 mg / L for sorbic potassium． The detection limits were 0. 05 mg / L for benzoic sodium and 0. 01 mg / L for sorbic potassium． The reported model was applied in the simultaneous determination in food samples such as drinks，wine，cake and preserves without any preliminary chemical separation． The relative standard deviations were less than 10% and the recoveries were in the range of 82% － 107% ． The detection data are consistent with those of the national standard method． Key words： sodium benzoate； potassium sorbate； UV － Vis absorption； orthogonal experiment； partial least squares variable selection method
第 12 期
李秋萍等： 吸收光谱法同时检测食品中的苯甲酸钠与山梨酸钾
1557
谱法［9］和液相色谱法 ［10 － 11］等。气相色谱法和液相色谱法是有效的多组分分析方法，但这些方法分析 成本高且费时； 光度法由于具有简便、可靠和重现性好等特点而广泛应用于食品分析中。偏最小二乘 变量筛选法是一种基于偏最小二乘的变量筛选，其优点是先利用偏最小二乘法处理含有全部变量的数 据，建立一个预报稳定性较高的模型，再用其中回归系数等有关信息来筛选变量，在不降低模型预报 能力的前提下，获得变量系数少、预报准确的模型［12 － 13］。紫外光度结合偏最小二乘变量筛选法对山梨 酸钾和苯甲酸钠同时测定未见报道，本研究利用苯甲酸钠和山梨酸钾紫外吸收光谱的特点，采用分光 光度法和偏最小二乘变量筛选法进行了饮料、调色酒、糕点、蜜饯样品中两者含量的同时测定。
法处理光谱数据提供了可能。因此，后续实验选 择 220 ～ 260 nm 波长范围为偏最小二乘变量筛选 法建模波段。 2. 1. 2 标准曲线 在设计苯甲酸钠和山梨酸钾
采用 HPLC 进行对照实验，参考 GB / T 23495 － 2009 方法［15］ 进行样品前处理。色 谱 条 件 参 数： YWG － C18 （ 4. 6 mm × 250 mm，10 μm） 不锈钢柱； 流动相： 甲醇 － 乙酸铵溶液（ 0. 02 mol·L － 1 ，体积比 5 ∶ 95） ； 流速 1 mL·min － 1 ； 进样体积： 10 μL； 紫外检测器波长 230 nm； 根据保留时间进行定性，外 标峰面积法定量。
1 实验部分
1. 1 仪器与试剂
UV 2300 紫外分光光度仪（ 上海天美科技有限公司） ，HPLC － 2010 高效液相色谱仪（ 日本岛津公 司） ，C － MAG HS 7 磁力搅拌加热器（ IKA 公司） 。
苯甲酸钠购自汕头市西陇化工厂有限公司，山梨酸钾、磷酸氢二钠、亚铁氰化钾、乙酸铵、乙酸 锌、浓盐酸和乙醚购自国药集团化学试剂有限公司； 所有试剂均为分析纯，无需纯化直接使用。所有 的溶液均由 Millipore 纯水机（ 美国） 制备的超纯水配制。
nm 波段进行扫描，获得的吸收光谱如图 1 所示。
由图可知，苯甲酸钠在 224 nm 附近有最大吸收
波长，山梨酸钾在 252 nm 附近有最大吸收波长，
两者的吸收光谱在 200 ～ 350 nm 波段相互交叠，
谱峰差异较明显，在 220 ～ 260 nm 范围内吸收光
谱有很大差异，这种差异为偏最小二乘变量筛选
摘 要： 利用苯甲酸钠和山梨酸钾的紫外吸收光谱特性，设计了正交试验，结合偏最小二乘变量筛选法，获 得变量数少、相关系数高、预报准确性好、能同时对苯甲酸钠和山梨酸钾进行浓度预报的模型，并应用于饮 料、蜜饯、糕点和调 色 酒 样 品 中 苯 甲 酸 钠 和 山 梨 酸 钾 的 检 测。样 品 平 行 测 定 结 果 的 相 对 标 准 偏 差 均 小 于 10% ，方法的加标回收率为 82% ～ 107% ，苯甲酸钠和山梨酸钾的检测范围分别为 0. 1 ～ 16. 0 mg·L －1 和0. 1 ～ 6. 0 mg·L － 1 ，检出限分别为 0. 05 mg·L － 1 和 0. 01 mg·L － 1 。样品的检测结果与国标法的检测结果相吻合。 关键词： 苯甲酸钠； 山梨酸钾； 紫外光吸收； 正交试验； 偏最小二乘变量筛选法 中图分类号： O657. 3； S482. 294 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 4957（ 2012） 12 － 1556 － 06 doi： 10. 3969 / j. issn. 1004 － 4957. 2012. 12. 015
1. 2 标准溶液配制及样品前处理
5. 00 g·L － 1 苯甲酸钠和 4. 00 g·L － 1 山梨酸钾标准储备液： 分别称取苯甲酸钠 0. 500 0 g 和山梨酸 钾 0. 400 0 g，用适量水溶解后，转移至 100 mL 容量瓶中，用水定容。实验时稀释至所需浓度。
饮料型样品直接进行萃取处理，固体样品需对样品进行溶解、离心、萃取、再定容，获得待测试 液后进行加标实验［14］。汽水和调色酒样品使用超声仪进行二氧化碳驱除，除气后加入 1 mL 1 ∶ 1 HCl 溶液酸化、20 mL 乙醚萃取 3 次，合并乙醚相，用 20 mL 5% 的 Na2 HPO4 溶液萃取 3 次后于锥形瓶中加 热至 70 ℃ 左右，搅拌驱除乙醚后用水定容至 100 mL。饮料 1、2、3 和调色酒加标实验中，移取 5 mL 的饮料以及不同体积的 100 mg·L － 1 苯甲酸钠和山梨酸钾标准溶液于 125 mL 分液漏斗中，按前述前处 理步骤操作，最后用水定容于 100 mL 容量瓶中备用。花生酥、山楂片和蜜饯等样品先用搅碎机粉碎均 匀，准确称取 2 ～ 3 g 样品于 50 mL 烧杯中，注入适量水，超声加热提取 10 min，移入 50 mL 具塞离心 管中于 4 000 r / min 离心 8 min，吸出上清液，移入 125 mL 分液漏斗中，后续样品处理以及标准加入方 法操作同汽水和调色酒饮料样品。
目前，国内外测定山梨酸钾和苯甲酸钠的方法主要有紫外光度法［5 － ຫໍສະໝຸດ Baidu］、离子色谱法［7 － 8］、气相色
收稿日期： 2012 － 06 － 18； 修回日期： 2012 － 07 － 17 基金项目： 黑龙江省教育厅项目（ 11551508） * 通讯作者： 李秋萍，副教授，研究方向： 光谱分析，Tel： 18606093316，E － mail： liqiuping0706@ 163. com
1. 3 实验方法
1. 3. 1 苯甲酸钠与山梨酸钾标准曲线的绘制 将 “1. 2” 配制的苯甲酸钠和山梨酸钾标准储备液逐级 稀释，配制系列低浓度的单组分防腐剂标准溶液。利用紫外分光光度计，以水为空白试液，在 200 ～ 350 nm 范围内依次测量系列低浓度的标准溶液，分别在 224 nm 和 252 nm 处读取不同浓度苯甲酸钠和 山梨酸钾的吸光度，并绘制该两种防腐剂的标准曲线。 1. 3. 2 防腐剂预报模型的建立 实验按正交设计 L25 （ 52 ） 配制 25 个不同浓度比例的苯甲酸钠和山梨酸 钾混合标准溶液，使用紫外 － 可见分光光度仪在选定波长范围内扫描吸收光谱，利用偏最小二乘变量 筛选法处理光谱数据矩阵，建立防腐剂预报模型。 1. 3. 3 苯甲酸钠、山梨酸钾模拟混合试样的检测 为考察预报模型检测的准确性，实验随机配制 12 个不同浓度比例的苯甲酸钠和山梨酸钾混合标准溶液各 10 mL，在选定波长范围内扫描吸收光谱，以 水为试剂空白； 为考察该预报模型的精密度，任选一份混合标准试样在波长范围内连续扫描 11 次，以 水为试剂空白，将获得的光谱数据用防腐剂预报模型进行分析。
1558
分析测试学报
第 31 卷
2 结果与讨论
2. 1 防腐剂预报模型
2. 1. 1 测定波长范围的确定 苯甲酸钠和山梨
酸钾在紫外光区具有强吸收。因此实验使用紫外 分光光度仪对 10. 00 mg·L － 1 苯甲酸钠标准溶液 和 4. 00 mg·L － 1 山梨酸钾标准溶液在 200 ～ 350
第 31 卷 第 12 期 2012 年 12 月
分析测试学报 FENXI CESHI XUEBAO（ Journal of Instrumental Analysis）
Vol. 31 No. 12 1556 ～ 1561
吸收光谱法同时检测食品中的苯甲酸钠与山梨酸钾
李秋萍1* ，卓 婧2，周淑晶1
（ 1． 佳木斯大学 药学院，黑龙江 佳木斯 154007； 2． 福州大学 食品安全分析与检测 教育部重点实验室，福建 福州 350108）