专利名称：食品中姜黄素的快速电子吸收光谱检测方法及检测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电子吸收光谱分析技术对市场上常见的食品中姜黄素进行快速定性、定量检测的方法及其设备。
背景技术：
姜黄为姜科植物Curcuma Longa L的根茎，其主要有效成份为姜黄素(Curcumin)、去甲氧基姜黄素(Demethoxy curcumin)及去二甲氧基姜黄素(Bisdemethoxy Curcumin)，合称为类姜黄素(Curcuminoids)。一般从植物中萃取的姜黄素为这三种成份的总称。它们的分子结构见图1。此外，从植物中与类姜黄素一起萃取出的组分还有挥发油。其中主要有姜黄酮(Turmerone)、姜烯(Zingberene)、龙脑(Borneo)及少量的水芹烯、1，8--桉叶素、香桧等。
本检测方法涉及的姜黄素是一类食品添加剂产品，包括两种类型水溶性产品和油溶性产品，为上述1-3种化合物的混合物。姜黄素具有很强的着色能力，被我国列为准许使用的天然食品着色剂。我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-1996)规定姜黄素用于果汁饮料、碳酸饮料、配制酒、糖果、糕点上彩装、红绿丝、调味类罐头、青梅、冰棍时，可按生产需要适量使用；用于面包、糕点、酱腌菜时，规定使用量为0.01克/公斤。用于风味酸奶的规定使用量为0.4克/公斤。此外，联合国粮农组织与世界卫生组织于1984年规定姜黄素可用于酸黄瓜，规定使用量为0.3克/公斤。除作为食品着色剂外，姜黄素还具有清除人体内自由基、防癌、抗癌等生理功效，在医药和食品领域的应用可产生显著的经济效益。
根据我国已制定了多种姜黄素产品的标准，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。其中的产品姜黄素含量检测方法主要包括以下步骤1)乙醇萃取2)测定萃取液在类姜黄素的最大吸收波长(420nm)处的光吸收值，根据郎伯-比尔定律，采用外标或内标法计算样品中姜黄素的含量。图2为姜黄素的紫外-可见光谱吸收光谱。
应用此类方法检测食品中姜黄素含量时，最遇到的问题是食品样品的低级醇萃取物可能含有其它脂溶性色素，如黄酮类和类胡萝卜素类化合物，尤其是极性比较强的叶黄素。这些色素在类姜黄素的检测波长(420nm)处对姜黄素的吸光度测量可能形成明显的干扰(见图3)。因此，在一般测定方法中，均先采用色谱(一般为薄层层析或高压液相色谱)方法分离、纯化被检测的组分，将其它脂溶性色素除去后，才能用比色法获得准确的结果。显然，在快速检测中，无论是薄层层析还是高压液相色谱的应用均有明显的不便之处。
发明内容
本发明的目的是利用电子吸收光谱分析技术建立对市场上常见食品中的姜黄素含量进行快速检测的方法及检测设备，该方法可排除食品中常见醇溶性色素的干扰，对姜黄素作定性及定量检测，本检测设备结构简单，成本低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种食品中姜黄素的快速电子吸收光谱检测的方法，它包括以下几个步骤(1)以甲醇或乙醇萃取姜黄素；(2)收集姜黄素化合物在甲醇或乙醇中最大吸收波长在加KOH或NAOH溶液前、后的电子吸收光谱的吸收值，所述的KOH或NAOH浓度为0.03-0.04克/升；(3)加碱前最大吸收波长λ＝420nm，加碱后最大吸收波长λ’＝530nma)加碱前在最大吸收波长处的吸光值Abs420nmb)加碱前在530nm波长处的吸光值Abs530nmc)加碱后在最大吸收波长处的吸光值Abs530nm’d)加碱后在420nm波长处的吸光值Abs420nm’根据其(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值，对姜黄素进行定性鉴定，当(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1时，可判定样品中含有姜黄素。
本发明所涉及的检测方法原理为利用姜黄素类化合物在低级醇中的最大吸收波长(λmax)在碱性条件下发生“红移”的现象，收集“红移”后的吸收光谱信息，根据其“红移”前、后光谱特征的变化，对类姜黄素化合物进行定性鉴定。同时，利用“红移”后在最大吸收波长处的吸光值(Absλmax)对样品中的姜黄素进行定量检测。
本发明采用如下述步骤建立方法一、姜黄素最大吸收波长在碱性条件下“红移”现象的观察1、配制不同浓度的姜黄素(AR，北京化学试剂公司)乙醇(95％，W/W)溶液。
2、向各溶液中逐步加入KOH(AR，北京化学试剂公司)，使各溶液的碱性逐渐增强。
3、收集溶液在不同含碱量的条件下的电子吸收光谱(350-600nm)，观察乙醇溶液中KOH含量对姜黄素电子吸收光谱的影响。结果表明姜黄素在乙醇中的最大吸收波长(λmax)在碱性条件下发生向长波方向“红移”的现象。当KOH浓度达到0.03-0.04克/升时，姜黄素在乙醇中的λmax由420nm移至530nm，同时，在最大吸收波长处的光吸收值(Absλmax)未见明显变化。当KOH浓度超过1克/升时，姜黄素在乙醇中的λmax由530nm移至473nm，同时，Absλmax值未见明显变化(详见图4)。
二、检测波长的选择本方法最终选定KOH浓度为0及0.04克/升、检测波长420及530nm为对姜黄素进行定性、定量测定的条件，原因如下(1)与在强碱(2克/升)条件下的λmax＝473nm相比，弱碱(0.04克/升)条件下的λmax＝530nm与中性条件下的λmax＝420nm相差较远。在根据这两个波长设计和制造专用电子吸收光谱检测设备时，有利于简化仪器的结构(如分光结构)，可直接使用不同发光波长范围的光源(如发光二极管)做为入射光源。市场上此类现有产品的发射光谱范围较宽，一般为±20nm，但价格便宜，远低于滤光片结构的光源价格。这两个检测波长的选择，保证了仪器的低成本。
(2)0.04克/升的KOH-乙醇溶液配制容易。虽然KOH在乙醇中的溶解性远好于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、姜黄素的定性测定1、为进行定性测定，需根据姜黄素在乙醇中的λmax在碱性条件(KOH浓度为0.04克/升)下发生“红移”的现象，收集“红移”前、后的电子吸收光谱信息，主要包括(见图5)(2)“红移”前最大吸收波长λmax＝420nm。
(3)“红移”后最大吸收波长λmax’＝530nm。
(4)“红移”前在最大吸收波长处的吸光值Abs420nm。
(5)“红移”前在530nm波长处的吸光值Abs530nm。
(6)“红移”后在最大吸收波长处的吸光值Abs530nm’。
(7)“红移”后在420nm波长处的吸光值Abs420nm’。
2、定性检测可根据姜黄素在乙醇中中性条件和碱性条件下(KOH含量0.04克/升)吸收光谱特征的变化，对其进行定性判断。判断标准(1)λmax由420nm“红移”至530nm。
(2)根据其(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值，对姜黄素进行定性鉴定。当(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值大于1时，可对被测样品中的姜黄素作出肯定的定性结论。
由于黄酮类和类胡萝卜素类化合物在相同条件下其吸收光谱并未发生“红移”现象，故该方法可有效排除它们对姜黄素检测的干扰。
四、定量检测1、在溶液不含KOH的条件下，于420nm处测定不同浓度姜黄素乙醇溶液的光吸收值，每点重复3次以上，要求偏差＜0.05光密度值，计算平均值。
2、求得在420nm处溶液的姜黄素含量-光吸收值回归方程，绘制姜黄素含量-光吸收值曲线。
3、在KOH含量为0.04克/升的条件下，于530nm处测定不同浓度姜黄素乙醇溶液的光密度值，每点重复3次以上，要求偏差＜0.05光密度值，计算平均值。
4、求得在530nm处溶液的姜黄素含量-光吸收值回归方程，绘制姜黄素含量-光吸收值曲线。
5、2、4两项所得两条曲线均呈线性(R2＝0.9961-0.9991)，斜率(k)在250-265区间，见图6。
6、利用姜黄素在碱性乙醇(KOH含量为0.04克/升)条件下Abs530nm’值，应用外标法(标准曲线法)，对其进行定量测定。
7、该方法检测限为＞0.002克/升。
五、食品中姜黄素含量快速检测光度计(设备)的设计鉴于上述检测方法的原理，可在移动狭缝型可变波长紫外-可见光分光光度计的基础上进行修改，设计食品中姜黄素含量快速检测光度计。移动狭缝型可变波长紫外-可见光分光光度计的结构(见图7)食品中姜黄素含量快速检测装置(光度计)的结构见图8。
本发明的优点1、可排除食品中常见醇溶性色素(如黄酮及类胡萝卜素类物质)的干扰。
2、可在一个操作流程中对常见食品中的姜黄素同时定性、定量检测。
3、结果可靠，与现有国内执行的各种标准相比，误差小于10％。该方法为研发专用现场检测仪器提供了技术基础。
图1类姜黄素的分子结构式图2姜黄素的紫外-可见光谱吸收光谱3姜黄素、黄酮、叶黄素的紫外-可见光谱吸收光谱4乙醇溶液中KOH含量对姜黄素电子吸收光谱的影响5“红移”前、后的电子吸收光谱信息特征值示意6姜黄素浓度对碱条件下最大吸收波长处溶液光密度值的影响7可变波长移动狭缝型紫外-可见光分光光度计结构示意8本发明提供的食品中姜黄素含量快速检测设备(光度计)的结构示意9姜黄素标准曲线图1中，姜黄素 R1＝R2＝OCH3去甲氧基姜黄素 R1＝H，R2＝OCH3去二甲氧基姜黄素 R1＝R2＝H图7中，可变波长移动狭缝型紫外-可见光分光光度计结构包括以下几个部份光源，分光部份，比色部份，光电转换部份，数据处理部份。光源的光穿过窄缝照在棱镜上，经分光后的单色光束照射样品池，透射光经光电倍增管作光电转换，经数据处理得结果。
图8中，本发明提供的食品中姜黄素含量快速检测设备中，省略分光部份，而光源部份直接采用两个切换使用的发光二极管，该发光二极管的波长分别为420nm和530nm。
比较图7及8，与可变波长移动狭缝型紫外-可见光分光光度计相比，姜黄素含量快速检测光度计省去了分光结构，采用两个单色光源的发光二极管提供入射光，大大降低了仪器的成本，简化了结构。
图9中，溶剂0.04克/升浓度的KOH乙醇溶液；检测波长530nm。
具体实施例方式
实施例一测定咖喱粉中姜黄素的含量一、姜黄素的萃取1、称取市售咖喱粉1克，置于50毫升三角瓶中。
2、加入95％的乙醇(AR，北京化学试剂公司)10毫升，振荡2分钟，静置3分钟。
3、用滴管将上清液转移至50毫升容量瓶中4、重复步骤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，获得萃取液I。
二、配制0.04克/升、0.08克/升浓度的KOH(AR，北京化学试剂公司)-乙醇(95％，W/W)溶液250、50毫升。
三、标准曲线的制作1、用0.04克/升浓度的KOH-乙醇溶液配制浓度分别为0.002、0.0025、0.003、0.0035、0.004克/升的姜黄素(AR，北京化学试剂公司)标准溶液。
2、在530nm波长下测定个溶液的吸光值。
3、求姜黄素浓度-吸光值线性回归方程，绘制姜黄素浓度-吸光值标准曲线(见图8)。
四、姜黄素的定性检测1、取1毫升萃取液I，用95％乙醇稀释至5毫升，制成萃取液II。
2、取2毫升萃取液II，用95％乙醇稀释至4毫升，得到萃取液III，于420nm及530nm波长处分别测定萃取液III的吸光值Abs420nm及Abs530nm。
3、取2毫升萃取液II，用0.08克/升浓度的KOH-95％乙醇稀释至4毫升，得到萃取液IV，于530nm及420nm波长处测定溶液的吸光值Abs530nm’及Abs420nm’。
4、计算(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)的值。
5、如果(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1，则可确定萃取液I含有姜黄素，可对其进行定量测定。若(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)≤1，则萃取液I是否含有姜黄素尚需进一步鉴定。
已观察到咖喱粉萃取液的(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1，故确定其含有姜黄素，将对其进行定量测定。
五、姜黄素的定量测定根据Abs530nm’值及标准曲线计算溶液IV中的姜黄素含量，进而计算咖喱粉样品中的姜黄素含量为0.7克/公斤。
实施例二测定饼干中姜黄素的含量一、萃取1、称取市售咖喱粉10克，置于50毫升三角瓶中。
2、加入95％的乙醇(AR，北京化学试剂公司)20毫升，振荡2分钟，静置3分钟。
3、用滴管将上清液转移至50毫升容量瓶中4、重复步骤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，获得萃取液I。
二、配制0.04克/升、0.08克/升浓度的KOH(AR，北京化学试剂公司)-乙醇(95％，W/W)溶液250、50毫升。
三、标准曲线的制作-同实施例一。
四、姜黄素的定性检测-同实施例一。
已观察到饼干萃取液的(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1，故确定其含有姜黄素，将对其进行定量测定。
五、姜黄素的定量测定根据Abs530nm’值及标准曲线计算溶液IV中的姜黄素含量，进而计算饼干样品中的姜黄素含量为0.014克/公斤。
权利要求
1.一种食品中姜黄素的快速电子吸收光谱检测的方法，其特征在于它包括以下几个步骤(1)以甲醇或乙醇萃取姜黄素；(2)收集姜黄素化合物在甲醇或乙醇中最大吸收波长在加KOH或NAOH溶液前、后的电子吸收光谱的吸收值，所述的KOH或NAOH浓度为0.03-0.04克/升；(3)加碱前最大吸收波长λ＝420nm，加碱后最大吸收波长λ’＝530nma)加碱前在最大吸收波长处的吸光值Abs420nmb)加碱前在530m波长处的吸光值Abs530nmc)加碱后在最大吸收波长处的吸光值Abs530nm’d)加碱后在420nm波长处的吸光值Abs420nm’根据其(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)值，对姜黄素进行定性鉴定，当(Abs530nm’-Abs530nm)/(Abs420nm-Abs420nm’)＞1时，可判定样品中含有姜黄素。
2.根据权利要求1所述的一种食品中姜黄素的快速电子吸收光谱检测的方法，其特征在于它还包括以下步骤a)用KOH或NAOH浓度为用0.03-0.04克/升浓度的KOH或NAOH-乙醇溶液配制浓度分别为0.002-0.0045不同浓度的姜黄素标准溶液；b)在530nm波长处测定上述每个溶液的吸光值；c)求姜黄素浓度-吸光值线性回归方程，绘制姜黄素浓度-吸光值标准曲线；d)利用Abs530nm’值，采用“外标”法，对样品中的姜黄素进行定量测量。
3.一种用于食品中姜黄素的快速电子吸收光谱检测的检测设备其特征在于它包括光源，比色部份，光电转换部份，数据处理部份，所述的光源为两个具有单色光谱的发光二极管，其中一个发光二极管的波长为420nm，另一个发光二极管的波长为530nm，该光源部份设有切换开关以使两个发光二极管切换使用。
全文摘要
一种食品中姜黄素的快速电子吸收光谱检测的方法及检测设备，方法包括以下几个步骤以甲醇或乙醇萃取姜黄素；收集姜黄素化合物在甲醇或乙醇中最大吸收波长在加KOH或NaOH溶液前、后的电子吸收光谱的吸收值，所述的KOH或NaOH浓度为0.03－0.04克/升；加碱前在最大吸收波长处的吸光值Abs
文档编号G01N1/34GK1828269SQ20051005123
公开日2006年9月6日 申请日期2005年3月2日 优先权日2005年3月2日
发明者惠伯棣, 裴凌鹏, 王政, 唐秀华 申请人:北京联合大学应用文理学院