一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法
【专利摘要】本发明提供了一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，将果冻冷冻后提取果冻样本，采集已知的待测组分以及含有待测组分的果冻样本的多波长色谱数据；扣除果冻样本色谱数据中与待测组分具有相同出峰保留时间的数据；合并多个果冻样本的扣除待测组分的色谱数据，得到不含被测组分的本底光谱数据库，计算主成分数目；用奇异值分解结合主成分数目对本底数据库降维，即可得到数据量较小的本底数据库；运用空间夹角判据计算果冻样本中待测组分的含量，从而实现果冻样本中待测组分的定量。本发明分析效率高、操作强度小，分析成本低，可降低机时和试剂损耗，稳健性好，方法简单，非常适合于同类大批量样本的快速分析测定。
【专利说明】一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于色素和防腐剂含量测定方法领域，尤其涉及一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法。
【背景技术】
[0002]果冻中最为常用的色素包括柠檬黄和日落黄，最常用的防腐剂为山梨酸钾。目前，对这些色素和防腐剂检测分析的主要方法为色谱类方法，包括薄层色谱法、高效液相色谱(HPLC)、高效液相色谱-质谱联用法和毛细管电泳法等。高效液相色谱法是当前使用最广泛的方法，具有操作简便、灵敏度高等优点，但是，采用色谱方法的主要限制是需要分离时间,例如HPLC分析一个样本的分离时间接近15?20分钟，大批量样本的分析效率低，操作强度大，对于大批量样本的分析操作，流动相等试剂损耗大，分析成本高；并且果冻提取液须经过0.22 μ m滤膜过滤才能上液相测定，水系和有机系滤膜都会吸附待测组分中的色素，造成测定值比实际值偏低。此外，果冻中色素提取法有国标法，加热法，超声法等，国标法采用聚酰胺粉吸附洗脱提取果冻中的色素和防腐剂需要的时间长，操作繁琐；加热法和超声法对果冻中色素和防腐剂的提取率低，且须经过12000r/min离心10分钟，才能将果冻中的凝胶多糖等物质与色素和防腐剂分离。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，旨在解决现有果冻中色素、防腐剂等的分析效率低、操作强度大以及分析成本高等问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，包括以下具体步骤:采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据；
[0005]将所述果冻样本的色谱数据中与待测组分具有相同出峰时间的色谱数据扣除，将剩余色谱数据存为本底光谱数据库并将各本底光谱数据库合并为本底光谱数据库W ;计算主成分数目q ;用奇异值分解结合主成分数目q对本底光谱数据库W降维，得到数据量较小的本底光谱数据库N ；
[0006]获取待测组分的标准光谱数据库V ；
[0007]获取果冻样本的光谱数据a ；
[0008]将所述本底光谱数据库N、标准光谱数据库V以及市售果冻样品光谱数据a导入计算平台，应用向量-子空间夹角判据算法算出果冻样本中待测组分的实际含量。
[0009]优选地，所述采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据的步骤之前还包括步骤:将果冻产品均质后加入20% (v/v)乙醇水溶液混匀置于_20°C?_30°C温度下冷冻，然后取出抽滤、水淋洗并定容得到待测的果冻样品；其中，所述果冻产品与20% (v/v)乙醇水溶液的质量体积比为(30?60) g: (15?30) mL。
[0010]优选地，所述采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据包括以下具体步骤:
[0011]将果冻样本经高效液相色谱分析，采集多个果冻样本的多波长光谱数据，该光谱数据为波长、时间和光强度构成的数据阵列；
[0012]将待测组分经高效液相色谱分析，采集待测组分的多波长光谱数据，该光谱数据为波长、时间和光强度构成的数据阵列；
[0013]分别将采集所得的果冻样本和待测组分的多波长光谱数据由光强数据格式转化成不同时间下多波长下的吸光度值。
[0014]优选地，所述计算主成分数目q包括以下具体步骤:
[0015]在果冻样本光谱中添加白噪声蔽不均匀噪声和非线性因素的干扰，以二阶差分值序列的折点判断独立变量数目，得到体系主成分数目q。
[0016]优选地，所述用奇异值分解结合主成分数目q对本底光谱数据库W降维，得到数据量较小的本底光谱数据库N包括以下具体步骤:
[0017]应用函数[U，S，V]=svd (W)对本底光谱数据库W进行奇异值分解降维，分解后得到m阶行正交矩阵U、n阶列正交矩阵V以及奇异值矩阵S，取U的前q列，为降维后的本底数据库N。
[0018]优选地，所述获取待测组分的标准光谱数据库V包括以下具体步骤:
[0019]分别配制一系列不同浓度待测组分溶液，分别记录各溶液的浓度和190nm~780nm波长范围光谱，将不同浓度的待测组分的多波长光谱数据记入标准光谱数据库，选择230nm~600nm波长范围光 谱，经多变量最小二乘回归后得到待测组分的标准光谱数据库
Vo
[0020]优选地，所述获取果冻样本的光谱数据a包括以下具体步骤:将所述果冻样本定量定容后，依照吸光度的线性范围，采用多波长紫外-可见光纤光谱仪进行光谱测量，得到果冻样本的光谱数据a。
[0021]优选地，将所述本底光谱数据库N、标准光谱数据库V以及光谱数据a导入计算平台，应用向量-子空间夹角判据算法算出果冻样本中待测组分的实际含量包括以下具体步骤:
[0022](I)依据定量精度设定扣减步长Λ ；
[0023](2)在函数Yi = a^+bi中带入较大的乂1值，得到V1 ;其中Ji为在i波长下待测组分的吸光度值，a,, h是常数，X表示色素或防腐剂的浓度，V1表示在浓度为X1时待测组分的多波长吸光度值I1, V1为所有的Ji值组成的矩阵；
[0024](3)从所述果冻样本的光谱数据a中扣除V1/△，扣除后的变量为da ;把本底光谱数据库N和变量da合并后记为对比空间M,计算对比空间M与V1夹角；
[0025](4)从待测果冻样本光谱数据a中逐步扣除V1后，重复步骤(3)；
[0026](5)当所述果冻样本中的待测组分完全被扣除后比对空间M和待测组分的光谱向量V1空间夹角值会出现最大值Θ _，记录空间夹角最大值Θ _出现时对应的扣减步数入，通过待测组分的浓度X1和扣减步数λ，计算果冻样本中待测组分的含量Y1，用函数关系定义为=Yl=X1X λ/Λ ；
[0027](6)比较Y1值与X1值的差值，该差值大于误差允许范围，则带入一个与Y1值相接近的X2进入步骤(2)中重新计算。
[0028]优选地，所述待测组分为柠檬黄、日落黄和山梨酸钾中的至少一种。
[0029]本发明克服现有技术的不足，提供一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，实现采用一种新的果冻冷冻提取方法，这能将色素和防腐剂与果冻中的凝胶多糖类物质快速分离，然后通过采集已知的待测组分的多波长色谱数据，记录待测组分的出峰时间；采集含有待测组分的多组分果冻样本的多波长色谱数据；扣除果冻样本色谱数据中与待测组分具有相同保留时间的数据；合并多个样本的扣除待测组分的色谱数据，得到不含被测组分的本底数据库，计算主成分数目；用奇异值分解结合主成分数目对本底数据库降维，即可得到数据量较小的本底数据库，最后运用空间夹角判据计算多组分果冻样本中待测物质的含量，从而实现多组分混合体系中待测组分的定量。本发明操作简便，提取率与国标法相当或闻于国标法。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明实实施例中果冻中色素和防腐剂快速测定的方法的流程示意图；
[0031]图2是本发明实施例中果冻样本的多波长光谱数据经过格式转化成后的二维谱图；
[0032]图3是本发明实施例中果冻样本对照品在254nm处的高效液相色谱图；
[0033]图4是本发明实施例中果冻样本在254nm处的高效液相色谱图；
[0034]图5是本发明实施例中空间夹角值与扣减次数之间的曲线图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036]一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，如图1所示，包括以下具体步骤:
[0037]S1、采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据。
[0038]在步骤SI中，待测组分分别为柠檬黄、日落黄和山梨酸钾溶液，果冻样本中含有朽1檬黄、日落黄和山梨酸钾成分。
[0039]更具体的，步骤SI包括以下操作步骤:
[0040]S1A、待测样本处理:
[0041]果冻样品的处理:称取一定量果冻，在匀浆机中均质，称取均质后的果冻30克，力口入15mL体积分数为20%的乙醇水溶液混匀，倒入一次性塑料杯中，置于_20°C?_30°C冰箱中冷冻2h，冷冻处理后色素和防腐剂与果冻中的凝胶多糖类物质快速分离。取冷冻后的果冻冰渣快速抽滤，用约IOmL蒸馏水分三次淋洗，合并滤液转移至25mL容量瓶中，定容，得到待测的果冻样品。
[0042]此外，果冻样品的处理还可以通过以下方法制备:称取一定量果冻在均质机中均质，称取均质后果冻样品30?60克，加入15?30mL20%的乙醇水溶液混匀，倒入一次性塑料杯中，置于_20°C?_30°C冰箱中冷冻2h。取冷冻后的果冻冰渣快速抽滤，用约10?20mL水，分三次淋洗，合并滤液转移至25mL?50mL容量瓶中，定容，得到待测溶液。由于山梨酸钾在多波长紫外-可见光纤光谱仪上的响应值较高，线性范围较窄，需根据实际测定情况将样品稀释25倍左右测定。
[0043]待测组分的处理:配制30 μ g/mL柠檬黄、30 μ g/mL日落黄、10 μ g/mL山梨酸钾混合水溶液作为待测组分。
[0044]SIB、获取光谱数据
[0045]将制得待测组分和果冻样品用高效液相色谱分析，获取被测组分色素和防腐剂的多波长光谱数据，即由波长、时间和光强度构成的数据阵列。其中，高效液相色谱条件为:
[0046]色谱柱:C18色谱柱(4.6mmX 250mm, 5 μ m)；
[0047]梯度洗脱，流动相:
[0048]0.01 ?9.0Omin,乙臆:0.04mol/L 乙酸铵水溶液=10:90 (V/V)；
[0049]9.01 ?20.0Omin,乙臆:0.04mol/L 乙酸铵水溶液=40:60 (V/V)；
[0050]20.01 ?35.0Omin,乙腈:水=10:90 (V/V)；
[0051]35.01 ?60.0Omin,乙腈:水=95:5 (V/V)；
[0052]流速lmL/min ;进样量:20 μ L ;柱温:20°C ;紫外检测波长:190?780nm。
[0053]SIC、转化数据格式:
[0054]将步骤SlB中所得的果冻样本的多波长光谱数据和待测组分的多波长光谱数据由光强数据格式转化成不同时间下多波长下的吸光度值，如附图2所示，转化后的数据的每一行代表一个波长下的色谱数据，每一列代表一个时刻下洗脱出来物质的光谱数据。步骤SlB中的果冻样本的光强数据经数据转化后得到果冻样本的色谱数据；待测组分的光强数据经数据转化后得到色素和防腐剂标准物质的色谱数据。
[0055]S2、将所述果冻样本的色谱数据中与待测组分具有相同出峰时间的色谱数据扣除，将剩余色谱数据存为本底光谱数据库并将各本底光谱数据库合并为本底光谱数据库W ；计算主成分数目q ;用奇异值分解结合主成分数目q对本底光谱数据库W降维，得到数据量较小的本底光谱数据库N。
[0056]在步骤S2中，具体的包括以下具体步骤:
[0057]S2A、获取不含待测组分的背景的光谱数据
[0058]确定被测组分、被测组分与本底组分完全分离的高效液相色谱条件。在此条件下对样本进行分析，得到待测的果冻样本和待测组分的对照品样本的高效液相色谱图。如附图3和4所示，其中，附图3为待测组分对照品在254nm处的高效液相色谱图，在附图3中，A为朽1檬黄、B为山梨酸钾、C为日落黄,两种色素的出峰时间分别为朽1檬黄4.678min、日落黄16.299min，防腐剂山梨酸钾6.799min ;附图4为果冻样本在254nm处的高效液相色谱图，经分析对比，附图4中A为柠檬黄、B为山梨酸钾、C为日落黄，其他的色谱峰为果冻样本中相对于色素或防腐剂的本底物质。从果冻样本的色谱图中分别扣除与色素或防腐剂标准物质具有相同保留时间的光谱数据，其余数据存入本底光谱数据库中；合并多个果冻样本的本底光谱数据库构成本底光谱数据库W ；
[0059]S2B、本底光谱数据库的降维
[0060]在步骤S2A中得到的本底光谱数据库W数据量大，会导致计算量很大。将步骤步骤S2A中所得的本底光谱数据库W进行奇异值分解，根据体系主成分数目去q将本底光谱数据库W降到适当的维数，得到本底光谱数据库N。其中，所述的体系主成分数目q确定的方法为:
[0061]在标准化的果冻样本光谱中添加一定强度的白噪声蔽不均匀噪声和非线性因素的干扰，以二阶差分值序列的折点判断独立变量数目，得到体系主成分数目q。[0062]所述的将本底光谱数据库W降到适当的维数的方法如下:
[0063]应用[U，S，V] =svd (W)对本底光谱数据库W进行奇异值分解降维，分解后得到m阶行正交矩阵U、n阶列正交矩阵V和奇异值矩阵S，取U的前q列，为降维后的本底数据库N。
[0064]S3、获取待测组分的标准光谱数据库V。
[0065]步骤S3包括以下具体步骤:分别配制一系列浓度为3.0 μ g/mL~30.0 μ g/mL的柠檬黄和日落黄标准溶液，以及1.0 μ g/mL~10.0 μ g/mL的山梨酸钾标准溶液，分别记录各溶液的浓度和190nm~780nm波长范围光谱，记入标准光谱数据库。选择230nm~600nm波长范围光谱，经多变量最小二乘回归后得到色素和防腐剂的标准光谱数据库V。
[0066]S4、获取果冻样本的光谱数据a。
[0067]将步骤SlA处理得到的果冻样品依照吸光度的线性范围，定量移取滤液，用水稀释定容至5~25mL容量瓶中，采用多波长紫外-可见光纤光谱仪进行光谱测量，得到待测果冻样本光谱数据a。
[0068]S5、将所述本底光谱数据库N、标准光谱数据库V以及果冻样本光谱数据a导入计算平台，应用向量-子空间夹角判据算法算出果冻样本中待测组分的实际含量。
[0069]在步骤S5中，分别将上述步骤中得到的本底光谱数据库N、标准光谱数据库V、待测果冻样本光谱数据a导入计算平台，应用向量-子空间夹角判据算法将待测果冻样本光谱扣减色素(防腐剂)的标准光`谱，得出待测样本中色素(防腐剂)的实际含量。
[0070]更具体的，步骤S5包括以下具体步骤:
[0071](I)依据定量精度设定扣减步长Λ (本实施例为1000);
[0072](2)在算式Ji = a^+bi中带入较大的X1值，得到V1,其中,所述的Ji表示在i波长下色素(防腐剂)的吸光度值，Bi^bi是常数，X表示色素(防腐剂)的浓度，V1表示在浓度为X1时色素(防腐剂)的多波长吸光度值y1; V1为所有的Ji值组成的矩阵；
[0073](3)从待测果冻样本光谱数据a中扣除V1/Λ (本实施例是扣除ν/1000)，扣除后的变量记为da ;把本底光谱数据库N和变量da合并后记为对比空间M，计算对比空间M与V1夹角；
[0074](4)从待测果冻样本光谱数据a中逐步扣除V1后，重复步骤(3)；
[0075](5)当待测果冻样本中的色素(防腐剂)完全被扣除后比对空间M和色素(防腐剂)的光谱向量V1空间夹角值会出现最大值Θ max，记录空间夹角最大值Θ max出现时对应的扣减步数λ，(参见图5，图5为空间夹角值与扣减次数之间的曲线图，由图5可以发现，出现最大夹角时的扣减步数为822)，这时通过色素(防腐剂)的浓度X1和扣减步数果冻样本中色素(防腐剂)的含量Y1 ;计算式SY1=X1X λ/△，得到Yl即为待测果冻样品中色素(防腐剂)的含量值。若Y1值与X1值相差较大，则带入一个与Y1相接近的X2重新计算。
[0076]为了验证本发明实施例测定结果的准确性，在本发明中选择了五种市售的果冻的样本，通过高效液相色谱-紫外可见光纤光谱仪联用建立本地数据库后，用本发明实施例公开的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法同时测定果冻样本中色素和防腐剂的含量，并和高效液相色谱法结果比较，测定结果如下表1~表3所示:
[0077]表1两种方法测定果冻样本中柠檬黄的含量
[0078]
【权利要求】
1.一种果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于包括以下具体步骤: 采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据； 将所述果冻样本的色谱数据中与待测组分具有相同出峰时间的色谱数据扣除，将剩余色谱数据存为本底光谱数据库并将各本底光谱数据库合并为本底光谱数据库W ;计算主成分数目q ;用奇异值分解结合主成分数目q对本底光谱数据库W降维，得到数据量较小的本底光谱数据库N ； 获取待测组分的标准光谱数据库V ; 获取果冻样本的光谱数据a ； 将所述本底光谱数据库N、标准光谱数据库V以及光谱数据a导入计算平台，应用向量-子空间夹角判据算法算出果冻样本中待测组分的实际含量。
2.如权利要求1所述的果冻中色素和防腐剂的快速测定方法，其特征在于，所述采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据的步骤之前还包括步骤: 将果冻产品均质后加入20% (v/v)乙醇水溶液混匀置于_20°C~_30°C温度下冷冻，然后取出抽滤、水淋洗并定容得到待测的果冻样品；其中，所述果冻产品与20% (v/v)乙醇水溶液的质量体积比为(30~60) g: (15~30) mL。
3.如权利要求2所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，所述采集果冻样本以及待测组分的多波长色谱数据包括以下具体步骤: 将果冻样本经高效液相色谱分析，采集多个果冻样本的多波长光谱数据，该光谱数据为波长、时间和光强度构成的数·据阵列； 将待测组分经高效液相色谱分析，采集待测组分的多波长光谱数据，该光谱数据为波长、时间和光强度构成的数据阵列； 分别将采集所得的果冻样本和待测组分的多波长光谱数据由光强数据格式转化成不同时间下多波长下的吸光度值。
4.如权利要求3所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，所述计算主成分数目q包括以下具体步骤: 在果冻样本光谱中添加白噪声蔽不均匀噪声和非线性因素的干扰，以二阶差分值序列的折点判断独立变量数目，得到体系主成分数目q。
5.如权利要求4所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，所述用奇异值分解结合主成分数目q对本底光谱数据库W降维，得到数据量较小的本底光谱数据库N包括以下具体步骤: 应用函数[U，S，V]=svd (W)对本底光谱数据库W进行奇异值分解降维，分解后得到m阶行正交矩阵U、n阶列正交矩阵V以及奇异值矩阵S，取U的前q列，为降维后的本底数据库N。
6.如权利要求5所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，所述获取待测组分的标准光谱数据库V包括以下具体步骤: 分别配制一系列不同浓度待测组分溶液，分别记录各溶液的浓度和190nm~780nm波长范围光谱，将不同浓度的待测组分的多波长光谱数据记入标准光谱数据库，选择230nm~600nm波长范围光谱，经多变量最小二乘回归后得到待测组分的标准光谱数据库Vo
7.如权利要求6所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，所述获取果冻样本的光谱数据a包括以下具体步骤: 将所述果冻样本定量定容后，依照吸光度的线性范围，采用多波长紫外-可见光纤光谱仪进行光谱测量，得到果冻样本的光谱数据a。
8.如权利要求7所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，将所述本底光谱数据库N、标准光谱数据库V以及光谱数据a导入计算平台，应用向量-子空间夹角判据算法算出果冻样本中待测组分的实际含量包括以下具体步骤: (1)依据定量精度设定扣减步长Δ； (2)在函数Yi= a^+bi中带入较大的乂1值，得到V1 ;其中,Yi为在i波长下待测组分的吸光度值，a,, h是常数，X表示色素或防腐剂的浓度，V1表示在浓度为X1时待测组分的多波长吸光度值I1, V1为所有的Ji值组成的矩阵； (3)从所述果冻样本的光谱数据a中扣除V1/Λ，扣除后的变量为da;把本底光谱数据库N和变量da合并后记为对比空间M，计算对比空间M与V1夹角； (4)从待测果冻样本光谱数据a中逐步扣除V1后，重复步骤(3)； (5)当所述果冻样本中的待测组分完全被扣除后比对空间M和待测组分的光谱向量V1空间夹角值会出现最 大值，记录空间夹角最大值θ_出现时对应的扣减步数λ，通过待测组分的浓度X1和扣减步数λ，计算果冻样本中待测组分的含量Y1，用函数关系定义为:Y1=X1 X λ / Δ ; (6)比较Y1值与X1值的差值，该差值大于误差允许范围，则带入一个与Y1值相接近的X2进入步骤(2)中重新计算。
9.如权利要求1至8任一项所述的果冻中色素和防腐剂快速测定的方法，其特征在于，所述待测组分为柠檬黄、日落黄和山梨酸钾中的至少一种。
【文档编号】G01N30/88GK103823004SQ201310699118
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】粟晖, 刘柳, 姚志湘, 陈成, 马贵辉 申请人:广西科技大学