作者:陈瑾,赵华英 (安东帕(上海)商贸有限公司,上海,200233 )
摘要:在严格的质量标准要求下,香精香料生产商必须严格控制好合成、提取和生产的工艺,以确保香精香料产品的质量。这些高要求对生产商来说是一种挑战,如天然香精香料受植物品种,气候和农业条件等因素的影响而使香精香料产品质量各异。折光指数、旋光度是表征香精香料产品质量的两个重要参数。折光、旋光测定法具有快速,无损和样品用量小等优点,该方法广泛应用于香精香料合成、生产过程控制与成品质量控制。折光测定法符合GB/T 14454.4标准, 旋光测定法符合 GB/T14454.5,ISO 592等标准。
香精香料广泛用于食品,饮料,化妆品,各种化工品等。
香精香料产品的原材料大都为天然产物,如水果、果皮、花、植物的茎、叶、种子、根、草本植物、树脂、树皮等,这些材料经加工提取后得到香精油。
人工合成香精香料的化学成分与相应的天然香精香料一致,这些芳香物质采用高精度的制造工艺及综合的质量控制。
折光指数的测量
手动阿贝折光仪
用手动阿贝折射计进行折光指数的检测,样品须放在双层棱镜之间,外接一个庞大的水浴循环进行恒温,调节到标准操作温度20℃或25℃,通过一个目镜观察一条窗口线,该窗口线显示彩色的狭缝,调整至最佳的对比度,旋转移动窗口线,使之与格子线的标线位置相一致。从刻度上就能读出折光指数,这种方法操作繁琐,测量结果因操作者目测的不同产生变化。
传统阿贝折光仪的折光率刻度值为0.001nD,而0.0002 nD是估读值。校准也应用同样的方法,读数的准确性限制在±0.0004 nD。
温度对样品折光指数的测定影响较大。样品必须平衡在标准参考温度(20℃或 25℃),其可接受的误差必须低于±0.1°C,而这种类型的仪器几乎达不到该要求。
这些误差导致样品测量结果偏离较大,严格的质量要求使手动阿贝折光仪逐渐退出了香精香料实验室。
Abbemat 系列全自动折光仪
自动数字折光仪检测折光指数是通过测量内部全反射的临界角,这样,样品颜色和浑浊度不影响测量结果。仪器几乎是无损运行,结果可直接从数字显示中读出。精密的光学和微处理机控制的数据处理功能使仪器精度达到0.00001nD,使用发光二极管(LED)作光源,平均寿命可达100000h。
新一代Abbemat 系列自动折光仪提供最高的准确度,具有下述独特特征:
- 内置帕尔贴控温,恒温样品温度,控温范围(10~85 ℃),控温准确度高达±0.03℃, 液体样品折光指数随温度的变化率为(1 ~ 8 )*10-4nD/ ℃。
- 第二个内置帕尔贴控温光学部件,使折光仪整个光学部件恒定在20℃±0.03℃,不受测量和周围环境温度的影响。
- 折光指数不受样品颜色和浊度的影响。
- Abbemat系列自动折光仪的棱镜材质:YAG (用于激光发生器的钇铝石榴石),接近钻石硬度,长期使用无磨损,无划痕。
4. 样品用量少,最小体积为0.2mL。
图1:Abbemat 自动折光仪测试主界面
旋光度/ 比旋度的测定
大部分香精香料具有光学活性,即线性偏振光通过这些物质时振动平面会发生旋转,旋转角度与旋光活性物质的浓度,测试波长,样品温度和光程长度有关。样品的比旋度、浓度可用毕奥(Biot)公式由测定的旋光度计算得到,每种物质的比旋度是特定的,可进行样品纯度,浓度等的表征。
α:旋光度
C:试样的质量浓度,单位 g/l (1000ml),若试样为纯液体则为密度
l :光程长度,单位 dm;T :样品温度;λ:波长
传统旋光仪的精度限制在0.01° 旋光度,按照测试标准方法,使用100mm光程长度的旋光管,传统的这种旋光管体积为8~10ml,不适于贵重香精香料的测量。使用光程长度短的旋光管时,传统旋光仪的精度不足以达到旋光测量所需要求。
MCP 系列全自动旋光仪可直接恒温,快速、无损地测定样品的旋光度,测量精度高,旋光度最高精度可达0.0001° 。
香精香料旋光度受温度影响很大,如香精油等,内置的Peltier半导体控温系统,控制样品温度,控温范围15~45 ℃,最高控温精度达 0.01℃。
MCP系列旋光仪允许样品的光密度(OD)值为4 (589nm), 880nm下OD值可达6。对深色样品的测量,可得出稳定的旋光度及比旋度。
MCP系列旋光仪内置软件可支持直观的菜单导航,逐步引导客户。可触摸屏或按键操作使用旋光仪。MCP系列仪器配备RS232,CAN bus,VGA,以太网及4个USB连接口等。
根据ISO/DIN和欧盟EN标准的质量保障规则,提供出厂鉴定或PTB(德国国家标准研究院)鉴定的标准石英管,以检查旋光度,直接校正旋光仪。
全自动质量控制系统----折光、旋光仪联用测定技术
对于香精香料的质量控制,尤其合成香料,通常需要进行折光指数和旋光度测量,安东帕的Abbemat 系列自动折光仪与MCP 系列自动旋光仪可联用,组成一套全自动测量的组合系统。
实例介绍:
合成香料通常按有机化合物的官能团分类,主要有烃类、醇类、醚类、酸类、酯类、内酯类、醛类、酮类、缩醛(酮)类、腈类、酚类、杂环类及其他各种含硫含氮化合物。各种合成香料的分子量一般不超过300,挥发度与香气的持久性相关。分子结构细微不同会导致香气的差异,如左旋香芹酮有留兰香的特征香气,而右旋体为葛缕子香,因此用途也不一样。
使用旋光-折光联用系统,得出结果如下:
检查项目 | 左旋香芹酮 | 右旋香芹酮 |
折光率(nD) | 1.49917 | 1.49903 |
旋光度(°C=10%) | -0.568 | 0.581 |
图3:旋光-折光联用系统
图2:旋光、折光联用系统操作界面
结论:
1. 本文简要的介绍了香精香料产品主要的质量表征参数,如折光指数,旋光度。结合香精香料的行业标准,利用现代化、高精度的折光仪,旋光仪设备对样品进行准确的测量表征与质量控制,并对一些测量参数进行阐述与分析。
2. 对于有光学活性的香精香料的质量表征,需同时测定折光指数与旋光度,以鉴定样品的物理纯度与光学纯度。
3. 随着生产过程控制的自动化,也可利用在线旋光仪、在线密度/ 浓度仪、在线折光仪对香精香料合成、生产过程进行实时在线监控与反馈。
安东帕(上海)应用实验室:Tel :(+86) 21 64855000 E-mail: agatha.zhao@anton-paar.com
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