利用ATR分析食用油脂和酒精饮料的单反射是否符合标签规定

简介

我们的研究计划旨在满足食品行业对质量控制和过程监控的快速环保分析方法的需求。近年来，我们还参与了FTIR方法的开发，这些方法可以帮助食品行业遵守食品标签法规。本文介绍了这类应用中的两个例子——食用油脂反式含量的测定和酒精饮料的分析。这两种分析都使用了SB-ATR样品处理附件，并用于说明SB-ATR技术在饮料和液体或半液体食品的FTIR分析中的实用性。

图1 营养标签符合美国食品药品监督管理局提出的修正案。反式脂肪含量包含在饱和脂肪的含量中。

食用油脂反式含量的测定

植物来源的脂肪和油中天然存在的双键通常具有顺式构型。然而，在工业加工过程中可能会出现大量的顺式反式异构化，加工脂肪和油中的反式异构体含量可能高达40%。近年来，饮食中的反式脂肪越来越受到营养方面的关注，尤其是作为心血管疾病的一个可能风险因素[1]。针对这一担忧，美国食品药品监督管理局于1999年末提交了一份提案，将转基因纳入食品营养标签（图1）。尽管这一建议尚未被采纳，但它激发了人们对开发准确快速的分析方法来测定食用油脂中trans含量的兴趣。

50多年来，红外光谱作为测定加工油脂反式含量的常规方法，在油脂工业中得到了广泛应用。

图2 部分氢化植物油的FTIR/SB-ATR光谱，说明非共轭反式双键在967cm-1处的特征吸收。

传统的IR反式分析是基于967cm-1处孤立（即非共轭）反式键的特征吸收强度的测量（图2），属于C-H平面外变形模式。然而，由于该波段接近1000 cm1以上的强烈吸油波段，使光谱基线失真，因此该测量的准确性受到限制。此外，该波段的测量受到三酰甘油潜在弱吸收的干扰，三酰甘油是构成所有脂肪和油的主要物种。通过将三酰基甘油转化为脂肪酸甲酯来消除这种干扰。除了这个样品制备步骤外，传统的IR方法还需要将样品定量溶解在CS2中，CS2是一种有毒且易挥发的溶剂，以便将其注入固定的全长传输池中。

最近，美国食品药品监督管理局的研究人员开发了一种新的FTIR方法，以满足快速方便地测量脂肪、油和含脂肪食品反式含量的需求[2]。在我们参与的一项国际合作研究[3]之后，美国石油化学家学会（AOCS）于1999年和官方分析化学家协会（AOAC）于2000年采用了这种方法作为官方方法。该方法的基石是（i）使用SBATR样品处理技术，使样品能够以纯净的形式（即不使用溶剂）进行分析，以及（ii）通过将样品的光谱与脂肪酸组成与样品相似的适当的无反式参考油的光谱进行比准来消除光谱干扰[4]。反式含量的测定基于967 cm-1峰的面积，由于校正了基线并通过比值程序消除了潜在的三酰甘油吸收，因此可以准确测量反式含量。合作研究中确定的定量下限为5%反式[3]。对于脂肪的分析，SB-ATR晶体须加热到65±2摄氏度，以确保样品完全熔化，因此，由于晶体的表面积小，可以实现良好的温度控制，这是这种样品处理技术的一个关键优势。此外，所需样品少于50 mL，因此该方法适用于分析从低脂食品中提取的少量脂肪。该方法简单方便，不需要样品制备，总分析时间约为2-3分钟/样品。因此，如果采用针对反式脂肪的营养标签要求的拟议修正案，它可能会在食品行业得到广泛应用。我们还证明了这种FTIR/SB-ATR分析方法扩展到脂肪和油的质量参数测定[5]，这反过来应该为FTIR/SBATR分析在脂肪和油领域的更广泛应用提供动力。

图3 乙醇/水混合物的FTIR/SB-ATR光谱用作开发用于预测蒸馏液的酒精含量的校准的标准。顶部：5%乙醇；中：20%乙醇；底部：40%乙醇。

蒸馏酒和葡萄酒中酒精含量的测定

酒精含量须在所有酒精饮料的标签上声明。这是与Thermal LubeInc联合研究的结果。（Pointe Claire，魁北克，加拿大）关于葡萄酒工业FTIR分析方法的发展，我们研究了用FTIR/SB-ATR光谱法测定葡萄酒和蒸馏酒的酒精含量。市售的FTIR葡萄酒分析仪配备了一个窄路径长度的透射池，因此，由于其强烈的红外吸收，具有高酒精和/或糖含量的样品必须在分析前稀释。将高粘性样品（如液体）注入狭窄的路径长度传输池的困难也排除了在没有事先稀释的情况下对这些样品进行分析的可能性。显然，这种对某些样品进行定量稀释的需要不仅不方便，而且可能对分析的准确性产生负面影响。由于SB-ATR分析将普遍适用于所有类型的酒精饮料，无需任何稀释，我们研究的目的之一是确定这种替代方法是否能提供令人满意的分析准确性。

为了分析蒸馏酒，通过混合乙醇和水制备了一套22个校准标准品，范围从0.1%到75%（v/v）的酒精。其中三种标准品的FTIR/SB-ATR光谱如图3所示。通过密度计分析校准标准品，获得其在参考温度15.56℃下的酒精含量值，并通过偏最小二乘（PLS）回归获得预测酒精含量的校准模型。根据AOAC官方方法982.10[6]，通过将几种品牌蒸馏酒的酒精含量预测值与密度计测定值进行比较，验证了校准模型。典型结果如表1所示，不同类型蒸馏液的预测总标准误差（SEP）为0.14%（v/v）。

随后，我们开发了PLS校准模型，用于测定葡萄酒中的各种成分，方法是使用经HPLC预分析的葡萄酒样品或“合成”葡萄酒，包括含有果糖、葡萄糖、甘油和有机酸的乙醇/水混合物，其含量为3500 3000 2500 1500 10000。图4显示了>100个葡萄酒样品的FTIR预测酒精含量与魁北克省酒精销售监管机构魁北克酒精协会（SAQ）提供的参考值的关系图。对于这组>100个验证样本，使用真实或“合成”葡萄酒得出的PLS校准模型的SEP为0.14%（v/v）。

图4 FTIR预测的108个葡萄酒样品的酒精含量与通过参考方法获得的值的关系图。

因此，FTIR/SB-ATR方法可以高精度地测定蒸馏酒和葡萄酒的酒精含量。此外，使用图5所示的派克流通式SB-ATR附件，再加上自动采样器，实现了每小时56个样本的自动分析，使该方法适用于常规应用。

图5 派克流通SB-ATR配件用于葡萄酒分析。

FTIR/SBATR光谱法预测白酒酒精含量的PLS校准模型的验证