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可乐饮料中咖啡因含量的测定

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《理化检验杂志》2015年第十二期

咖啡因又名咖啡碱,属于甲基黄嘌呤的生物碱,具有一定的药理作用,能有效治疗偏头痛,具有利尿、促进胃酸分泌等功效[1]。同时咖啡因又有很强的中枢兴奋作用,大剂量或长期食用可导致失眠、激动不安、心悸,甚至可引起惊厥[2]。在人们日常饮食中,咖啡因被广泛应用于各种碳酸及功能性饮料中。目前,可乐饮料已成为人们摄入咖啡因的一个重要来源。长时间大剂量摄入咖啡因会对人体健康造成很大的影响,特别是孕妇和儿童,更需要在医生指导的咖啡因摄取含量范围内食用。我国国家标准规定可乐型饮料中咖啡因的最大使用量为0.15g•kg-1[3]。因此,建立一种简便、快速、准确的分析方法用于测定市售可乐饮料中咖啡因的含量非常重要。目前,测定饮料中咖啡因含量的方法主要有高效液相色谱法[4-6]、气相色谱法、气相色谱-质谱法[7-8]、毛细管电泳法[9]、紫外分光光度法[10]以及电化学分析方法[11]等。通常,色谱及色谱-质谱法较为准确,但往往在样品前处理中,有机溶剂消耗多,对环境和操作人员健康不利。本工作采用气相色谱-质谱法结合微型化的样品前处理方法测定可乐饮料中咖啡因的含量,有机溶剂使用量少,是一种环境友好的分析方法。

1试验部分

1.1仪器与试剂ThermoTraceGC-DSQⅡ型气相色谱-质谱联用仪;KQ-50B型超声波仪;微量进样器100μL。咖啡因标准储备溶液:100mg•L-1,以三氯甲烷为溶剂,于4℃冰箱中保存,使用时用三氯甲烷稀释至所需质量浓度。内标物储备溶液:100mg•L-1特丁基对苯二酚(TBHQ)溶液,以三氯甲烷为溶剂,于4℃冰箱中保存,使用时用三氯甲烷稀释至所需质量浓度。所用试剂均为分析纯。

1.2仪器工作条件1)色谱条件CP-SIL8CBLowBLEED/MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm,0.25μm);进样口温度250℃;载气为高纯氦气(纯度不小于99.99%),流量1.0mL•min-1;分流模式,分流比为5比1;进样量10μL。升温程序:初始温度120℃,保持2min;然后以40℃•min-1速率升温至240℃,保持4min。2)质谱条件电子轰击离子源(EI),离子源温度220℃;电子能量70eV;接口温度250℃;电子倍增电压1568V;选择离子监测模式(SIM):咖啡因检测离子m/z194,109,TBHQ检测离子m/z166,151;溶剂延迟3min。

1.3试验方法取少量可乐饮料用超声波清洗器超声脱气1~2min,用100μL微量进样器移取100μL超声脱气后的可乐饮料至小试管中,加入10mg•L-1TBHQ溶液1.00mL,振摇萃取后,取清液,在仪器工作条件下进行气相色谱-质谱联用分析。

2结果与讨论

2.1咖啡因与TBHQ定量分析的色谱质谱特征咖啡因和内标物TBHQ的定性分析是通过比较它们与标准物质的保留时间和质谱图进行指认。咖啡因的保留时间为6.00min,内标物TBHQ的保留时间为4.79min,总分析时间为9min。咖啡因与TBHQ有相近的色谱行为,且在试验条件下得到了很好的分离,因此,TBHQ可以作为咖啡因定量分析的内标物。由图1(a)可以看出:咖啡因有很强的分子离子峰m/z194和较强的碎片离子峰m/z109;图1(b)中TBHQ有中等强度的分子离子峰m/z166和较强的碎片离子峰m/z151。因此,采用选择离子模式(SIM)定量分析时,咖啡因和TBHQ的定量离子分别为m/z194,109和m/z166,151。实际样品分析中,通过比较选择离子的丰度比值与其在标准物质中的丰度比值来检测是否存在外来碎片离子的干扰。试验中,标准物质咖啡因m/z194与m/z109的丰度比为1.5387,标准物质TBHQm/z151与m/z166的丰度比为2.2036。在加入内标物TBHQ的可乐饮料中,咖啡因和TBHQ相应的选择离子丰度比分别为1.5309,2.2098,因此,在试验条件下进行定量分析时,不存在外来碎片离子的干扰。

2.2相对校正因子和检出限移取1,10,20mg•L-1等3种不同质量浓度的咖啡因标准溶液(其中每份标准溶液中内标物TBHQ的质量浓度均为10mg•L-1),分别进样10μL,连续测定3次,按式(1)计算相对校正因子(Rf)。式中:A为峰面积;w为质量浓度。3种浓度所测定的相对校正因子平均为0.5467,标准偏差为1.6%。方法的检出限为测量信号是空白样品信号(娃哈哈无咖啡因儿童可乐饮料)标准偏差的3倍所对应的被测物浓度,咖啡因的检出限(3s)为0.001mg•L-1。

2.3精密度试验为了考查本方法的重现性,分别测定了日内及日间精密度。日内精密度是通过1d之内平行测定6次实际样品,得到咖啡因和内标物TBHQ峰面积比值的相对标准偏差;日间精密度是通过连续5d测定实际样品,得到咖啡因和内标物峰面积比值的相对标准偏差。结果表明:测定咖啡因的日内精密度为1.4%,日间精密度为1.9%。

2.4样品分析及回收试验按试验方法对市售可乐饮料进行样品处理,在仪器工作条件下进行测定,可乐饮料中咖啡因及内标物TBHQ的色谱图见图2。采用内标法计算咖啡因的含量,结果见表1。在市售可乐饮料样品中加入不同浓度的咖啡因标准溶液进行加标回收试验,结果见表1。由表1可知:咖啡因的测定结果与美国饮料协会官方报道数据及其它分析方法测定的结果一致[10],官方报道咖啡因的质量浓度为:可口可乐95.7mg•L-1,百事可乐104.2mg•L-1,健怡可口可乐126.7mg•L-1。在市售的可乐饮料中,常规可口可乐咖啡因含量相对较低,而健怡的可乐饮料中咖啡因含量相对较高,回收率在95.5%~105%之间。本工作建立了简单、准确、环境友好的测定可乐饮料中咖啡因含量的气相色谱-质谱法。本方法可用于市售可乐饮料中咖啡因的测定,结果准确、可靠。

参考文献:

[1]DAGHBOUCHEY,GARRIGUESS,VIDALMT,etal.Flowinjectionfouriertransforminfrareddeter-minationofcaffeineinsoftdrinks[J].AnalyticalChemistry,1997,69(6):1086-1091.

[2]ANDERSENLF,JACOBSDRJ,CARLSEN,MH,etal.Consumptionofcoffeeisassociatedwithreducedriskofdeathattributedtoinflammatoryandcardiovas-culardiseasesintheIowawomen′shealthstudy[J].AmericanJournalofClinicalNutrition,2006,83(5):1039-1046.

[3]GB2760-2011食品添加剂使用卫生标准[S].

[4]EACOCKRE,STANKUSJJ,DAVISJM.Simulta-neousdeterminationofcaffeineandvitaminB6inener-gydrinksbyhigh-performanceliquidchromatography(HPLC)[J].JournalofChemicalEducation,2011,88(2):232-234.

[5]阿布都外力•吐尼亚孜,鹿毅,杨涛,等.反相高效液相色谱法同时测定食品中14种食品添加剂[J].分析试验室,2011,30(1):94-97.

[6]车燕妮,苏秀娟,刘新荣,等.HPLC法快速测定食品中糖精钠、苯甲酸、山梨酸和咖啡因[J].理化检验-化学分册,2005,41(1):2-5.

[7]HASSANS,SOHEILAS.Arapidandsimpledeter-minationofcaffeineinteas,coffeesandeightbevera-ges[J].FoodChemistry,2014,158(1):8-13.

[8]ZOUJian-kai,LINa.Simpleandenvironmentalfriendlyprocedureforthegaschromatographic-massspectrometricdeterminationofcaffeineinbeverages[J].JournalofChromatographyA,2006,1136(1):106-110.

[9]VOCHVANOVAB,OPEKARF,TUMAP.Simul-taneousandrapiddeteminationofcaffeinetaurineinenergydrinksbyMEKCinashortcapillarywithdualcontactlessconductivity/photometrydetection[J].E-lectrophoresis,2014,35(11):1660-1665.

[10]丁明珍,邹建凯.离心萃取-紫外光谱法测定可乐饮料中咖啡因的含量[J].分析化学,2008,36(3):381-384.

[11]信建豪,王高峰,候巧芝,等.咖啡因离子选择性电极的研究及其用于测定可乐饮料中咖啡因[J].理化检验-化学分册,2011,47(6):650-652。

作者:丁明珍 于海燕 王丹 单位:南京大学 金陵学院

理化检验杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次