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        醬油中內(nèi)源性苯甲酸本底含量調(diào)查與溯源分析

        2021-11-05 10:48:28李國輝王道兵岳紅衛(wèi)武竹英鐘其頂
        食品科學 2021年20期
        關鍵詞:苯丙氨酸苯甲酸微量

        李國輝,班 楠,王道兵,常 迪,岳紅衛(wèi),武竹英,鐘其頂,

        (1.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院,北京 100015;2.北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院,北京 101300)

        苯甲酸及其鈉鹽是目前國際上應用最廣、用量最大的食品防腐劑[1],GB 2760—2014《食品添加劑使用標準》[2]中規(guī)定,苯甲酸及其鈉鹽可作為防腐劑,用于碳酸飲料、配制酒等22 類食品中,最大使用量范圍為0.2~2.0 g/kg(以苯甲酸計)。然而,在自然條件下,苯甲酸又是許多植物的次級代謝產(chǎn)物[3-8]。據(jù)食品添加劑聯(lián)合專家委員會(Joint FAO/WHO Expert Committeeon Food Additives,JECFA)報告,在谷物、蔬菜、水果、堅果、豆類等食品中天然存在一定量的苯甲酸,尤以漿果含量最高[1,5-6]。在雜食和食草動物的內(nèi)臟、肌肉以及乳類及其制品中也天然存在微量的苯甲酸。JECFA根據(jù)9 個國家提供的數(shù)據(jù)對苯甲酸鹽通過食物的攝入量進行了評估,其中醬油是我國居民苯甲酸鹽攝入的主要來源,澳大利亞、新西蘭、法國、英國和美國主要通過軟飲料攝入苯甲酸鹽[1]。

        醬油是我國居民攝入苯甲酸的主要來源,GB 2760—2014中要求苯甲酸在醬油中的最大使用量為1.0 g/kg。在“健康中國2030”的大背景下,零添加醬油以其不添加外源物質(zhì)的創(chuàng)新特質(zhì)受到廣大消費者青睞。但從目前對于零添加醬油的調(diào)查結果看,醬油中存在微量的苯甲酸本底。由于醬油中允許添加外源苯甲酸,零添加醬油中是否存在人為添加苯甲酸的可能性,目前尚不明確,也給食品安全監(jiān)管部門以及相關生產(chǎn)企業(yè)帶來很大的困擾。為確保零添加醬油市場有序發(fā)展,解決醬油行業(yè)發(fā)展所面臨的微量苯甲酸以及市場監(jiān)管問題,本研究旨在明確醬油中內(nèi)源性微量苯甲酸的含量水平,闡明內(nèi)源性苯甲酸的生成途徑及變化規(guī)律,為零添加醬油的市場監(jiān)管提供基礎數(shù)據(jù),支撐醬油行業(yè)有序發(fā)展。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        醬油原料(小麥、大豆、水)和生產(chǎn)過程樣品:落黃(各原料經(jīng)前處理、混合后,剛進入發(fā)酵罐時的樣品)、過程油(發(fā)酵過程中壓榨抽提的醬油,第1次抽提簡稱為頭油,第2次抽提簡稱為二油、第3次抽提簡稱為三油)、醬油原油(簡稱為原油)以及部分零添加醬油預售品和成品采自某知名醬油企業(yè),部分不同生產(chǎn)企業(yè)的常規(guī)醬油和零添加醬油購自超市。

        苯丙氨酸(純度≥99.8%)、苯甲酸(純度≥ 99.8%)、甲醇(分析純)、乙腈(分析純) 上海安譜實驗科技股份有限公司;異硫氰酸苯酯(分析純) 美國Sigma公司;亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、三乙胺、乙酸鈉、乙酸、鹽酸、正己烷(均為分析純) 北京化工廠有限責任公司;蔗糖(IAEA-CH-6,參考值(-10.449±0.2)‰) 國際原子能機構。

        1.2 儀器與設備

        2695高效液相色譜儀(配紫外檢測器) 美國Waters公司;3k15高速離心機 德國Sigma公司;ME104E萬分之一天平 瑞士梅特勒-托利多公司;Vortex-Genie 2渦旋振蕩器 美國Scientific Industries 公司;1260 Infinity II制備液相色譜儀 美國安捷倫 公司;Flash 2000-Delta V元素分析儀-穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀 美國賽默飛世爾科技公司;KQ-500DE型數(shù)控超聲清洗器 昆山市超聲儀器有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 苯甲酸含量測定

        采用GB 5009.28—2016《食品中苯甲酸、山梨酸和糖精鈉的測定》[9]中液相色譜法進行。

        1.3.2 苯丙氨酸含量測定

        參考QB/T 4356—2012《黃酒中游離氨基酸的測定 高效液相色譜法》[10]進行測定。液體樣品取1.00 mL于10 mL容量瓶中,用0.1 mol/L鹽酸定容至刻度(固體樣品粉碎或勻漿后取2.50 g于50 mL帶蓋離心管中,加入25 mL 0.1 mol/L鹽酸,超聲提取30 min,離心,取上清液500 μL),進行測定并定量。

        1.3.3 苯甲醛含量測定

        采用液相色譜法[11],液體樣品取10 mL醬油樣品,50%甲醇溶液定容于50 mL容量瓶中(固體樣品粉碎或勻漿后取2.5 g于50 mL帶蓋離心管中,加入50%甲醇溶液,超聲提取30 min,離心),過0.22 μm濾膜后經(jīng)高效液相色譜測定。

        色譜條件:C18色譜柱,柱溫30 ℃;流動相為甲醇-水(35∶65,V/V),流速0.8 mL/min;紫外檢測器,波長250 nm;進樣量20 μL。

        1.3.4 樣品中苯甲酸穩(wěn)定碳同位素比值(δ13C)測定

        采用GB 5009.28—2016[9]方法對樣品中苯甲酸進行提取,采用制備液相色譜儀對提取液中苯甲酸進行分離并收集,收集液經(jīng)冷凍干燥后使用100 μL 0.1 mol/L的鹽酸溶液進行復溶,復溶后的溶液經(jīng)元素分析儀-穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀分析苯甲酸的δ13C值。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        實驗數(shù)據(jù)用SPSS 19.0統(tǒng)計分析,采用Origin 8.5 作圖。

        2 結果與分析

        2.1 醬油中苯甲酸的含量

        在醬油生產(chǎn)企業(yè)采集不同批次的成品零添加醬油8 份,零添加醬油預售品8 份,醬油原油32 份,分別分析其苯甲酸含量,結果見表1。醬油原油中,苯甲酸含量范圍為7.52~14.44 mg/kg,均值為11.61 mg/kg;零添加醬油預售品中,苯甲酸含量范圍為9.43~17.09 mg/kg, 均值為13.31 mg/kg;市售零添加醬油成品中,苯甲酸含量范圍為12.53~14.23 mg/kg,均值為13.25 mg/kg; 在所有的48 份企業(yè)零添加原始樣品中,苯甲酸含量范圍為7.52~17.09 mg/kg,均值為12.72 mg/kg。 所有樣品中苯甲酸的檢出率為100%,表明在醬油生產(chǎn)過程中存在自然生成的微量苯甲酸,所有樣品中苯甲酸含量小于20 mg/kg,可初步認為醬油生產(chǎn)過程中微量苯甲酸的本底值或在20 mg/kg以內(nèi),遠低于GB 2760—2014中對于醬油中苯甲酸最大使用量1 000 mg/kg。同樣參考GB 2760—2014中對于苯甲酸最大使用量要求,最低為碳酸飲料200 mg/kg,基本可以認為含量低于20 mg/kg不具備實際防腐能力。

        表1 醬油中苯甲酸含量 Table 1 Benzoic acid concentration in soy sauce mg/kg

        2.2 醬油生產(chǎn)過程中苯甲酸本底跟蹤分析

        上述分析可知,醬油原油中存在微量苯甲酸,均值為10.17 mg/kg,由于是企業(yè)直接采樣,排除人為添加苯甲酸的可能,因此醬油原油中微量苯甲酸來源于生產(chǎn)過程。本研究系統(tǒng)分析醬油生產(chǎn)過程(原料、落黃、過程油)中苯甲酸的動態(tài)變化,結果見表2。

        表2 醬油生產(chǎn)過程中苯甲酸含量跟蹤分析 Table 2 Analysis of benzoic acid content during the production process of soy sauce mg/kg

        3 種原料中,大豆的苯甲酸含量最高,均值為14.57 mg/kg,小麥次之均值為7.58 mg/kg,釀造用水中未檢出苯甲酸。大豆和小麥中的苯甲酸應該為植物生長過程中的次生代謝產(chǎn)物,相關文獻已有報道[3,12-15]。大豆和小麥的苯甲酸均值為11.07 mg/kg,考慮醬油的實際生產(chǎn),大豆用量遠高于小麥,按大豆用量90%計算,醬油生產(chǎn)過程中原料帶入的苯甲酸含量約為13.87 mg/kg,略高于醬油原油中苯甲酸的含量均值。認為醬油中微量苯甲酸主要來源于原料大豆和小麥帶入。

        對醬油生產(chǎn)過程中落黃和過程油中苯甲酸含量進行跟蹤分析可知,落黃樣品中,苯甲酸含量范圍為7.11~21.94 mg/kg,均值為13.23 mg/kg,基本和原料中苯甲酸含量均值13.87 mg/kg一致;不同階段的過程油中苯甲酸含量范圍為7.36~16.00 mg/kg,均值為 12.08 mg/kg,略高于最終原油中苯甲酸的均值11.61 mg/kg, 接近于零添加醬油成品和預售品中苯甲酸均值13.31 mg/kg和13.25 mg/kg。

        2.3 貯存時間對醬油中苯甲酸本底含量的影響

        上述分析表明,醬油中存在微量的苯甲酸本底值,且預售零添加醬油和成品零添加醬油中苯甲酸含量略高于原油,分析可能為零添加醬油所選擇的過程油批次(頭油、二油、三油)不同以及醬油貯存階段苯甲酸會有微量增加。本實驗對不同生產(chǎn)日期的零添加醬油成品在不同模擬貨架期內(nèi)苯甲酸含量變化繼續(xù)測定分析,結果見圖1。

        圖1 不同貨架期的零添加醬油中苯甲酸含量變化Fig. 1 Changes in the content of benzoic acid in zero-additive soy sauce with different shelf lives

        不同生產(chǎn)日期以及貨架期零添加醬油產(chǎn)品的苯甲酸含量,隨貯藏時間延長呈略有增加的趨勢,表明除發(fā)酵過程中苯甲酸產(chǎn)生之外,在醬油的貯存(或貨架)期過程中,同樣存在微量苯甲酸的生成,也表明醬油中存在一定量的苯甲酸前體物質(zhì)。

        2.4 醬油中微量苯甲酸前體物質(zhì)分析

        綜合目前關于食品中苯甲酸來源的文獻報道[16-18],其主要分為4 個途徑:1)食品加工原料中帶入;2)食品中馬尿酸水解生成苯甲酸和甘氨酸;3)苯丙氨酸降解為苯甲酸和肉桂酸;4)苯甲醛氧化生成苯甲酸。結合上述分析結果,醬油原油中微量苯甲酸絕大部分來源于原料帶入,在貯存過程中某種前體物質(zhì)會緩慢轉(zhuǎn)化為微量苯甲酸。依據(jù)醬油的實際生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品特點,該類前體物質(zhì)可能為苯丙氨酸和苯甲醛。

        2.4.1 醬油生產(chǎn)過程中苯丙氨酸含量分析

        本實驗優(yōu)化QBT 4356—2012測定醬油樣品中苯丙氨酸的方法,方法分離度良好(圖2),在5.16~206.5 mg/L 線性范圍內(nèi),線性方程為y=28 115x-5 879,R2=0.999 9,平均回收率為92.5%(表3),方法穩(wěn)定性相對標準偏差為1.42%(表4)。

        表3 醬油中苯丙氨酸回收率測定Table 3 Recoveries of phenylalanine in spiked soy sauce

        表4 醬油中苯丙氨酸測定重復性分析Table 4 Repeatability for phenylalanine in soy sauce

        圖2 高效液相色譜測定醬油中苯丙氨酸色譜圖Fig. 2 HPLC chromatogram of phenylalanine in soy sauce

        落黃、過程油、原油、零添加醬油預售品以及成品零添加醬油中苯丙氨酸含量,見圖3。其中落黃樣品中苯丙氨酸平均含量為4 071.5 mg/kg,過程油中游離苯丙氨酸平均含量為3 244.4 mg/kg,原油中游離苯丙氨酸平均含量為4 238.5 mg/kg,零添加醬油預售品中平均游離苯丙氨酸含量為3 854.5 mg/kg,零添加醬油成品中游離苯丙氨酸平均含量為3 759.7 mg/kg。上述對于醬油中苯丙氨酸的測定結果與文獻報道結果相接近[12-14]。根據(jù)苯丙氨酸的含量水平以及苯甲酸可能生成途徑(圖4),苯丙氨酸可能為醬油中苯甲酸的前體物質(zhì)。

        圖3 醬油生產(chǎn)過程中苯丙氨酸含量跟蹤分析Fig. 3 Analysis of phenylalanine content during the production process of soy sauce

        圖4 苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為苯甲酸途徑示意圖Fig. 4 Schematic diagram of the transformation of phenylalanine to benzoic acid

        2.4.2 醬油生產(chǎn)過程中苯甲醛含量分析

        苯甲酸的另一生成途徑為苯甲醛的氧化途徑(圖5)。 本研究建立了醬油中苯甲醛測定方法,方法分離度良好(圖6),在0.25~5 mg/L線性范圍內(nèi),方法線性相關系數(shù)為0.999 6,方法定量限(RSN=10)為0.2 mg/L,加標回收率實驗結果見表5,平均回收率為90.6%。

        表5 醬油中苯甲醛測定方法回收率Table 5 Recoveries of benzaldehyde in soy sauce

        圖5 苯甲醛轉(zhuǎn)化為苯甲酸途徑示意圖Fig. 5 Schematic diagram of the transformation of benzaldehyde to benzoic acid

        圖6 醬油中添加苯甲醛液相色譜圖Fig. 6 HPLC chromatogram of different concentrations of benzaldehyde added in soy sauce

        所有醬油原料、生產(chǎn)過程樣品以及原油樣品中均未檢出苯甲醛,因此確定苯甲醛不是醬油中苯甲酸生成的前體物質(zhì)。

        2.4.3 醬油中苯丙氨酸對苯甲酸的貢獻率分析

        結合不同生產(chǎn)日期的零添加成品醬油在實驗室存放5 個月貨架期數(shù)據(jù),成品零添加醬油在貨架期內(nèi)苯甲酸的年增加率為10.30%~18.83%,年增加量為1.58~ 1.99 mg/kg,平均年增加率14.26%(表6)。因此,苯丙氨酸對醬油中苯甲酸具有一定的貢獻率。

        表6 醬油中苯甲酸含量貨架期變化分析Table 6 Change in benzoic acid content in soy sauce during shelf life

        2.5 醬油生產(chǎn)過程中苯甲酸13C穩(wěn)定同位素分析

        穩(wěn)定同位素技術在鑒別天然/外源添加物質(zhì)中具有重要應用,化合物的最初碳源均來自植物光合作用固定的CO2,因光合作用類型差異使得不同來源的有機物存在碳同位素差異。來源于同一原料的化合物,理論上其13C穩(wěn)定同位素豐度值應與原料特征一致(同位素分餾效應會有微小影響)[19-23]。如果醬油中苯甲酸與原料中的苯甲酸13C豐度值一致,也可證明醬油中苯甲酸主要來源于原料帶入。

        本實驗通過制備液相色譜儀將各樣品中苯甲酸分離制備,收集液經(jīng)冷凍干燥后溶解進元素分析-同位素比率質(zhì)譜分析測定。元素分析儀經(jīng)IAEA-CH-6蔗糖標準品進行校正,選取一個醬油樣品和一個大豆樣品重復處理5 次,分析測定方法穩(wěn)定性,苯甲酸δ13C測定的標準偏差分別為0.14‰和0.13‰,滿足測定要求,結果見表7。醬油生產(chǎn)過程中苯甲酸δ13C值變化情況如圖7所示,大豆中苯甲酸δ13C值為-27.36‰,小麥中苯甲酸δ13C值為-27.76‰,因為大豆和小麥均屬于C3植物,這一特征符合C3植物的穩(wěn)定碳同位素特征,也說明大豆和小麥中苯甲酸來源于自身次級代謝。落黃中苯甲酸δ13C均值為-26.43‰,而過程樣品以及原油、成品醬油中苯甲酸δ13C值均在-25‰附近,均值為-25.57‰。苯甲酸值在落黃和發(fā)酵產(chǎn)油過程中可能出現(xiàn)同位素分餾現(xiàn)象,導致苯甲酸δ13C值有微小偏正,但整體處于C3植物δ13C特征范圍內(nèi)(-36.00‰~-22.00‰)[24-26],表明醬油中微量苯甲酸來源于原料帶入。

        表7 苯甲酸δ13C測定重復性分析Table 7 Repeatability for benzoic acid δ13C‰

        圖7 醬油生產(chǎn)過程中苯甲酸δ13C跟蹤分析Fig. 7 Analysis of benzoic acid δ13C during the production of soy sauce

        2.6 市售醬油中苯甲酸含量分析

        從超市分別購置7 份不同品牌的常規(guī)醬油(CG)和不同品牌的零添加醬油(LTJ),分析不同醬油之間苯甲酸含量差異,結果見表8。其中,常規(guī)醬油中苯甲酸含量均值為462.87 mg/kg,與文獻報道結果相近[27-33],含量均小于GB 2760—2014規(guī)定的最大使用量1 000 mg/kg,零添加醬油中苯甲酸含量均值為13.38 mg/kg,遠低于常規(guī)醬油,與上述對于醬油中苯甲酸含量本底值分析結果一致。

        表8 不同醬油之間苯甲酸含量差異Table 8 Benzoic acid contents in regular and zero-additive soy sauce

        3 結 論

        本實驗對醬油中微量苯甲酸本底含量以及溯源進行研究,系統(tǒng)分析了醬油生產(chǎn)以及貯存過程中苯甲酸含量變化。結果表明:1)醬油中苯甲酸本底值為7.52~17.09 mg/kg,均值為12.72 mg/kg,且苯甲酸的檢出率為100%;2)醬油中微量苯甲酸本底主要來源于原料帶入;3)在貯存或貨架期階段,苯丙氨酸的降解致使醬油中苯甲酸含量呈緩慢增加的趨勢,平均年增加率為14.26%、年增加量為1.80 mg/kg。本研究闡明了醬油中內(nèi)源性苯甲酸本底值與生成途徑,將為零添加醬油的市場監(jiān)管提供基礎數(shù)據(jù),為醬油行業(yè)有序發(fā)展提供基礎支撐。

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