陸超群，陳星光，惲 寧，顧千輝,

（1.三只松鼠股份有限公司，安徽蕪湖 241000；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214000；3.南昌大學(xué)食品學(xué)院，江西南昌 330000）

辣椒素類物質(zhì)（Capsaicinoids）是辣椒堿類化合物的總稱，是從辣椒植物果實(shí)中得到的活性成分，其特點(diǎn)為辛辣[1-2]，因具有感官刺激性，常作為一種非常重要的食品添加劑在世界各地廣受歡迎[3]。其中辣椒素是其主要活性成分，具有調(diào)味、清除自由基、抗氧化、抗癌等活性[4-8]，在食品與醫(yī)藥領(lǐng)域被廣泛關(guān)注。在我國(guó)，因獨(dú)特的食辣文化，辣椒在川菜等菜品中廣泛應(yīng)用，其中紅油作為一種為食品提供色，香，味的重要辣椒制品，廣泛應(yīng)用于醬鹵肉制品、小吃、火鍋等領(lǐng)域，成為人們飲食生活中的重要組成部分，而辣椒素的含量常被用于描述辣椒、紅油等辣味產(chǎn)品的辛辣程度[9-10]。

辣椒素含量常用的測(cè)定方法有比色法[11]、高效液相色譜法[10]以及液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[12]等。比色法操作繁瑣、費(fèi)時(shí)，準(zhǔn)確度和靈敏度不高。高效液相色譜法和液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法則具有檢測(cè)穩(wěn)定、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，常作為判定方法使用，但缺點(diǎn)是儀器昂貴，操作專業(yè)性強(qiáng)，檢測(cè)周期長(zhǎng)[13-14]，不適合工廠在線檢測(cè)。電化學(xué)分析方法是一種根據(jù)待測(cè)物質(zhì)的電化學(xué)活性及其變化規(guī)律，建立以電流、電位及電量等物理量與待測(cè)物的計(jì)量關(guān)系，從而對(duì)組分進(jìn)行定性或定量的儀器分析方法[15]，因其經(jīng)濟(jì)易行、靈敏度高、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為研究的熱門領(lǐng)域之一。Yang 等[16]采用金磁微粒（GMP）修飾絲網(wǎng)印刷電極，利用Au-S 共價(jià)結(jié)合力在電極表面通過(guò)牛血清白蛋白富集檢測(cè)克倫特羅，其檢測(cè)限可達(dá) 0.22 ng/mL。Patricia 等[17]等用羧基化單壁碳納米管（SWNTCOOH）、CeO2以及十六烷基吡啶溴化物（CPB）修飾的玻碳電極（GCE）傳感器用于辣椒素含量檢測(cè)，檢測(cè)限可以達(dá)到0.028 μmol/L。這些傳感器的特點(diǎn)是檢測(cè)限低、靈敏度高，但傳感器制備工藝較復(fù)雜，需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)篩選合適的傳感器材料，具有一定技術(shù)難度，且成本取決于所用材料的價(jià)格高低，不利于實(shí)際應(yīng)用，因此研究簡(jiǎn)單易制備的傳感器具有一定價(jià)值。

本研究采用不同規(guī)格玻碳電極、石墨電極等碳基電極作為檢測(cè)材料，研究酸、堿、鹽活化方法對(duì)不同碳電極檢測(cè)辣椒素類物質(zhì)含量的影響，制備活化碳電極傳感器，用于檢測(cè)紅油中辣椒素類物質(zhì)的含量，比傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器制備簡(jiǎn)單，在辣椒素檢測(cè)領(lǐng)域尚無(wú)相關(guān)研究報(bào)道。并利用掃描電鏡、拉曼光譜等手段表征其活化過(guò)程微觀結(jié)構(gòu)變化，從微觀結(jié)構(gòu)角度解析活化電極檢測(cè)辣椒素原理機(jī)制，相關(guān)研究?jī)?nèi)容尚未有報(bào)道出現(xiàn)。通過(guò)該方法構(gòu)建的電化學(xué)傳感器具有簡(jiǎn)單、快速、低成本的特點(diǎn)，可用于紅油中辣椒素物質(zhì)含量的快速檢測(cè)，為紅油類產(chǎn)品辣度評(píng)價(jià)、產(chǎn)品穩(wěn)定提供可行性方案參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蜀香紅油 將天鷹椒與小米辣2 種辣椒炒制后打磨成粉（50 目），按1:1 比例取20 g 辣椒粉，加入150 ℃燒熱的大豆油180 g，邊加邊攪拌至溫度降至60 ℃以下，常溫下密封靜置20 h 后待用；辣椒素標(biāo)品 純度≥98%，成都曼思特生物科技有限公司；二氫辣椒素標(biāo)品、N -壬酸香草酰胺 純度≥95%，均采購(gòu)自阿拉丁試劑（上海）有限公司；鹽酸、硫酸、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉、無(wú)水甲醇、鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、氯化鉀、氯化鈉、硫酸鎂、氫氧化鈉 均為分析純，采購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)；實(shí)驗(yàn)室用水 均為超純水（18.2 MΩ·cm）；實(shí)驗(yàn)中使用溶液均為實(shí)驗(yàn)前現(xiàn)配。

CHI660D 型電化學(xué)工作站 海辰華儀器有限公司；三電極系統(tǒng) 上海仙仁儀器有限公司：石墨電極（Φ=2 mm ）、玻碳電極（Φ=2 mm 和3 mm）為工作電極，鉑盤電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極；MPLK-701 型數(shù)顯控溫磁力攪拌器 常州市金壇大地自動(dòng)化儀器廠；ME55 電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；FiveEasy Plus pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；VELOCITY 14R 型高速冷凍離心機(jī) 南京茜美生物技術(shù)有限公司；DZF-6050AB 型真空干燥箱 上海力辰邦西儀器科技有限公司；KQ3200DA 型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UPT-II-10T 超純水機(jī) 四川優(yōu)普超純科技有限公司；GeminiSEM 560 掃描電子顯微鏡 德國(guó)卡爾蔡司股份有限公司；Sigma300 X 射線能譜儀 德國(guó)卡爾蔡司股份有限公司；LCMS-5500 液質(zhì)聯(lián)用儀 沃特世科技（上海）有限公司；LabRAM HR800 拉曼光譜儀 法國(guó)HORIBA Jobin Yvon 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 活化電極的制備 采用三種不同的電化學(xué)方法，對(duì)打磨后的石墨電極（Φ=2 mm），玻碳電極（Φ=2 mm，3 mm）進(jìn)行活化處理：

酸活化[18-19]：以0.5 mol/L 的硫酸溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法（CV）對(duì)以上電極進(jìn)行酸活化，活化條件為電位范圍-0.3～2.0 V，掃描速度0.1 V/s，掃描圈數(shù)20 段；

堿活化[20-21]：以1 mol/L 的NaOH 溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法對(duì)以上電極進(jìn)行堿活化，活化條件為電位范圍-0.5～1.2 V，掃描速度0.1 V/s，掃描圈數(shù)20 段；

磷酸鹽活化[22-23]：以0.2 mol/L 的磷酸鹽溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法對(duì)以上電極進(jìn)行磷酸鹽活化，活化條件為電位范圍-2.0～2.2 V，掃描速度0.1 V/s，掃描圈數(shù)20 段，pH5.0。

1.2.2 活化電極檢測(cè)辣椒素效果比較 選擇石墨電極（Φ=2 mm），玻碳電極（Φ=2 mm，3 mm）作為工作電極，采用循環(huán)伏安脈沖法和溶出伏安脈沖法（DPAdSV）檢測(cè)含有26.20 μmol/L 辣椒素的0.1 mol/L鹽酸電解液，研究了辣椒素在活化電極上的電化學(xué)行為。CV 的初始參數(shù)：電位范圍為0～1 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V。DP-AdSV 的初始參數(shù)：沉積時(shí)間120 s，沉積電壓0.1 V，電位范圍為0.2～0.9 V，脈沖振幅為0.05 V，脈沖寬度為0.2 s，脈沖周期為0.4 s，平衡時(shí)間為2 s[24]。

1.2.3 活化條件對(duì)檢測(cè)辣椒素含量的影響 以石墨電極為工作電極、辣椒素檢測(cè)電流值為指標(biāo)，研究磷酸鹽活化條件對(duì)石墨電極檢測(cè)辣椒素含量的影響，設(shè)置參數(shù)為：在pH6，電位條件-1.0～2.2 V，活化時(shí)間10 段條件下，考察磷酸鹽溶液濃度（0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mol/L）的影響；在電解質(zhì)溶液濃度為0.2 mol/L，電位條件-1.0～2.2 V，活化時(shí)間10 段條件下，考察pH（3、4、5、6、7、8）的影響；在電解質(zhì)溶液濃度為0.2 mol/L，pH5，活化時(shí)間10 段條件下，考察活化電位（-1.5～2.2，-1～2.2，-2～2.2，-2～1.6，-2～1.0 V）的影響；在電解質(zhì)溶液濃度為0.2 mol/L，pH5，電位條件-2～2.2 V，考察活化時(shí)間（5、10、20、30、40 段圈數(shù)）的影響，檢測(cè)辣椒素的電解液為0.1 mol/L，pH 為1 的鹽酸溶液。

1.2.4 活化電極檢測(cè)辣椒素電化學(xué)機(jī)制研究 0.1 mol/L，pH 為1 的鹽酸溶液作為電解液，采用不同的掃描速率（25、50、100、200 和300 mV/s）對(duì)5 mmol/L 鐵氰化鉀溶液進(jìn)行CV 表征，CV 掃描條件為電位范圍為-0.2～0.6 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V。對(duì)含26.20 μmol/L 辣椒素的鹽酸溶液進(jìn)行CV 掃描，參數(shù)條件為電位范圍為0～1 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V[24]。

用0.10 mol/L 的鹽酸溶液作為pH1 的支持電解液，用PBS 溶液用于pH3～7 的支持電解液，使用CV 法在不同的pH（1、3、4、5、6、7）條件下對(duì)含49.12 μmol/L辣椒素的鹽酸溶液進(jìn)行CV 掃描。掃描參數(shù)條件的電位范圍為0～1 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V。

1.2.5 電極活化結(jié)構(gòu)表征 在最優(yōu)條件下磷酸鹽活化石墨電極，活化后的電極在50 ℃下真空干燥至表面干燥無(wú)水分，采用掃描電子顯微鏡搭配X 射線能譜儀研究磷酸鹽活化石墨電極前后的微形貌及碳，氧，磷元素變化，儀器設(shè)置參數(shù)：加速電壓（EHT）為10 KV、測(cè)試倍數(shù)（mag）為10000 倍、工作距離（WD）為10.6 mm，積分時(shí)間10 s。采用拉曼光譜儀檢測(cè)磷酸鹽活化前后石墨電極表面的材料晶體缺陷特征情況，設(shè)置拉曼位移為500～2500 cm-1。

1.2.6 加標(biāo)回收率檢測(cè) 標(biāo)準(zhǔn)曲線制備：使用活化電極為工作電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，組成三電極體系檢測(cè)不同辣椒素濃度（5、10、20、40、80 μmol/L），每個(gè)樣本檢測(cè)3 次以上取平均值，檢測(cè)方法使用溶出伏安脈沖法，DP-AdSV 的參數(shù)條件[24]：沉積時(shí)間120 s，沉積電壓0.1 V，電位范圍為0.2～0.9 V，脈沖振幅為0.05 V，脈沖寬度為0.2 s，脈沖周期為0.4 s，平衡時(shí)間為2 s。根據(jù)IUPAC提供的方法計(jì)算出活化電極對(duì)辣椒素的檢測(cè)限[25]。

加標(biāo)回收率檢測(cè)：取2～5 g 紅油入大燒杯中，向燒杯中加入15 mL 無(wú)水甲醇，在60 ℃條件下超聲（100 W）30 min 后，采用10000 r/min 離心10 min，收集上清液。沉淀重復(fù)提取兩次，并將所有濾液一起收集，用無(wú)水甲醇溶液將提取液定容至50 mL 備用。提取液用0.22 μm 有機(jī)濾膜進(jìn)行過(guò)濾后，加入不同濃度（5、20、40 μmol/L）的辣椒素標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個(gè)濃度制備3 個(gè)平行樣品，采用DP-AdSV 法檢測(cè)3 次。將測(cè)得的響應(yīng)電流值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算得出辣椒素含量及加標(biāo)回收率。

國(guó)標(biāo)法對(duì)比：上述提取液經(jīng)0.22 μm 有機(jī)膜過(guò)濾，參考國(guó)標(biāo)法[12]采用液相色譜-質(zhì)譜法（LC-MS）檢測(cè)紅油中辣椒素含量并進(jìn)行加標(biāo)回收率計(jì)算。LCMS 測(cè)試條件為：掃描方式：正離子模式；檢測(cè)方式：多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）；干燥氣溫度：350 ℃；霧化氣壓力：207 kPa（30 psi）；干燥氣流量：9 L/min；毛細(xì)管電壓：4000 V。

1.2.7 抗干擾性及穩(wěn)定性檢測(cè) 將味精（80.20 μmol/L），蔗糖（43.82 μmol/L）和無(wú)機(jī)鹽離子（256.41 μmol/L Mg2+，K+，Na+，Cl-和SO42-）分別添加到終濃度49.12 μmol/L 辣椒素溶液中，采用DP-AdSV 檢測(cè)摻雜辣椒素溶液考察活化電極的抗干擾性能。將石墨電極活化后抽真空密封并存放在4 ℃條件下，在0，1，2 d 分別檢測(cè)20 μmol/L 辣椒素電解質(zhì)溶液，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上實(shí)驗(yàn)均測(cè)定三次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，運(yùn)用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析進(jìn)行顯著性差異分析，P＜0.05 認(rèn)為具有顯著性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖利用 Origin 2018 軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同活化電極對(duì)辣椒素檢測(cè)的影響

選擇石墨電極（Φ=3 mm），玻碳電極（Φ=2 mm，3 mm）作為工作電極，采用循環(huán)伏安法檢測(cè)含有26.20 μmol/L 辣椒素的0.1 mol/L 鹽酸電解液，考察不同活化方式對(duì)檢測(cè)辣椒素效果的影響。結(jié)果如圖1 所示，在磷酸鹽活化（A）、堿活化（B）和酸活化（C）中，石墨電極檢測(cè)辣椒素的電流值均最大，其次為Φ=3 mm 玻碳電極，Φ=2 mm 玻碳電極電流值最小，因此選擇檢測(cè)響應(yīng)最高的石墨電極作為傳感器碳材料。圖1D 是酸、堿、鹽活化后的石墨電極檢測(cè)辣椒素的效果比較，結(jié)果顯示活化后的檢測(cè)數(shù)值顯著增大，推測(cè)是電極經(jīng)活化后表面引入了含氧基團(tuán)，形成分子間氫鍵，提高了電極性能，使得辣椒素大量在電極表面被催化氧化，電子傳遞能力增強(qiáng)[23]。三種活化方式中，磷酸鹽的活化效果最好，辣椒素檢測(cè)數(shù)值最高，其次是堿活化方式，酸活化方式響應(yīng)值最小，故選擇磷酸鹽活化作為檢測(cè)辣椒素的最佳活化方式。

圖1 磷酸鹽活化（A），堿活化（B），酸活化（C）對(duì)不同電極的活化效果及不同活化方式的效果比較（D）Fig.1 Activation effects of phosphate activation (A), base activation (B), and acid activation (C) on different electrodes and the comparison of the effects of different activation modes (D)

2.2 磷酸鹽活化條件對(duì)檢測(cè)辣椒素含量的影響

圖2A～圖2D 分別為磷酸鹽濃度、pH、活化電位和活化時(shí)間（圈數(shù)）對(duì)石墨電極檢測(cè)辣椒素含量的影響，結(jié)果顯示在一定范圍內(nèi)，隨磷酸鹽濃度增加、pH 增大，電流值均為先增加后降低，磷酸鹽濃度在0.05～0.3 mol/L 范圍內(nèi)無(wú)顯著性差異，而濃度為0.4 mol/L 時(shí)活化效果顯著降低（P＜0.05），當(dāng)pH 為堿性時(shí)活化效果明顯下降，這與王長(zhǎng)芹等[26]、李金金等[27]、馬榕等[28]學(xué)者報(bào)道的趨勢(shì)一致，也與課題組前期研究結(jié)果相近，均是在堿性條件下效果逐漸下降[24]，最優(yōu)pH5.0，最佳磷酸鹽濃度為0.2 mol/L。電位結(jié)果顯示磷酸鹽的活化對(duì)檢測(cè)影響顯著，最佳活化電位為-2.0～2.2 V，其余電位均會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)值顯著下降。當(dāng)活化時(shí)間超過(guò)20 段后磷酸鹽活化石墨電極檢測(cè)辣椒素的數(shù)值無(wú)顯著變化，采用活化20 段作為最優(yōu)活化時(shí)間。綜上最優(yōu)活化條件為磷酸鹽濃度0.2 mol/L、pH5.0、電位范圍-2.0～2.2 V、掃描段數(shù)20。

圖2 不同磷酸鹽濃度（A），pH（B），電位條件（C），活化時(shí)間（D）條件對(duì)石墨電極檢測(cè)辣椒素的影響Fig.2 Influence of different phosphate concentrations (A), pH (B),potential conditions (C), and activation time (D) on the determination of capsaicin with graphite electrode

2.3 掃描速度對(duì)磷酸鹽活化石墨電極檢測(cè)辣椒素的影響

為了獲得參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)，在不同的CV 掃描速率下分別掃描5 mmol/L 鐵氰化鉀溶液和26.20 μmol/L 辣椒素溶液。圖3A～圖3B 為不同掃速條件下活化電極在鐵氰化鉀中的電化學(xué)行為，從圖中可得隨著掃速的增加鐵氰化鉀峰電流逐漸增大，且氧化峰電流與掃速的平方根成正比，還原峰的峰電流與掃速的平方根成反比。圖3C～圖3D 為不同掃速條件下活化電極在辣椒素中的CV 表征，結(jié)果顯示，隨著掃速的增加辣椒素檢測(cè)峰電流逐漸增大，氧化還原峰的峰電流與掃速的平方根成線性關(guān)系，表明辣椒素在活化電極表面的催化反應(yīng)主要受擴(kuò)散控制，根據(jù)巴特勒-沃爾默方程[29]，經(jīng)計(jì)算磷酸鹽活化石墨電極檢測(cè)辣椒素參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)為2。

圖3 不同掃速下磷酸鹽活化石墨電極在鐵氰化鉀溶液（A，B）和辣椒素（C，D）中的電化學(xué)行為Fig.3 Electrochemical behavior of phosphate-activated graphite electrodes in potassium ferricyanide solution (A, B) and capsaicin (C, D) at different sweeps

2.4 pH 對(duì)活化石墨電極檢測(cè)辣椒素的影響

為了獲得參與電化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)，使用CV法在不同的pH（1、3、4、5、6、7）下掃描49.12 μmol/L辣椒素溶液。如圖4 所示，隨著pH 的增大，活化電極檢測(cè)辣椒素的響應(yīng)值逐漸減小，電解液pH7 時(shí)，辣椒素響應(yīng)值幾乎為零，檢測(cè)辣椒素最佳支持電解液pH1。且結(jié)果顯示檢測(cè)峰電位與pH 成線性反比關(guān)系，曲線斜率為46 mV/pH，參考文獻(xiàn)[29]方法經(jīng)計(jì)算，活化電極檢測(cè)辣椒素過(guò)程中參與電化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為1。

圖4 磷酸鹽活化石墨電極在不同pH 中檢測(cè)辣椒素的循環(huán)伏安掃描表征（A）和電位、pH 的線性關(guān)系（B）Fig.4 Characterization of the CV behavior of capsaicin on phosphate-activated graphite electrodes in different pH (A) and linear relationship between potential and pH (B)

2.5 磷酸鹽活化石墨電極結(jié)構(gòu)表征

磷酸鹽活化石墨電極的電鏡掃描結(jié)果如圖5 所示，圖5A～圖5B 和圖5C～圖5D 分別為SEM 表征下1 和10 μm 掃描圖，由圖可知，磷酸鹽活化石墨電極對(duì)電極表面微觀結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生明顯改變（圖5A～圖5B），僅有部分磷酸鹽會(huì)電沉積在石墨電極表面形成白色結(jié)晶（圖5C～圖5D）。為進(jìn)一步考察磷酸鹽活化石墨電極前后表面元素含量的變化，實(shí)驗(yàn)采用能譜儀（ EDS） 進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如圖5E 和圖5F 所示。與磷酸鹽活化前相比，活化后的石墨電極表面的碳元素質(zhì)量百分比從99.2%減少至57%，而氧含量從約0.8%增加至 34.9%，磷元素由0%增加至8.1%。通過(guò)結(jié)果對(duì)比推測(cè)這種變化是由于石墨電極表面在磷酸鹽溶液中電化學(xué)活化所致，由此可推測(cè)磷酸鹽活化后的石墨電極檢測(cè)辣椒素電流值增大是因?yàn)榛罨笤黾恿穗姌O表面的含氧活性元素含量。

圖5 磷酸鹽活化石墨電極前（A, C, E）后（B, D, F）結(jié)構(gòu)SEM+EDS 表征Fig.5 SEM+EDS characterization of the structure before (A, C,E) and after (B, D, F) the phosphate-activated graphite electrode

圖6為磷酸鹽活化石墨電極前后的拉曼圖，其中D-峰代表的是C 原子晶的缺陷，G-峰代表的是C 原子sp2 雜化的面內(nèi)伸縮振動(dòng)，活化前復(fù)合物的ID/IG（0.90）值高于活化后 ID/IG（0.72），說(shuō)明活化前比活化后有更多的缺陷位點(diǎn)，也進(jìn)一步證實(shí)了石墨電極經(jīng)磷酸鹽電化學(xué)活化后發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，表面基團(tuán)被氧化，含氧活性基團(tuán)增多[26]。

圖6 磷酸鹽活化石墨電極前后拉曼光譜檢測(cè)Fig.6 Raman spectroscopy detection before and after phosphate-activated graphite electrodes

2.6 加標(biāo)回收率檢測(cè)

如圖7 所示，活化石墨電極檢測(cè)辣椒素的線性方程為Ipa（μA）=0.5804C（μmol/L）-1.307，R2值為0.9996，檢測(cè)限為2.30 μmol/L。利用國(guó)標(biāo)法[12]《GB/T 40348-2021》提取蜀香紅油中的辣椒素含量，同時(shí)采用磷酸鹽活化的石墨電極及LCMS 檢測(cè)辣椒素含量，得出紅油樣品中辣椒素含量分別為118.10 mg/kg與107.62 mg/kg，誤差9.7%在可接受范圍內(nèi)。如表1所示，電化學(xué)方法加標(biāo)回收率為98.23%～112.60%，LC-MS 方法加標(biāo)回收率為92.45%～100.77%，磷酸鹽活化石墨電極檢測(cè)紅油中辣椒素含量具有方法可行性。

表1 紅油中不同辣椒素濃度加標(biāo)回收率檢測(cè)比較Table 1 Comparison of standard addition recovery experiments of different capsaicin content in red oil

圖7 磷酸鹽活化石墨電極檢測(cè)辣椒素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.7 Standard curve of capsaicin detection by phosphateactivated graphite electrode

2.7 抗干擾性和穩(wěn)定性

通過(guò)向辣椒素溶液中添加產(chǎn)品中常見(jiàn)的蔗糖，無(wú)機(jī)鹽離子，味精等干擾物考察活化電極檢測(cè)辣椒素的抗干擾性，結(jié)果如圖8A 所示，添加干擾物對(duì)辣椒素的響應(yīng)值影響相對(duì)于空白組在±5%以內(nèi)，表明產(chǎn)品中常見(jiàn)的干擾物對(duì)活化電極無(wú)顯著影響，磷酸鹽活化石墨電極檢測(cè)紅油中辣椒素含量具有較好的抗干擾性。如圖8B 所示，磷酸鹽活化石墨電極存放2 d后檢測(cè)辣椒素的電流值顯著（P＜0.05）下降，但存放1 d后檢測(cè)辣椒素的數(shù)值僅下降4.3%，表明磷酸鹽活化電極短時(shí)間內(nèi)具有一定的穩(wěn)定性。

圖8 活化石墨電極檢測(cè)辣椒素的抗干擾性（A）和穩(wěn)定性（B）Fig.8 Anti-interference properties (A) and stability of capsaicin(B) detected using activated graphite electrodes

3 討論

電化學(xué)檢測(cè)方法具有靈敏度高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但其傳感器制備非常依賴材料的選擇，選擇工藝成熟、成本低廉的材料作為傳感器具有一定實(shí)用價(jià)值。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，適合作辣椒素電化學(xué)檢測(cè)的傳感器主要由碳納米管、石墨等碳材料經(jīng)過(guò)修飾改性而來(lái)[24,29-31]，如Xu[24]利用碳納米管與環(huán)糊精修飾的玻碳電極檢測(cè)醬鹵肉制品中辣椒素含量，檢測(cè)限達(dá)到0.29 μmol/L，加標(biāo)回收率為83.2%～136.26%，具有較強(qiáng)的抗干擾性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。本文研究結(jié)果也證實(shí)采用磷酸鹽活化石墨電極構(gòu)建傳感器可以用于檢測(cè)紅油中辣椒素含量，檢測(cè)限2.30 μmol/L，加標(biāo)回收率為98.23%～112.60%，雖然檢測(cè)限相比較已有碳材料傳感器[24]未能顯著提高，但制備成本及穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)顯著。

常規(guī)裸電極材料檢測(cè)辣椒素的數(shù)值較小，達(dá)不到檢測(cè)效果[7]，但進(jìn)行電化學(xué)活化后可以顯著提高檢測(cè)數(shù)值，本研究中采用酸、堿、鹽活化前后的數(shù)值分別增大4.9、8.6、11.2 倍，活化效果顯著，與金賽燕等[22]利用氨基甲酸銨和磷酸鹽緩沖液（PBS）復(fù)合活化裸玻碳電極檢測(cè)尿液中的多巴胺和尿酸提升效果相近。通過(guò)結(jié)果可見(jiàn)磷酸鹽濃度與活化效果并不是絕對(duì)的正比關(guān)系，當(dāng)磷酸鹽濃度過(guò)高時(shí)（≥0.4 mol/L）活化效果反而顯著下降，通過(guò)掃描電鏡觀察到電極表面會(huì)存在磷酸鹽附著現(xiàn)象（圖5D），由此推測(cè)磷酸鹽濃度過(guò)高時(shí)會(huì)在電極表面附著大量磷酸鹽使電極活性位點(diǎn)無(wú)法暴露出來(lái)，從而使活化效果下降。

前期研究表明，以碳材料為主的傳感器檢測(cè)辣椒素的機(jī)制為擴(kuò)散控制的準(zhǔn)可逆氧化還原反應(yīng)，通過(guò)捕獲辣椒素氧化還原反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移電子達(dá)到檢測(cè)目的[24-25]。通過(guò)研究磷酸鹽活化的石墨電極檢測(cè)辣椒素的電化學(xué)行為，該傳感器檢測(cè)辣椒素的電化學(xué)行為與前期研究一致，表明碳材料在檢測(cè)辣椒素過(guò)程中具有相同或相似的反應(yīng)過(guò)程和原理。反應(yīng)過(guò)程有電子和質(zhì)子參與，其中電子數(shù)為2、質(zhì)子數(shù)為1，結(jié)合辣椒素本身屬于酰胺類化合物的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)路徑可能為酸性條件下的辣椒素氧化成鄰苯醌，鄰苯醌和兒茶酚之間發(fā)生可逆的還原氧化反應(yīng)[32-33]。進(jìn)一步研究顯示，電極表面在活化前后發(fā)生了顯著變化，含氧基團(tuán)含量顯著提升，表明磷酸鹽活化引入的含氧基團(tuán)，是電極活性提升、檢測(cè)效果增強(qiáng)的微觀原因。

本文與前期研究顯示辣椒素的檢測(cè)特征峰均出現(xiàn)在0.4～0.5 V 的位置，具有一定特征性，研究發(fā)現(xiàn)其主要與碳材料及鹽酸電解液有關(guān)[24-25,34]。采用該方法檢測(cè)紅油中辣椒素含量，與液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)結(jié)果相近，具有方法可行性。但相比較其他碳材料傳感器[17,24-25,34]，該方法的檢測(cè)限明顯偏高，表明該方法具有一定局限性，不適用于辣椒素含量過(guò)低的產(chǎn)品，但對(duì)于紅油等富含辣椒素物質(zhì)的產(chǎn)品具備實(shí)用性。

4 結(jié)論

綜上所述，構(gòu)建磷酸鹽活化的石墨電極傳感器可用于紅油中辣椒素含量的準(zhǔn)確、快速檢測(cè)，在0.2 mol/L 磷酸鹽濃度、pH5.0、電位-2.0～2.2 V、活化時(shí)間20 段的最優(yōu)條件下，活化前后檢測(cè)數(shù)值提升11.2 倍，檢測(cè)結(jié)果與液質(zhì)聯(lián)用相比誤差小于10%，具有良好的抗干擾能力與穩(wěn)定性。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)研究，磷酸鹽活化使石墨電極含氧基團(tuán)含量增加，增加了電極活性，提高了檢測(cè)辣椒素的靈敏度。雖然與其他碳電極比較存在檢測(cè)限較高的局限，但方法簡(jiǎn)單可靠、成本較低，便于后期推廣應(yīng)用，可以作為檢測(cè)紅油中辣椒素含量的一種有效檢測(cè)手段，如何運(yùn)用該方法用于紅油生產(chǎn)過(guò)程的在線檢測(cè)將是下一步研究方向之一。