甜蜜素
食品生產中常用的添加劑
甜蜜素,其化學名稱為環己基氨基磺酸鈉,是食品生產中常用的添加劑。甜蜜素是一種常用甜味劑,其甜度是蔗糖的30~40倍。
分子式C6H12NNaO3S,分子量201.2。白色結晶或白色結晶粉末,無臭,味甜,易溶於水,難溶於乙醇,不溶於氯仿和乙醚。在酸性條件下略有分解,在鹼性條件下穩定。為無營養甜味劑,濃度大於0.4%時帶苦味。小鼠經口半數致死劑量為18g/kg,FAO/WHO(1982)規定每日允許攝入量為0~11mg/kg。1969年因用糖精-環己基氨基磺酸鈉餵養的白鼠發現患有膀胱癌,故1970年美國、日本相繼禁止使用。在隨後的繼續研究中,沒有發現本品有致癌作用。人口服環已基氨基磺酸鈉,40%由尿排出,60%由糞便排出,無蓄積現象。我國《食品添加劑使用衛生標準》(GB 2760-2014)對食品加工中甜蜜素用量進行了嚴格限制。
甜蜜素伊諾伊麥·維達( ),屬非營養型合甜味劑,甜蜜素價僅蔗糖,蔗糖替品。
甜蜜素( ),環胺磺酸鈉(),氨基磺酸與環己胺(C6H11NH2)及NaOH反應而製成的非營養型合成甜味劑。甜蜜素從外觀上看是白色針狀、片狀結晶或結晶狀粉末,熔點約為170℃。甜蜜素10%水溶液呈中性(pH 值為6.5),對熱、光和空氣穩定。加熱后略有苦味。分解溫度約為280℃,不發生焦糖化反應。溶於水(1g/5mL)和丙二醇(1g/5mL),幾乎不溶於乙醇、乙醚、苯和氯仿。
甜蜜素甜味呈較慢,持續,甜味較純,替蔗糖蔗糖混合。甜蜜素糖精混合,掩蔽糖精良味,甜蜜素糖精例∶,產品味效較。甜蜜素優甜味較,苦味糖精低,較低;缺甜,量,易超標。
我國是甜蜜素的主要生產國和出口國,年生產能力為3萬t,年產量為1.8萬t 左右,主要出口到東南亞和歐洲。
關於甜蜜素的安全性,學術界仍無定論。甜蜜素作為食品添加劑於1937年被美國伊利諾伊大學學生Michael Sveda發現,1950年開始應用於軟性飲料工業,1960年上市成為一般性代糖甜味劑。1966年有研究發現甜蜜素可在腸菌作用下分解為可能有慢性毒性的環己胺。1969年美國國家科學院研究委員會收到有關“甜蜜素∶糖精為10∶ 1的混合物”可致膀胱癌的動物實驗證據,1970年美國食品與藥物管理局即發出了全面禁止使用甜蜜素的命令。英國、日本和加拿大等國隨後也禁用。
雖然隨後又有很多學者做了大量實驗,證明甜蜜素無致癌的危險性。但包括美國、日本等國在內的40多個國家仍規定禁止使用甜蜜素作為食品甜味劑。另有包括中國、歐盟等80多個國家均允許在食品中添加甜蜜素,但是也有明確的限量。
最新研究表明甜蜜素對成骨細胞的增殖和分化有明顯的抑制作用,經常食用甜蜜素含量超標的飲料或其他食品,就會因攝入過量對人體的肝臟和神經系統造成危害,特別是對代謝排毒能力較弱的老人、孕婦、小孩危害更明顯。
甜蜜素由於其成本低廉、經濟價值高,受到了廣大食品生產加工企業的歡迎。甜蜜素已成為食品加工業中的重要代糖產品。我國甜蜜素的生產成本遠低於國外,因此在出口方面佔據較大的優勢。當前階段,我國已經成為全球最大的甜蜜素生產和出口國,甜蜜素在我國應用主要涉及醫藥、冷飲、飲料等行業,而甜蜜素在國內外市場上所佔的份額也呈現出穩步增長的趨勢。
一般情況下,人體每日每千克體重可攝入甜蜜素的最大量為11mg,以一個體重為65kg的成年人為例,其每日甜蜜素的攝入量最多為715mg。隨著甜蜜素在食品生產加工中應用的日益廣泛,消費者食用甜蜜素量會對人的肝臟和神經系統產生嚴重的危害,這種危害會在代謝排毒能力較弱的老幼、孕婦等群體中體現的更加顯著,嚴重的甚至會引發癌症或胎兒畸形等病變。因此,部分國家對甜蜜素實施了全面禁用,我國也適時地嚴格限制了甜蜜素在食品加工中的用量。
我國《食品添加劑使用衛生標準》(GB 2760-2014)規定:甜蜜素在水果罐頭、果凍、冷飲、複合調味料等食品中的最大使用量為0.65g/kg,在麵包、糕點、方便米麵食品中的最大用量為1.6g/kg,在果醬、蜜餞、熟制豆類等食品中的最大用量為1.0g/kg,在果糕類、涼果類食品中的最大用量為8.0g/kg,在堅果類食品中的最大用量包括1.2g/kg(脫殼類)和6.0g/kg(帶殼類)兩種。除上述食品外,其他食品一律不得添加甜蜜素。
和我國不同的是,美國、日本等發達國家已全面禁用甜蜜素,因此食品中甜蜜素檢驗對於我國食品出口美國、日本等國家就顯得至關重要。
在我國居民膳食中甜蜜素暴露的理論風險評估中提到,我國居民全人群每日通過各類食品攝入甜蜜素的平均水平低於歐盟食品科學委員會(SCF)制訂的ADI(7.00mg/kg BW),各年齡組人群攝入甜蜜素的平均攝入量也均未超過ADI值,但是2~3歲、4~9歲、10~17歲人群中的高暴露人群(P97.5)其甜蜜素的攝入量分別超過甜蜜素 ADI的146.32%、86.78%、9.19%;對我國居民膳食中甜蜜素暴露的貢獻率較高的是糕點、帶殼熟制堅果與籽類。建議中小學生食用零食的時候,盡量少食用甜蜜素暴露貢獻率高的食品類別如熟制堅果與籽類、蜜餞果糕、調味面製品。對果凍、飲料、冷凍飲品、麵包糕點也應控制食用量,特別應注意不要用喝飲料代替喝水,不要把麵包糕點當主食食用。
在我國雖然已經明確規定了甜蜜素的使用範圍和最大使用量,但超範圍、超限量的使用情況卻屢見不鮮。2015年6月14日有報道:“石家莊黑作坊在饅頭裡非法添加甜蜜素”。更早之前的2014年有報道:“深圳市龍崗區法院近日一審宣判一起生產、銷售不符合安全標準的食品案,在饅頭中添加甜蜜素的黑心麵館老闆李某被判處8個月有期徒刑。對2015年邯鄲市兒童市售含乳飲料中甜味劑的使用情況調查:甜味劑檢出率為 118.5%,超標率為16.7%;甜味劑疊加使用的檢出率為22.2%,超標率為16.7%,結果顯示邯鄲市市售兒童含乳飲料中甜味劑使用較廣,而且超量使用、疊加使用情況令人擔憂。
有學者2017年對市場上流通的白酒進行隨機抽樣檢驗,了解白酒的質量安全現狀。共抽樣509 批次,主要檢驗有甜蜜素,抽取的509份白酒樣品中,共有27批次不合格,其中甜蜜素共有12批次不合格。2017年陝西省8類市售食品中甜味劑的檢測結果與分析中發現,餐飲食品的甜蜜素最大檢出值是國標限量的4.6 倍,市售的8類食品中添加山梨酸和甜蜜素現象普遍。
2018年6月,《消費者報道》整理了全國和省級食品藥品監督管理局公布的自2014年初至2018年6月近4年食醋的質量抽檢情況。抽檢結果顯示,食醋共抽檢9617批次,合格率為97.2%。不合格原因主要為總酸過低、違規使用甜蜜素等。
我國相關食品的出口受阻主要問題是甜蜜素超標造成的。自2003年1月起,日本對我輸日的各類食品實行甜蜜素命令檢查,要求抽檢的各類食品不得含有甜蜜素。為此,國家質檢總局特發緊急通知,禁止在生產輸日的相關產品中添加甜蜜素。儘管如此,我輸日產品仍多次被檢出甜蜜素。2009年天津進出口檢驗部門曝出一批出口日本果凍含甜蜜素事,產品被退回或就地銷毀,給企業帶來較大損失。2016年7月溫州出入境檢驗檢疫局查出一批進口西班牙葡萄酒違禁添加甜蜜素,同樣被拒國門之外。
甜蜜素本身極易溶於水,可根據檢測儀器的不同,選擇不同的前處理條件。目前前處理方法主要有:透析法、除油脂蛋白沉澱法、揮發法、超聲離心法和固相萃取法。
對於一些液體水性樣品先稀釋再通過滲析模塊的滲析池滲析進樣檢測。該方法操作簡單,經濟環保,無需其他化學試劑和衍生化反應,唯一的儀器要求需要有在線滲析模塊。對於基質複雜的樣品,置於玻璃紙透析袋中,加入一定濃度的氫氧化鈉溶液,混勻,紮緊透析紙袋口,放入事先裝有同樣濃度的氫氧化鈉溶液的燒杯中透析過夜。透析液經水性濾膜、RP 小柱、Ag/H 小柱收集待用。
該方法應用廣泛,經濟環保,也不需要衍生化,缺點是透析時間較長,RP小柱、Ag/H小柱的成本高。
對於含油脂食品先經石油醚提取除去油脂,再用水提取樣品中的環己基氨基磺酸鈉,經亞鐵氰化鉀和硫酸鋅溶液沉澱,該方法與GB/T 5009.97-2003第一法相比較,將樣品先進行除油脂沉澱蛋白後進行衍生化反應,避免了乳化現象的出現。對此GB/T 5009.97-2016更新后的國標採用了該方法。對於一些水產品類高蛋白高脂肪的樣品,可以通過正己烷液-液萃取和冷凍方式去除提取液中的油類物質和水溶性蛋白,確保了分析結果的穩定性和準確性。
揮發法可分為氮吹法和水浴法。對於研究深入的酒類樣品,將其通過氮氣加熱吹乾后復溶於乙酸水中進樣分析,或者 GB/T 5009.97-2016 第三法提到的經過水浴加熱蒸干乙醇後分析,再或者2種方法相結合水浴中氮吹使樣品中乙醇揮發乾後分析。該方法操作簡單,經濟環保,主要需要設備氮吹儀和水浴鍋,相比於氮吹儀,水浴鍋可能更易操作和獲取,但方法適用範圍較窄,只適用於含酒精類的液體樣品,但是對於酒類樣品可以不經過衍生化,避免因衍生化造成假陽性,也不失為目前測定酒類最好的前處理選擇。
大部分固體樣品通過浸泡超聲於蒸餾水中一定時間,然後取浸泡液離心過膜后直接上機。該前處理方法雖然簡單成本低,但對於複雜基質的樣品,提取液只經過離心過膜,很多水溶性的成分並不能去除,上機后基質干擾性大,也會引起色譜柱檢測的壓力。
固相萃取法是針對一些含有痕量甜蜜素的樣品,因超出了儀器檢出的能力,需要對樣品中的甜蜜素進行富集。有學者選擇了10種不同的SPE柱,發現只有Poly-Sery PWAX能夠使污水中甜蜜素回收率達到77%~99%。該方法適合甜蜜素含量較低的樣品,且常規方法處理后基本不能檢出的樣品,不僅可以富集樣品中的甜蜜素,而且能夠將提取液凈化乾淨,降低基質干擾。
薄層層析法
薄層層析法首先要製作薄層層析板,然後將提取的樣品點在層析板上,通過與顯色劑相互作用,含有甜蜜素的樣品顯色呈現顏色斑點,該方法不需要任何儀器支持,檢測成本低,缺點是不能準確定量。
原子吸收分光光度法
分光光度法利用甜蜜素與某種試劑反應后,產生有色化合物,在一定波長下此物質的吸光度與其濃度遵從朗伯比爾定律,以此進行定量分析。因所用儀器設備簡單,操作工作簡便。該方法不需要大型儀器,且操作簡單成本低,缺點是在提取液中如果存在其他的和甜蜜素一樣有還原性的物質或樣品本身顏色對結果有干擾的則無法準確定量。
紫外分光光度法
利用甜蜜素在紫外分光光度計下有吸收波長,經乙醚提取后直接測定含量。對於白酒類樣品,因樣品本身含有一些環己醇及環己基等類似物質,直接衍生化,就會產生本底值的問題,為了避免該現象,可以採用乙醚將甜蜜素從酸化后樣品中提取出來,揮去乙醚,再進一步衍生化生成的硫酸根含量間接測定甜蜜素,該方法最低檢出限0.02g/kg,回收率在86.7%~105%。不存在本底問題的樣品可以在酸性介質下,與亞硝酸鹽反應,反應完全后加入碘化鉀進行顯示,通過紫外分光光度計間接測定甜蜜素的含量,該方法的檢出限(3S/N)為0.3mg/L。用此方法測定果凍中甜蜜素含量,加標回收率為 102.6%~103.3%。相比於原子吸收分光光度法,該方法的前處理方法複雜,但可以根據不同的樣品準確定量。
濁度法
甜蜜素經在酸性環境中與氯化鋇和亞硝酸鈉反應,生成乳白色沉澱環已基氨基硫酸鋇,成為甜蜜素特徵性反應,這種沉澱在溶液中沉降緩慢且搖晃后立刻呈混濁狀態,溶液穩定性較好而且溶液中甜蜜素含量和混濁度成正比,該方法的線性範圍0~0.85g/L。因方法操作簡便、靈敏度高,所用設備簡單,且濁度儀本身攜帶方便,也成為甜蜜素快檢方法之一。
色譜法
(1)離子色譜法
利用甜蜜素具有較大水溶性、在水中易電離的特性,通過常用的氫氧化鉀溶液或者碳酸氫鈉-碳酸鈉溶液作為淋洗液,經陰離子交換色譜柱分離后通過抑制電導檢測器-離子色譜儀直接測定甜蜜素,當甜蜜素含量在5~200 μg/mL範圍內,方法的線性關係良好(相關係數為 0.9999),加標回收率為95.54%~99.24%,檢出限為0.087 μg/mL。該方法簡便、穩定性好,且不需對樣品進行複雜的預處理,可實現對食品添加劑中甜蜜素的便捷、快速、準確測定,缺點該方法的成本高。
(2)氣相色譜法
又分為柱前衍生-氣相色譜法和頂空氣相色譜法2種方式。提取液在硫酸介質中環己基氨基環酸鈉和亞硝酸反應,生成環己醇亞硝酸酯和環己醇,選擇HP-5毛細管柱作為色譜柱,採用FID氫火焰離子化檢測器檢測,在最佳色譜條件下,甜蜜素含量在0.25~4.00mg有良好的線性關係(r=0.998),加標回收率為87.0%,適用於糕點等含油脂的食品。該方法需要進行衍生化,亞硝酸鹽的濃度和硫酸濃度及反應的溫度都與生成環己醇亞硝酸酯和環己醇的量有關,同時該方法還出現乳化現象,通過離心后乳化現象改善。生成的環己醇亞硝酸酯和環己醇一度成為研究的熱點,提取后的液體在進樣之也要盡量保持在低溫冷藏的環境。頂空進樣的前處理,是在頂空瓶中直接加入水、樣品、硫酸、亞硝酸鹽后在頂空進樣器中通過衍生化后形成的低濃度蒸汽直接進樣分析。該方法的定量檢出 限為0.045mg/kg,加標回收率為94.4%~109.1%,比柱前衍生-氣相色譜法的檢出限低,且回收率更高。該方法不需要冰浴和正己烷提取,同時避免因樣品中存在各類複雜基質而造成乳化現象,並且可以減少由於水、溶劑、高沸點或非揮發性物質的存在而引起色譜柱檢測的壓力。
(3)液相色譜法
食品中的環己基氨基磺酸鈉用水提取后,在強酸性溶液中與次氯酸鈉反應,生成N,N-二氯環己胺,用正庚烷萃取後分析。該方法適用於除白酒以外的大部分樣品,相比與氣相色譜下衍生化,只有一個衍生物,衍生更好控制,結果準確度高,重現性好,該方法同樣進行衍生化,不經濟環保。
(1)氣相色譜-串聯質譜法
氣相色譜質譜聯用技術是近幾年發展起來的一種可以快速檢測分析方法,在該方法樣品處理簡單,定性準確,精密度高,適用於食品中甜蜜素的定性定量分析測定,缺點該方法衍生條件還是要在低溫環境,且要儘快進樣以保證結果的準確性。
(2)液相色譜-串聯質譜法
因液相色譜-串聯質譜法不需要衍生化,且能同時測定包括甜蜜素在內的多種食品添加劑,成為多組分分離鑒定新選擇。相比於液相色譜法,液質法利用高效液相色譜的強分離能力和質譜準確定性、高選擇性和高靈敏度的特點,同時可以降低基質干擾,檢測限更低,成為甜蜜素檢測及假陽性的判別更好的選擇。
(3)離子色譜-串聯質譜法
採用固相萃取柱對酸化水樣進行在線富集,再利用離子色譜分離原理進行分離,最後統一採用多反應監測負離子模式對多種人工甜味劑進行採集和檢測。該方法簡便、干擾少、檢出限低,可以檢測樣品中微量或者痕量甜蜜素。
(4)液相色譜/四極桿-飛行時間質譜法
飛行時間質譜是一種高分辨質譜,是未來快速測定多種組分最為有效的方法。該方法可以快速篩查多種添加劑包括甜蜜素,為食品安全檢測提供省時便捷的方法的同時準確定性定量,也為應對突髮狀況提供保障。