食品添加剂如何用紫外法检测？
1 写在前面
甜味剂、防腐剂、色素、抗氧化剂和营养强化剂是现代食品工业的“五大支柱”添加剂。色谱和质谱虽然灵敏度高，但仪器昂贵、流程漫长，不适合日常高频抽检。**紫外分光光度计（UV-Vis）**凭借“快、简、省”的特性，仍是企业自检和监管部门初筛的工作马——尤其在大批量样品、现场应急与生产线在线监控等场景。本文从新的角度梳理其原理机理、方法开发要点、典型应用案例和未来趋势。
2 紫外吸收的“结构钥匙”
| 电子跃迁 | 典型发色团 | 食品添加剂举例 | 常见 λ_max / nm | ε 量级 |
|---|---|---|---|---|
| π→π* | 芳香环、偶氮、共轭烯烃 | 日落黄、柠檬黄、羟苯甲酮 | 200–500 | 10³–10⁵ |
| n→π* | 羰基、腙、硝基 | 苯甲酸、山梨酸、BHA | 200–350 | 10²–10³ |
| 电荷转移 (CT) | 金属-配体络合 | 部分色素与金属离子螯合 | 300–600 | >10⁴ |
朗伯–比耳定律
A=εclA=\varepsilon c lA=εcl
是所有紫外定量方法的核心。常将样品吸光度控制在 0.1–1.2 之间，以确保线性与光谱分辨。
3 可直接用 UV-Vis 定量的常见添加剂
| 类别 | 代表物 | λ_max/nm | 检测线性范围（mg·L⁻¹） | 方法特色 |
|---|---|---|---|---|
| 防腐剂 | 苯甲酸 | 229–231 | 0.5–50 | 弱酸条件下分子态吸收最强 |
| 山梨酸 | 254–256 | 0.2–40 | 避光操作减缓自氧化 | |
| 甜味剂 | 糖精钠 | 267–269 | 1–80 | 高盐基体需空白扣除 |
| 色素 | 日落黄 (E110) | 478–482 | 0.05–25 | 可见区单峰，干扰少 |
| 柠檬黄 (E102) | 425–428 | 0.04–20 | 在含脂样品做正己烷萃取 | |
| 抗氧化剂 | BHT | 276–279 | 0.5–100 | 乙醇溶解后稳定 |
| 营养强化剂 | 维生素 C | 243–246 | 1–200 | 低 pH 避免被氧化 |
4 样品预处理“四步曲”
提取
液体饮料：直接稀释；
油脂/膏状：异丙醇或正己烷超声抽提。
净化
激素、脂类干扰 → 固相萃取（C18）；
色深样品 → 活性炭脱色。
澄清
0.45 µm 滤膜或 10 000 rpm 离心 5 min，消除光散射。定容
选与添加剂兼容、且背景吸收最低的溶剂（常用水、乙醇、乙腈）；再按需稀释至 0.1 ≤ A ≤ 1。
5 二元与三元体系的多波长定量
5.1 同步方程法（典型：苯甲酸 + 山梨酸）
{A230=εB,230CB+εS,230CSA255=εB,255CB+εS,255CS\begin{cases} A_{230}=\varepsilon_{B,230}C_B+\varepsilon_{S,230}C_S\\ A_{255}=\varepsilon_{B,255}C_B+\varepsilon_{S,255}C_S \end{cases}{A230=εB,230CB+εS,230CSA255=εB,255CB+εS,255CS
两式联立求浓度，适用于波长差≥10 nm 且互不干扰的二元混合。
5.2 导数光谱法
一阶导数在“零交叉”位置对同类色素做分离测定。例如柠檬黄与亮蓝 FCF 共存时，一阶导数 428 nm 为前者零交叉、238 nm 为后者零交叉。
5.3 PLS 化学计量
三组分以上或波峰全面重叠时，采 200–600 nm 全谱做偏最小二乘回归，校正集 R² > 0.995、预测误差< 5 %。
6 指标验证与质控
| 检测指标 | 评价标准 | 建议做法 |
|---|---|---|
| 线性 | R² ≥ 0.998 | ≥5 点标曲，浓度覆盖 25–125 % |
| 精密度 | RSD ≤ 2 % | 单批六次平行 |
| 回收率 | 95–105 % | 加标三水平 |
| 专属性 | 空白干扰 ≤ 0.01 A | 扫描190–600 nm确认 |
| 稳定性 | 2 h 变异 ≤ 3 % | 避光、低温 |
7 应用实例
7.1 乳饮料中的苯甲酸
预处理：1 mL 样品 + 1 mL 0.1 mol L⁻¹ HCl → 10 mL 定容；
检测：λ = 230 nm；
结果：A = 0.315 → 1.55 mg L⁻¹，符合 GB 2760 限量（≤600 mg kg⁻¹）。
7.2 蜜饯中的日落黄与诱惑红
提取：70 % 乙醇水浴 60 °C 15 min；
导数法：二阶导数 480 nm(零交叉) 量化日落黄；507 nm 量化诱惑红；
含量：日落黄 85 mg kg⁻¹，诱惑红未检出。
7.3 食用油中的 BHT
正己烷萃取 → 氮吹定容乙醇；
比值光谱：A₂₇₆/A₂₉₀ 比值校正体积误差；
测值：98 mg kg⁻¹，低于国标上限 200 mg kg⁻¹。
8 常见坑与补救
| 现象 | 原因 | 快速修正 |
|---|---|---|
| 基线漂移 | 溶剂杯残留水珠 | 70 % 乙醇擦拭石英窗 |
| λ_max 漂移 | pH 变化或离子强度高 | 缓冲至 pH 4–5 或稀释 |
| 重叠峰定量误差大 | 取代基差异小 | 升级导数光谱或 PLS |
| 高盐乳清样吸光异常 | 散射＋离子吸收 | 稀释 10× 或超滤脱盐 |
| 检出限不够 | ε 值低 / 光程短 | 用 5 cm 长光程比色槽 |
9 在线化与智能化进阶
流动注射-UV (FIA-UV)
自动取样、混合、恒温显色，3 min 内出结果，用于饮料线防腐剂浓度闭环控制。嵌入式光纤探头
可插入糖果真空锅，实时监测柠檬黄浓度曲线。边缘 AI 解谱
嵌入 MCU 的微型模型，现场识别非法色素掺假概率，准确率 > 97 %。MEMS-UV 芯片
5 cm³ 掌上设备 + 智能手机，可随行抽检糖精钠、苯甲酸等高频指标。
10 未来展望
| 技术路径 | 关键突破 | 价值 |
|---|---|---|
| 深紫外 LED 阵列 | 200–240 nm 高亮度 | 免灯管、低功耗 |
| 光谱-结构大模型 | 光谱 To 结构 AI | 无需纯品库即可溯源 |
| 微流控前处理 | Lab-on-a-Chip | 将提取、显色、检测缩至 10 µL |
| IoT 云谱平台 | 海量谱指纹共享 | 合规风险快速比对 |
11 结语
紫外法在食品添加剂检测中的地位不会因高端仪器普及而黯淡 —— 它是效率最高的定量“第一关卡”。通过科学的前处理、合适的光谱解析技术（同步方程、导数、PLS 等），以及新兴的智能算法和在线硬件，UV-Vis 正在从台式操作走向 “自动化 + 智能化 + 现场化” 的新阶段，为食品安全提供更加敏捷、可负担的技术支撑。
