光谱应用 | 从吸收光谱分析运动饮料的成分

2023-11-14 13:07:30, Yvette Mattley 北京爱蛙科技有限公司

自20世纪20年代以来，为补充重要营养素而设计的饮料就已经出现了，当时它们最初被开发出来是为了给病人提供必需的营养。从那以后的几十年里，这些饮料已经发展成为全球数十亿美元的产业。

消费者面临着一系列令人眼花缭乱的选择，饮料成分从简单的水、糖和电解质到更复杂的含有添加维生素和营养素的天然成分的混合物。这几年运动饮料激增，消费者面对无所适从的大量选择，我们用模块化光谱仪来探索几种样品饮料的成分。

一、实验装置

我们需要测量一系列的成分，从食品染料到水果和蔬菜提取物，需要200-1650 nm的连续光谱，从而将覆盖范围扩展到NIR。

将Flame-S-XR ，Flame-NIR光谱仪与DH-2000-BAL氘钨卤素光源配合，我们用水将0.5 mL的每种运动饮料稀释至2 mL。这降低了紫外线的吸收率，使我们能够在该区域看到更多的光谱特征。将样品置于CVD-UV-1 比色皿中。

使用该装置，我们测量了11种不同运动饮料的UV-VIS吸收光谱，每种饮料具有不同的组成（表1）。虽然所有的运动饮料都有共同的成分，如水，糖和电解质，但其他成分也有一些有趣的差异，这些差异似乎与饮料的价格有关，并且在吸收光谱中很明显。

风味	颜色	甜味剂	其他成分	染料
水果潘趣酒1	红色	高果糖玉米糖浆		红色染料40
水果潘趣酒2	红色	右旋糖		红色染料40
水果潘趣酒3	红色	蔗糖		红色染料40
柠檬-酸橙	黄色/绿色	右旋糖		黄色5
橙色	橙色	右旋糖		黄色6
葡萄1	紫色/红色	纯蔗糖	浓缩椰子水	葡萄汁浓缩物
水果潘趣酒4	红色	纯蔗糖	浓缩椰子水	浓缩蔬菜汁
巴西蓝莓	紫色/红色	结晶/果糖/甜叶菊		水果和蔬菜果汁
樱桃	白色	右旋糖		无
葡萄2	明确	三氯蔗糖		无
柠檬水	白色	甜叶菊叶提取物		无

表1：运动饮料的组成

二、光谱分析

我们评估的运动饮料分为两组。一组是用食用染料着色的，主要成分是水、糖、和电解质。另一组有维生素和营养素，没有食物染料或天然水果和蔬菜提取物来提供颜色。

在含有食用染料的运动饮料中，我们观察到紫外和可见光范围内的许多峰（图1）。正如预期的那样，对于含有红色染料40（诱惑红AC）的所有三种水果潘趣酒运动饮料以及分别含有黄色5（柠檬黄）和黄色6（日落黄FCF）的柠檬-酸橙和橙色运动饮料，观察到的光谱特征相似。尽管这三种染料都是偶氮染料，通常用于食品和纺织品生产，但它们具有独特的化学式和结构，从而产生不同的吸收光谱。此外，虽然樱桃运动饮料样品具有与其他饮料相似的成分，但它不含着色剂。

图1.含有食用染料的运动饮料样品的吸收光谱在UV-VIS波长范围内显示出相似的特征

当运动饮料从天然来源（如水果和蔬菜提取物）获得颜色时，其光谱与食用染料着色的光谱非常不同（图2）。除了电解质外，所有运动饮料都含有维生素和其他营养物质，但只有葡萄1、水果潘趣酒4和巴西莓-蓝莓-石榴饮料使用水果和蔬菜汁提取物赋予运动饮料颜色。图2中所示的其他饮料，葡萄2和柠檬水，仅含有添加的维生素，不含水果或蔬菜汁提取物。所有样本均不含食用色素。

图2. 依靠水果和蔬菜提取物着色的运动饮料在320-720 nm之间具有相当一致的吸收光谱。

当水果和蔬菜提取物用于提供颜色时，可以在500-600 nm之间观察到吸收峰。这个峰值，只在含有水果和蔬菜提取物的运动饮料中观察到，源于提取物中发现的植物色素的吸收。众所周知，花青素等类黄酮色素具有很强的抗氧化特性，所以如果这些化合物的浓度足够高，它们的存在可能会给运动饮料带来额外的健康益处。这些天然成分的使用似乎确实影响了这些优质运动饮料的价格，但对于最注重健康的消费者来说，额外的费用可能是值得的。

三、结论

通过这些简单的UV-VIS吸光度测量，我们已经开始探索运动饮料中复杂混合物颜色的一个方面。作为我们分析的下一步，我们可以进一步稀释我们的样品，以降低紫外线的吸收水平，这样我们就可以评估该区域独特的光谱特征。此外，我们可以测量主要成分的纯样品的光谱数据，以帮助我们识别这些成分产生的光谱特征。我们可以用模块光谱法来探索这些饮料。

模块化光谱学方法的强大之处在于其可实现轻松配置，并添加到这些简单的紫外可见吸收度测量的设置中，以观察其他运动饮料的特性。例如，使用Flame光谱仪的可变狭缝，我们可以重新配置我们的设置，从吸光度到荧光，以评估运动饮料中发现的化合物，如核黄素和吡哆醇。此外，我们可以使用QEPro构建模块化拉曼光谱系统，利用其灵敏度来探索饮料中的维生素和电解质成分。

这就是模块化光谱学方法的美妙之处。使用用户可配置的光谱系统，可以轻松地在测量类型之间切换，以了解更多关于样品的信息，而不是从固定的台式仪器设计来测量吸光度。满足您对简单、多功能测量工具的渴望，这是用光学传感来了解我们周围世界、改善人们生活和健康的一大幸事。

内容来源：爱蛙科技编辑整理

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