数字图像分析作为一种替代分析方法，用于测定食品样品中的亮蓝FCF（荧光染料）含量

《Microchemical Journal》：Digital images analysis as an alternative analytical strategy for the determination of brilliant blue FCF in food samples

本研究采用合成超吸附水凝胶聚合物作为固相吸附剂，成功富集并定量分析了食品（如软糖）中的 Brilliant Blue FCF 染料，利用数字图像分析法（DIA）实现快速检测，其检出限（0.082 mg/L）和定量限（0.274 mg/L）优于现有方法，且回收率高达 99.5%，同时该方法成本低、操作简便，为食品中合成染料的检测提供了新策略。

　　

阿曼达·德·索扎·尼科特·席尔瓦（Amanda de Souza Nicotte Silva）| 瓦格纳·费利佩·帕切科（Wagner Felippe Pacheco）| 费尔南达·内维斯·费泰拉（Fernanda Neves Feiteira）

巴西里约热内卢州尼泰罗伊市弗卢米嫩塞联邦大学（Fluminense Federal University）化学研究所分析化学系，邮编24020-141

摘要

合成染料 Brilliant Blue FCF 常见于各种食品中，如饮料、乳制品和糖果。过量摄入这种染料可能对人体健康造成危害，例如多动症、呼吸系统疾病和过敏反应。因此，对这种分析物的定量检测至关重要，以确保食品的质量和安全性。

本研究提出使用一种固态吸附剂——超强吸附性水凝胶聚合物，用于吸附和预浓缩明胶和棉花糖样品中的 Brilliant Blue FCF。定量分析采用了数字图像分析（DIA）技术，该技术因高效且实施成本低而在近期科学研究中受到重视。该方法的精度令人满意，重复性（RSD为2.82%）和再现性（RSD为3.43%）均符合要求。回收实验显示，在两种浓度水平下，准确度为99.5±1.8%。通过所开发的方法对样品进行的定量分析与文献中已有的方法进行了比较，在95%的置信水平下未发现统计学差异。此外，与文献中的其他方法相比，该方法的检测限（LOD）和定量限（LOQ）更优（分别为0.082 mg L^-1和0.274 mg L^-1）。这些优点加上其低成本，表明这是一种实用且可靠的分析方法。

引言

染料是一种能够增强或恢复产品颜色的物质，例如纺织纤维、油漆、塑料、化妆品、药品、食品和饮料。它们属于有机化合物，由于结构中含有发色基团（如硝基、偶氮基和羰基），因此具有选择性吸收可见光的能力。染料可分为人工合成和天然提取两种[1]。在食品工业中，人工合成染料作为一种添加剂，旨在为产品提供颜色，使其在视觉上更吸引消费者，尽管它们缺乏营养价值[2]。

Brilliant Blue FCF（见补充材料图S1）属于三苯甲烷家族的合成染料，其结构中含有三个芳基团，并通常含有磺酸基团，从而确保了高溶解度[3]。这种染料常见于多种食品中，如饮料、乳制品和糖果[4]。

过量摄入 Brilliant Blue FCF 可能对人体健康造成危害，如多动症和呼吸系统疾病。此外，研究表明该染料还可能引发皮肤过敏反应，如湿疹[5]。

从法规角度来看，Brilliant Blue FCF 已被多个国际机构批准作为食品添加剂使用。欧洲食品安全局（EFSA）和联合国粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会（JECFA）根据体重制定了每日允许摄入量（ADI）为 6 mg kg^-1[6],[7]，这凸显了开发灵敏可靠的检测方法来监测和定量加工食品的必要性。在巴西，国家卫生监督局（ANVISA）制定了关于食品中色素添加、标签标注和使用限度的具体规定。根据巴西法规，该染料的每日允许摄入量为成人体重的 12.5 mg kg^-1[8]。这些法规强调了开发便捷的分析方法以量化 Brilliant Blue FCF 的重要性，从而确保食品的质量和安全。

文献中提出了多种定量 Brilliant Blue FCF 的方法，主要基于紫外-可见光谱法[9],[10] 和高效液相色谱法[11],[12],[13],[14],[15],[16],[17],[18]。毛细管电泳（CE）[19]、高效液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）[20] 以及电化学方法[21],[22] 也值得关注。

每种方法都有其优势和局限性。例如，光谱法成本低且操作简单，但容易受到复杂基质的干扰，在面对发色团干扰物时选择性较差，需要预处理步骤[10]。而 HPLC-MS/MS 具有高选择性和灵敏度，但需要精密设备且分析时间较长，在区分结构相似的化合物时存在局限性[23]。

然而，这些技术的高成本使得许多发展中国家的研究团队难以使用。此外，即使使用色谱法，共提取的化合物也会影响分析结果，具体取决于所使用的检测系统。在质谱联用系统中，这种影响更为显著，而在紫外-可见光谱法中通常不那么明显。为此，通常采用基质匹配校准或内部标准等方法来减轻这些影响。尽管如此，初步的样品制备步骤对于减少残余干扰和促进分析物预浓缩仍然至关重要，尤其是在复杂基质中。

超强吸附性聚合物材料（SAP）是由三维、柔性和交联网络组成的材料，能够以自身质量的数十到数百倍的速度吸收流体[24],[25]。SAP（包括水凝胶）由离子单体构成，交联剂密度低，因此具有高渗透性和吸附能力[26],[27],[28]。

水凝胶可以来自天然来源（如壳聚糖、肽、蛋白质和糖缀合物），也可以通过使用聚乙烯醇、丙烯酸和甲基丙烯酸等常见聚合物合成。需要注意的是，尽管天然聚合物制成的水凝胶具有高生物降解性，但其机械性能可能不尽如人意[29]。

合成水凝胶相对于天然水凝胶的主要优势在于更高的亲水性和膨胀能力，这是因为聚合物中的离子电荷增加，导致分子间的排斥力增强。膨胀是由于构成材料的聚合物链松弛，使介质能够在未填充的空间中积聚液体。因此，合成水凝胶能够吸附大量水溶液而不会溶解在其中[30],[31],[32]。

最近，我们的研究小组开始合成基于丙烯酸和甲基丙烯酸单体的超强吸附性聚合物水凝胶材料。在本研究中，我们计划使用这种材料作为固态支撑剂，从水基质中提取并预浓缩 Brilliant Blue FCF，然后通过数字图像分析对其进行分析。值得一提的是，这种基于从有色物质生成的数字图像中提取信息的定量技术，在产品质量控制中的应用日益增多，因为它成本低且效率高[33],[34],[35],[36],[37]。

我们的研究小组专注于开发新的材料，以提高分析方法的灵敏度和选择性。这种方法的主要改进在于使用高吸附能力的固态支撑剂来进行选择性提取和预浓缩。总体而言，这种方法使检测和定量限低于已有文献报道的水平[2],[34],[35],[36],[37],[38],[39]。

试剂、溶液和仪器

所有使用的试剂均为分析级，无需进一步纯化。溶液使用超纯水（电阻率为 18 MΩ cm）制备，该超纯水由德国 Arium Pro Sartorius 纯化系统提供。200 mg L^-1 的 Brilliant Blue FCF 标准溶液（Inlab，巴西）是通过将 20.0 mg 染料溶解在超纯水中制备的，然后转移到 100.0 mL 容量瓶中，并用相同溶剂补足体积。该溶液每天工作前都会重新配制。

水凝胶聚合物的特性分析

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）图（见补充材料图 S2）显示了染料吸附前后水凝胶聚合物的特征峰。这项研究旨在获取有关分子相互作用的信息，以验证分析物的吸附过程。纯水凝胶的 FT-IR 光谱（洋红色线条）在 3400 cm^-1 以上显示出特征吸收峰，对应于 METAC 单元中的 N-H 拉伸振动；此外，亚甲基在 1440 cm^-1 处有特征吸收峰

结论

本研究成功展示了从糖果基质中选择性提取、预浓缩和定量 Brilliant Blue FCF 的可行性。通过优化 pH 值、搅拌时间和离子强度等参数，建立了一种既准确又简单的可靠方法。整个过程经济高效，所需设备成本低。

所达到的定量限（LOQ）足以在食品样品中准确检测该染料

作者贡献声明

阿曼达·德·索扎·尼科特·席尔瓦（Amanda de Souza Nicotte Silva）： 负责撰写原文、方法设计、实验实施和数据分析。瓦格纳·费利佩·帕切科（Wagner Felippe Pacheco）： 负责资源协调、方法选择和资金争取。费尔南达·内维斯·费泰拉（Fernanda Neves Feiteira）： 负责文本审阅与编辑、结果验证、项目管理和数据整理以及概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

作者感谢巴西高等人才培养协调委员会（CAPES）、巴西国家科学技术发展委员会（CNPq）和里约热内卢州卡洛斯·查加斯研究基金会（FAPERJ）提供的资助、奖学金和财务支持。