CN105067786B

CN105067786B - 一种非复原果汁的鉴别方法

Info

Publication number: CN105067786B
Application number: CN201510424743.6A
Authority: CN
Inventors: 钟其顶; 王道兵
Original assignee: China National Research Institute of Food and Fermentation Industries
Current assignee: China National Research Institute of Food and Fermentation Industries
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2018-02-06
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: CN105067786A

Abstract

本发明涉及一种非复原果汁的鉴别方法。具体而言，其是一种基于稳定同位素技术鉴别食品真实性的方法。具体而言，本发明的方法是构建NFC果汁的水与果汁除水发酵后产生的乙醇中稳定氧同位素组成(记作δ¹⁸O)的数学模型，将待检产品的水及其在特定条件下发酵产生的乙醇的δ¹⁸O实测值代入数学模型进行真实性鉴别。本发明根据果汁自身的δ¹⁸O特征进行鉴别，不需要建立庞大的数据库，简化了鉴别步骤，提高了检测限，非常适用于NFC果汁的真实性鉴别。

Description

一种非复原果汁的鉴别方法

技术领域

本发明涉及一种非复原果汁的鉴别方法。具体而言属于稳定同位素技术的应用研究领域，具体就是根据果汁自身的δ¹⁸O特征鉴别NFC果汁的真实性。

背景技术

非复原(Not From Concentration,NFC)果汁是将新鲜原果清洗后压榨出果汁，经瞬间杀菌后直接灌装而成的产品，其品质接近天然鲜榨汁，售价是复原果汁的2-4倍，附加值更高。NFC果汁符合人们对健康饮料消费需求的潮流，市场发展潜力巨大。相对于NFC果汁复杂的生产工艺和严格的保藏条件，复原果汁具有无可比拟的成本优势。但是非复原果汁和复原果汁中各理化成分的含量几乎相同，传统的理化分析方法及质量指标(可溶性固形物、糖类和氨基酸态氮等)难以对这两种果汁进行区分，市场上存在着复原果汁冒充NFC果汁的现象。与欧美发达国家相比，我国的NFC果汁市场正处于发展阶段，随着人民生活水平的提高以及对营养和保健消费理念的不断关注，NFC果汁将成为今后我国果汁行业的发展方向，实现NFC果汁和复原果汁的鉴别，对于培育国内NFC果汁市场、保障公平竞争、促进国际贸易具有重要意义。

果汁稳定氧同位素特征(δ¹⁸O)在NFC果汁真实性鉴别领域具有重要应用，欧盟果蔬汁协会(AIJN)在果蔬汁贸易评价法典中给出了橙汁、苹果汁等果蔬汁的水中δ¹⁸O的最低值。然而由于稳定同位素的自然分馏作用，即使是同种果汁，产地不同时水中δ¹⁸O也差异较大，以脐橙为例，摩洛哥的脐橙水中δ¹⁸O高达﹢5.8‰，而希腊的脐橙水中δ¹⁸O则会低至-2.0‰，若按照AIJN的评判标准，希腊的橙汁肯定不是NFC果汁，而摩洛哥的橙汁即使加入30％的外源水也可能高于0，会误判为NFC果汁。在这种情况下需要构建庞大的数据库，涵盖全球主要产地各年份的果蔬样品以与待检样品对比。根据稳定氧同位素的自然分馏特征，同一来源的不同物质间具有某种定量关系，如糖、柠檬酸与水【Houerou,G.；Kelly,S.；Dennis,M.Determination of the Oxygen-18/Oxygen-16Isotope Ratios of Sugar,Citric Acidand Water From Single Strengh Orange Juice.Rapid Commun.Mass Spectrom.1999】，纤维素与水【Hanns-Ludwig Schmidt,Roland A.Werner,Andreas Rossmann.18O patternand biosynthesis of natural plant products.2001.】。理论上糖、柠檬酸或纤维素中δ¹⁸O作为水的内源性指标进行NFC果汁鉴别，然而由于果汁中存在大量水，分析糖、柠檬酸这些可溶固形物以及纤维素中δ¹⁸O易受水的干扰【Jamin,E.；Guerin,R.；Retif,M.；Lees,M.；Martin,G.J.Improved detection of added water in orange juice by simultaneousdetermination of the oxygen-18/oxygen-16isotope ratios of water and ethanolderived from sugars.J.Agric.Food Chem.2003,51,5202-5206】，操作难度大且测定稳定性差，故该糖、柠檬酸或纤维素难以得到有效应用。Eric Jamin(Monsallier-Bitea C,Jamin E,Lees M,Zhang BL,Martin GJ.Study of the influence of alcoholicfermentation and distillation on the oxygen-18/oxygen-16isotope ratio ofethanol.2006)等人研究发现果汁发酵产生的乙醇δ¹⁸O与果汁水呈线性正相关，但从他们的研究中也可以看出，若果汁中已经混入了外源水，不仅果汁的水中δ¹⁸O会改变，该果汁发酵产生的乙醇中δ¹⁸O也会变化，这是因为发酵过程中乙醇分子中的氧一部分来自于糖，一部分来自于水，从而仅对对掺假水平高于40％的样品有鉴别能力。因此，由于果汁水中δ¹⁸O的自然分馏特征以及对内源性物质选择时的影响，NFC果汁鉴别领域的稳定同位素技术发展到了一个瓶颈，近7年来鲜有进展，如何提高甄别NFC果汁的能力，利用合理的实验过程取得内源性物质的δ¹⁸O信息，减轻对数据库的依赖是当前果汁领域研究工作的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效鉴别NFC果汁的方法，减轻鉴别过程中对数据库的依赖，解决以往的内源性指标受果汁水的干扰，提高检出能力。

本发明的技术方案是：

根据自然界中稳定氧同位素在水和有机物中的分布规律，选择糖中δ¹⁸O作为水的内源性指标，在δ¹⁸O已知的水中将糖转化成方便测定的乙醇，通过建立该乙醇与果汁水中δ¹⁸O的数学模型进行NFC果汁真实性鉴别。

本发明提供的非复原(NFC)果汁鉴别方法，包括构建NFC果汁的水与果汁除水发酵后产生的乙醇中稳定氧同位素组成(记作δ¹⁸O)的数学模型，将待检产品的水及其在特定条件下发酵产生的乙醇的δ¹⁸O实测值代入数学模型进行真实性鉴别。

具体而言，该方法包括：

a.取真品非复原果汁，测定非复原果汁的水的氧稳定同位素比率δ¹⁸O_原汁水，

b.将所述真品非复原果汁除去水分，然后用δ¹⁸O固定的水恢复果汁原重，接着进行发酵，直至其中的糖完全转化成乙醇，然后测定其中的乙醇的氧稳定同位素比率δ¹⁸O_发酵乙醇，

c.建立δ¹⁸O_原汁水与δ¹⁸O_发酵乙醇之间的函数δ¹⁸O_原汁水＝f(δ¹⁸O_发酵乙醇)，

d.对待检样品重复步骤a、b，测定其水中的氧稳定同位素比率δ¹⁸O_水测定值和发酵后的乙醇的氧稳定同位素比率¹⁸O_发酵乙醇，

e.将待检样品的¹⁸O_发酵乙醇代入步骤c所建立的函数中，得到δ¹⁸O_水计算值，并将δ¹⁸O_水计算值与δ¹⁸O_水测定值进行比较，从而鉴别待检样品是否为真正的非复原果汁。

其中所述δ¹⁸O_原汁水与δ¹⁸O_发酵乙醇之间的函数如下构建：

一.将真品非复原果汁直接发酵，然后测定其中的乙醇的氧稳定同位素比率δ¹⁸O_原汁乙醇，由此建立真品NFC果汁的水和原汁发酵乙醇中δ¹⁸O的关系(式一)：δ¹⁸O_原汁水＝a’δ¹⁸O_原汁乙醇+b’；

二，建立所述δ¹⁸O_原汁乙醇与所述步骤b中的δ¹⁸O_发酵乙醇的关系(式二)：δ¹⁸O_原汁乙醇＝a”δ¹⁸O_发酵乙醇+b”，

三.由式一和式二推导得出所述函数：δ¹⁸O_原汁水＝a’(a”δ¹⁸O_发酵乙醇+b”)+b’。

在上述步骤b中的发酵为除去果汁的水分得到固体粉末(干燥度＞99％)，用δ¹⁸O固定的水溶解该固体粉末至果汁原重，然后进行乙醇发酵。

在所述步骤e中将δ¹⁸O_水计算值与δ¹⁸O_水测定值进行比较时，若两者的绝对差值不超过1‰则可判定待测果汁为NFC果汁，若绝对差值超过1‰则可判定待测果汁为非NFC果汁。

上述果汁为橙汁、苹果汁、梨汁、葡萄汁、芒果汁、菠萝汁或木瓜汁，优选为橙汁或苹果汁。

更具体而言，本发明方法包括以下步骤：

1.建立NFC果汁的水与原汁发酵乙醇δ¹⁸O之间的关系

选择具有δ¹⁸O梯度的NFC果汁，测定其水中δ¹⁸O_原汁水；称取100g NFC果汁，加入1％(m/m)酿酒酵母，25℃厌氧发酵至果汁糖完全转化成乙醇，原汁发酵后测定其乙醇δ¹⁸O_原汁乙醇。建立NFC果汁的水与原汁发酵乙醇δ¹⁸O之间的关系式(一)δ¹⁸O_原汁水＝a’δ¹⁸O_原汁乙醇+b’；

2.建立原汁发酵乙醇δ¹⁸O与特定条件下发酵乙醇δ¹⁸O的关系

选择具有δ¹⁸O梯度的NFC果汁，经过上述原汁发酵后测定其乙醇δ¹⁸O_原汁乙醇；称取100g果汁，冷冻干燥除去果汁水分，用蒸馏水(δ¹⁸O恒定)溶解果汁固体粉末至100g(原重)，加入1％(m/m)酿酒酵母，25℃厌氧发酵至果汁糖完全转化成乙醇，利用裂解法测定乙醇的δ¹⁸O_发酵乙醇；建立原汁发酵乙醇与特定条件下发酵乙醇δ¹⁸O之间的关系式(二)δ¹⁸O_原汁乙醇＝a”δ¹⁸O_发酵乙醇+b”；

3.建立NFC果汁鉴别数学模型

根据关系式(一)和关系式(二)，构建NFC果汁鉴别的数学模型δ¹⁸O_原汁＝a’(a”δ¹⁸O_发酵乙醇+b”)+b’。

4.样品分析

测定待检果汁样品的水中δ¹⁸O_水测定值，以及该样品特定条件下发酵乙醇的δ¹⁸O_发酵乙醇。

5.鉴别

根据数学模型计算待测样品的δ¹⁸O_发酵乙醇所对应的NFC果汁水中δ¹⁸O_水计算值，并与待检样品的水中δ¹⁸O_水测定值进行比较，若绝对差值不超过1‰则可判定待测果汁为NFC果汁，若绝对差值超过1‰则可判定待测果汁为非NFC果汁。

在上述方法中，水中的δ¹⁸O的测定可采用本领域已知的任何方法，如二氧化碳-水平衡法、气相色谱-稳定同位素比率质谱联用法(GC-IRMS)，优选使用中国授权专利201210473455.6(发明名称：一种用于简单测定水中氧稳定同位素比率的离线前处理装置和方法)中公开的装置和方法进行测定。

发酵后的乙醇中的δ¹⁸O的测定可采用本领域已知的任何方法，如可采用微蒸馏装置将乙醇提取出来，然后采用分子筛脱除乙醇中微量水，获得无水乙醇；然后运用TC/EA-IRMS进行测定(Giovanni Calderone；et al.Isotopic analysis of ethanol：studyon¹⁸O/¹⁶O measurement using a high-temperature pyrolysis system coupled to anisotope ratio mass spectrometer)，或采用SPME萃取溶液中乙醇，经热脱附进入GC-TC-IRMS测定(Blanca O.Aguilar-Cisneros；et al.Tequila authenticity assessment byheadspace SPME-HRGC-IRMS analysis of ¹³C/¹²C and ¹⁸O/¹⁶O ratios of ethanol；KeitaYamada；et al.Determination of hydrogen,carbon and oxygen isotope ratios ofethanol in aqueous solution at millimole levels.)但优选采用中国授权专利ZL201210420806.7中所述的GC-TC-IRMS进行测定。

本发明的有益结果

1.根据氧同位素的自然分馏特征和酒精发酵代谢过程，本发明增加了果汁除水-溶解过程，通过固定使用发酵用水，发酵产物乙醇δ¹⁸O的变化只与果汁糖有关，规避了果汁水分的干扰，使得果汁的糖分作为水中δ¹⁸O的内源性物质在应用领域成为可能。

2.本发明通过前期建立数学模型，应用时只需测定待检样品的水中δ¹⁸O和特定条件下的乙醇δ¹⁸O，不需依赖庞大的数据库，操作简单，且提高了检测限，有助于NFC果汁的真实性鉴别。

具体实施方式

本发明的实施例包括以下步骤：第一，分别测定非复原(NFC)果汁和待检果汁的水中稳定氧同位素组成δ¹⁸O_原汁水；第二，NFC果汁发酵成乙醇，测定乙醇的δ¹⁸O_原汁乙醇；第三，分别冷冻干燥NFC果汁和待检果汁，加入蒸馏水(δ¹⁸O固定)至原重，发酵成乙醇后测定乙醇δ¹⁸O_发酵乙醇；第四，通过NFC果汁中δ¹⁸O_原汁水与δ¹⁸O_原汁乙醇、δ¹⁸O_原汁乙醇与δ¹⁸O_发酵乙醇的关系，推导出NFC果汁中δ¹⁸O_原汁水与δ¹⁸O_发酵乙醇的间的数学模型；第五，依据待检果汁的δ¹⁸O_发酵乙醇推导出该乙醇所对应的NFC果汁的δ¹⁸O_水计算值，与测定的待检果汁δ¹⁸O_水测定值进行对比，鉴定该果汁是否为NFC果汁。

详细实施过程及内容如下：

实施例1

1.测定NFC橙汁A、B、C和待检橙汁a、b的水中稳定氧同位素组成δ¹⁸O_橙汁水(水中δ¹⁸O的测定按照专利ZL201210473455.6进行)，结果见表1。

表1橙汁的水中δ¹⁸O测定结果

果汁	A	B	C	a	b
						δ¹⁸O_水测定值(‰)	9.42	-3.43	2.17	1.85	0.21

由表1可知，A、B、C这3种NFC橙汁的水中δ¹⁸O差异明显，说明给NFC橙汁设定一个固定的判定限是不可能的，其中待测橙汁a和b均介于橙汁B与C之间，而依据AIJN针对橙汁的判别标准，果汁a和b均为NFC果汁。

2.称取A、B、C橙汁各200g于500mL三角瓶中，加入1％(m/m)CM796酿酒活性干酵母后在25℃中进行厌氧发酵，发酵结束后测定乙醇δ¹⁸O_原汁乙醇(乙醇δ¹⁸O的测定按照ZL2012104280806.7进行)，见表2。

表2果汁原汁发酵乙醇的δ¹⁸O

果汁	A	B	C
				δ¹⁸O_原汁乙醇(‰)	34.51	22.53	27.22

结合表1与表2中NFC橙汁A、B、C的水和其原汁发酵产生的乙醇的δ¹⁸O数据，可发现二者呈现良好的线性正相关，以此得到NFC果汁的水与原汁发酵乙醇δ¹⁸O之间的关系式(一)：

y_水＝1.0631*δ¹⁸O_原汁乙醇–27.146，其中相关系数R²＝0.997。

3.称取A、B、C和a、b橙汁各100g，冷冻干燥得到各自的固体粉末，用蒸馏水溶解各粉末至总重100g，倒入500mL三角瓶中，加入1％(m/m)CM796酿酒活性干酵母后在25℃中进行厌氧发酵。发酵结束后测定乙醇δ¹⁸O_发酵乙醇(乙醇δ¹⁸O的测定按照ZL 2012104280806.7进行)，见表3。

表3橙汁在特定条件下发酵产生的乙醇的δ¹⁸O数据

果汁	A	B	C	a	b
						δ¹⁸O_发酵乙醇(‰)	22.56	18.39	19.81	20.21	19.93

结合表2和表3数据可知，NFC橙汁原汁发酵与在特定条件下发酵产生的乙醇中δ¹⁸O呈现良好的线性正相关，这是由于当发酵液中水固定时，乙醇δ¹⁸O的差异只受糖的影响。以此得到原汁发酵乙醇与特定条件下发酵乙醇δ¹⁸O之间的关系式(二)δ¹⁸O_原汁乙醇＝2.8491*δ¹⁸O_发酵乙醇–29.606，相关系数R²＝0.997。

4.结合关系式(一)和关系式(二)推导出NFC橙汁的水中δ¹⁸O与其在特定条件下发酵产生的乙醇中δ¹⁸O_发酵乙醇的数学模型：δ¹⁸O_水计算值＝1.0631*(2.8491*δ¹⁸O_发酵乙醇–29.606)–27.146＝3.0289*δ¹⁸O_发酵乙醇–58.6201。

5.鉴别橙汁a与b是否为NFC橙汁。

根据表3中果汁a和b在特定条件下发酵的乙醇δ¹⁸O以及建立的数学模型，可计算出该乙醇氧对应的NFC橙汁的水中δ¹⁸O分别为2.59‰和1.87‰。通过与表1中橙汁a和b的水中δ¹⁸O测定值可知，橙汁a水中δ¹⁸O的计算值与测定值相差0.74‰，而橙汁b的差异达1.66‰，因此判断橙汁a为NFC橙汁，而橙汁b则不是真正的NFC橙汁。

实施例2

为验证本发明鉴别非复原果汁的准确性和有效性，以橙汁A和自来水为研究对象配制了掺入不同水的样品(见表4)。按照本发明的方法处理各样品，测定水中δ¹⁸O、乙醇δ¹⁸O_发酵乙醇，并根据模型进行判断，结果见表4。

表4模拟样品的数据δ¹⁸O(‰)

样品编号	自来水掺入比例	δ¹⁸O_样品水	δ¹⁸O_发酵乙醇	δ¹⁸O_水计算值	差值
						1#	0	9.42	22.56	9.71	0.29
2#	5	9.01	22.21	8.65	-0.36
						3#	15	7.25	22.09	8.29	1.04
4#	30	4.65	22.12	8.38	3.73
						5#	50	0.53	22.66	10.01	9.48

由表4可知，按照AIJN给定的橙汁判定标准，即使橙汁A中掺入50％自来水，其水中δ¹⁸O依然是符合要求的。本实施例中，根据本发明的鉴别模型可知，当自来水掺入比例超过15％时，水中δ¹⁸O的计算值与测定值的差异已超过1‰，因此可判定3#、4#和5#均不是真正的非复原果汁。

最后应当说明的是，以上两个实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本发明中得到的数学模型并非固定，当发酵条件与果汁种类变化时会有所差异，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种非复原(NFC)果汁鉴别方法，其特征在于

构建NFC果汁的水与果汁除水发酵后产生的乙醇中稳定氧同位素组成的数学模型，所述稳定氧同位素组成记作δ¹⁸O，

将待检产品的水及其在特定条件下发酵产生的乙醇的δ¹⁸O实测值代入数学模型进行真实性鉴别，

所述方法包括：

e.将待检样品的¹⁸O_发酵乙醇代入步骤c所建立的函数中，得到δ¹⁸O_水计算值，并将δ¹⁸O_水计算值与δ¹⁸O_水测定值进行比较，从而鉴别待检样品是否为真正的非复原果汁，

所述δ¹⁸O_原汁水与δ¹⁸O_发酵乙醇之间的函数如下构建：

一.将真品非复原果汁直接发酵，然后测定其中的乙醇的氧稳定同位素比率δ¹⁸O_原汁乙醇，由此建立真品NFC果汁的水和原汁发酵乙醇中δ¹⁸O的关系，即式一：δ¹⁸O_原汁水＝a’δ¹⁸O_原汁乙醇+b’；

二，建立所述δ¹⁸O_原汁乙醇与所述步骤b中的δ¹⁸O_发酵乙醇的关系，即式二：δ¹⁸O_原汁乙醇＝a”δ¹⁸O_发酵乙醇+b”，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中的发酵为除去果汁的水分得到干燥度＞99％的固体粉末，用δ¹⁸O固定的水溶解该固体粉末至果汁原重，然后进行乙醇发酵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e中将δ¹⁸O_水计算值与δ¹⁸O_水测定值进行比较时，若两者的绝对差值不超过1‰则可判定待测果汁为NFC果汁，若绝对差值超过1‰则可判定待测果汁为非NFC果汁。

4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述果汁为橙汁、苹果汁、梨汁、葡萄汁、芒果汁、菠萝汁或木瓜汁。