調味料/辛香料檢測應用

拉曼光譜檢測蔗糖濃度

前言

  蔗糖是食用糖的主要成分,大多以甘蔗或甜菜加工精製而成,是在料理烹飪、烘焙及調製飲品中最廣泛使用的糖。甘蔗製糖需要經過破碎、壓榨、沉澱、過濾等步驟製成清汁,再經過多次蒸發濃縮形成糖漿,最後經過煮糖、結晶等步驟得到原糖。在製糖過程中,對糖溶液的蔗糖濃度進行檢測不僅是對各步驟成果的檢驗,同時也對生產操作的控制過程有重要的意義。
 

  目前製糖工藝中的檢測方法主要有折光法、電導率檢測法、射頻檢測法等。本次將以拉曼光譜法測試蔗糖濃度,看看能得到什麼樣的結果。




 

實驗方法

一、實驗設計
1. 實驗設備
  • PR1064 拉曼光譜儀 1 台
  • 測量池 1 個
  • 探頭支架 1 件
  • 石英比色皿 1 個

設備搭建方式如下圖所示

    


2. 實驗環境

    24恆溫條件

3. 實驗樣品
   
 濃度分別為5%、10%、15%、20%、25%的白砂糖溶液,固體白砂糖和糖蜜。

    


4. 實驗步驟
    
三種不同樣品的檢測方式:
  • 白砂糖平鋪於鋁箔上,放置於探頭下方,調節探頭位置使雷射聚焦於樣品表面進行測試。
  • 不同濃度的糖溶液和糖蜜放置於比色皿,並將比色皿放置測量池中,將拉曼探頭插入測量池,調節探頭位置使雷射聚焦於白砂糖溶液中進行測試。

    

    

 
二、實驗結果
 
    實驗測得不同濃度白砂糖溶液、糖蜜、固體白砂糖光譜如下圖所示:

    
    由圖可看出,有許多清晰的糖特徵峰,且1291.935nm(圖中藍色直線)處可見水的特徵峰。糖蜜可看出明顯的特徵峰,但可能受到螢光的影響,使得糖蜜的特徵峰較之白砂糖和糖溶液有一定的偏移。由於糖蜜和糖溶液均有明顯的水的特徵峰,我們用水的特徵峰做基準,將糖溶液和糖蜜光譜圖進行校準並對比,可得下圖:

    

    在五種不同濃度的溶液中,選取較為明顯的1168.42nm,1201.09nm,1260.21nm三個峰(如下圖),以濃度為x,峰強為y,對各處的峰進行線性擬合,發現濃度與峰強存在線性相關。
 

      
    
    
    

    由圖顯示,各個特徵峰的強度將隨糖溶液的濃度升高而升高,並且具有明顯的線性趨勢。
 

  本實驗利用PR1064拉曼光譜儀對不同濃度的糖溶液、固體白砂糖和糖蜜進行了檢測,結果說明拉曼光譜可以實現對糖的檢測。由於特徵峰的強度會隨著糖溶液的濃度增加而升高,這種變化也具有很好的線性度,因此拉曼光譜可以實現對糖溶液的濃度監測。
 


檢測設備:PR1064可擕式拉曼光譜儀

  

設備參數

型號

PR1064

尺寸

290´187´68mm

重量

4.6kg

光譜範圍

200-3000cm-1

波長解析度

~15cm-1@25μm slit

激發波長

1064±0.5nm,線寬0.2nm

溫度穩定性

<2nm @ -10~35

雷射功率

0-500mW 可調

雷射功率穩定性

3% P-P(@2hrs)

雷射器壽命

10000hrs

訊噪比

15000:1

動態範圍

12000:1

暗雜訊

~60 RMS

積分時間

1ms - 60s

電源電壓

100-240V AC@50/60Hz

探頭工作距離

7.5mm

工作溫度

0-50

工作濕度

10-80%