红糖、白砂糖、赤砂糖与黑糖的HPLC指纹图谱与化学模式识别

现今，由于糖的过度摄入，导致了肥胖等一系列问题，甚至产生成瘾性。人们开始更多的将关注点放在了功能性红糖、黑糖上，不仅具有甜味，且含有大量的生物活性成分，可以增强免疫力、保护细胞、降低糖尿病和高血压的发病率等。有学者已经提出是否可以将红糖作为白砂糖的替代品，或开发富含植物源性生物活性成分的糖类增值产品，以期获得更高的商品价值。

白砂糖与赤砂糖中所含的酚类物质，主要是甘蔗中的天然色素，赤砂糖中的酚类物质稍多，约为白砂糖的1～3 倍，但在实际生产加工过程中，糖厂会去除酚类化合物使产品更加稳定。红糖与黑糖在熬制过程中，发生美拉德反应，改善风味和感官质量的同时也更多的产生了具有抗氧化、抗炎等功能的多酚类和黄酮类的化合物，并且由于黑糖熬制时间更久且含有丰富的铁元素，使其呈现出黑褐的颜色。如今，许多糖类的关联产品应运而生，消费者追求更高品质的糖，但仍然无法区分市面上销售的糖的种类，相当多关于糖类的错误信息仍然需要纠正。

本研究在确立的红糖质量标准基础上，南京中医药大学药学院的蔡玮琦、左雯雯和彭国平*等人通过对红糖、白砂糖、赤砂糖和黑糖的非糖部分进行的指纹图谱测定，并通过指纹图谱结合模式识别（聚类分析、主成分分析（PCA）和正交最小二乘法判别分析）进行综合分析，将白砂糖、红糖、赤砂糖以及黑糖进行区分，以期为其质量控制与评价、生产以及消费者的选择提供依据和指导。

1 相似度分析

经测定精密度、重复性、稳定性检测RSD均小于3%，仪器良好。将30 批样品按前述方法制备供试品溶液，在前述条件下进样，对其紫外色谱指纹图谱相关参数进行比较。将30 批图谱数据导入“中药色谱指纹图谱相似度评价系统软件（2012版）”。结果，红糖相似度大于0.995，白砂糖相似度均小于0.261，赤砂糖相似度为0.171～0.881，批次间的差异很大，而黑糖的相似度为0.800、0.983与0.983。考虑到4 种糖之间成分差异性较大，而除赤砂糖外，同种之间差异较小。因此，不能建立同一指纹图谱，而应各自进行分析比较。

2 指纹图谱的建立

将30 批图谱按类别分别导入“中药色谱指纹图谱相似度评价系统软件（2012版）”进行分析，结果见图1。红糖（S1～S10）的相似度为0.994、1、0.999、0.983、1、1、0.999、1、0.959、0.989；白砂糖（S11～S17）的相似度为0.955、0.981、0.979、0.979、0.980、0.979、0.658；赤砂糖（S18～S27）的相似度为0.997、0.953、0.989、0.944、0.839、0.998、0.979、0.959、0.976、0.993；黑糖（S28～S30）的相似度为0.947、1、0.999。可以看出，同种糖成分接近，而4 种糖间差异较大。

3 共有峰的标定与分析

根据10 批红糖样品、7 批白砂糖样品、10 批赤砂糖样品以及3 批黑糖样品分别生成相对应的对照图谱，由于4 种糖在同类别中的差异不大，相似度很高，所以可以将对照图谱代替各类样品进行比对，结果见图2。按保留时间排序，共有17 个峰。红糖中共有峰13 个，白砂糖中共有峰1 个，赤砂糖中共有峰7 个，黑糖中共有峰17 个。其中2、5、6、7、9、14、16号峰为红糖、赤砂糖和黑糖共有峰，红糖和黑糖的6号和9号峰较高。根据图谱可以看出，赤砂糖更接近于白砂糖，除糖类以外其他成分的含量很低；红糖与黑糖基本类似，共有峰14 个，这与相似度结果基本一致。

4 聚类分析

将30 批样品色谱图数据量化后导入SIMCA 14.1统计软件中，以“Single linkage”模式为距离计算方式，以“size”为分类方式，对数据进行系统聚类，结果见图3。4 类糖基本可以单独分类。当欧氏距离为4.5时，黑糖就可以与其他3 类糖进行区分，当欧氏距离为4时，可以分出红糖和白砂糖与赤砂糖（S11～S27）两大类。并且，当度量距离为0.5时，赤砂糖与白砂糖基本分开，但S19、S21和S22均被归类为白砂糖，所以再次证明了市场上的某些品牌的赤砂糖与白砂糖并无明显差异。

5 PCA结果

将30 批样品色谱图数据量化后导入SIMCA 14.1统计软件中，若在该保留时间下无对应色谱峰，则将峰面积定为0。PCA采用了无监督模式识别，选择前2 个PC进行区分。具体结果见图4。以中轴为分界，左侧为白砂糖和赤砂糖；右侧为黑糖与红糖，且黑糖与红糖也可以区分开，以x轴为分界时，上方为黑糖，下方为红糖。

6 正交最小二乘法判别分析

通过聚类分析、PCA以及相似度分析后，可以看出白砂糖与赤砂糖并无太大区别，可以将其归为一类。所以，为了更进一步的看出红糖与赤砂糖以及红糖和黑糖之间的成分差异，选择正交最小二乘法判别分析，生成变量重要投影，对这3 类糖进行两两分析，结果见图5。以变异权重参数（VIP）值大于1作为标准，得出各标定峰对于区分作出的贡献程度。

在红糖和赤砂糖的对比中，起主要区别作用的峰分别为峰9以及峰6（按影响大小排序），且2 个峰为红糖与赤砂糖的共有峰。在红糖和黑糖进行对比时，峰13、峰10、峰15、峰11（按影响大小排序）的贡献较大。4 个峰均为黑糖独有峰。因此，可以据此6 个峰，对几种糖类样品进行鉴别。

7 共有峰定性分析

9号色谱峰成分：高分辨四极杆飞行时间质谱给出其准分子离子峰m/z 175.2[M+H]+，确定其分子式为C6H6O6。1H核磁共振（NMR）（D2O，500 MHz），δ 3.890（1H，d，H-2），δ 4.878（1H，dd, H-3），δ 7.051（1H，s，H-1）。13C NMR（D2O，125 MHz），δ 33.36（C-4），δ 130.66（C-2），δ 139.06（C-3），δ 168.77（C-4），δ 169.52（C-6），δ 174.69（C-5）。上述1H NMR和13C NMR数据与SciFinder数据库中的反-乌头酸的数据基本一致，故鉴定该化合物为反-乌头酸，结构见图6。

进一步，采用反-乌头酸和顺-乌头酸对照品进行标定，红糖对照图谱中特征峰6号和9号的成分确认，见图7。

讨论与结论

本实验选择课题组前期建立的药用辅料红糖紫外指纹图谱，较为全面地考察4 个不同品种市售的糖的成分以及含量，并且通过化学模式识别，判断4 类糖成分是否有明显差别。结果表明，赤砂糖和白砂糖基本一致，与红糖和黑糖的差异明显，成分主要差异在峰6和峰9上。红糖与黑糖成分类似，但仍能够通过峰13、峰10、峰15、峰11（按影响大小排序）明显区分。

红糖和黑糖在生产加工时，并不需要彻底精制或是沉淀过滤，其甘蔗原有的多酚类物质保留较多，从生产工艺与化学模式识别的结果结合推测分析，不同糖的加工生产工艺以及熬制的时间可能是造成其成分差异以及药理活性差异的原因之一。这为后续的进一步研究提供了方向和思路。几种糖的差异以及区分已经有较多研究，但并没有通过数据证实其从成分含量上的具体区别。并且，市面上也存在售假或者虚假宣传的现象，白砂糖与赤砂糖主要满足的顾客需求与红糖和黑糖有着明显差异，广大消费者应该注意所购买的糖是否达到预期购买愿望，满足自身需求。

本实验建立红糖、白砂糖、赤砂糖、黑糖的指纹图谱，并通过化学模式识别（聚类分析、PCA和正交最小二乘法判别分析），发现白砂糖与赤砂糖较为相似，赤砂糖S19、S21和S22在聚类分析时可归为白砂糖。赤砂糖与红糖、黑糖之间的差异较大，通过峰6与峰9的含量高低可以进行区分；红糖与黑糖较为相似，有13 个共有峰，但可以通过是否有峰13、峰10、峰15、峰11（按影响大小排序）进行区分。该方法为红糖、白砂糖、赤砂糖、黑糖的鉴定、区分以及品质评价提供了新的思路。

本文《红糖、白砂糖、赤砂糖与黑糖的HPLC指纹图谱与化学模式识别》来源于《食品科学》2021年42卷6期250-255页，作者：蔡玮琦，左雯雯，陆杨，黄胜良，李存玉，郑云枫，彭国平。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200324-358 。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

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修改/编辑：袁月；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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