【CEM 解决方案】营养饮料中营养成分的快速测定
时间：2024-01-08 阅读：392
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摘要
在过去的20年里，公众对营养保健品的兴趣迅速增长。许多人开始将营养饮料作为餐食替代品和膳食补充剂。许多因素影响着这些饮料的购买和消费。其中一个关注点包括这些饮料以蛋白质、氨基酸和/或脂肪含量的形式为人们的饮食提供的额外营养价值。此外，对于制造商来说，分析和控制这些主要成分至关重要，以优化生产、控制成本并生产高质量的产品。
传统的方法通常依赖于繁琐和耗时的重力湿化学技术。1作为替代方案，CEM提供了一系列仪器，以更高效、可靠和环保的方式满足这些需求。例如，粗脂肪分析的参考方法包括索氏提取法、巴氏提取法和莫诺尼埃提取法。这些技术依赖于添加溶剂来溶解并分离样品基质中所需的脂肪与其他成分，并且通常伴随着酸/碱水解。ORACLE™是这些方法的一种吸引人的替代方案，无需任何样品类型的校准或方法开发即可测量脂肪。ORACLE可以与SMART 6™配对，直接准确地确定固体和脂肪含量，只需几分钟。
总蛋白质测定也依赖于苛刻的凯氏硫酸消化法，然后通过滴定或燃烧方法来确定总氮含量。Sprint®使用染料结合技术，其中CEM的iTag®染料分子选择性地与蛋白质中的碱性氨基酸侧链结合。这不仅提供了一种有针对性的方法，而且还可以在不到五分钟的时间内完成测试，并且不需要处理化学废物的试剂。
除了总蛋白质测量外，构成这些蛋白质的氨基酸残基的数量和特性也非常重要。为了分析这些部分，必须切割蛋白质酰胺键以释放单个氨基酸。样品通常在酸性或碱性条件下处理，在110°C下持续18至24小时，然后通过LC-UV或LC-MS技术对所得的水解产物进行分析。传统的加热机制具有典型的特征，反应时间长且存在不需要的副反应困扰着传统的烘箱方法。CEM的Discover® Prep微波反应器为优化氨基酸水解（AAH）反应提供了一条更快速和高效的道路。2,3
在这里，各种营养饮料被分析总脂肪、固体和蛋白质含量，并使用CEM仪器进行LC-UV氨基酸分析的准备。总体而言，这些结果与传统的湿化学技术相比表现良好，但以更快速、精确和安全的方式进行。
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材料和方法
实验细节
化学品从商业供应商购买，未经进一步纯化即使用。所有溶液在使用前新鲜制备。各种营养饮料从当地杂货店购买，并在分析之前存放在干燥和阴凉的地方。所有样品进行分析，一旦打开即储存在4°C。
分析
将SMART 6、ORACLE和Sprint获得的分析结果与传统湿化学方法获得的结果进行比较，传统湿化学方法分别对应于相应的AOAC参考方法（990.20）固体、（989.05）脂肪和（981.10）蛋白质。
将Discover Prep的效果与传统的烘箱进行了比较。简而言之，用移液管将200毫克的营养饮料分装到干净干燥的10毫升玻璃瓶中，然后加入2毫升含1%苯酉分(w/v)的6N HCl。然后用氮气对玻璃瓶进行吹扫，迅速密封，然后放入110°C的烘箱中进行干燥24小时。色氨酉夋的分析采用碱水解方案，用4N NaOH代替HCl。Discover Prep微波辅助氨基酸水解反应的准备如下：将200毫克样品加入装有蛋形搅拌棒的Pyrex小瓶中。在每个小瓶中分别定量加入5 mL含有1%苯酉分(w/v)的6N HCI或4N NaOH进行酸水解或碱水解。用氮气吹扫小5分钟然后迅速用Teflon@内衬硅帽密封并放入自动进样器架，以便自动放入Discover Prep样品室。Discover Prep AAH方法参数见表1。完成烘箱和微波反应后，冷却样品进行中和并过滤，以备柱前衍生。所有氨基酸水解物均使用WatersAccQ-Tag™ Ultra衍生试剂盒进行衍生处理，然后注入Waters AccQ-Tag Ultra C18色谱柱 (1.7 微米，2.1 x 100 毫米) 进行分析，该色谱柱连接Waters Acquity H-Class UPLC，在260纳米波长下进行PDA检测。4
表1. Discover Prep 氨基酸水解参数
结果与讨论
表2和表3分别显示了SMART 6和ORACLE得出的总固形物和脂肪结果。在各种营养饮品中，固体含量的检测结果与传统的烘箱干燥法相比，脂肪含量的检测结果与传统的莫琼尼乙酉迷萃取法相比，都非常好。在所有情况下，无论样品成分如何，CEM仪器得出的结果都与传统方法一致，误差在0.10%范围内。此外，结果的精确度也相当，所有百分比相对标准偏差（%RSD）均保持在1%以下。
如表4所示，Sprint在分析成人和儿童营养饮料时也表现出色。在这种情况下，Sprint的结果显示出比传统凯氏定氮法更低的%RSD。此外，当使用各种蛋白质来源 (包括豌豆蛋白、牛奶分离蛋白和乳清蛋白) 配制样品时，Sprint也证明是成功的。
表2. 使用SMART 6与传统烘箱干燥法在各种营养饮料中测定固体百分比结果的比较
表3. 使用ORACLE与传统莫琼尼乙萃取法在各种营养饮料中测定脂肪百分比结果的比较
表4. 使用Sprint与传统凯式定氮法在各种营养饮料中测定蛋白质百分比结果的比较
对于氨基酸水解，选择了一种巧克力和香草成人营养饮料进行分析。样品经过酸和碱的水解处理，以准备LC-UV分析18种氨基酸。使用Discover Prep微波反应器获得的结果在准确性和精度方面与传统的烤箱水解相当，得到的回收率在80%到120%之间（图1和图2）。
图1. 巧克力营养饮料中18种氨基酸的水解回收率
图2. 香草营养饮料中18种氨基酸的水解回收率
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结论
消费者对食品营养价值的关注显著影响着全球产品的生产、监管和分销。这与严格的法规要求相结合，突显了对高效、可靠和强大的成分分析方法的研究需求日益增长。传统的成分分析方法通常耗时较长，需要数小时，并且需要使用腐蚀性化学品。相比之下，SMART 6、ORACLE和Sprint等仪器能够更高效地分析营养饮料的总固体、脂肪和蛋白质含量。Discover Prep被成功用于制备各种营养饮料，以进行LC-UV分析18种氨基酸。在准确性和精度方面，Discover Prep与传统的烤箱水解方法相当。CEM仪器套件的其他关键优势包括易于使用的软件和更安全的实验室协议，同时保持准确性和精度。
引用
1 Otles, S., Ozyurt, V.H. Classical Wet Chemistry Methods. In Handbook of Food Chemistry.; Springer, 2014; pp 1-14.
2 Chen, P.-K.; Rosana, M. R.; Dudley, G. B.; Stiegman, A. E. Parameters Affecting the Microwave-Specific Acceleration of a Chemical Reaction. J. Org. Chem. 2014, 79 (16), 7425-7436.
3 Dudley, G. B.; Richert, R.; Stiegman, A. E. On the existence of and mechanism for microwave-specific reaction rate enhancement. Chem. Sci. 2015, 6, 2144-2152.
4 Hong, P.; Johnson, D.; Trinite, D. A.; Warren, B.; Zhang, N Hydrolysis and Analysis of Amino Acids from Purified Peptides/Proteins, Foods, and Feeds; Waters Corporation, 2019.Teflon® is a registered trademark of the DuPont Corporation,now Chemours.AccQ-Tag™ is a trademark of Waters Corporation.