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摘要
在過(guò)去的20年里,公眾對(duì)營(yíng)養(yǎng)保健品的興趣迅速增長(zhǎng)。許多人開始將營(yíng)養(yǎng)飲料作為餐食替代品和膳食補(bǔ)充劑。許多因素影響著這些飲料的購(gòu)買和消費(fèi)。其中一個(gè)關(guān)注點(diǎn)包括這些飲料以蛋白質(zhì)、氨基酸和/或脂肪含量的形式為人們的飲食提供的額外營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。此外,對(duì)于制造商來(lái)說(shuō),分析和控制這些主要成分至關(guān)重要,以優(yōu)化生產(chǎn)、控制成本并生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。
傳統(tǒng)的方法通常依賴于繁瑣和耗時(shí)的重力濕化學(xué)技術(shù)。1作為替代方案,CEM提供了一系列儀器,以更高效、可靠和環(huán)保的方式滿足這些需求。例如,粗脂肪分析的參考方法包括索氏提取法、巴氏提取法和莫諾尼埃提取法。這些技術(shù)依賴于添加溶劑來(lái)溶解并分離樣品基質(zhì)中所需的脂肪與其他成分,并且通常伴隨著酸/堿水解。ORACLE™是這些方法的一種吸引人的替代方案,無(wú)需任何樣品類型的校準(zhǔn)或方法開發(fā)即可測(cè)量脂肪。ORACLE可以與SMART 6™配對(duì),直接準(zhǔn)確地確定固體和脂肪含量,只需幾分鐘。
總蛋白質(zhì)測(cè)定也依賴于苛刻的凱氏硫酸消化法,然后通過(guò)滴定或燃燒方法來(lái)確定總氮含量。Sprint®使用染料結(jié)合技術(shù),其中CEM的iTag®染料分子選擇性地與蛋白質(zhì)中的堿性氨基酸側(cè)鏈結(jié)合。這不僅提供了一種有針對(duì)性的方法,而且還可以在不到五分鐘的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試,并且不需要處理化學(xué)廢物的試劑。
除了總蛋白質(zhì)測(cè)量外,構(gòu)成這些蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的數(shù)量和特性也非常重要。為了分析這些部分,必須切割蛋白質(zhì)酰胺鍵以釋放單個(gè)氨基酸。樣品通常在酸性或堿性條件下處理,在110°C下持續(xù)18至24小時(shí),然后通過(guò)LC-UV或LC-MS技術(shù)對(duì)所得的水解產(chǎn)物進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的加熱機(jī)制具有典型的特征,反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)且存在不需要的副反應(yīng)困擾著傳統(tǒng)的烘箱方法。CEM的Discover® Prep微波反應(yīng)器為優(yōu)化氨基酸水解(AAH)反應(yīng)提供了一條更快速和高效的道路。2,3
在這里,各種營(yíng)養(yǎng)飲料被分析總脂肪、固體和蛋白質(zhì)含量,并使用CEM儀器進(jìn)行LC-UV氨基酸分析的準(zhǔn)備??傮w而言,這些結(jié)果與傳統(tǒng)的濕化學(xué)技術(shù)相比表現(xiàn)良好,但以更快速、精確和安全的方式進(jìn)行。
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材料和方法
實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
化學(xué)品從商業(yè)供應(yīng)商購(gòu)買,未經(jīng)進(jìn)一步純化即使用。所有溶液在使用前新鮮制備。各種營(yíng)養(yǎng)飲料從當(dāng)?shù)仉s貨店購(gòu)買,并在分析之前存放在干燥和陰涼的地方。所有樣品進(jìn)行分析,一旦打開即儲(chǔ)存在4°C。
分析
將SMART 6、ORACLE和Sprint獲得的分析結(jié)果與傳統(tǒng)濕化學(xué)方法獲得的結(jié)果進(jìn)行比較,傳統(tǒng)濕化學(xué)方法分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的AOAC參考方法(990.20)固體、(989.05)脂肪和(981.10)蛋白質(zhì)。
將Discover Prep的效果與傳統(tǒng)的烘箱進(jìn)行了比較。簡(jiǎn)而言之,用移液管將200毫克的營(yíng)養(yǎng)飲料分裝到干凈干燥的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?dú)鈱?duì)玻璃瓶進(jìn)行吹掃,迅速密封,然后放入110°C的烘箱中進(jìn)行干燥24小時(shí)。色氨酉夋的分析采用堿水解方案,用4N NaOH代替HCl。Discover Prep微波輔助氨基酸水解反應(yīng)的準(zhǔn)備如下:將200毫克樣品加入裝有蛋形攪拌棒的Pyrex小瓶中。在每個(gè)小瓶中分別定量加入5 mL含有1%苯酉分(w/v)的6N HCI或4N NaOH進(jìn)行酸水解或堿水解。用氮?dú)獯祾咝?分鐘然后迅速用Teflon@內(nèi)襯硅帽密封并放入自動(dòng)進(jìn)樣器架,以便自動(dòng)放入Discover Prep樣品室。Discover Prep AAH方法參數(shù)見表1。完成烘箱和微波反應(yīng)后,冷卻樣品進(jìn)行中和并過(guò)濾,以備柱前衍生。所有氨基酸水解物均使用WatersAccQ-Tag™ Ultra衍生試劑盒進(jìn)行衍生處理,然后注入Waters AccQ-Tag Ultra C18色譜柱 (1.7 微米,2.1 x 100 毫米) 進(jìn)行分析,該色譜柱連接Waters Acquity H-Class UPLC,在260納米波長(zhǎng)下進(jìn)行PDA檢測(cè)。4
表1. Discover Prep 氨基酸水解參數(shù)
結(jié)果與討論
表2和表3分別顯示了SMART 6和ORACLE得出的總固形物和脂肪結(jié)果。在各種營(yíng)養(yǎng)飲品中,固體含量的檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)的烘箱干燥法相比,脂肪含量的檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)的莫瓊尼乙酉迷萃取法相比,都非常好。在所有情況下,無(wú)論樣品成分如何,CEM儀器得出的結(jié)果都與傳統(tǒng)方法一致,誤差在0.10%范圍內(nèi)。此外,結(jié)果的精確度也相當(dāng),所有百分比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(%RSD)均保持在1%以下。
如表4所示,Sprint在分析成人和兒童營(yíng)養(yǎng)飲料時(shí)也表現(xiàn)出色。在這種情況下,Sprint的結(jié)果顯示出比傳統(tǒng)凱氏定氮法更低的%RSD。此外,當(dāng)使用各種蛋白質(zhì)來(lái)源 (包括豌豆蛋白、牛奶分離蛋白和乳清蛋白) 配制樣品時(shí),Sprint也證明是成功的。
表2. 使用SMART 6與傳統(tǒng)烘箱干燥法在各種營(yíng)養(yǎng)飲料中測(cè)定固體百分比結(jié)果的比較
表3. 使用ORACLE與傳統(tǒng)莫瓊尼乙萃取法在各種營(yíng)養(yǎng)飲料中測(cè)定脂肪百分比結(jié)果的比較
表4. 使用Sprint與傳統(tǒng)凱式定氮法在各種營(yíng)養(yǎng)飲料中測(cè)定蛋白質(zhì)百分比結(jié)果的比較
對(duì)于氨基酸水解,選擇了一種巧克力和香草成人營(yíng)養(yǎng)飲料進(jìn)行分析。樣品經(jīng)過(guò)酸和堿的水解處理,以準(zhǔn)備LC-UV分析18種氨基酸。使用Discover Prep微波反應(yīng)器獲得的結(jié)果在準(zhǔn)確性和精度方面與傳統(tǒng)的烤箱水解相當(dāng),得到的回收率在80%到120%之間(圖1和圖2)。
圖1. 巧克力營(yíng)養(yǎng)飲料中18種氨基酸的水解回收率
圖2. 香草營(yíng)養(yǎng)飲料中18種氨基酸的水解回收率
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結(jié)論
消費(fèi)者對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的關(guān)注顯著影響著全球產(chǎn)品的生產(chǎn)、監(jiān)管和分銷。這與嚴(yán)格的法規(guī)要求相結(jié)合,突顯了對(duì)高效、可靠和強(qiáng)大的成分分析方法的研究需求日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的成分分析方法通常耗時(shí)較長(zhǎng),需要數(shù)小時(shí),并且需要使用腐蝕性化學(xué)品。相比之下,SMART 6、ORACLE和Sprint等儀器能夠更高效地分析營(yíng)養(yǎng)飲料的總固體、脂肪和蛋白質(zhì)含量。Discover Prep被成功用于制備各種營(yíng)養(yǎng)飲料,以進(jìn)行LC-UV分析18種氨基酸。在準(zhǔn)確性和精度方面,Discover Prep與傳統(tǒng)的烤箱水解方法相當(dāng)。CEM儀器套件的其他關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)包括易于使用的軟件和更安全的實(shí)驗(yàn)室協(xié)議,同時(shí)保持準(zhǔn)確性和精度。
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.
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