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【CEM 解決方案】營養飲料中營養成分的快速測定
檢測樣品：營養飲料
檢測項目：脂肪 蛋白質 氨基酸
方案概述：傳統的方法通常依賴于繁瑣和耗時的重力濕化學技術。作為替代方案，CEM提供了一系列儀器，以更高效、可靠和環保的方式滿足這些需求。這些技術依賴于添加溶劑來溶解并分離樣品基質中所需的脂肪與其他成分，并且通常伴隨著酸/堿水解。
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摘要
在過去的20年里，公眾對營養保健品的興趣迅速增長。許多人開始將營養飲料作為餐食替代品和膳食補充劑。許多因素影響著這些飲料的購買和消費。其中一個關注點包括這些飲料以蛋白質、氨基酸和/或脂肪含量的形式為人們的飲食提供的額外營養價值。此外，對于制造商來說，分析和控制這些主要成分至關重要，以優化生產、控制成本并生產高質量的產品。
傳統的方法通常依賴于繁瑣和耗時的重力濕化學技術。1作為替代方案，CEM提供了一系列儀器，以更高效、可靠和環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。這些技術依賴于添加溶劑來溶解并分離樣品基質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，無需任何樣品類型的校準或方法開發即可測量脂肪。ORACLE可以與SMART 6™配對，直接準確地確定固體和脂肪含量，只需幾分鐘。
總蛋白質測定也依賴于苛刻的凱氏硫酸消化法，然后通過滴定或燃燒方法來確定總氮含量。Sprint®使用染料結合技術，其中CEM的iTag®染料分子選擇性地與蛋白質中的堿性氨基酸側鏈結合。這不僅提供了一種有針對性的方法，而且還可以在不到五分鐘的時間內完成測試，并且不需要處理化學廢物的試劑。
除了總蛋白質測量外，構成這些蛋白質的氨基酸殘基的數量和特性也非常重要。為了分析這些部分，必須切割蛋白質酰胺鍵以釋放單個氨基酸。樣品通常在酸性或堿性條件下處理，在110°C下持續18至24小時，然后通過LC-UV或LC-MS技術對所得的水解產物進行分析。傳統的加熱機制具有典型的特征，反應時間長且存在不需要的副反應困擾著傳統的烘箱方法。CEM的Discover® Prep微波反應器為優化氨基酸水解（AAH）反應提供了一條更快速和高效的道路。2,3
在這里，各種營養飲料被分析總脂肪、固體和蛋白質含量，并使用CEM儀器進行LC-UV氨基酸分析的準備。總體而言，這些結果與傳統的濕化學技術相比表現良好，但以更快速、精確和安全的方式進行。
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材料和方法
實驗細節
化學品從商業供應商購買，未經進一步純化即使用。所有溶液在使用前新鮮制備。各種營養飲料從當地雜貨店購買，并在分析之前存放在干燥和陰涼的地方。所有樣品進行分析，一旦打開即儲存在4°C。
分析
將SMART 6、ORACLE和Sprint獲得的分析結果與傳統濕化學方法獲得的結果進行比較，傳統濕化學方法分別對應于相應的AOAC參考方法（990.20）固體、（989.05）脂肪和（981.10）蛋白質。
將Discover Prep的效果與傳統的烘箱進行了比較。簡而言之，用移液管將200毫克的營養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%苯酚(w/v)的6N HCl。然后用氮氣對玻璃瓶進行吹掃，迅速密封，然后放入110°C的烘箱中進行干燥24小時。色氨酸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的準備如下：將200毫克樣品加入裝有蛋形攪拌棒的Pyrex小瓶中。在每個小瓶中分別定量加入5 mL含有1%苯酚(w/v)的6N HCI或4N NaOH進行酸水解或堿水解。用氮氣吹掃小5分鐘然后迅速用Teflon@內襯硅帽密封并放入自動進樣器架，以便自動放入Discover Prep樣品室。Discover Prep AAH方法參數見表1。完成烘箱和微波反應后，冷卻樣品進行中和并過濾，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) 進行分析，該色譜柱連接Waters Acquity H-Class UPLC，在260納米波長下進行PDA檢測。4
表1. Discover Prep 氨基酸水解參數
結果與討論
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果。在各種營養飲品中，固體含量的檢測結果與傳統的烘箱干燥法相比，脂肪含量的檢測結果與傳統的莫瓊尼乙酉迷萃取法相比，都非常好。在所有情況下，無論樣品成分如何，CEM儀器得出的結果都與傳統方法一致，誤差在0.10%范圍內。此外，結果的精確度也相當，所有百分比相對標準偏差（%RSD）均保持在1%以下。
如表4所示，Sprint在分析成人和兒童營養飲料時也表現出色。在這種情況下，Sprint的結果顯示出比傳統凱氏定氮法更低的%RSD。此外，當使用各種蛋白質來源 (包括豌豆蛋白、牛奶分離蛋白和乳清蛋白) 配制樣品時，Sprint也證明是成功的。
表2. 使用SMART 6與傳統烘箱干燥法在各種營養飲料中測定固體百分比結果的比較
表3. 使用ORACLE與傳統莫瓊尼乙萃取法在各種營養飲料中測定脂肪百分比結果的比較
表4. 使用Sprint與傳統凱式定氮法在各種營養飲料中測定蛋白質百分比結果的比較
對于氨基酸水解，選擇了一種巧克力和香草成人營養飲料進行分析。樣品經過酸和堿的水解處理，以準備LC-UV分析18種氨基酸。使用Discover Prep微波反應器獲得的結果在準確性和精度方面與傳統的烤箱水解相當，得到的回收率在80%到120%之間（圖1和圖2）。
圖1. 巧克力營養飲料中18種氨基酸的水解回收率
圖2. 香草營養飲料中18種氨基酸的水解回收率
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結論
消費者對食品營養價值的關注顯著影響著全球產品的生產、監管和分銷。這與嚴格的法規要求相結合，突顯了對高效、可靠和強大的成分分析方法的研究需求日益增長。傳統的成分分析方法通常耗時較長，需要數小時，并且需要使用腐蝕性化學品。相比之下，SMART 6、ORACLE和Sprint等儀器能夠更高效地分析營養飲料的總固體、脂肪和蛋白質含量。Discover Prep被成功用于制備各種營養飲料，以進行LC-UV分析18種氨基酸。在準確性和精度方面，Discover Prep與傳統的烤箱水解方法相當。CEM儀器套件的其他關鍵優勢包括易于使用的軟件和更安全的實驗室協議，同時保持準確性和精度。
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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