【CEM】營養飲料中膳食成分的快速測定

一、引言

在過去的20年里，公眾對營養補充品的興趣迅速增長。許多人將營養飲料作為代餐和膳食補充劑。多種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個人飲食增加的營養價值。此外，制造商分析并控制這些主要成分至關重要，以便優化生產、控制成本并生產高質量的產品。

傳統方法通常依賴于繁瑣且耗時的天平濕化學技術。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（Soxhlet）、巴布科克法（Babcock）和莫尼耶法（Mojonnier extraction）。這些技術依賴于添加溶劑溶解并分離樣品基質中的所需脂肪，并且通常伴隨著酸/堿水解。ORACLE™ 提供了一種吸引人的替代方法，無需校準或方法開發即可測量任何樣品類型的脂肪。ORACLE可以與SMART 6™ 配對使用，直接在幾分鐘內準確測定固體和脂肪含量。

總蛋白質測定也依賴于苛刻的凱氏定氮硫酸消化，隨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^® 染料分子選擇性地結合到蛋白質中的基本氨基酸側鏈上。這不僅提供了針對性的方法，還允許測試在不到五分鐘內完成，且使用的試劑不需要化學廢物處理。

除了總蛋白測量外，構成這些蛋白質的氨基酸殘基的數量和身份也很重要。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110°C下在酸性或堿性條件下處理18至24小時，然后通過LC-UV或LC-MS技術分析所得水解產物。傳統加熱機制的特點，如反應時間長和不希望發生的副反應，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）反應提供了一條快速高效的途徑。^2,3

在此，我們使用CEM儀器分析了各種營養飲料的總脂肪、固體和蛋白質含量，并為LC-UV氨基酸分析進行了準備。總的來說，這些結果與其各自的傳統濕化學技術相比表現良好，但以更快速、精確和安全的方式實現。

二、材料與方法

實驗細節

化學品購自商業供應商并直接使用，無需進一步純化。所有溶液在使用前均新鮮配制。各種營養飲料從當地雜貨店購買，并在分析前儲存在干燥陰涼的地方。所有樣品一經開封即進行分析，并儲存在4°C的環境中。

分析

SMART 6、ORACLE和Sprint獲得的分析結果與傳統濕化學法（分別來自相應的AOAC參考方法：固體990.20、脂肪989.05和蛋白質981.10）進行比較。

Discover Prep的有效性與傳統烘箱進行了比較。簡要來說，將200毫克的營養飲料用移液管轉移到干凈且干燥的10毫升玻璃小瓶中，隨后加入2毫升含有1%苯酚（w/v）的6 N HCl。然后將小瓶用氮氣吹掃，迅速密封，然后放入110°C的烘箱中24小時。色氨酸的分析遵循堿性水解協議，其中使用4 N NaOH代替HCl。Discover Prep微波輔助AAH反應的準備如下：將200毫克樣品添加到配有卵形攪拌棒的35毫升Pyrex小瓶中。分別向每個小瓶中加入5毫升含有1%苯酚（w/v）的6 N HCl或4 N NaOH用于酸性或堿性水解。用氮氣流吹掃小瓶五分鐘，迅速用Teflon®襯硅膠帽密封，并放置在自動進樣器架上以自動化方式放入Discover Prep腔體中。Discover Prep AAH方法參數見表1。完成烘箱和微波反應后，冷卻的樣品被中和并過濾，為柱前衍生做準備。所有氨基酸水解產物使用Waters AccQ-Tag™ Ultra衍生試劑盒進行衍生，并通過注射到連接有PDA檢測器（260 nm）的Waters Acquity H-Class UPLC上的Waters AccQ-Tag Ultra C18柱（1.7 µm, 2.1 x 100 mm）進行分析。⁴

表1. Discover Prep氨基酸水解參數

三、結果與討論

表2和表3分別展示了從SMART 6和ORACLE獲得的固體總量和脂肪結果。在各種營養飲料中，這些結果與傳統的烘箱干燥法測定固體和莫尼耶醚提取法測定脂肪的結果非常一致。在所有情況下，CEM儀器的結果與傳統方法在±0.10%的范圍內匹配，無論樣品成分如何。此外，就精確度而言，結果也相當可比，所有百分比相對標準偏差（%RSD）均保持在1%以下。

Sprint在分析成人和兒童營養飲料風味時也表現出色，如表4所示。在這種情況下，Sprint結果顯示的%RSD低于傳統的凱氏定氮法。進一步地，面對使用各種蛋白質來源配制的樣品，包括豌豆蛋白、牛奶蛋白分離物和乳清蛋白時，Sprint也證明了其成功性。

表2. 使用SMART 6與烘箱干燥法測定各種營養飲料中固體百分比的結果比較

表3. 使用ORACLE與傳統莫尼耶脂肪提取法測定各種營養飲料中脂肪百分比的結果比較

表4. 使用Sprint與傳統凱氏定氮法測定各種營養飲料中蛋白質百分比的結果比較

對于氨基酸水解，選擇了一款巧克力和香草味的成人營養飲料進行分析。樣品進行了酸性和堿性水解，以準備進行18種氨基酸的LC-UV分析。使用Discover Prep微波反應器獲得的結果在準確性和精確度方面與傳統烘箱水解法相當，回收率在80%至120%之間（見圖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

四、結論

消費者對食品營養價值的關注顯著影響了全球產品的生產、監管和分銷。這一點與嚴格的監管要求相結合，凸顯了對高效、可靠且穩健的成分分析方法的不斷增長的需求。傳統的分析方法通常耗時較長，常常需要數小時，并且需要使用有害化學品。SMART 6、ORACLE和Sprint成功地以比傳統濕化學法更高效的方式分析了營養飲料中的總固體、脂肪和蛋白質含量。Discover Prep被用來成功地準備各種營養飲料進行18種氨基酸的LC-UV分析。在準確性和精確度方面，Discover Prep與傳統烘箱水解法相當。CEM儀器系列的額外關鍵優勢包括易于使用的軟件和更安全的實驗室操作流程，同時保持了準確性和精確度。

五、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.