ASE快速溶剂萃取仪在食品样品前处理中的应用

快速溶剂萃取在食品样品前处理中的应用 萃取通常是食品样品分析第一个必须的步骤。传统的 萃取方法如索氏提取，需要大量的溶剂且耗费时间， 通常需要数个小时，超声萃取虽然缩短了萃取的时 间，但也需要大量的溶剂且不易实现自动控制。溶剂 的大量使用和操作频繁地暴露在溶剂中使得这些方法 不满足常规工作的要求。 戴安公司开发的快速溶剂萃取（ASE）技术是最新的全 自动萃取方法，仅用极少的溶剂，利用升高的温度加 快解析动力达到加速萃取的目的，在高温和高压下萃 取的时间从传统的溶剂萃取的数小时降低到以分钟 计，ASE极大地减少了样品准备的繁琐，在ASE自动萃 取样品的同时，实验人员还可做其他的样品准备工 作，ASE使得样品的准备变成自动流程，刚一问世，就 被接受为环境、食品和其他固体半固体样品的标准萃 取方法，ASE适用于美国EPA SW-846方法的3545号标 准中所涉及的所有压力流体萃取的碱性/中型/酸性 （BNAs）物质、氯化杀虫剂和除草剂、多氯联苯 （PcBS）、有机磷杀虫剂等。 ASE技术概述 ASE快速溶剂萃取通过在升高的温度和压力下使用有机 或极性溶剂达到萃取目的。泵将溶剂注入装好样品的 萃取池，温度升高到设定的温度（温度范围：室温— 200OC），萃取后的萃取液从加热的萃取池转入标准的 收集瓶进行进一步的纯化或直接分析。 增加温度可加速解析动力学，而同时升高的压力则保 证溶剂在超过正常沸点时仍保持液态。整个萃取过程 仅使用极少的溶剂，时间仅需15分钟。与其他传统的 萃取方法相比，时间和溶剂的消耗均大大减少，由于 ASE所用的溶剂与传统的索氏提取或其他现行的方法相 同，所以ASE可以方便进行方法的开发。 ASE200快速溶剂萃取仪概述 戴安公司的ASE200是全自动萃取仪，可根据存储的萃 取程序全自动萃取，24个萃取位，萃取池体积最大可 达33毫升，（一次可萃取30克固体样品，ASE300最多 一次可萃取100克固体样品），可以在萃取中根据预先 制定的程序在不同的萃取方法之间进行任意切换， 如：可以用同一种溶剂连续萃取多个样品，也可用不 同的溶剂萃取同一个样品，为避免不同的样品之间的 交叉污染，每个萃取之间可全自动的进行流路清洗。 系统的安全措施消除了潜在的隐患发生，温度、压 力、溶剂泄露等均有传感器，并有声音报警，在必要 时会自动关闭仪器。 ASE200的操作 ASE200的组成：输送溶剂的泵、萃取加热炉、控制溶 剂和将萃取液转换到收集瓶的切换阀，所有功能都是 全自动的。 ASE的样品准备与其他萃取技术相同，包括干燥、粉碎 或混合等，准备好的样品加入萃取池并放到传递转盘 上，当炉体温度达到预定，转盘将萃取池转入炉体位 置并在压力下密封。 热平衡后（一般约需5分钟），萃取池在炉体中保持在 用户要求的温度下静态萃取（一般约需5至15分钟）， 萃取液放入收集瓶同时加入一些新鲜的溶剂清洗并用 氮气对萃取池彻底吹扫，萃取池回到转盘，ASE开始按 程序进行下一个样品的萃取。 从谷物中萃取杀虫剂 在食品和农产品中确定杀虫剂、除草剂和其他相关的 化合物对确保食品安全非常重要。目前，多种分析技 术正快速增加，很多技术要求对杀虫剂组分提高萃取 效率。 这里列出的对小麦中多种不同的杀虫剂组分萃取的数 据来自两个独立的研究人员的共同研究结果，粉碎的 小麦样品送到戴安公司用ASE进行萃取，萃取液返回研 究者进一步处理或直接分析。 第一组，杀虫剂 表1是现行的萃取方法与ASE方法的萃取条件的对比， 萃取的回收率对比列在表2，ASE的回收率均高于现行 的方法，用的时间最短并大大减低了溶剂的使用量， 也不需要对萃取液进行后萃取的净化。 表1 小麦中的杀虫剂 第一组：现行萃取方法与ASE萃取条件的对比 样品量溶剂体积后萃取总时间样品分析 现行方法 3-20克130毫升SPE净化60分钟GC-FPD ASE3-20 克15毫升无15分钟GC-FPD 表2 小麦中的杀虫剂 第一组：现行萃取方法与ASE萃取的回收率对比 Malathion (µg/L) Methylchlorpyrifos (µg/L) 样品12351011 现行方法404060406060 ASE方法5050701008070 现行方法 708050306070 ASE方法9010060708090 第二组 杀虫剂、除草剂和防霉剂 表3中是ASE在第二组研究中的萃取条件，回收率结果 列在表4。在这个研究中，萃取样品的标准加入量两倍 于定量检测限（如象在GC/MS单离子检测模式所用）， 在本次实验中，萃取液分析前要做进一步的净化。数 据表明，ASE方法对很多不同的杀虫剂有非常好的回收 率。 表3 小麦中的杀虫剂研究编号：2号 ASE萃取条件 样品量静态萃取时间溶剂总时间压力溶剂量温度样品 分析法加热时间 3.0克5分钟乙腈12分钟 2000psi14毫升100OCGC-MS5分钟 表4 ASE萃取小麦研究编号：2号 杀虫剂、除草剂、 防霉剂标准加入回收率 有机磷杀虫剂Azinphos- methylChlorpyrifosChlorpyrifos- methylDemeton- SDiazinonDichlovosDimethoateDisulfotonDisulf oton-sulfoneOmethoateParathionParathion- methylPhoratePhorate-sulfone氯化杀虫剂 Endosulfan-alphaEndosulfan-betaEndosulfan- sulfateMethoxychlor-o,pMethoxychlor-p,p’甲 氨酸盐杀虫剂CarbarylCarbofulan除草剂 AtrazineDiclofop- methylLinuronTriallateTrifluralin防霉剂 ImazalilThiabendazole 峰值（µg/L） 56208382618582298748440183256682048509222143 610268444044 回收率（%） 从水果和蔬菜中萃取有机氯农药 由于水果和蔬菜中富含水分，样品中常需要加入硅藻 土，所示的样品农药峰值均在100µg/Kg，对香蕉和马 铃薯用同样的萃取条件萃取，萃取液用GC分析，表5和 表6中的结果表示，ASE对水果和蔬菜中所有的有机氯 农药均有非常好的回收率和相对标准偏差（RSD）。 表５　ASE从香蕉中萃取有机氯杀虫剂 组分alpha-BHCbeta-BHCgamma- BHCHeptachlorAldrinHeptachlor EpoxideDieldrin4,4’-DDE2,4’- DDDEndrin4,4’-DDD4,4’-DDT Avg.100.3102.298.989.289.493.593.7 92.195.494.488.089.6 Std2.32.33.27.62.22.11.61.82.52.72 .75.8 RSD2.32.33.28.52.52.21.71.92.63.03 .06.4 a 每个组分含100 µg/Kg b 萃取条件：10克样品与6克硅藻土混合，100OC， 10MPa（1500Psi）；加热5分钟，静态萃取5分钟， 60%溶剂冲洗，60秒吹扫，己烷/10%丙酮 表６　ASE从马铃薯中萃取有机氯杀虫剂 组份Alpha-BHCBeta-BHCGamma- BHCHeptachlorAldrinHeptachlor EpoxideDieldrin4,4’-DDE2,4’- DDDEndrin4,4’-DDD4,4’-DDT Avg.96.3108.697.493.995.995.297.19 5.495.797.893.793.0 Std6.32.36.63.53.32.40.550.670.851 .81.84.5 RSD6.62.16.83.73.42.60.570.700.891 .91.94.8 a 每个组分含100 µg/Kg b 萃取条件：10克样品与6克硅藻土混合，100OC， 10MPa（1500Psi）；加热5分钟，静态萃取5分钟， 60%溶剂冲洗，60秒吹扫，己烷/10%丙酮 鱼肉组织中多氯联苯（PCBs）的选择性萃取 在对含有多氯联苯污染的鱼肉组织或匀浆萃取分析 时，常有脂肪被共萃取出来，脂肪会干扰色谱分析。 常用尺寸排斥色谱（SEC）、柱色谱和酸处理等净化手 段来除去这些脂肪，但这些过程除消耗时间外还增加 了潜在的分析损失，ASE的交替选择性萃取的方法因此 显示出极大的优势。 选择性萃取可以通过选择适当的溶剂和在萃取池中预 先加入吸附剂实现，在本次实验中使用了铝粉做吸附 剂，其收集液不需做进一步的净化，可直接进样进行 气相色谱分析。 鱼肉组织样品由加拿大的国际研究委员会（NRC- CNRC）提供。 选择性与非选择性ASE萃取的对比 表7中结果是ASE用己烷对同一鱼肉组织样品进行非选 择性和选择性萃取的对比，在选择性萃取中，萃取池 的底部放入铝粉吸附了脂肪和其他共萃取出的物质， 萃取液非常清亮，同时使PCBs的定量分析大大简化。 通常，ASE的选择性萃取均得到满意的结果（表7）， 同时还省去了对包括硫酸处理或尺寸排斥色谱等净化 过程的需要。 使用这一方法，样品的准备时间和可能的分析损失都 会明显降低。 表7 ASE选择性萃取鱼肉组织中的PCBs的回收率 Congener52101/90105118138/163/164153170/1901 80187/182 Cert.a Value124±32124±3754±24132 ±60102±2383±3922±846±1436±16 Extract11001011241074848306530 Extract21071031281094848316230 Extract3991001251074848316430 Average102101126b10848b483164b30 Std.Dev.4.41.52.11.20.00.00.581.50 .0 RSD(%)4.31.51.71.1N/AN/A1.92.4N/A 从蚝组织中萃取多氯联苯 表8中的数据表明ASE从蚝组织中萃取同类多氯联苯的 平均回收率和RSD（%）。 表8 从蚝组织中萃取PCBs的回收率 PCB CongenerPCB28PCB52PCB101PCB153PCB138PCB180 Avg. Rec.,n=(as% of Soxhlet) 90.086.983.384.576.987.0 RSD(%) 7.84.01.53.53.04.3 样品的准备和分析 蚝样品由国际海洋大气署实验室（NOAA）（美国，华 盛顿）提供。样品与等比例的HydromatrixTM（一种 商品干燥剂）混合以吸附水分。 分析和定量 ASE萃取液先与硝酸银/硫酸一起通过硅胶柱；然后通 过铝柱，浓缩至1毫升，用带有30m X 0.25mm的Rtx-5 柱子和ECD检测器的气相色谱分析。 不同基质食品中的脂肪确定 食品中的脂肪含量已经引起世界的广泛关注。在美 国，营养标签和教育机构要求食品中所有的饱和脂肪 和非饱和脂肪都需要标记在标签上，食品制造商同样 需要一种常规的确定脂肪含量的方法用于生产过程的 质量控制。 目前所用的方法，如索氏提取和自动索氏提取，在用 有机溶剂如氯仿或石油醚萃取后测定重量，这种方法 需要使用大量的溶剂和很多的时间，约数百毫升溶剂 和2至16小时，因此发展仅用很少溶剂的快速溶剂萃取 技术非常必要。 ASE技术与索氏提取的对比 ASE可用来测定多种固体半固体食品中的脂肪含量，脂 肪的含量通过将预先称重的小瓶中的萃取液用氮气蒸 发掉溶剂后再称重小瓶确定。 样品由多个不同的食品公司提供，在这些对比中，所 有的索氏提取结果的数据都是由提供食品样品的公司 提供的。 表9中的结果是用ASE方法萃取不同的快餐食品，然后 测定脂肪含量，得到的回收率与索氏提取的结果相 当，特别是相对标准偏差的结果相当符合。 表9 从快餐食品中萃取脂肪 Sample(n=5)Potato ChipsCorn ChipsCheese SnacksTortilla Chip Avg.%Fat(wt.%) 34.032.833.321.519.2 Std. Dev.0.110.080.170.070.10 RSD(%) 0.330.250.510.340.53 表10-14是其他食品的萃取结果对照。在大部分情况 下，索氏提取和ASE使用相同的溶剂结果相当符合，使 用不同溶剂时，同样也能获得相当符合的结果，表12 中，索氏提取用甲醇/氯仿混合溶剂萃取谷类甜饼中的 脂肪，但提供食品样品的厂家想从生产线中去掉甲醇 并不再使用氯化溶剂（氯仿），ASE改变了萃取溶剂， 用丙酮/异丙醇萃取获得了同样的结果。 表10 从加工食品中萃取脂肪 MethodSoxhletASE, N=3a SolventMethanol/CHCl3(2:1) Hexane/IPA(3:2) Avg. %Fat(wt.%)20.0- 22.020.8 Std. Dev.N/A0.18 RSD(%)N/A0.85 表11 快餐膨化食品中萃取脂肪 SampleCracker 1Cracker 1Cracker 2Cracker 2 MethodSoxhletaASEb,n=3SoxhletaASEb ,n=3 Avg.%Fat(wt. %)15.414.628-3028.1 Std. Dev.N/A0.09N/A0.20 RSD(%) N/A0.65N/A0.70 表12 谷物类甜点中脂肪的萃取 MethodSoxhletASEa SolventMethanol/CHCl3 (2:1)Hexane/IPA(3:2) %Fat(wt.%)10.0- 12.011.6 Std. Dev.N/A0.09 RSD(%)N/A0.73 表13 从狗饼干中萃取脂肪 SampleSRMaSRMBrand XBrand X MethodSoxhletASEbSoxhletASEb SolventPetroleum etherPetroleum etherPetroleum etherHexane/IPA(3:2) Avg.% Fat(wt.%)8.809.1210.310.4 Std. Dev.0.500.15N/AN/A RSD(%)5.71.6N/AN/A表14 从 低脂肪膨化食品中萃取脂肪 MethodSoxhletASEa %Fat(wt.%)1.401.43 Std. Dev.N/A0.03 RSD(%)N/A2.1 ASE与Mojonnier方法的对比 传统的Mojonnier方法从奶制品中萃取脂肪要先做预 处理（通常使用氨水）然后用乙醚/乙醇和石油醚/乙 醇萃取，处理的目的是为溶解酪蛋白释放出空隙间的 脂肪。这种方法无论是时间还是劳力都有很多的消 耗，整个萃取需要很多步骤。用ASE方法与Mojonnier 法对比，萃取高脂肪含量的食品和奶酪时ASE法不需要 进行预处理步骤。ASE萃取30分钟的结果与Mojonnier 法有非常好的符合。 从油料种子中萃取油 食品和食品加工所用的油来自Canola、大豆、亚麻 籽、棉籽等油料种子，精确地确定含油量对优化油的 产出量非常有必要。 现有的从种子中萃取油的方法要消耗大量的溶剂（通 常要几百毫升）和很长的时间（通常要8到16小时）。 ASE方法与现有的官方方法对比 从Canola种子（含油量约占重量的45%）中萃取油， 是ASE与官方AOAS（美国油料化学协会American Oil Chemist Society）方法AM-2-93对比的最好例 子，[AOAS法基于FOSFA(油料种子和脂肪学会联合会 Federation of Oil Seeds and Fat Association) 的官方方法], 该方法的各项指标在表15中给出，ASE 所用的条件列在表16。 萃取结果表示ASE法与AOAS官方方法的结果非常接 近：ASE萃取结果含油为重量的44.9%，三次萃取相对 标准偏差（RSD）0.31%, AOAS法萃取含油为重量的 45.2%，十二次萃取相对偏差为0.24%。总含油量的百 分比变化是萃取时间的函数，用柱型图表示。ASE得出 与AOAS方法相似的萃取结果，但时间大大减少，溶剂 的使用量也大大减少。 过氧化物值（PV）和游离脂肪酸（FFA）的确定表示在 ASE的萃取过程中没有明显的甘油三酸酯的降解。 表15 从油料种子中萃取油AOCS AM 2-93法萃取条件 样品量加热炉萃取再研磨萃取溶剂溶剂用量总时间 4克研磨种子130oC，2小时4小时，排掉溶 剂，冷却7分钟2小时，排掉溶剂，冷却石油醚150- 250毫升10.5小时 表16 从油料种子中萃取油ASE方法萃取条件 系统压力加热炉温度炉加热时间静态萃取时间新溶剂 量吹扫时间溶剂静态萃取次数 6.7MPa(1000psi) 105oC5分钟10分钟100%60秒石油醚3次