蛋白饮料检测

一、引言

在过去的20年里，公众对营养补充品的兴趣迅速增长。许多人将营养饮料作为代餐和膳食补充剂。多种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个人饮食增加的营养价值。此外，制造商分析并控制这些主要成分至关重要，以便优化生产、控制成本并生产高质量的产品。

传统方法通常依赖于繁琐且耗时的天平湿化学技术。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（Soxhlet）、巴布科克法（Babcock）和莫尼耶法（Mojonnier extraction）。这些技术依赖于添加溶剂溶解并分离样品基质中的所需脂肪，并且通常伴随着酸/碱水解。ORACLE™ 提供了一种吸引人的替代方法，无需校准或方法开发即可测量任何样品类型的脂肪。ORACLE可以与SMART 6™ 配对使用，直接在几分钟内准确测定固体和脂肪含量。

总蛋白质测定也依赖于苛刻的凯氏定氮硫酸消化，随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^® 染料分子选择性地结合到蛋白质中的基本氨基酸侧链上。这不仅提供了针对性的方法，还允许测试在不到五分钟内完成，且使用的试剂不需要化学废物处理。

除了总蛋白测量外，构成这些蛋白质的氨基酸残基的数量和身份也很重要。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110°C下在酸性或碱性条件下处理18至24小时，然后通过LC-UV或LC-MS技术分析所得水解产物。传统加热机制的特点，如反应时间长和不希望发生的副反应，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）反应提供了一条快速高效的途径。^2,3

在此，我们使用CEM仪器分析了各种营养饮料的总脂肪、固体和蛋白质含量，并为LC-UV氨基酸分析进行了准备。总的来说，这些结果与其各自的传统湿化学技术相比表现良好，但以更快速、精确和安全的方式实现。

二、材料与方法

实验细节

化学品购自商业供应商并直接使用，无需进一步纯化。所有溶液在使用前均新鲜配制。各种营养饮料从当地杂货店购买，并在分析前储存在干燥阴凉的地方。所有样品一经开封即进行分析，并储存在4°C的环境中。

分析

SMART 6、ORACLE和Sprint获得的分析结果与传统湿化学法（分别来自相应的AOAC参考方法：固体990.20、脂肪989.05和蛋白质981.10）进行比较。

Discover Prep的有效性与传统烘箱进行了比较。简要来说，将200毫克的营养饮料用移液管转移到干净且干燥的10毫升玻璃小瓶中，随后加入2毫升含有1%苯酚（w/v）的6 N HCl。然后将小瓶用氮气吹扫，迅速密封，然后放入110°C的烘箱中24小时。色氨酸的分析遵循碱性水解协议，其中使用4 N NaOH代替HCl。Discover Prep微波辅助AAH反应的准备如下：将200毫克样品添加到配有卵形搅拌棒的35毫升Pyrex小瓶中。分别向每个小瓶中加入5毫升含有1%苯酚（w/v）的6 N HCl或4 N NaOH用于酸性或碱性水解。用氮气流吹扫小瓶五分钟，迅速用Teflon®衬硅胶帽密封，并放置在自动进样器架上以自动化方式放入Discover Prep腔体中。Discover Prep AAH方法参数见表1。完成烘箱和微波反应后，冷却的样品被中和并过滤，为柱前衍生做准备。所有氨基酸水解产物使用Waters AccQ-Tag™ Ultra衍生试剂盒进行衍生，并通过注射到连接有PDA检测器（260 nm）的Waters Acquity H-Class UPLC上的Waters AccQ-Tag Ultra C18柱（1.7 µm, 2.1 x 100 mm）进行分析。⁴

表1. Discover Prep氨基酸水解参数

三、结果与讨论

表2和表3分别展示了从SMART 6和ORACLE获得的固体总量和脂肪结果。在各种营养饮料中，这些结果与传统的烘箱干燥法测定固体和莫尼耶醚提取法测定脂肪的结果非常一致。在所有情况下，CEM仪器的结果与传统方法在±0.10%的范围内匹配，无论样品成分如何。此外，就精确度而言，结果也相当可比，所有百分比相对标准偏差（%RSD）均保持在1%以下。

Sprint在分析成人和儿童营养饮料风味时也表现出色，如表4所示。在这种情况下，Sprint结果显示的%RSD低于传统的凯氏定氮法。进一步地，面对使用各种蛋白质来源配制的样品，包括豌豆蛋白、牛奶蛋白分离物和乳清蛋白时，Sprint也证明了其成功性。

表2. 使用SMART 6与烘箱干燥法测定各种营养饮料中固体百分比的结果比较

表3. 使用ORACLE与传统莫尼耶脂肪提取法测定各种营养饮料中脂肪百分比的结果比较

表4. 使用Sprint与传统凯氏定氮法测定各种营养饮料中蛋白质百分比的结果比较

对于氨基酸水解，选择了一款巧克力和香草味的成人营养饮料进行分析。样品进行了酸性和碱性水解，以准备进行18种氨基酸的LC-UV分析。使用Discover Prep微波反应器获得的结果在准确性和精确度方面与传统烘箱水解法相当，回收率在80%至120%之间（见图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

四、结论

消费者对食品营养价值的关注显著影响了全球产品的生产、监管和分销。这一点与严格的监管要求相结合，凸显了对高效、可靠且稳健的成分分析方法的不断增长的需求。传统的分析方法通常耗时较长，常常需要数小时，并且需要使用有害化学品。SMART 6、ORACLE和Sprint成功地以比传统湿化学法更高效的方式分析了营养饮料中的总固体、脂肪和蛋白质含量。Discover Prep被用来成功地准备各种营养饮料进行18种氨基酸的LC-UV分析。在准确性和精确度方面，Discover Prep与传统烘箱水解法相当。CEM仪器系列的额外关键优势包括易于使用的软件和更安全的实验室操作流程，同时保持了准确性和精确度。

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.