使用MV-10 ASFE系統(tǒng)萃取動物飼料產(chǎn)品中的脂肪

美國馬里蘭州農(nóng)業(yè)部，Tom Phillips；美國馬薩諸塞州米爾福德沃特世公司，
Tom DePhillipo，Jeff Wright，Rui Chen

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應用優(yōu)勢
■超臨界流體萃取可以作為一種替代技術以取代使用快速溶劑萃取技術(ASE)分析脂肪含量。
■ 使用軟件控制的萃取過程使脂肪的萃取及隨后的分析具有更高的準確度和精密度。
■ 基于超臨界流體萃取的方法可以省掉與脂肪分析有關的水解步驟。
■ 對環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，并可顯著節(jié)約成本。
 

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沃特世解決方案
MV-10 ASFE 系統(tǒng) ChromScope™ 軟件

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關鍵詞
脂肪，動物飼料，超臨界流體萃取，快速溶劑萃取

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引言
在動物飼料的生產(chǎn)中，脂肪含量是一項重要的營養(yǎng)和質(zhì)量控制參數(shù)。因此，工藝的優(yōu)化需要一種快速而可靠的測定方法。各種溶劑萃取方法 — 包括索式萃取和快速溶劑萃取(ASE)，以及隨后進行的重力分析，常被用于脂肪含量的分析測定。這些萃取方法經(jīng)常使用的溶劑包括正己烷和乙醚。

隨著人們對環(huán)境可持續(xù)性意識的增強，超臨界流體萃取(SFE)已被用于去除各種基質(zhì)中的脂肪。超臨界二氧化碳(SC-CO₂)的低極性特點是它成為適用于脂肪的一種理想溶劑^1-2。此外，通過改變壓力和溫度和/或添加有機溶劑，改變所需的選擇性，從而實現(xiàn)對溶解能力的調(diào)整。超臨界流體萃取的其他優(yōu)點還包括：二氧化碳毒性相對較小，不可燃且價格低廉；萃取物易于回收；溶劑消耗量和處理量降低。

在本篇應用紀要中，我們對用于從各種動物飼料產(chǎn)品中萃取脂肪的沃特世MV-10 ASFE™系統(tǒng)進行了性能評估，并將評估的結果與使用快速溶劑萃取方法的結果進行了對比。同時，還對采用超臨界流體萃取法進行常規(guī)脂肪分析的前景進行了討論。

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實驗
樣品描述
除非另有說明，各種市售動物飼料按照收到時的飼料使用，不作其他處理。
方法條件
超臨界流體萃取(SFE)的條件對于每一個超臨界流體萃取實驗，將大約3 g研磨粉碎的動物飼料添加到一個5 mL的萃取容器中。將萃取得到的脂肪收集到一個預先稱過重的閃爍瓶中。使用Zymark Turbovap LV型蒸發(fā)儀除去萃取物中的溶劑后，重新稱量閃爍瓶的重量。重量差值即視為樣品中脂肪的含量。

溫度:   40 °C
壓力：   3625 psi
共溶劑：   甲醇
共溶劑(%)：   10%
流速：   8 mL/min
軟件：   ChromScope
總運行時間：   25 min

快速溶劑萃取的條件
對于每一個快速溶劑萃取實驗，將大約3 g研磨粉碎的動物飼料加入一個10 mL的萃取容器中。將萃取的脂肪收集到一個預先稱過重的收集瓶中。使用Zymark Turbovap LV型蒸發(fā)儀除去萃取物中的溶劑后，重新稱量收集瓶的重量。重量差值即視為樣品中脂肪的含量。
溫度：   125 °C
壓力：   1000 psi
萃取溶劑：   正己烷
萃取爐預熱時間：   5 min
萃取爐預熱周期數(shù)：   2
靜態(tài)時間：   3 min
靜態(tài)循環(huán)次數(shù)：   2
沖洗體積：  60%
吹掃時間：   1 min
吹掃循環(huán)次數(shù)：   2
總運行時間：   18 min

結果與討論
超臨界流體萃取與快速溶劑萃取的對比情況
表1總結了15種動物飼料產(chǎn)品的脂肪分析結果。為了評估超臨界流體萃取在脂肪分析中的普遍適用性，我們特意對樣品進行了選擇，以確保樣品在產(chǎn)品形式和飼養(yǎng)動物上的多樣性。另外值得注意的是，在進行快速溶劑萃取之前，將樣品8和樣品9進行了水解。在加速溶劑萃取方法中，通常的做法是萃取之前加入分解樣品的水解步驟，以便破壞細胞壁，釋放脂肪。

 

但是，對于超臨界流體萃取方法，并不需要這個水解步驟。對于樣品8和樣品9，使用超臨界流體萃取法萃取得到的脂肪含量稍高于使用快速溶劑萃取法萃取得到的脂肪含量。這可能是由于超臨界二氧化碳的獨特性質(zhì)導致的。超臨界二氧化碳氣體樣的擴散性和液體樣的溶解能力使二氧化碳更容易穿透其他溶劑難以穿透的基質(zhì)，例如干焙烤產(chǎn)品中富含麩質(zhì)的顆粒(樣品8)，將脂肪成分溶解并將其轉(zhuǎn)移出來。

圖1. 通過超臨界流體萃取法與快速溶劑萃取法萃取得到的脂肪含量之間的關系。
圖1是通過超臨界流體萃取法與快速溶劑萃取法萃取得到的脂肪含量之間的關系。很明顯，兩種萃取方法是一致的。其結果表明，在脂肪分析中，超臨界流體萃取是快速溶劑萃取的一種潛在替代方法。

圖2. 通過超臨界流體萃取法萃取得到的脂肪含量(%)與標簽聲明(15種樣品)。

圖2是根據(jù)超臨界流體萃取法得到的脂肪含量(%)的分布狀況。脂肪含量(%)范圍是95%至132%，大部分樣品(11/15個樣品)的脂肪含量范圍是95%至110%，表明其脂肪含量完全符合標簽聲明。

表2匯總了基于超臨界流體萃取法進行脂肪分析的再現(xiàn)性研究的數(shù)據(jù)。五個平行實驗的相對標準偏差%(RSD%)小于2%。MV-10 ASFE系統(tǒng)由ChromScope軟件控制。樣品加入萃取器后，萃取過程無需用戶干預，從而保證后續(xù)分析的高精密度。

應當注意的是，所有實驗均使用了超額的萃取時間(25 min)，以保證萃取安全。實際上，脂肪成分在開始后的5分鐘時間內(nèi)就流出。初步的時長研究表明，脂肪分析的最佳萃取時間可以縮短至10分鐘以內(nèi)。

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結論
在本應用紀要中，我們說明了超臨界流體萃取可以替代工業(yè)中主要采用的快速溶劑萃取方法，將其用于動物飼料脂肪含量的測定。使用軟件控制的萃取工藝實現(xiàn)了整個分析的準確度和精密度。基于超臨界流體萃取的方法也省去了水解步驟，而這一步驟是其他萃取方法的必需步驟。最后，除對環(huán)境可持續(xù)性產(chǎn)生的積極影響外，與快速溶劑萃取中使用的正己烷相比，超臨界流體萃取使用的是甲醇，這樣可以顯著節(jié)約成本。

參考文獻
1.  Taylor SL, King JW, List GR. Determination of oil content in oilseeds by  analytical supercritical fluid extraction. J Am Oil Chem Soc. 1993 Apr; 70(4):437-9. 2.  King JW, Eller FJ, Snyder JM, Johnson JH, McKeith FK, Stites CR. Extraction of  fat from ground beef for nutrient analysis using analytical supercritical fluid  extraction. J Agric Food Chem. 1996 Sept; 44:2700-4.