浊点萃取技术在食品检测中的应用

浊点萃取技术在食品检测中的应用

多环芳烃（pahs）主要由石油、天然气、木材、天然气、烟草酸等碳氢化合物组成，不完全燃烧，在还原过程中通过热分解产生。对畸形、致癌性和突变性疾病没有强烈的影响。由于广泛来源，多环芳烃分布在水体、土壤和动植物中。尽管现代色谱技术对于PAHs可以较准确地进行测定,然而大多方法仅限于水体和土壤中的PAHs测定。而由于食用油本身的特殊性质和各标准均要求对PAHs的测定浓度精确到μg/L级,因此在色谱测定前,需要首先对食用油样品中的PAHs进行分离与预浓缩,以提高检测精度近年来,一种新型的基于表面活性剂相分离现象的分离方法,浊点萃取(CloudPointExtraction,CPE),逐渐成为研究热点,其在有机物、金属离子和蛋白质样品的分离与预浓缩中均表现出较高的性能。与传统的液液萃取相比,CPE具有操作简单、速度快、萃取率高等优点;此外,由于CPE过程中避免了有机溶剂的使用,在降低成本的同时也表现出环境友好的特性本文使用基于硅表面活性剂PP-18的CPE方法对食用油中的多环芳烃进行分离,结合高效液相色谱对多环芳烃含量进行测定,讨论了各参数对萃取性能的影响,获得了最佳预浓缩条件。1实验部分1.1试剂和机器1.2pahs的分离和萃取配制一定浓度的PAHs乙腈溶液,作为PAHs浓溶液。使用正己烷对溶有一定量PAHs浓溶液的花生油进行稀释(油/正己烷=1/2.5),而后与二甲基亚砜(DMSO)按一定比例加入10mL刻度离心管中,充分振荡30min后以5000r/min的速度离心10min,获得两相分离。使用滴管移除油层,得到含有PAHs的DMSO初萃取液。将获得的DMSO初萃取液与表面活性剂溶液以一定的比例混合振荡,加一定量的电解质,然后在50℃下保温20min后经4000r/min的速度离心20min,得到萃有PAHs的表面活性剂相与水相两相。使用滴管获得表面活性剂富集相,以乙腈稀释后,注入高效液相色谱(HPLC)进行浓度测定。1.3高效液铬层析条件流动相由体积比为80/20的乙腈/水组成,流速为1.5mL/min,柱温为303K,UV检测器波长为254nm。2结果与讨论2.1预浓缩流程的确定由于表面活性剂在油中或油水混合物中大多以乳浊液形式存在,浊点萃取在此环境中很难发生。而若首先使用DMSO萃取食用油的正己烷溶液(即通常液液萃取方法的第一步),获得的初萃取液可与水溶液互溶,实验也表明在此共溶体系中浊点萃取可正常进行,无乳化发生,因此本研究使用在前期实验中具有较好浊点萃取性能的PEG/PPG-18/18Dimethicone(PP-18)作为表面活性剂,对食用油液液萃取的初萃液进行浊点萃取,取代传统液液萃取后续的复杂工艺过程,且节约了过程中的大量有机溶剂,从而确立了低成本、高效率的食用油中PAHs的预浓缩方法。确定预浓缩流程后,本文对重要操作参数对萃取性能的影响进行了研究。为了方便比较,首先仅使用50μg/L的蒽作为单一目标萃取物进行实验条件的讨论,而后将最佳条件应用于多种PAHs。2.2dmso-salt-up效应的存由于浊点萃取中两相分离必须在浊点温度以上发生,即浊点温度决定了浊点萃取过程的保温温度,因此它对于整个流程的能耗和成本控制都是十分关键的参数。而本方法与传统浊点萃取法不同,相分离发生于有机溶剂与水的共溶体系,因此应首先讨论有机溶剂的存在对于体系浊点的影响。表1为不同含比例的DMSO的PP-18水溶液的浊点,随着DMSO比例的上升,溶液浊点逐渐降低。基于salt-out效应,不同浓度盐的存在也可导致浊点的降低。当PP-18与DMSO比例为7∶3,加入浓度高于10mg/L的Na2.3中浊点萃取比例图2为使用不同比例DMSO对食用油进行一步初萃取,而后进行浊点萃取得到的萃取率(R),其中浊点萃取中表面活性剂浓度为2%(wt)。由图2可知,最终的萃取率随DMSO比例的上升而增加,当比值大于2后,萃取率变化不大,基本保持在80%以上。可见为保证最终萃取效率,第一步液液萃取中DMSO的量要大于食用油的2倍,因此后面的讨论均使用DMSO/食用油=2/1作为萃取条件。2.4表面活性剂用量对萃取性能的影响以一定浓度表面活性剂溶液2%(wt),对不同比例的DMSO初萃取液进行浊点萃取,其萃取率如图3所示。当PP-18/DMSO大于临界点8.5/1.5时其萃取率变化不明显,保持在较高的水平,而后继续降低PP-18的比例则导致萃取率大幅下降,这是由于表面活性剂用量不足引起的。然而PP-18用量过高将导致最终获的表面活性剂相体积过大,将使浓缩因子(Concentrationfactor)减小,因此,这里选择PP-18/DMSO为8.5/1.5作为最佳条件。2.5表面活性剂浓度对萃取性能的影响图4为DMSO/PP-18(v/v)为1.5/8.5时,表面活性剂浓度对于最终萃取率的影响。随着表面活性剂的浓度的增大,相应的萃取率逐渐上升,当浓度高于2%(wt)后,萃取率几乎停止增长且保持在较高的萃取率上。结合图3中DSMO/PP-18比例的影响可知,表面活性剂的量必须高于一定值时才能获得较高的萃取率,这里选择2%(wt)作为表面活性剂浓度。2.6与氯化钠萃取率比较电解质的加入削弱了胶束与水之间的氢键作用,将有效增加浊点萃取性能。硫酸钠和氯化钠是两种浊点萃取中最为常用的电解质,图5显示了这两种盐在不同浓度下对萃取率的影响。硫酸钠较氯化钠对萃取率的影响有着相似的趋势,但前者的影响更为强烈一些。少量盐的加入明显提高了最终萃取率,然而当超过一定值后,随着盐浓度的提高,萃取率呈降低趋势,这可能是由于过量盐的加入影响了表面活性剂对PAHs的增容能力。因此,尽管电解质的加入可有效降低表面活性剂浊点(表1),使浊点萃取可在更低的温度下进行,然而过量电解质的加入会导致最终萃取率的降低,因此应选择适量浓度的电解质,在萃取性能和过程能耗之间选择平衡点,以得到最佳的萃取效果。本文选择10mg/LNa2.7pahs初始菌体萃取性能将以上讨论获得的最佳实验条件应用于含有不同PAHs的浊点萃取过程中,其结果列于表2。比较各PAHs的萃取率可见,随着PAHs憎水性的升高,其萃取率逐渐上升,这与浊点萃取基于表面活性剂胶束对于憎水性物质的溶解机理相符。而随着PAHs浓度的上升,其萃取率大幅降低,然而食用油中的PAHs浓度大多在50μg/L以下,因此本方法可满足食用油中的PAHs预浓缩的需要,而提供足够高的萃取性能和检测精度。3最佳实验条件的确定及预处理本研究成功将浊点萃取应用于食用油中多环芳烃的预浓缩过程中。对DMSO的一步初萃取液,使用浊点萃取取代了传统液液萃取繁琐的后续反复萃取工艺。基于表面活性剂溶液,极大地避免了大量有机溶剂的使用,在节约成本的同时,对环境也十分友好。在确定可发生浊点萃取现象的DMSO/PP-18水溶液互溶体系的基础上,研究了表面活性剂浓度、食用油/DMSO/表面活性剂溶液配比,及电解质对于浊点萃取体系萃取率的影响,进而确定了最佳实验条件:食用油/DMSO/PP-18=1.5/3/17(v/v/v),表面活性剂浓度为2%(wt)。将该条件应用于其他种类PAHs的萃取也取得较高的萃取率。同时,采用表面活性剂PP-18进行浊点萃取预浓缩后,可直接以乙腈稀释后进行HPLC测定而不出现峰干扰。因此,本文为准确分析食用油中PAHs浓度提供了一种简单、高效、低成本、环境友好的预浓缩方法。PEG/PPG-18/18Dimethicone(PP-18):Do