用于通过超分子溶剂和超声辅助固化浮选有机滴微萃取法对食品中的β-胡萝卜素进行分光光度测定的化学计量学可持续性和环境评估工具

《Journal of Food Composition and Analysis》：Chemometrics sustainability and environmental assessment tools for spectrophotometric determination of β-carotene in foods via supramolecular solvent and the ultrasound-assisted solidified floating organic drop microextraction procedure

本研究开发了一种基于1-十二醇和香茅醇的超分子溶剂（SUPRAS）的超声辅助固体浮化有机滴微萃取（UA-SFODME）新方法，用于测定食品中的β-胡萝卜素。通过优化pH 6.5、SUPRAS体积100 μL、超声时间5分钟及样品体积3.0 mL等参数，该方法展现出0.02–950 μg/L的线性范围，LOD 0.01 μg/L，LOQ 0.03 μg/L，PF 75.0，重复性RSD为1.8%-4.3%。同时采用SPMS、CACI、AGREE等绿色化学指标系统评估了方法的环境友好性。

　　本研究旨在开发一种新型且环保的分析方法，用于测定食品样品中的β-胡萝卜素。该方法基于一种由十二醇和香叶醇组成的超分子溶剂（SUPRAS），并结合超声辅助浮出有机滴微萃取（UA-SFODME）技术，最终通过紫外-可见光谱（UV-Vis）检测实现对β-胡萝卜素的定量分析。这一方法不仅在技术上具有创新性，同时在环保理念上也进行了深入探讨，展现了对可持续发展的重视。

β-胡萝卜素是一种广泛存在于食品、动物和植物中的生物活性物质，它属于类胡萝卜素家族，具有鲜艳的颜色，同时也是一种脂溶性物质，具有极强的生物活性和抗氧化作用。由于这些特性，β-胡萝卜素在医学领域中被广泛用作膳食补充剂。此外，它在食品工业中也扮演着重要角色，常被用作添加剂，尤其是在饮料中，因其鲜明的颜色而受到青睐。β-胡萝卜素作为一种天然色素，也被广泛应用于制药行业，包括口服液和片剂等产品。

为了准确测定β-胡萝卜素，研究者们开发了多种分析技术，如紫外-可见光谱法、荧光光谱法、毛细管电泳法和色谱法等。然而，在实际应用中，由于食品基质的复杂性，β-胡萝卜素的检测常常面临挑战。特别是当样品中β-胡萝卜素的浓度较低时，缺乏有效的预浓缩手段会大大降低检测的灵敏度和准确性。因此，近年来研究者们致力于开发高效的预浓缩方法，如分散液液微萃取（DLLME）、固相微萃取（SPE）、液相微萃取（LPME）以及浮出有机滴微萃取（SFODME）等。这些方法不仅提高了检测效率，也符合绿色化学的发展趋势。

在绿色化学理念日益受到重视的背景下，科学家们更加关注分析过程中使用的溶剂是否具有环境友好性。传统的有机溶剂虽然在某些分析过程中表现良好，但其对环境的潜在危害不容忽视。因此，研究者们开始探索更环保的替代溶剂，如深共融溶剂（DESs）、离子液体（ILs）、可切换亲水溶剂（SHSs）以及超分子溶剂（SUPRASs）。其中，DESs和ILs具有相似的物理特性，如低导电性和高稳定性，但DESs的毒性风险较低，使其成为一种更受欢迎的分析溶剂。此外，SUPRASs因其独特的结构和良好的环保性能，成为一种理想的替代方案。

SUPRASs的开发是基于对传统有机溶剂的替代需求。它们通常由两种或多种具有两亲性的物质组成，这些物质能够通过物理或化学相互作用形成稳定的微结构。SUPRASs的制备过程相对简单，且具有较高的纯度和较低的成本。在实际应用中，它们能够有效分离目标分析物，特别是在复杂的食品基质中，表现出良好的选择性和回收率。此外，SUPRASs在提取过程中所需的溶剂量较少，从而减少了对环境的影响，提高了分析方法的绿色性。

香叶醇作为一种天然有机化合物，具有多种生物活性，如肝保护、抗菌、抗氧化和抗癌作用。由于其低毒性和良好的可持续性，香叶醇被认为是开发SUPRASs的理想原料之一。在本研究中，香叶醇与十二醇结合，形成了一种新型的SUPRAS，该溶剂在提取β-胡萝卜素的过程中表现出优异的性能。研究者们通过优化提取参数，如pH值、SUPRAS体积、超声时间以及样品体积，进一步提高了方法的效率和准确性。其中，最佳的提取条件为pH 6.5、SUPRAS体积为100微升、超声时间为5分钟、样品体积为3毫升。

在优化提取条件后，研究者们对方法的线性动态范围进行了评估，发现其范围为0.02至950微克/升。这一范围表明该方法具有较高的灵敏度和广泛的适用性，能够满足不同浓度样品的检测需求。此外，方法的检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.01微克/升和0.03微克/升，显示出良好的分析性能。通过计算预浓缩因子（PF），研究者们进一步确认了该方法的高效性，PF值为75.0，表明该方法能够有效提高β-胡萝卜素的浓度，从而增强检测的准确性。

为了确保方法的可靠性，研究者们对方法的精密度进行了评估。通过十二次重复测量，计算相对标准偏差（RSD），发现其日内精密度（重复性）在1.8%至2.6%之间，而日间精密度则在3.5%至4.3%之间。这一结果表明，该方法在不同条件下均具有良好的稳定性和重复性，能够满足实际应用中的检测需求。此外，该方法的准确性和选择性也得到了验证，表明其在复杂食品基质中能够有效分离β-胡萝卜素，减少其他成分的干扰。

在绿色化学评估方面，本研究采用了一系列现代的绿色指标，包括样品制备可持续性指标（SPMS）、点击分析化学指数（CACI）、分析绿色性（AGREE）、分析绿色星区（AGSA）以及紫创新等级指数（VIGI）。这些指标不仅能够全面评估分析方法的环境友好性，还能提供一个系统的框架，帮助研究者们选择和优化更可持续的分析技术。通过使用这些指标，研究者们对SUPRAS-UA-SFODME方法的绿色性进行了深入分析，确认其在资源使用、能源消耗、废物产生和化学毒性等方面均优于传统方法。

此外，研究者们还对方法的创新性进行了评估，认为该方法在提取技术和检测手段上均具有显著优势。通过结合超声辅助固化的技术，该方法能够在短时间内完成提取过程，提高检测效率。同时，该方法的简单性和低成本也使其在实际应用中具有较大的推广价值。通过现代计算工具的辅助，研究者们对方法的绿色性进行了系统分析，确认其符合当前可持续发展的要求，并为未来的分析研究提供了新的方向。

在实验材料方面，本研究使用了分析纯的试剂和溶剂。β-胡萝卜素的标准溶液通过溶解在四氢呋喃（THF）中制备，浓度为1000微克/毫升。通过连续稀释，研究者们制备了不同浓度的校准溶液，用于后续的分析验证。SUPRAS溶剂则由香叶醇和十二醇组成，这两种物质均从Merck公司获得。为了优化提取过程中的盐析效应，研究者们还使用了硝酸钠溶液。

在电子光谱分析方面，研究者们对不同浓度的β-胡萝卜素标准溶液进行了紫外-可见光谱测量。测量范围为250至700纳米，通过分析吸收光谱，研究者们确定了β-胡萝卜素的吸收最大波长。实验结果显示，β-胡萝卜素在435、460和485纳米处表现出三个不同的吸收峰，其中最强的吸收发生在460纳米处。这一结果为后续的分析提供了重要的参考依据。

通过本研究的探索，研究者们成功开发了一种新型的SUPRAS-UA-SFODME方法，该方法在食品样品中实现了对β-胡萝卜素的快速、高效和准确的测定。该方法不仅符合绿色化学的原则，还通过系统的评估和优化，确保了其在资源使用、能源消耗、废物产生和化学毒性等方面均达到最佳状态。研究者们认为，该方法为未来的分析研究提供了新的思路，有助于推动更加环保和可持续的分析技术的发展。

综上所述，本研究在β-胡萝卜素的测定方面取得了重要进展。通过结合新型的SUPRAS溶剂和超声辅助固化的技术，研究者们开发了一种高效、环保且准确的分析方法。该方法在优化提取参数后，表现出良好的线性动态范围、较低的检测限和定量限，以及较高的预浓缩因子。同时，该方法在精密度评估中也显示出良好的重复性和稳定性。此外，通过系统的绿色指标评估，研究者们确认了该方法在可持续发展方面的优势，为未来的分析研究提供了新的方向和参考。