绿色超声辅助提取结合天然低共熔溶剂用于速溶咖啡中Fe、Mn、Zn测定的多变量优化研究

研究人员针对传统咖啡矿物质检测方法耗时长、试剂消耗大等问题，开发了一种基于天然低共熔溶剂（NADES）的绿色超声辅助提取（UAE）技术，结合多变量优化设计（Box-Behnken），实现了速溶咖啡中Fe、Mn、Zn的高效测定（F AAS）。该方法检出限低至0.26-3.38 μg g?1，回收率达92.4%-112.3%，为食品矿物质分析提供了环保、高效的解决方案。

　　

咖啡作为全球消费量最大的饮品之一，其矿物质含量直接影响品质与健康价值。然而，传统检测方法如微波消解和ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）存在耗时长、成本高、环境污染等问题。尤其铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）等微量元素，既是必需营养素，过量又可能引发神经毒性或心血管疾病，亟需开发绿色高效的检测技术。

针对这一挑战，巴西联邦大学的研究团队在《Food Chemistry》发表了一项创新研究。他们采用天然低共熔溶剂（NADES，由苹果酸和柠檬酸组成）结合超声辅助提取（UAE），通过多变量优化设计，建立了速溶咖啡矿物质检测新方法。关键实验技术包括：1）NADES溶剂合成的Box-Behnken优化；2）两水平全因子设计（2³）优化提取参数；3）火焰原子吸收光谱（F AAS）定量分析；4）方法验证采用咖啡标准物质（CRM）。

NADES合成与表征
通过粘度、密度测定和红外光谱证实，含水NADES（苹果酸:柠檬酸:水=1:1:3）具有更低的粘度和分子间氢键强度，更适合超声提取。相比文献报道的NADES配方，优化溶剂将提取效率提升20%。

方法优化与验证
最佳条件为：0.3 g咖啡粉、5.0 mL NADES、35分钟超声。该方法对Zn、Mn、Fe的检出限分别为0.26、0.55、3.38 μg g^?1，回收率92.4%-112.3%。实际样品检测显示，速溶咖啡中Fe含量最高（60.44 μg g^?1），Mn最低（2.14 μg g^?1）。

绿色性评估
通过AGREE和AGREEprep工具验证，该方法显著减少酸用量（仅需传统方法的1/10）和能耗（省去高温消解步骤），评分达0.82（满分1），符合绿色分析化学原则。

这项研究的意义在于：首次将NADES-UAE技术应用于咖啡矿物质检测，突破传统消解方法的局限性。通过多变量优化策略，实现检测效率与环保性的双重提升，为食品质量监控和营养评估提供新范式。研究还揭示速溶咖啡中矿物质含量的显著差异，为消费者健康选择提供科学依据。未来可扩展至其他食品基质或有害元素（如铅、镉）的检测，推动绿色分析技术发展。