02第二章样品前处理技术.

第二章食品安全检验样品前处理技术第二章2.1样品的采集与保存2.2提取技术2.3净化技术2.4浓缩技术2.5无机元素的前处理技术教学目标：[1]掌握不同类型样本的区分和用途，掌握采样的基本程序；[2]能应用采样的5项指导原则，并参考不同类别的样品取样要求，开展实际的采样工作；[3]了解提取技术类型、掌握索氏提取法操作，理解微波辅助萃取超声波辅助萃取、超临界辅助萃取、加速溶剂萃取的原理；[4]了解净化技术类型、理解液液萃取、固相萃取、固相微萃取柱色谱分离的原理；[5]浓缩技术、无机元素的前处理技术。教学计划：共计10课时；第二章2.1样本的采集与保存样本（按作用分）试验样本复检样本保留样本采样的原则代表性原则典型性原则适时性原则适量性原则程序性原则•常用工具：钳子、螺丝刀、小刀、剪子、罐头或瓶盖开启器、手电筒、蜡笔、镊子、笔、胶带、记录纸。采样工具的选择专用工具1、长柄勺，用于散装液体样品采集。2、玻璃或金属管采样器，适用于深型桶装液体食品的采样。3、金属探管或金属探子，适用于采集袋装的粉末状样品。4、取证设备等。采样工具的选择•采样容器：容器密封性好，内壁光滑，清洁干燥，不含待测物质及干扰物质。盛液体或半液体样品的容器，用具塞玻璃瓶、具塞广口玻璃瓶、塑料瓶等。盛固体或半固体样品的容器，用不锈钢、铝制、陶瓷、塑料制的容器。大宗食品采样备四方搪瓷盘，现场分样用。容器的盖或塞子必须不影响样品的气味、风味、pH值及食物成分。采样工具的选择1、被采样单位；2、样本名称；3、采样地点；4、样本产地、商标、数量、生产日期、批号、样本状态；5、被采样的产品数量、包装类型及规格；6、感官所见(有包装的食品包装有无破损、变形、受污染；无包装的食品外观有无发霉变质、生虫、污染等)；采样记录7、采样方式；8、采样目的；9、采样现场环境条件(包括温度、湿度及一般卫生状况)；10、采样机构(盖章)采样人(签字)；11、采样日期；12、被采样单位负责人签名。采样记录采样完毕整理好现场后，将采好的样本分别盛装在容器或牢固的包装内，在容器盖接处或包装上进行签封，可以由采样人或采样单位签封。每件样本还必须贴上标签，明确标记品名、来源、数量、采样地点、采样人、采样日期等内容。如样本品种较少，应在每件样本上进行编号，所编的号应与采样收据和样本名称或编号相符。样本签封和编号1.要保持样本原来的状态2.易变质的样本要冷藏3.特殊样本要在现场进行处理样本的保存样本处理粉碎提取净化浓缩2.2样品前处理技术概述(1)提高灵敏度和降低检测限；(2)提高测试精度；(3)提高方法的选择性；(4)延长仪器的寿命；样品前处理目的(1)能最大限度地去除影响测定的干扰物；(2)被测组分的回收率要高；(3)操作尽量简便、省时；(4)成本低廉；(5)不对人体及环境产生较大的影响；(6)应用的范围尽可能广泛。样品前处理方法的选择2.2提取技术提取技术是指采用适当的溶剂把被测组分从试样中抽提出来，经纯化后供测定使用，是食品安全检测中应用最广泛的样品前处理技术。液-固萃取微波辅助萃取超声波辅助萃取超临界流体萃取加速溶剂萃取技术定义：是指从固体基质中萃取待测组分进入样品基质，将待测组分溶解，分散于溶剂的过程。最经典的固-液萃取方法就是索氏萃取法2.2.1液-固萃取LSE索氏提取法HH-2型数显恒温水浴锅索氏提取法KD浓缩器1、用玻璃滤筒代替滤纸筒可使操作简单、空白降低并反复使用；2、对热不稳定的农药在热溶剂中回流易损失，建议采用超临界萃取提取；3、索氏提取操作耗时过长；4、已微波加热和索氏发结合提高萃取率；5、采用KD浓缩器，进行浓缩和定容；6、全自动索氏萃取仪。索氏提取注意要点在微波场的作用下,离子定向流动形成离子电流,并在流动过程中与周围的分子和离子发生高速磨擦和碰撞,使微波能转变为热能。微波萃取是用微波能加热与样品相接触的溶剂,将所需化合物从样品基体中分离。2.2.2微波辅助萃取微波指波长在1mm至1m之间,频率范围为300MHz～300,000MHz的电磁波。它介于红外线和无线电波之间。什么是微波辅助萃取？在微波场中,吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使得被萃取物质从基体或体系中分离,进入到介电常数较小微波吸收能力相对较差的萃取剂中。2.2.2微波辅助萃取萃取组分溶剂与萃取组分分离原料预处理溶剂与物料混合冷却微波萃取过滤滤液溶剂微波萃取工艺流程图微波辅助萃取---影响因素和特点微波辅助萃取有什么特点和影响因素呢？？？微波萃取的影响因素1、萃取溶剂——通常是以“相似相溶”方式进行选择。2、萃取温度——不高于溶剂沸点。3、萃取时间——累计辐射时间对提高萃取效率只是在刚开始时有利，经过一段时间后萃取效率不再增加，因此每次辐射时间不宜过长。4、溶液的PH——溶液的PH值也会对微波萃取的效率产生一定的影响，针对不同的萃取样品，溶液有一个最佳的用于萃取的酸碱度。5、水分含量——含水量对回收率影响很大，物料含有水分，才能吸收微波能，产生温度差。微波辅助萃取---影响因素和特点微波萃取的特点：1、质量稳定，可有效地保护食品、药品以及其他化工物料中的功能成分。2、对萃取物具有高选择性，萃取效率高。3、萃取时间短，省时。（可节省50%-90%的时间）4、溶剂用量少。（较常规方法少50%-90%）5、产量大、能耗低、无污染，可大规模应用。2.2.3超声波辅助萃取超声波很像电磁波，折射、聚焦和反射，但超声波又不同于电磁波，电磁波可在真空中自由传播，而超声波的传播则要依靠弹性介质。超声波在传播时，使弹性介质中的粒子产生振荡，并通过弹性介质按超声波的传播方向传递能量。超声波萃取原理2.2.3超声波辅助萃取是利用超声波辐射压强产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应、高加速度、如花、扩散、击碎、搅拌等多级效应，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促使提取的进行。超声波可以产生空化效应、机械效应和热效应。超声波萃取原理超声波萃取原理1.空化效应当大量的超声波作用于提取介质时，体系的液体内存在着张力弱区，这些区域内的液体会被撕裂成许多小空穴，这些小空穴会迅速胀大和闭合，使液体微粒间发生猛烈的撞击作用。也可以液体内溶有的气体为气核,在超声波的作用下,气核膨胀长大形成微泡,并为周围的液体蒸气所充满,然后在内外悬殊压差的作用下发生破裂,将集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来。2.2.3超声波辅助萃取当空穴闭合或微泡破裂时，会使介质局部形成几百到几千K的高温和超过数百个大气压的高压环境，并产生很大的冲击力，起到激烈搅拌的作用，同时生成大量的微泡，这些微泡又作为新的气核，使该循环能够继续下去，这就是空化效应。超声波萃取原理空化效应中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体的破裂，且整个破裂过程可在瞬间完成，因而提高了破碎速度，缩短了破碎时间，使提取效率显著提高。2.2.3超声波辅助萃取超声波萃取原理2.热效应超声波在弹性媒质中传播时，其能量不断被媒质质点吸收并转化为热能，从而使媒质质点的温度升高，这种现象称为超声波的热效应。空穴闭合或气泡崩塌之后，其内“热点”骤然冷却，冷却速度可达108K/s。这相当于将金属熔浆放入液氮中的急剧冷却速度。2.2.3超声波辅助萃取超声波萃取原理3.机械效应超声波的高频振动及辐射压力可在气体或液体中形成有效的搅动与流动，使媒质质点在其传播空间内进入振动状态，从而可加速细胞内物质的释放、扩散及溶解过程。此外，空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流,均能显著减弱液体的表面张力及磨檫力,并破坏固液界面的附着层，起到普通低频机械搅动达不到的效果,上述现象称为超声波的机械效应。2.2.3超声波辅助萃取超声波萃取的主要影响因素主要影响因素温度声处理时间声波频率一般不需要加热，但其本身存在较强的热效应，且介质的温度对空化作用的强度也有一定的影响超声波频率是影响有效成分萃取率的主要因素之一。超声提取通常比常规提取的时间要短（20~45min）。相对于其他影响因素而言，超声提取时间对提取率没有显著影响。超声波提取技术的特点优点成本低效率高简单易行易于维护杂质少，易于分离纯化时间短温度低适应性广超临界流体的含义超临界流体是一种物质状态，当物质在超过临界温度及临界压力以上，气体与液体的性质会趋近于类似，最后会达成一个均匀相之流体现象。超临界流体类似气体具有可压缩性，而且又兼具有类似液体的流动性，密度一般都介于0.1到1.0g/ml之间。它是一种处于临界温度（Tc）、临界压力（Pc）以上介于气体和液体之间的流体。超临界流体萃取是指以超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取可溶组分的分离操作。2.2.4超临界流体萃取超临界流体具有类似气体的较强穿透力和类似于液体的较大密度和溶解度，具有良好的溶剂特性，可作为溶剂进行萃取、分离单体。2.2.4超临界流体萃取超临界流体萃取分离技术是利用超临界流体的溶解能力与其密度密切相关，通过改变压力或温度使超临界流体的密度大幅改变。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和相对分子质量大小不同的成分萃取出来。SFE将传统的蒸馏和有机溶剂萃取结合一体，利用超临界CO2优良的溶剂力，将基质与萃取物有效分离、提取和纯化。2.2.4超临界流体萃取常见的几种超临界流体气体种类沸点／℃临界压力／MPa临界温度／℃临界密度／(g/ml)二氧化碳-78.07.3031.040.468氧化亚氮-89.07.1035.500.457乙烯-103.75.009.500.200三氯甲烷-83.24.6029.500.516六氟化碳-63.83.7745.560.730氮气-195.83.28-147.00.310氩气-185.74.70-122.30.434由于CO2的超临界温度接近室温，且无色、无毒、无味，安全，对大部分物质不反应，不昂贵，可循环使用等优点成为SF技术最常用的气体。2.2.4超临界流体萃取2.2.4超临界流体萃取SFE技术基本工艺流程为：原料经除杂、粉碎或轧片等一系列预处理后装入萃取器中。系统冲入超临界流体并加压。物料在SCF作用下，可溶成分进入SCF相。流出萃取器的SCF相经减压、凋温或吸附作用，可选择性地从SCF相分离出萃取物的各组分，SCF再经调温和压缩回到萃取器循环使用。2.2.4超临界流体萃取影响因素萃取压力的影响萃取压力是SFE最重要的参数之一，萃取温度一定时，压力增大，流体密度增大，溶剂强度增强，溶剂的溶解度就增大。对于不同的物质，其萃取压力有很大的不同。2.2.4超临界流体萃取影响因素萃取温度的影响温度对超临界流体溶解能力影响比较复杂，在一定压力下，升高温度被萃取物挥发性增加，这样就增加了被萃取物在超临界气相中的浓度，从而使萃取量增大；但另一方面，温度升高，超临界流体密度降低，从而使化学组分溶解度减小，导致萃取数减少。因此，在选择萃取温度时要综合这两个因素考虑。2.2.4超临界流体萃取影响因素萃取颗粒大小粒度大小可影响提取回收率，减小样品粒度，可增加固体与溶剂的接触面积，从而使萃取速度提高。不过，粒度如过小、过细，不仅会严重堵塞筛孔，造成萃取器出口过滤网的堵塞。2.2.4超临界流体萃取影响因素CO2的流量CO2的流量的变化对超临界萃取有两个方面的影响。CO2的流量太大，会造成萃取器内CO2流速增加，CO2停留时间缩短，与被萃取物接触时间减少，不利于萃取率的提高。但另一方面，CO2的流量增加，可增大萃取过程的传质推动力，相应地增大传质系数，使传质速率加快，从而提高SFE的萃取能力。因此，合理选择CO2的流量在SFE中也相当重要。2.2.4超临界流体萃取影响因素夹带剂的选择对于极性较大的溶质，在超临界CO2中溶解较差，SFE很难萃取出来，但若加入一定的夹带剂，以改变溶剂的活性，在一定条件下，就可以萃取出来，而且萃取条件会更低，萃取率更高。常用的夹带剂有甲醇、氯仿等。夹带剂的种类可根据萃取组分的性质来选择，加入的量一般通过实验来