Historia analizy tłuszczu
Podobnie jak oznaczanie zawartości białka i błonnika, oznaczanie zawartości tłuszczu jest ważną częścią analizy wartości odżywczej i oceny jakości żywności i pasz dla zwierząt, ponieważ tłuszcze są jednymi z najważniejszych źródeł energii dla ludzi i zwierząt. Określanie zawartości tłuszczu odgrywa jednak ważną rolę nie tylko w przemyśle spożywczym i paszowym; zawartość tłuszczu w surowcach jest również określana w przemyśle przetwórczym w celu oceny przydatności do określonych procedur przetwarzania i jako część kontroli jakości. Nawet w sektorze ochrony środowiska, zawartość tłuszczu w wodzie i ściekach jest określana w celu oceny czystości wody.
Jednak duża część tłuszczów i substancji towarzyszących tłuszczom, które muszą być analizowane, jest związana chemicznie i fizycznie. Dlatego do oznaczenia całkowitej zawartości tłuszczu konieczne jest trawienie próbki. Z biegiem czasu opracowano w tym celu różne klasyczne mokre metody chemiczne. Metody te mają zadziwiającą długowieczność. Chociaż obecnie dostępne są również nowoczesne metody szybkiego oznaczania, takie jak spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIR) lub magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), metody chemiczne na mokro są nadal metodami referencyjnymi w analizie tłuszczu.
Przegląd historycznego rozwoju mokrej chemicznej analizy tłuszczu
| Mineralizacja | Ekstrakcja | Ocena | Nazwa | Wprowadzenie |
|---|---|---|---|---|
| Brak | Ciało stałe-ciecz | Grawimetryczna | Soxhlet | 1879 |
| Hydroliza kwasem solnym | Ciało stałe-ciecz | Grawimetryczna | Weibull-Stoldt | 1892 |
| Hydroliza alkaliczna (amoniak) | Ciało stałe-ciecz | Grawimetryczna | Röse-Gottlieb (Mojonnier) | 1893 |
| Hydroliza kwasem siarkowym | Ciało stałe-ciecz | Grawimetryczna | Gerber | 1938 |
Ogólnie rzecz biorąc, można dokonać rozróżnienia między metodami referencyjnymi, szybkimi metodami chemicznymi i szybkimi lub drugorzędnymi metodami spektroskopowymi do oznaczania tłuszczu całkowitego lub surowego. Jednakże, klasyczne metody grawimetryczne i mokro-chemiczne są uważane za metody referencyjne.
Metody grawimetryczne i mokro-chemiczne należą do kategorii ekstrakcji ciało stałe-ciecz:
Ekstrakcja ciało stałe - ciecz
W ekstrakcji ciało stałe-ciecz, substancja lub grupa substancji jest specjalnie izolowana z mieszaniny stałej przy użyciu ciekłego rozpuszczalnika. Klasyczna ekstrakcja na gorąco, w której próbka jest przenoszona do rękawa celulozowego, a następnie umieszczana we wrzącym rozpuszczalniku, była pierwszą tego rodzaju ekstrakcją. Jednak całkowita ekstrakcja próbki nie jest zwykle możliwa w przypadku ekstrakcji na gorąco ze względu na równowagę między rozpuszczalnikiem a próbką. Ponieważ przepisy i normy obowiązujące w przemyśle spożywczym i paszowym stawały się z czasem coraz bardziej rygorystyczne, zainteresowanie bardziej precyzyjnymi i skutecznymi metodami ekstrakcji tłuszczu stale rosło. W związku z tym, klasyczna ekstrakcja na gorąco była coraz bardziej rozwijana, co z kolei doprowadziło do pojawienia się nowych metod ekstrakcji ciało stałe-ciecz. Trzy najbardziej znane ekstrakcje ciało stałe-ciecz to
- ekstrakcja Soxhleta,
- ekstrakcja Butta i Twisselmanna
- ekstrakcja Randalla.
Ekstrakcja Soxhleta
W 1879 roku Franz von Soxhlet opracował szklany aparat do ciągłej ekstrakcji tłuszczu. Ten tzw. Aparat Soxhleta umożliwia automatyczne przeprowadzenie kilku cykli ekstrakcji z jedną próbką.
Rozpuszczalnik jest podgrzewany do temperatury wrzenia w kolbie, po czym opary rozpuszczalnika unoszą się przez boczną rurkę do skraplacza. Tam para skrapla się, a następnie kapie do komory ekstrakcyjnej. Komora ta zawiera próbkę do ekstrakcji w celulozowej tulei. Opadający rozpuszczalnik wypełnia komorę ekstrakcyjną do wysokości kolanka pułapki. Następnie efekt syfonu ssącego powoduje przepływ rozpuszczalnika z rozpuszczonym ekstraktem do dolnej kolby. Poprzez ciągłe powtarzanie tego procesu można ostatecznie osiągnąć ilościową ekstrakcję. Po ekstrakcji rozpuszczalnik musi zostać oddzielony w oddzielnym urządzeniu, a wyizolowany tłuszcz jest suszony w celu zważenia.
W porównaniu do klasycznej ekstrakcji na gorąco, w której ekstrakcja próbki odbywa się bezpośrednio we wrzącym rozpuszczalniku, temperatura w komorze ekstrakcyjnej jest niższa, co sprawia, że proces ekstrakcji w aparacie Soxhleta jest znacznie bardziej czasochłonny. Czas wymagany do ilościowej ekstrakcji metodą Soxhleta zależy od próbki, która ma być ekstrahowana i może trwać do 8 godzin lub nawet dłużej.
I chociaż obecnie istnieją znacznie szybsze metody ekstrakcji, w których ekstrakcja próbki odbywa się ponownie bezpośrednio we wrzącym rozpuszczalniku, metoda Soxhleta jest nadal najczęściej opisywaną metodą oznaczania tłuszczu w paszach i żywności.
W ekstrakcji Butta gilza ekstrakcyjna z próbką znajduje się nad podgrzewanym rozpuszczalnikiem, co powoduje, że próbka ma bezpośredni kontakt z gorącymi oparami rozpuszczalnika. Opary unoszą się do skraplacza, gdzie skraplają się i przepływają z powrotem przez próbkę do kolby. W tym procesie próbka jest stale ekstrahowana przez opary i rozpuszczalnik, który kapie z powrotem. Ze względu na ciągły proces ekstrakcji w wyższych temperaturach, próbkę można zazwyczaj całkowicie wyekstrahować w ciągu kilku godzin.
Po zakończeniu ekstrakcji rozpuszczalnik jest usuwany z wyekstrahowanego tłuszczu poprzez destylację, a następnie suszenie próżniowe, a wyekstrahowany tłuszcz jest ważony. Ekstraktor Twisselmanna (po prawej) - dalsze rozwinięcie rurki Butta - ma również zawór odcinający do oddzielania rozpuszczalnika między naczyniem na próbkę a skraplaczem. Po zakończeniu ekstrakcji zawór odcinający może zostać zamknięty, a rozpuszczalnik odzyskany.
Ekstrakcja Randalla
Zasada ekstrakcji Randalla łączy szybkość ekstrakcji na gorąco z wydajnością ekstrakcji Twisselmanna lub Butta. Zasada ta jest również stosowana w SOXTHERM i została przedstawiona schematycznie na poniższym rysunku: