Metody ekstrakcji w analizie 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.

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:

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.

Dalszym rozwinięciem i uproszczeniem klasycznej metody Soxhleta jest aparat Butta z 1914 r. (po lewej). W porównaniu z aparatem Soxhleta, w aparacie tym pominięto boczne rurki, a próbka jest ekstrahowana w prostej rurce.

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.

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:

W pierwszym etapie gilzę ekstrakcyjną zawierającą próbkę umieszcza się bezpośrednio we wrzącym rozpuszczalniku (1). Dzięki temu duża część tłuszczu może zostać wyekstrahowana bardzo szybko – zwykle w ciągu 30 minut. W drugim etapie poziom rozpuszczalnika obniża się tak, aby tuleja z próbką nie był już zanurzona w ciekłym rozpuszczalniku (2). Zapobiega to równowadze rozpuszczonego tłuszczu pomiędzy próbką a rozpuszczalnikiem. W trzecim etapie próbkę ekstrahuje się w parach gorącego rozpuszczalnika lub przez kapiący rozpuszczalnik (3). Czas trwania drugiej fazy ekstrakcji zależy w dużej mierze od rodzaju próbki, ale zwykle wynosi około 1 godziny. Po zakończeniu drugiej fazy ekstrakcji rozpuszczalnik dalej odparowuje się i odzyskuje (4). Oznacza to, że można go ponownie wykorzystać, co nie tylko oszczędza zasoby, ale także koszty. W końcowej fazie można przeprowadzić delikatne suszenie (5). Cała ekstrakcja trwa zwykle około 2 godzin, czyli znacznie szybciej niż klasyczny proces Soxhleta.

Zasada ekstrakcji ciecz-ciecz opiera się na różnej rozpuszczalności dwóch niemieszających się rozpuszczalników. Zwykle stosuje się do tego rozpuszczalnik polarny (np. eter dietylowy) i rozpuszczalnik niepolarny (np. eter naftowy). Ekstrakcja próbki przebiega wówczas zgodnie z zasadą „podobne rozpuszcza się w podobnym”: polarne składniki próbki rozpuszczają się w polarnym rozpuszczalniku, podczas gdy niepolarne składniki rozpuszczają się w niepolarnym rozpuszczalniku. Przykładami konwersji opartych na aparaturze są rozdzielacz lub kolba Mojonniera.

Powrót do metod analitycznych