基于浮选深共晶溶剂固化的环保微萃取方法，用于食品样品中阿洛拉红和酒石黄的分光光度测定

《Microchemical Journal》：Eco-friendly microextraction procedure based on solidification of floating deep eutectic solvent for spectrophotometric determination of allura red and tartrazine in food samples

通过分散液-液微萃取结合新型深共熔溶剂（DES）成功检测食品中Allura Red和Tartrazine，方法具有宽线性范围（15.0–1200.0 μg/L和12.0–700.0 μg/L）、高富集因子（19.9和20.1）、低检出限（4.2和3.3 μg/L）及快速简便特性，符合绿色化学原则。

　　

Ayaa M. Elbakri|Wael I. Mortada|Mohamed M. El-Defrawy|Rania M. Eltabey

埃及曼苏拉大学理学院化学系，曼苏拉35516

摘要

由于人工色素的广泛使用，食品安全和质量成为全球性问题，因为这些色素对健康和环境构成风险。因此，开发准确且环保的分析技术以检测食品中的色素已成为近年来的重要研究领域。在本研究中，利用新型深共晶溶剂（DES）的固化作用，通过分散液-液微萃取法对食品样品中的Allura Red（AR）和Tartrazine（TAR）色素进行了光谱测定。萃取溶剂由十二胺（DDA）作为氢键供体和四丁基溴化铵（TBAB）作为氢键受体组成。该方法表现出宽的线性范围：AR为15.0–1200.0 μg L^?1，TAR为12.0–700.0 μg L^?1，使用10.0 mL样品时的富集因子分别为19.9和20.1。检出限（LOD）分别为AR 4.2 μg L^?1和TAR 3.3 μg L^?1，精度在可接受的相对标准偏差（RSD）范围内，低于5.0%。该方法减少了溶剂消耗，操作简单、重复性好且快速，整个分析过程仅需7分钟。此外，这种新型方法具有创新性和实用性，通过AGREE和BAGI评估工具证实其符合绿色分析化学原则，并在食品色素分析中表现出高效性。

引言

食品色素对于提升食品的视觉吸引力至关重要，这会影响消费者的选择并形成对口味的期待[1]、[2]。在食品工业中使用的各种着色剂中，阴离子色素因其鲜艳的颜色和稳定性而受到认可。例如，Allura Red（E129）和Tartrazine（E102）是合成阴离子色素，广泛应用于烘焙食品、饮料、糖果、果冻和加工肉类等产品中。尽管这些色素已被批准使用，但它们仍存在一些健康隐患。欧洲食品安全局（EFSA）规定了Allura Red的每日允许摄入量为每公斤体重7毫克，Tartrazine为7.5毫克（WHO，2018年）。然而，摄入超过推荐量可能导致健康问题，包括致突变性、遗传毒性和神经毒性效应，以及儿童可能出现的行为和心理问题[2]、[3]、[4]。因此，使用薄层色谱法（TLC）[5]、光谱法[6]、高效液相色谱法（HPLC）[7]和毛细管电泳法[8]等直接有效的方法分析这些色素的浓度至关重要。然而，这些方法存在一些缺点，主要涉及复杂性、成本、样品制备和结果解释。尽管分析能力很强，但效率并不总是很高。其中，光谱法因其操作简便、成本低且维护要求低而成为大多数分析应用的首选[9]。然而，由于样品的复杂性，直接检测食品样品中的合成色素仍然具有挑战性[10]。食品基质通常含有蛋白质、脂质、碳水化合物、天然色素、添加剂和金属离子，这些成分可能导致光谱干扰[11]。因此，有效的样品制备和预浓缩步骤对于减少基质效应、提高选择性和灵敏度以及最终实现准确可靠的定量结果至关重要[12]。 虽然液-液萃取（LLE）通常被认为是一种简单有效的分离技术，但为了减少有害、易燃和环保危害大的有机溶剂的使用，人们一直在开发更多替代方法[13]。在传统的LLE中，常用的有机溶剂包括二氯甲烷、氯仿和四氯化碳等氯化溶剂，以及甲苯、苯和己烷等芳香族和非极性溶剂。根据目标分析物的极性，还会使用乙酸乙酯和乙醚等中等极性溶剂[14]。然而，许多这些溶剂具有挥发性、易燃性和毒性，对环境有害，这推动了更环保和微型化替代方法的发展（例如，分散液-液微萃取、固相萃取以及离子液体或深共晶溶剂的使用）。这些新方法旨在减少溶剂消耗、降低环境影响并提高操作安全性，同时保持或提高萃取效率[15]。 近年来，一类新的绿色溶剂作为各种分析和工业应用的可持续替代品受到了广泛关注[13]。这些绿色溶剂包括离子液体（ILs）[16]、[17]、[18]、超分子溶剂（SUPRAS）[19]、[20]、[21]、基于表面活性剂的溶剂[22]、[23]和深共晶溶剂（DESs）[24]、[25]，它们都旨在缓解环境和安全问题。深共晶溶剂于2003年开发，因其独特的特性（如制备容易、成本低、生物相容性好、化学和热稳定性高、互溶性强以及可回收性强）而成为有前景的绿色替代品[26]。此外，DESs通常由可生物降解和可再生成分制成，比传统有机溶剂和离子液体更安全、更可持续。这些特点使DESs成为克服离子液体局限性并推进更环保、更高效液-液萃取方法的理想选择[27]。DESs被用于多种分析物的萃取，包括农药[28]、金属离子[29]和药物[30]。尽管DESs和其他绿色溶剂在液-液萃取中表现出色，但在实际应用中仍存在挑战，尤其是在基于低密度溶剂的微萃取技术中。在低密度溶剂基微萃取中最困难的任务之一是收集浮动的萃取相。常用的方法包括使用微量注射器抽取[31]、使用磁性液体作为萃取溶剂[32]、固相敲击[33]和固化浮动有机滴（SFOD）[34]。后者依赖于使用熔点适中（10–30°C）和挥发性低的低密度萃取溶剂[35]。在促进收集浮动萃取相的各种策略中，SFOD微萃取受到了广泛关注，其特点是相回收干净、萃取效率高、重复性好、污染风险低、操作和转移方便，并且与不同的分析方法兼容[36]。 为了解决这些问题，我们设计了一种基于固化的微萃取方法，使用四丁基溴化铵（TBAB）作为氢键受体（HBA）和十二胺（DDA）作为氢键供体（HBD）。该方法通过冷却使富有机相易于收集。据我们所知，这是首次报道利用DESs进行食品样品中阴离子色素萃取的SFOD微萃取方法，为可持续食品分析开辟了新的途径。

化学试剂

所有试剂均为分析级，按收到时的状态使用。所有溶液的制备均使用超纯水。阴离子色素Allura Red和Tartrazine的储备溶液（纯度≥80%，LOBA CHEMIE PVT. LTD.）以100 μg L^?1的浓度用蒸馏水配制。TBAB（≥98.0%，C??H??BrN）和DDA（≥99.0%，CH?(CH?)??NH?）分别作为氢键受体和供体，乙醇同时用作乳化剂和分离深共晶溶剂的溶剂。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）

FTIR光谱很好地反映了DDA、TBAB与AR和TAR阴离子色素之间的相互作用，如图1所示。纯DDA在3360 cm^?1处有强烈的N-H振动峰，在2960和2850 cm^?1处有C-H伸缩峰，在1627 cm^?1处有C-H弯曲峰。TBAB则显示出特征性的C-H伸缩峰（2916和2850 cm^?1）以及C-H弯曲峰（1467和1071 cm^?1）。通过混合DDA和TBAB，可以观察到这些峰的变化。

结论

本研究的主要目标是开发一种绿色、高效且选择性的基于固化的微萃取方法，这一目标已经成功实现。我们首次设计并应用了一种新型的疏水性深共晶溶剂，其中TBAB作为氢键受体，DDA作为氢键供体（比例为1:4 M），用于阴离子食品色素的SFOD微萃取。这种基于DES的SFOD方法通过冷却实现了简单的相分离。

CRediT作者贡献声明

Ayaa M. Elbakri：撰写初稿、方法论设计、实验研究、数据分析。Wael I. Mortada：审稿与编辑、验证、资源准备、方法论设计、实验研究、数据分析。Mohamed M. El-Defrawy：项目监督、资源管理、数据管理、概念构思。Rania M. Eltabey：撰写与编辑、验证、实验研究、数据分析。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。