Określenie zawartości kofeiny w napojach za pomocą chromatografii ciekłej
2026-08-24
Kofeina jest naturalnym alkaloidem metyloksantyny, powszechnie występującym w surowcach takich jak ziarna kawy, liście herbaty i ziarna kakao.Służy jako podstawowy dodatek funkcjonalny i charakterystyczny związek smakowy w dostępnych w handlu napojachUmiarkowane spożycie kofeiny może wywierać fizjologiczne skutki, takie jak odświeżanie umysłu i łagodzenie zmęczenia.Jednakże, nadmierne i długotrwałe spożycie może łatwo wywoływać reakcje niepożądane, w tym pulsacje serca, bezsenność i nadwrażliwość nerwową.dzieci, a osoby z chorobami układu krążenia mają jeszcze niższe progi tolerancji.Standardy bezpieczeństwa żywności w różnych krajach ustanowiły jasne ograniczenia regulacyjne zawartości kofeiny w napojach.
W Chinach obowiązuje krajowa norma bezpieczeństwa żywności zatytułowana "Ustalenie kofeiny w napojach" (GB 5009.139-2014) stanowi podstawę ustawową do ilościowego określania kofeiny w matrycach napojów. Wysokiej wydajności chromatografia ciekła (HPLC), ze względu na doskonałą rozdzielczość, silną zdolność do przeciwdziałania zakłóceniom macierzy i wysoką dokładność ilościową,stała się metodą wyboru do analizy próbek złożonych macierzy, w tym różne napoje mieszane, napoje zawierające mleko i ziołowe napoje funkcjonalne.Badanie to przeprowadzono zgodnie z metodą chromatografii ciekłej o wysokiej wydajności określoną w krajowej normie GB 5009.139-2014, ustanawiająca protokół wstępnej obróbki próbek i płynnej separacji chromatograficznej/wykrywania próbek napojów,i dokonywanie jakościowej identyfikacji i ilościowej analizy kofeiny w różnych rodzajach napojów.
Słowa kluczowe: wysokowydajna chromatografia ciekła; kofeina; napoje; określenie zawartości.
1Instrumenty i odczynniki
1.1 Wykaz konfiguracji systemu chromatografii ciekłej
Tabela 1. Wykaz konfiguracji przyrządów
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa |
Kty |
|
1 |
System chromatografii ciekłej LC3500 |
1 |
|
2 |
P3500B Dwuwymiarowa pompa wysokiego ciśnienia |
1 |
|
3 |
CT3500 Piekarnik kolumnistyczny |
1 |
|
4 |
AS3500 Ultra-High Performance Autosampler |
1 |
|
5 |
SmartLab CDS 2.0 Chromatografia Data Station |
1 |
|
6 |
C18 Kolumna, 5μm, 4,6 × 250 mm |
1 |
1.2 Wykaz czynników i norm
Tabela 2. Wykaz czynników i standardów
|
Nie, nie, nie. |
Odczynnik lub norma odniesienia |
Stopień czystości |
|
1 |
Metanol |
Klasa LC |
|
2 |
Woda ultraczysta |
/ |
|
3 |
Tlenek magnezu |
Klasa AR |
|
4 |
Kwas trójchlorooctowy |
Klasa AR |
1.3 Materiały eksperymentalne i sprzęt pomocniczy
czyszczący ultradźwiękowy;
Mieszalnik wirusowy;
0.45μm mikroporowa membrana filtrująca wodną fazę.
2Metody eksperymentalne
2.1 Przygotowanie rozwiązań standardowych
2.1.1 Standardowy roztwór zapasowy kofeiny (2,0 mg/mL): Dokładnie waż 20 mg standardowego zapasu kofeiny (z dokładnością 0,1 mg) w kolbie objętościowej o pojemności 10 ml, rozpuszczaj i uzupełniaj do objętości metanolu.Przechowywać w lodówce w temperaturze 4°C. Okres trwałości wynosi 6 miesięcy.
2.1.2 Standardowy roztwór pośredni kofeiny (200μg/mL): Dokładnie przeniesić 5,0 ml standardowego roztworu podstawowego kofeiny (2.1.1) do kolby objętościowej o pojemności 50 ml i uzupełnić do objętości wodą.°C. Okres trwałości wynosi 1 miesiąc.
2.1.3 Standardowe roztwory robocze kofeiny do krzywej kalibracyjnej: Przeniesienie 0,5 ml, 1,0 mL, 2,0 mL, 5,0 mL i 10,0 mL standardowego roztworu pośredniego kofeiny (2.1.2) do oddzielnych kolb objętościowych o pojemności 10 ml i uzupełnić do objętości wodą.0μg/ml, 20.0μ40 g/ml.0μg/ml, 100μg/mL i 200μPrzygotować bezpośrednio przed użyciem.
2.2 Wstępna obróbka próby
2.2.1 Napoje typu cola
(a) Odgazowanie: Sonicate próbki za pomocą ultradźwiękowego oczyszczacza w 40 °C°C na 5 minut.
b) Oczyszczanie: Zważyć 5 g próbki (z dokładnością do 0,001 g), przenieść do kolby objętościowej o pojemności 5 ml,i uzupełniać wodą do objętości (zapewniając, że zawartość kofeiny w roztworze próbki znajduje się w zakresie krzywej kalibracyjnej). Dokładnie wymieszać. Dodać 0,5 g tlenku magnezu, dobrze potrząsnąć i pozostawić w stanie stojąco.
2.2.2 Płynne produkty z kawy i herbaty zawierające mleko
Zważyć 1 g próbki (z dokładnością do 0,001 g), przenieść do kolby objętościowej o pojemności 10 ml,i uzupełniać do objętości roztworem kwasu trójchlorooctowego (zapewniając, że zawartość kofeiny w roztworze próbki znajduje się w zakresie krzywej kalibracyjnej). dokładnie zmieszać i pozostawić na wysiadanie białka. wziąć nadmiernik i filtrować przez błonę mikroporową do późniejszej analizy.
2.3 Warunki eksperymentalne
2.3.1 Warunki chromatograficzne
Kolumna: C18, 4.6×250 mm, 5μm
Faza ruchoma: metanol/woda = 24/76 (v/v)
Przepływ: 1,0 ml/min
Temperatura kolumny: 25°C
Długość fali wykrywania: 272 nm
Objętość wstrzyknięcia: 10μL
3Wynik eksperymentu.
3.1 Blank

Rys. 1. Chromatogram pustego rozpuszczalnika
3.2 Zakres liniowy

Rys. 2 Wyniki liniowości normy referencyjnej dla kofeiny
Tabela 3. Zakres liniowości standardu referencyjnego dla kofeiny
|
Analityczny |
Zakres liniowy (μg/ml) |
Współczynnik korelacji (R) |
|
Kofeina |
10 ¢200 |
1.00000 |
3.3 Powtarzalność

Rys. 3. Chromatogramy powtarzalności standardowego odniesienia kofeiny (n = 6)
Tabela 4. Parametry chromatograficzne powtarzalności dla normy referencyjnej kofeiny (n = 6)
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa próbki |
Czas przechowywania (min) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
|
1 |
Kofeina 100 μg/ml |
7.192 |
2842.304 |
|
2 |
7.167 |
2843.223 |
|
|
3 |
7.158 |
2846.331 |
|
|
4 |
7.167 |
2841.149 |
|
|
5 |
7.167 |
2844.688 |
|
|
6 |
7.192 |
2844.154 |
|
|
Średnia |
7.174 |
2843.641 |
|
|
SD |
0.014 |
1.831 |
|
|
RSD (%) |
0.202 |
0.064 |
3.4 Próbka

Rys. 4. Chromatogram pewnej marki napoju cola
Tabela 5. Wyniki chromatograficzne dla określonej marki próbki napoju cola
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa złożona |
Czas przechowywania (min) |
Wysokość szczytu (mAU) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
Płyty teoretyczne |
Wskaźnik opóźnienia |
Rozstrzygnięcie |
Obliczone stężenie |
|
1 |
Szczyt 1 |
2.508 |
2.976 |
14.722 |
5846 |
1.049 |
5.859 |
Niepowstałe |
|
2 |
Szczyt 2 |
3.300 |
20.292 |
113.287 |
9016 |
1.471 |
18.572 |
Niepowstałe |
|
3 |
Kofeina |
7.225 |
240.207 |
2718.737 |
10379 |
1.120 |
Niepowstałe |
950,525 μg/ml |

Rys. 5. Chromatogram pewnej marki próbki napoju z herbaty mlekowej
Tabela 6. Wyniki chromatograficzne dla określonej marki próbki napoju z herbaty mlekowej
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa złożona |
Czas przechowywania (min) |
Wysokość szczytu (mAU) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
Płyty teoretyczne |
Wskaźnik opóźnienia |
Rozstrzygnięcie |
Obliczone stężenie |
|
1 |
Szczyt 1 |
2.550 |
25.229 |
153.304 |
4651 |
1.482 |
1.196 |
Niepowstałe |
|
2 |
Szczyt 2 |
2.767 |
4.739 |
28.484 |
2705 |
0.938 |
0.821 |
Niepowstałe |
|
3 |
Szczyt 3 |
2.908 |
13.669 |
82.811 |
7711 |
1.241 |
3.072 |
Niepowstałe |
|
4 |
Szczyt 4 |
3.367 |
6.123 |
42.158 |
6584 |
0.847 |
2.789 |
Niepowstałe |
|
5 |
Szczyt 5 |
3.850 |
2.084 |
14.257 |
7269 |
1.038 |
14.487 |
Niepowstałe |
|
6 |
Kofeina |
7.208 |
66.015 |
740.484 |
10377 |
1.094 |
2.255 |
260,171 μg/ml |
|
7 |
Szczyt 7 |
7.925 |
2.316 |
32.576 |
8076 |
0.950 |
Niepowstałe |
Niepowstałe |
3.5 Odzyskiwanie w wyniku wzrostu

Rys. 6. Chromatogram odzyskiwania spikingu dla pewnej marki próbki napoju cola (koncentracja spikingu: 40μg/mL)
Tabela 7. Wyniki chromatograficzne odzyskiwania wzrostu w pewnej marce próbki napojów kola (stężenie wzrostu: 40μg/mL)
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa złożona |
Czas przechowywania (min) |
Wysokość szczytu (mAU) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
Płyty teoretyczne |
Wskaźnik opóźnienia |
Rozstrzygnięcie |
Obliczone stężenie |
Wzrost stanu zdrowia |
|
1 |
Szczyt 1 |
3.300 |
20.854 |
157.799 |
8264 |
1.512 |
18.217 |
Niepowstałe |
/ |
|
2 |
Kofeina |
7.192 |
338.236 |
3802.534 |
10401 |
1.158 |
Niepowstałe |
1330,521 μg/ml |
940,99% |

Rys. 7. Chromatogram odzyskiwania wzrostu dla określonej marki próbki napoju z herbaty mlekowej (stężenie wzrostu: 40 μg/ml)
Tabela 8. Wyniki chromatograficzne odzyskiwania wzrostu w pewnej marce próbki napoju z herbaty mlekowej (stężenie wzrostu: 40 μg/ml)
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa złożona |
Czas przechowywania (min) |
Wysokość szczytu (mAU) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
Płyty teoretyczne |
Wskaźnik opóźnienia |
Rozstrzygnięcie |
Obliczone stężenie |
Wzrost stanu zdrowia |
|
1 |
Szczyt 1 |
3.367 |
6.042 |
39.762 |
6697 |
0.923 |
2.828 |
Niepowstałe |
/ |
|
2 |
Szczyt 2 |
3.858 |
2.233 |
15.315 |
7099 |
1.038 |
14.375 |
Niepowstałe |
/ |
|
3 |
Kofeina |
7.217 |
163.054 |
1826.133 |
10323 |
1.108 |
2.301 |
640,232 μg/ml |
950,15% |
|
4 |
Szczyt 4 |
7.967 |
2.388 |
35.059 |
7512 |
1.048 |
Niepowstałe |
Niepowstałe |
/ |
3.6 Granica wykrywalności

Rys. 8. Chromatogram dla granicy wykrywalności pewnej marki próbki napoju cola
Tabela 9. Wyniki chromatograficzne dla granicy wykrywalności próbki pewnej marki napoju cola
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa złożona |
Czas przechowywania (min) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
Wysokość szczytu (mAU) |
Płyty teoretyczne |
Wskaźnik opóźnienia |
Wskaźnik sygnału do hałasu |
Obliczone stężenie |
Granica wykrywalności (mg/kg) |
|
1 |
Kofeina |
7.150 |
0.044 |
0.687 |
5238 |
1.048 |
11.368 |
00,235 μg/ml |
0.0446 |

Rys. 9. Chromatogram dla granicy wykrywalności pewnej marki próbki napoju mlecznego z herbaty
Tabela 10. Wyniki chromatograficzne dla granicy wykrywalności pewnej marki próbki napoju z herbaty mlekowej
|
Nie, nie, nie. |
Nazwa złożona |
Czas przechowywania (min) |
Wysokość szczytu (mAU) |
Powierzchnia szczytu (mAU) |
Płyty teoretyczne |
Wskaźnik opóźnienia |
Wskaźnik sygnału do hałasu |
Obliczone stężenie |
Granica wykrywalności (mg/kg) |
|
1 |
Kofeina |
7.142 |
0.036 |
0.656 |
3758 |
0.948 |
9.241 |
00,234 μg/ml |
0.075 |
4Wniosek
Eksperyment ten został przeprowadzony zgodnie z normą GB 5009.139-2014 "National Food Safety Standard"/Określenie zawartości kofeiny w napojach" przy użyciu systemu chromatografii ciekłej Wayeal LC3500 wyposażonego w detektor diodowy (DAD) do określenia zawartości kofeiny w próbkach napojów.Dane eksperymentalne wykazały, że szczyt docelowy wykazywał symetryczny kształt z wysokimi teoretycznymi liczbami płyt. krzywa kalibracyjna dla serii roztworów standardowych w zakresie stężenia 10.0μg/ml do 200.0μg/ml wykazały współczynnik korelacji liniowej większy niż 0.9999Metodę tę można powtórzyć w sposób doskonały, przy czym wartości RSD zarówno dla czasu retencji, jak i powierzchni szczytowej są poniżej 0,3%, co wskazuje na dobrą precyzję przyrządu./Cola i herbata mlekowa/Wyniki badań wykazały, że zawartość kofeiny wynosiła odpowiednio 95,051 mg/kg i 260,0456 mg/kg.nieznaczna utrata próbek, oraz stabilna i wiarygodna procedura wstępnej obróbki.odzwierciedlające wysoką wrażliwość i niski poziom hałasu wyjściowego instrumentu.