学术研究报告：基于实验设计的固相萃取-液相色谱串联质谱法用于多类营养素定量分析方法的开发

一、研究团队与发表信息
本研究由印度科学研究所（CSIR-Indian Institute of Chemical Technology）的Manasa Arvapally、Ankita Asati、Narendra Kumar Nagendla和Mohana Krishna Reddy Mudiam合作完成，通讯作者为Mudiam。论文于2020年9月21日被《Food Chemistry》接收（DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.128173），属于分析化学与食品科学交叉领域的研究。

二、学术背景与研究目标
营养素（如维生素和类黄酮）对人类健康至关重要，但其缺乏或过量均可能导致慢性疾病。传统分析方法（如HPLC、GC-MS）通常仅针对单一类别营养素，且前处理步骤复杂。本研究旨在开发一种高通量分析方法，通过固相萃取（Solid-Phase Extraction, SPE）结合液相色谱串联质谱（LC-MS/MS），同时定量检测食品基质（蔬菜、水果、谷物）中的14种水溶性/脂溶性维生素及类黄酮，并利用实验设计（Design of Experiments, DOE）优化前处理参数，提升方法的效率与准确性。

三、研究流程与方法
1. 实验设计与优化
- Plackett-Burman设计（PBD）：筛选7个关键因素（如稀释剂A/B浓度、体积、pH等），通过24次实验确定3个显著影响萃取效率的因素。
- 中心复合设计（Central Composite Design, CCD）：进一步优化显著因素（稀释剂A浓度20 mM、稀释剂B浓度20 mM、体积5.25 mL），结合响应面分析法（RSM）和期望函数（Desirability Function）确定最佳条件。

1. 样品前处理

   • 均质与预净化：1 g样品与优化后的稀释剂（含甲酸铵和甲酸）混合，调节pH至5，超声离心后取上清液。
     
   • 固相萃取：采用亲水-亲脂平衡（HLB）柱，以5%甲醇洗涤，80%甲醇洗脱，富集目标物。
     

2. 仪器分析

   • LC-MS/MS条件：
     
     • 色谱柱：BEH C18（100 mm × 2.1 mm, 1.7 μm），梯度洗脱（13分钟完成分离）。
       
     • 质谱：电喷雾电离（ESI）正负切换模式，多反应监测（MRM）定量。
       

3. 方法验证

   • 线性范围（25–1000 ng/g）、检出限（LOD: 1.29–29.17 ng/g）、回收率（72.53–104.24%）、日内/日间精密度（RSD ≤12.5%）。
     

四、主要结果
1. 方法性能
- 灵敏度与准确性：所有分析物的线性相关系数（R²）为0.993–0.999，LOD低至1.29 ng/g（如α-生育酚），满足痕量检测需求。
- 抗干扰能力：HLB柱有效去除基质干扰，回收率稳定（如维生素B12为98.09%）。

1. 实际样品分析

   • 在24种食品中检出差异分布：
     
     • 谷物中泛酸（1191.03 ng/g）和烟酸（347.74 ng/g）含量最高；
       
     • 柑橘类水果（如橙子）富含类黄酮（橙皮苷241.69 ng/g）；
       
     • 脂溶性维生素（如维生素D、E）因含量低于定量限未检出。
       

2. 与传统方法的对比

   • 本研究首次实现单次前处理与单次进样同步分析14种营养素，较传统方法（需多次分离或不同电离模式）效率提升显著（见表S4）。
     

五、研究意义与价值
1. 科学价值
- 提出基于DOE的SPE参数优化框架，为复杂基质中多类化合物分析提供方法论参考。
- 验证LC-MS/MS在食品营养素高通量检测中的优势，推动分析化学与营养学的交叉应用。

1. 应用价值
   
   • 适用于食品质量控制、营养标签验证及膳食评估，助力公共卫生监管。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：首次整合DOE、SPE与LC-MS/MS，实现多类营养素同步分析。
2. 高效性：13分钟内完成14种化合物的色谱分离，较文献报道方法缩短50%时间。
3. 环保性：减少有机溶剂用量（如SPE洗脱仅需6 mL甲醇），符合绿色化学原则。

七、其他发现
- 冻融稳定性：标准品在−20°C储存5天后响应稳定性良好（RSD %），支持长期监测可行性。
- 扩展应用：该方法可适配其他生物基质（如血浆、组织），为营养代谢研究提供工具。

（注：文中涉及的仪器参数、化合物PubChem ID等详见原文附表。）