Mars 2007 - n°119
Extraction rapide et reproductible de l’acrylamide
dans les pommes de terre frites en utilisant un seul sorbant d’extraction
en phase solide (SPE) : le Strata®-X-C
Phenomenex SAS
Liming Peng, Tivadar Farkas, Lawrence Loo, James Teuscher, Krishna Kallury
L’acrylamide (M = 71, Tfus =84,5 °C, log P = 0,67), qui appartient
à la classe de composés organiques appelée « énamides
», est un produit chimique industriel extrêmement important. Les
polymères et copolymères dérivés de ce monomère,
appelés « polyacrylamides », s’utilisent dans des
domaines très variés tels que la clarification de l’eau
potable, la floculation des eaux usées, la récupération
des hydrocarbures, l’amendement du sol, l’agriculture et les purifications
biomédicales. Cependant, la neurotoxicité de l’acrylamide
constitue un risque grave pour la santé et rend le public réticent
à accepter les polyacrylamides en tant que substances sans danger.(1)
Pour ajouter à ces préoccupations, on a détecté
la présence d’acrylamide dans des produits alimentaires préparés
à haute température.(2,3) Les méthodes antérieures
de détection de l’acrylamide utilisaient une extraction liquide-liquide
suivie par une dérivatisation (bromation) et une analyse par CG-DCE
ou CG-SM.(4,5) Les seuils de détection élevés associés
à ces méthodes au demeurant fastidieuses et laborieuses limitent
leur applicabilité à la détermination des faibles teneurs
en acrylamide dans les matrices alimentaires.
Des méthodes de détermination de la teneur en acrylamide récemment
publiées(6,7,8) utilisent successivement un ou deux sorbants d’extraction
en phase solide (SPE) pour préparer l’échantillon avant
la détection par LC/MS. La méthode utilisant un seul sorbant
à phase inverse est basée sur une extraction en phase solide
non rétentive retirant seulement les composants hydrophobes de l’échantillon
tandis que l’acrylamide traverse le sorbant sans être retenue.
Une méthode d’extraction plus complète nécessitant
deux sorbants SPE a été proposée. Cette méthode
consiste à utiliser d’abord un sorbant hydrophile et lipophile
pour retirer la plupart des composants de l’échantillon, puis
à faire passer ce dernier à travers un second tube contenant
un sorbant en mode mixte qui raffine l’extraction de l’analyte
ciblé (à savoir l'acrylamide). Ces méthodes produisent
des extractions plus nettes à l’analyse, mais elles sont onéreuses
et prennent beaucoup de temps.
Cette note d’application présente une méthode simple et
efficace utilisant un seul sorbant SPE – le strata-X-C – pour
extraire l’acrylamide d’un échantillon alimentaire (pommes
de terre frites). Le strata-X-C est une résine polymère révolutionnaire
en instance de brevet qui a été fonctionnalisée avec
des groupements polaires à forte capacité d'échange cationique.
En conséquence, la résine strata-X-C présente de nombreux
mécanismes de rétention, tels que rétention hydrophobe,
rétention hydrophile, interactions π-π et échange
cationique fort, qui en font le moyen idéal pour extraire l’acrylamide
des échantillons alimentaires. Tous ces mécanismes de rétention
entrent en jeu pour extraire efficacement l’acrylamide de l’échantillon.
Instrumentation
HPLC : Agilent série 1100 [Palo Alto, Californie]
MS : Analyseur SM à piège ionique Bruker Esquire
2000 [Billerica, (Massachusetts)], APCI à source d’ions en mode
MRM cationique (acrylamide m/z : 72_Æ55, acrylamide-d3 m/z : 75Æ58).
Colonnes : Synergi® Hydro-RP 4µm 250 x 3,0 mm (LC/MS)
Synergi® Polar-RP™ 4µm 150 x 4,6 mm (HPLC-UV)
Conditions expérimentales
Préparation des spécimens
Ajouter 50 ml d’eau à 10 g de pommes de terre frites
surgelées pulvérisées et mélanger ou homogénéiser
pendant 20 minutes. Centrifuger la solution décantée à
10 000 tr/min pendant 15 minutes. Ajouter l’étalon interne (acrylamide-d3)
à l’échantillon. Ajouter le surnageant à un tube
de strata-X-C traité comme indiqué ci-dessous.
Méthode d’extraction en phase solide
1. Conditionnement : ajouter 2 x 1 ml de méthanol suivis de 2 x 1 ml
d’eau au tube de
strata-X-C à un débit de 2 ml/min.
2. Ajout de l’échantillon : Ajouter le surnageant (préparé
comme indiqué ci-dessus) à un débit inférieur
à 0,5 ml/min.
3. Séchage : 30 secondes sous vide (250 à 300 mm Hg).
4. Élution : 1 ml d’eau à un débit inférieur
à 0,5 ml/min ; recueillir l’éluat dans un flacon à
échantillon ; extraire toute eau résiduelle du sorbant en appliquant
un vide total. Cet éluat est prêt pour l’analyse LC/MS.
Important ! Les volumes recommandés sont donnés pour 100 mg
de masse de lit de sorbant. Les volumes devront être ajustés
pour les masses de sorbant inférieures ou supérieures.
Analyse
Une courbe d'étalonnage a été produite en ajoutant
de l'acrylamide et de l’acrylamide-d3 (tous deux en préparation
aqueuse) à différentes concentrations dans 1 ml de surnageant
de pommes de terre frites. Deux échantillons de surnageant non dopés
ont servi de témoins.
Résultats et analyse
Pour retenir un analyte polaire et hautement hydrosoluble (215,5 g/100
ml d’eau) tel que l’acrylamide avec un sorbant SPE, il est nécessaire
d’exploiter chaque mode d’interaction polaire possible. Il est
bien connu que les énamides peuvent être protonés avec
des acides de Brönsted pour former des cations N-acyliminium en solution.9,10
Ce comportement peut être utilisé pour retenir l'acrylamide sur
un sorbant échangeur de cations comme le strata-X-C, qui peut aussi
subir d’autres interactions polaires. Les groupements sulfoniques fortement
acides du strata-X-C peuvent fournir l’ion hydronium requis pour protoner
l’acrylamide, comme indiqué sur le schéma 1. L’extraction
de l'acrylamide peut s'effectuer au choix avec un sorbant échangeur
de cations à base de silice ou de polymère. Cependant, l’emploi
du sorbant polymérique présente plusieurs avantages. Premièrement,
la résine strata-X-C présente une plus grande surface (800 m2/g
contre 500 m2/g) et donc une capacité de rétention supérieure
à celle des substances à base de silice. Deuxièmement,
une surface polymérique présente une plus grande concentration
de groupements échangeurs d’ions qu’une surface de silice.
De plus, contrairement à la surface de silice, le sorbant polymérique
ne porte pas de groupements silanol. Cela est important, car les groupements
silanol interagissent avec les groupements sulfoniques selon plusieurs mécanismes
et empêchent ainsi une partie de ces groupements d’interagir avec
l’acrylamide. L’évaluation comparative des sorbants Strata
SCX et strata-X-C montre que le produit SCX à base de silice extrait
environ 50 % de l’acrylamide, tandis que le sorbant polymérique
strata-X-C en extrait presque la totalité. Enfin, le sorbant polymérique
offre plus de modes de rétention pour répondre aux perturbations
liées à l’échantillon. Pour extraire l’acrylamide
des pommes de terre frites, il faut utiliser de l’eau, non seulement
à cause de la haute solubilité de l'acrylamide dans ce solvant,
mais également pour réduire au minimum la dissolution des molécules
hydrophobes dans ce produit alimentaire. De plus, lors du développement
d’un protocole SPE pour l’acrylamide, l’étape de
lavage doit être exclue en raison de sa solubilité dans l’eau.
L’élution à l’eau présente également
l’avantage d’éliminer la désorption de toutes les
impuretés hydrophobes, qui restent absorbées dans le sorbant.
Les chromatogrammes HPLC (UV) enregistrés à 210 nm indiquent
que l’extraction par le sorbant strata-X-C donne des extractions nettes
et faiblement bruitées et un pic d’acrylamide bien distinct de
ceux de tous les autres composants de la matrice. La figure 2 présente
le chromatogramme d’échange d’ions pour la transition de
l’ion moléculaire protoné de l’acrylamide (m/z =
72) vers le cation acryloyle (m/z = 55) par élimination du groupement
NH3 (ammoniac). La phase mobile de l’analyse LC/MS se composait d’eau
et de méthanol à 96/4 et contenait 0,1 % d’acide formique.
Les données de cette figure montrent la haute sensibilité du
mode de détection SM, qui est capable de détecter l’acrylamide
même à l’état de traces. La reproductibilité
de l’extraction atteste d’une excellente précision à
trois niveaux de concentration différents. Les taux de récupération
absolus ont été déterminés en comparant l’aire
des pics des étalons de même niveau et des extraits d'acrylamide
dopés prélevés pour servir de témoins. La linéarité
a été étudiée sur deux plages de concentration
différentes : 10 à 500 ng/ml d’acrylamide avec EI à
100 ng/ml et 100 à 2000 ng/ml avec EI à 500 ng/ml. La linéarité
par rapport à l’étalon externe a également été
évaluée. Les résultats indiquent une bonne linéarité
dans tous les cas avec R2>0,998.
Conclusions
La sélectivité innovante du sorbant strata-X-C permet
d’extraire rapidement l’acrylamide des pommes de terre frites
en utilisant une méthode simple et reproductible. Cette méthode
utilisant un seul sorbant SPE, elle constitue une solution intéressante
pour remplacer les méthodes utilisées ou proposées jusqu'à
présent pour extraire l’acrylamide des échantillons alimentaires.
La souplesse et la polyvalence de cette méthode d’extraction
permettent d’analyser la teneur en acrylamide des aliments à
des concentrations de l’ordre de 10-9 à 10-6 et de produire des
chromatogrammes relativement peu bruités. Elle élimine également
la nécessité de purger les colonnes, car la faible concentration
de sa phase mobile (pourcentage d'eau élevé) prévient
le dépôt des composants de l’échantillon.
Références bibliographiques
1. Caulfield et coll., Chem. Rev., 2002, 102, 3067.
2. Tareke et coll., Chem. Res. Toxicol., 2002, 13, 517.
3. Centre International de Recherche sur le Cancer, 1994, VI:60, 389.
4. Castle et coll., J. Sci Food Agric., 1991, 54, 549.
5. EPA (États-Unis), Méthode 8032A
6. Mann et coll. « Acrylamide Analysis Using LC-MS/MS », Waters
Corporation.
7. FDA (États-Unis), Center for Food Safety and Applied Nutrition,
Office of Plant & Dairy Foods & Beverages, « Detection and Quantitation
of Acrylamide in Foods »,
23 juillet 2002
8. Kawata et coll., J. Chromatogr. A, 2001, 911, 75.
9. Wang et coll., J. Org. Chem., 2001, 66, 8215.
10. Speckamp et coll., Tetrahedron, 2000, 56, 3817.