單藝,王象欣,趙秋蓮,陳美君,梁杰,姜毓君
(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)黑龍江省乳品工業(yè)技術(shù)開發(fā)中心,黑龍江哈爾濱,150028)
肉堿(L-carnitine)是一種人體中天然存在的類維生素營養(yǎng)物質(zhì)。其主要功能是轉(zhuǎn)運(yùn)脂肪進(jìn)入線粒體,促進(jìn)脂肪酸燃燒,為機(jī)體提供能量[1-2]。肉堿有 L型、D型和DL型3種光學(xué)旋光體,其中只有L-肉堿具有生理活性,D-肉堿為合成物質(zhì),不存在于生物系統(tǒng)中,而D-肉堿和DL-肉堿則會競爭性地抑制肉堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(CAT)和肉堿脂肪酰轉(zhuǎn)移酶(PTC)的活性,阻礙細(xì)胞的脂肪代謝。因此國內(nèi)外只允許左旋肉堿(L-carnitine)作為食用肉堿添加到食物中。正常機(jī)體的L-肉堿來源有2種:一種通過肝臟和腎臟進(jìn)行內(nèi)源性合成,二是從膳食主要是動物性食品中攝?。?]。L-肉堿缺乏將干擾脂肪酸的代謝而導(dǎo)致能量合成不足,出現(xiàn)易疲勞,肌肉無力,心慌等癥狀,嚴(yán)重者會出現(xiàn)代謝紊亂,昏迷甚至死亡。隨著人們對L-肉堿營養(yǎng)價值的關(guān)注及認(rèn)可,它已經(jīng)被越來越多的用于減肥食品,嬰幼兒食品,飲料,營養(yǎng)補(bǔ)充劑,臨床等方面[4]。因?yàn)閶胗變翰荒芡ㄟ^其不成熟的合成系統(tǒng)合成L-肉堿,所以L-肉堿對嬰幼兒來說是一種重要的營養(yǎng)物質(zhì)[5]。國家標(biāo)準(zhǔn) GB 10765-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)嬰兒配方食品》規(guī)定,L-肉堿為可選擇性加入成分,規(guī)定最小添加量為0.3 mg/100kJ。
嬰兒配方食品中的L-肉堿含量測定尚沒有國標(biāo)方法,文獻(xiàn)報道有高效液相色譜法[6-8]、離子色譜法[9-10]、質(zhì)譜法[11-12]、酶顯色法[13-15]等。由于肉堿的極性大、沒有生色團(tuán)等特點(diǎn),一般的檢測手段都需借助于衍生反應(yīng),這樣就使分析方法變得復(fù)雜,而且檢出限較高,并且不適合具有復(fù)雜基質(zhì)的食品中肉堿的分析。
本文針對乳制品這一復(fù)雜基質(zhì),開發(fā)了超高壓液相色譜─質(zhì)譜聯(lián)用法與分光光度法,在已有的標(biāo)準(zhǔn)與文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,優(yōu)化了提取方法,并對2種方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明2種方法檢測數(shù)據(jù)差異不顯著,但超高壓液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法前處理簡單、分析速度快、靈敏度高,適用于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)大批量的集中檢測。
美國Waters ACQUITY超高壓液相色譜儀;Waters Xevo TQ質(zhì)譜儀;Waters MassLynxTM色譜工作站;QGC-12T干熱式氮吹儀(上海泉島科貿(mào)有限公司);BS210S型電子天平(北京賽多利斯天平有限公司);超純水儀(美國 MILLIPORE);固相萃取裝置(美國Mediwax);5430/5430R離心機(jī)(德國 Eppendorf);PB-10/C酸度計(賽多利斯);B-260恒溫水浴鍋(上海亞榮);T6新悅型可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);超聲波清洗器(上海安普科學(xué)儀器有限公司);磁力攪拌器(上海安普科學(xué)儀器有限公司)。
HClO4,70%,Sigma-Aldrich;HCl,37%,Sigma-Aldrich;NaOH,98%,Sigma-Aldrich;KOH ,86%,Sigma-Aldrich;2-硝基苯甲酸(2-Nitrobenzoic acid,94%,Vetec);N-(2-羥乙基)哌嗪-N'-(2-乙磺酸)(HEPES,99.5%,Sigma);乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2,99.0%,Sigma);乙酰輔酶 A三鋰鹽(acetyl-CoA,93%,Sigma);肉堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(EC:2.3.1.7,70 units/mg,Sigma);甲 醇 (MeOH,99%,Burdick&Jackson);七氟丁酸(HFBA,99%,Sigma-Aldrich);L-肉堿內(nèi)鹽[(CH3)3N+CH2CH(OH)CH2COO-,USP標(biāo)準(zhǔn)品,F(xiàn)luka];L-肉毒堿-(甲基-d3)鹽酸鹽(13CD3(CH3)2N+CH2CH(OH)CH2CO2H Cl-,99 atom%13C,98 atom%D,97%(CP),Aldrich)。
1.3.1 HClO4溶液(13%)
13 mL高氯酸稀釋至100 mL。
1.3.2 NaOH溶液(10 mol/L)
稱取40 g NaOH用水溶解,冷卻后稀釋至100 mL。
1.3.3 KOH溶液(4.0 mol/L)
稱取22.4 g KOH用水溶解,冷卻后定容至100 mL。
1.3.4 顯色儲備液
分別稱取50 mg 2-硝基苯甲酸、5.96 gN-(2-羥乙基)哌嗪-N'-(2-乙磺酸)、185 mg乙二胺四乙酸二鈉溶于30 mL去離子水中,用10 mol/L NaOH溶液調(diào)pH值至7.4~7.6,然后用水定容至50 mL。此液置于4℃冰箱中可保存3個月。
1.3.5 顯色工作液
吸取5.0 mL顯色儲備液用水定容至25 mL。
1.3.6 乙酰輔酶A(acetyl-CoA)溶液
稱取20.0 mg乙酰輔酶A溶于2.0 mL水中。臨用時配制。
1.3.7 乙酰肉堿轉(zhuǎn)移酶溶液
吸取100 μL乙酰肉堿轉(zhuǎn)移酶懸浮液,經(jīng)1 500 r/min離心10 min,棄去上層清液,沉淀用2 mL水溶解。臨用時配制。
1.3.8 KOH溶液(2.0 mol/L)
稱取56.1 g KOH用水溶解,冷卻后用水定容至500 mL。
1.3.9 HCl溶液(1.6 mol/L)
吸取67.5 mL HCl于500 mL容量瓶中,定容搖勻。
1.3.10 內(nèi)標(biāo)溶液的配制(30 μg/mL)
快速稱取(因其吸濕性)L-肉毒堿-(甲基-d3)鹽酸鹽7.5 mg于50 mL燒杯中,用去離子水轉(zhuǎn)移到250 mL容量瓶中,定容,搖勻。配制好的溶液于-20℃冰箱中可保存1年。
1.3.11 L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制(50 μg/mL)
準(zhǔn)確稱取0.075 g(精確至0.000 1 g)L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)品于500 mL容量瓶中,用超純水溶解后定容。
1.3.12 L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)中間液的配制(0.15 μg/mL)
取1 mLL-肉堿標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1.3.11)于1 000 mL容量瓶中,用超純水溶解后定容。
2.1.1 試樣處理
(1)準(zhǔn)確稱取5 g(精確到0.000 1 g)混合均勻的固體樣品于燒杯中,用30 mL 40℃溫水溶解,轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中。(2)準(zhǔn)確稱取 30 g(精確到0.000 1 g)混合均勻的液體樣品100 mL容量瓶中。
將上述樣品加入10 mL 13%HClO4溶液,混合均勻后靜止20 min。用蒸餾水定容至刻度,混勻,用定量濾紙過濾。取濾液20 mL,用4 mol/L KOH溶液調(diào)pH值為12.5~13.0后,40℃水浴60 min。冷卻后用13%HClO4調(diào)pH值為7.0~7.5。將樣液轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中,用蒸餾水定容?;靹蚝笾糜?℃冰箱中12 h。將試樣處理液從冰箱中取出放置至室溫,取上清液用0.45 μm濾膜過濾后備用。
2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
吸取左旋肉堿標(biāo)準(zhǔn)工作液2.0 mL于1 cm比色皿中,加入0.8 mL顯色工作液(1.3.5)和100 μL乙酰輔酶A溶液(1.3.6),蓋上比色皿蓋,混合均勻后放入分光光度計中,分光光度計的波長調(diào)為412 nm,反應(yīng)5 min后歸零。迅速加入100 μL乙酰肉堿轉(zhuǎn)移酶溶液(1.3.7),混合均勻后放入分光光度計中,反應(yīng)10 min后記錄吸光值。以左旋肉堿標(biāo)準(zhǔn)工作液的濃度為橫坐標(biāo),以吸光值為縱坐標(biāo),制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。
2.2.1 試樣處理
準(zhǔn)確稱取12 g(精確到0.000 1 g)混合均勻的樣品于150 mL三角瓶中,加入3 mL 2 mol/L的KOH溶液,再加入44 mL超純水,混勻。用封口膜封住瓶口并把其置于水浴鍋中于(50±2)℃條件下水浴30 min。取出后冷卻至室溫。再加入3 mL 1.6 mol/L的HCL溶液,然后用去離子水轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中,定容,混勻。根據(jù)被測樣品中L-肉堿的大概含量,吸取15 mL上述處理液于500 mL容量瓶中(根據(jù)樣品中L-肉堿的含量可吸取上述處理溶液0.3~15 mL于500 mL容量瓶中,使其L-肉堿的濃度定容后在20-40 ng/mL之間),加入250 μL的內(nèi)標(biāo)溶液(1.3.10),用超純水定容至刻度。然后用0.22 μm PTFE膜過濾,上機(jī)。
2.2.2 儀器分析條件
色譜柱:WatersSymmetry C8柱(3.5 μm,2.1 mm×30 mm);
流動相:A,0.1%HFBA的水溶液,吸取0.5 mL HFBA于500 mL容量瓶中,用超純水定容,混勻;
B,0.1%HFBA的甲醇溶液,吸取0.5 mL HFBA于500 mL容量瓶中,用甲醇定容,混勻。
質(zhì)譜操作參數(shù)見表1;梯度洗脫條件詳見表2;L-肉堿質(zhì)譜檢測條件見表3。
表1 質(zhì)譜操作參數(shù)Table 1 UPLC-MS/MS operating conditions
表2 UPLC-MS/MS梯度洗脫條件Table 2 The lineargradientcondition of UPLC-MS/MS
取2.0 mL試樣處理液按2.2.2的步驟測定其吸光值,在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得試樣待測液的濃度。
表3 L-肉堿質(zhì)譜檢測條件Table 3 MS determine conditions ofL-Carnitine
分光光度法是由Marquis等[16]于1964年首次建立的,經(jīng)進(jìn)一步完善成為現(xiàn)在的方法。該方法是以乙酰轉(zhuǎn)移酶為催化劑,生成乙酰-L-肉堿后再與顯色劑進(jìn)行反應(yīng)生成黃色物質(zhì),以此定量。其反應(yīng)機(jī)理如下:
輔酶 A+5,5-二硫代雙-2-硝基苯甲酸→5-硫-2-硝基苯甲酸根(黃色)+CoA-S-NB+H+
L-肉堿有2種光學(xué)異構(gòu)體,即左旋肉堿(L-型)和右旋肉堿(D型)。但只有L-型具有生命活性,具有一定的生理功能。通過用左旋肉堿(L-carnitine)和右旋肉堿(D-carnitine)的標(biāo)準(zhǔn)品配制相同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,使用上述分光光度法測定其412nm處吸光值,結(jié)果顯示右旋肉堿本身無論濃度多少經(jīng)與酶反應(yīng),紫外412nm處均沒有紫外吸收。通過實(shí)驗(yàn)證明,乙酰輔酶A和乙酰肉堿轉(zhuǎn)移酶具有高度專一性,只作用于左旋肉堿,對右旋肉堿有沒有作用。
采用分光光度法測定樣品,其樣品處理的研究開始主要針對游離態(tài)L-肉堿。根據(jù)有關(guān)資料,采用高氯酸沉淀蛋白質(zhì)后,濾液用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至中性進(jìn)行測定。此種方式處理的樣品測定的是游離態(tài)的L-肉堿。之后根據(jù)國外查找的資料,認(rèn)為L-肉堿在嬰幼兒配方乳粉中約有30%為結(jié)合態(tài)[17],并且其生理作用與游離態(tài)等同,所以要改進(jìn)樣品處理。根據(jù)樣品的特點(diǎn)及L-肉堿的性質(zhì),對樣品處理技術(shù)重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)后,確定樣品前處理方法為,用高氯酸沉淀蛋白質(zhì)后,吸取一定量的濾液用KOH皂化,使結(jié)合態(tài)L-肉堿變成游離態(tài),然后再用HClO4調(diào)pH至中性,效果較好。
由于UPLC-MS/MS儀器的高靈敏度,必須使樣品稀釋500倍以上,使處理液中L-肉堿的含量在儀器的最佳線性范圍內(nèi)。稀釋還可以是樣品基質(zhì)潛在的干擾減小,使儀器的信噪比降低。同時,反相色譜和多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)的高選擇性使得樣品在進(jìn)樣前不需要通常的固相萃取凈化,這可以從樣品按照前述方法處理后在MRM色譜條件下只有單一峰(詳見圖1)得到驗(yàn)證。當(dāng)然為了測得肉堿的總量,需要皂化使樣品中天然的乙酰肉堿轉(zhuǎn)化為游離肉堿。
圖1 L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)品的多反應(yīng)檢測色譜圖Fig.1 MRM chromatograms of L-carnitein standards
L-肉堿是一種小分子強(qiáng)極性化合物,所以用傳統(tǒng)的反相色譜柱很難得到滿意的分析結(jié)果。先前的研究都是通過衍生化反應(yīng)來減小L-肉堿的極性,使其帶有生色團(tuán)的同時更適合于在反相條件的保留。本實(shí)驗(yàn)不需衍生,在流動相中加入揮發(fā)性酸——七氟丁酸(HFBA),通過HFBA與L-肉堿的離子對作用,L-肉堿上氮原子所帶的正電荷被掩蔽,從而減小了L-肉堿的極性。采用弱極性C8色譜柱,通過在流動相中加入0.1%HFBA,使L-肉堿與內(nèi)標(biāo)L-肉堿-d3均得到了很好的分離。
L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)品在MRM反相色譜條件下出峰時間為1.61(圖1)。2 min以后的柱后流出液建議切換到廢液管路,避免因離子源被污染而導(dǎo)致信號抑制、信噪比減小。內(nèi)標(biāo)化合物L(fēng)-carnitine-d3的出峰時間與L-肉堿相同(詳見圖2)。L-肉堿分子結(jié)構(gòu)中含有季胺堿性基團(tuán),適合用電噴霧離子源,正離子檢測方式,L-肉堿和內(nèi)標(biāo)化合物L(fēng)-carnitine-d3的準(zhǔn)分子離子[M+H]+質(zhì)核比m/z分別為162和165。二級質(zhì)譜顯示信號最強(qiáng)烈的碎片離子質(zhì)核比m/z為60,85和103。機(jī)理為L-肉堿先發(fā)生C—N鍵的斷裂,產(chǎn)生質(zhì)核比m/z分別為60和103的2個離子碎片分別為+NH(CH3)3和+CH2—CH(OH)—CH2—COOH。碎片離子m/z 103再脫去一分子H2O,生成碎片離子m/z 85,其結(jié)構(gòu)為+CH2—CHCH—COOH。內(nèi)標(biāo)化合物L(fēng)-carnitine-d3與L-肉堿機(jī)理相同。最終由于m/z 85和103的信號最強(qiáng)烈的,分別作為定性離子和定量離子。樣品L-肉堿的信號值由于基質(zhì)影響被抑制大約20~30%,通過內(nèi)標(biāo)可以被校正。
圖2 L-肉堿-d3標(biāo)準(zhǔn)品的多反應(yīng)檢測色譜圖Fig.2 MRM chromatograms of L-carnitine-d3
3.5.1 分光光度法的線性范圍和檢出限
準(zhǔn)確稱取0.020 g(精確至0.000 1 g)L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)品,用水定容至250 mL容量瓶中。左旋肉堿標(biāo)準(zhǔn)工作液:分別吸取左旋肉堿標(biāo)準(zhǔn)儲備液0.5、1、2、3、5 mL于25 mL容量瓶中,用水定容至刻度,混勻。該方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線、回歸方程以及回歸方程相關(guān)系數(shù)見表4,由此可見在0~16.072 μg/mL內(nèi)符合比爾定律。根據(jù)GB/T5009.1-2003中A2.2吸光法和熒光法的計算方法,確認(rèn)該方法的檢出限為2.0 mg/100 g。
表4 分光光度法測定L-肉堿的標(biāo)準(zhǔn)曲線及吸光值回歸方程與相關(guān)系數(shù)Table 4 The standard curve,regression equation,correlation coefficient of L-carnitinebyspectrophotometry
3.5.2 超高壓液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(UPLC-MS/MS)線性范圍和檢出限
分別吸取 L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)中間液(1.3.12)0.25、0.5、1、2、4 mL 于10 mL 容量瓶中,再加入5 μL 的內(nèi)標(biāo)溶液(1.3.10),用水定容至刻度,混勻。
使用Masslynx軟件中Targetlynx進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,UPLC-MS/MS法L-肉堿的標(biāo)準(zhǔn)曲線,回歸方程以及回歸方程相關(guān)系數(shù)見表5,由此可見在0~60 ng/mL內(nèi)線性良好。進(jìn)空白樣,以基線3倍噪聲值在標(biāo)準(zhǔn)曲線查得結(jié)果計算,該方法的檢出限為2 ng/100 g。UPLC-MS/MS法的檢出限比分光光度法低100萬倍,線性范圍低260倍。
表5 UPLC-MS/MS法L-肉堿標(biāo)準(zhǔn)曲線及吸光值回歸方程與相關(guān)系數(shù)Table 5 The standard curve,regression equation,correlation coefficient of L-carnitinebyUPLC-MS/MS
3.5.3 分光光度法與UPLC-MS/MS法回收率和精密度的計算
在液態(tài)奶、奶粉基質(zhì)中添加L-肉堿濃度分別添加3種濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。采用2種方法分別進(jìn)行測定,對其回收率和精密度進(jìn)行比較。
2種方法樣品加標(biāo)回收率見表6。由此可見2種方法回收率很好。根據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》,精密度為在規(guī)定條件下,對同一或類似被測對象重復(fù)測量所得示值或測得值間的一致程度。按照試驗(yàn)方法,取一份樣品重復(fù)測定6次,所得結(jié)果,分光光度法的回收率在96.2%~104.7%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 RSD在1.34%~3.69%。UPLC-MS/MS法的回收率在97.8%~109%之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.77%~5.65%。
表6 兩種方法的回收率與精密度(n=6)Table 6 Recoveries and precisions of the two methods(n=6)
3.5.4 L-肉堿溶液穩(wěn)定性
L-肉堿溶液的長期穩(wěn)定性經(jīng)過研究已經(jīng)證明,在-20℃條件下保存1年沒有衰減。內(nèi)標(biāo)化合物L(fēng)-carnitine-d3的長期穩(wěn)定性沒有在本次試驗(yàn)中被證實(shí)。但是由于L-carnitine-d3與L-肉堿相似的化學(xué)結(jié)構(gòu),唯一的不同就是L-肉堿與L-carnitine-d3的惰性基團(tuán)+NH(CH3)3和13CD3(CH3)2N+的不同,因此可以推斷出L-肉堿與L-carnitine-d3在-20℃條件下有相同的穩(wěn)定性。樣品處理溶液的短期穩(wěn)定性見表7,由此可以得出結(jié)論樣品處理溶液在室溫放置兩天,其中的L-肉堿不會衰減。
表7 L-肉堿短期穩(wěn)定性的評估Table 7 Evaluation of short-term L-carnitine stability
在市場上購買3種不同品牌的嬰幼兒配方奶粉,分別用分光光度法以及UPLC-MS/MS法測定樣品中L-肉堿的含量,3種品牌樣品,連續(xù)測定3 d,每天每個樣品做2個平行,結(jié)果見表8。
表8 分光光度法與UPLC-MS/MS法測定L-肉堿數(shù)據(jù)的對比Table 8 The comparison of UPLC-MS/MS
2種測定方法的相對誤差在0.2%~5.2%,可以分析出2種方法差異性不大。但UPLC-MS/MS法的測定結(jié)果略高于分光光度法,分析其原因或?yàn)榉止夤舛确ㄆ浜诵臑槊阜磻?yīng)和顯色反應(yīng),眾所周知化學(xué)反應(yīng)的效率并非100%,但UPLC-MS/MS法不涉及到化學(xué)反應(yīng),只是單純的色譜分離質(zhì)譜檢測,所以分光光度法的結(jié)果略低于UPLC-MS/MS法。
本研究建立了2種測定乳及乳制品中左旋肉堿的方法,即分光光度法和UPLC-MS/MS法。分光光度法是間接測定L-肉堿的方法,UPLC-MS/MS法是直接測定L-肉堿的方法。2種方法的檢出限分別為2.0 mg/100 g,2 ng/100 g。UPLC-MS/MS 的檢出限低于分光光度法。分光光度法的回收率在96.2%~104.7%之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 RSD在1.34%~3.69%。UPLC-MS/MS法的回收率在97.8%~109%之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.77%~5.65%。兩種方法的穩(wěn)定性強(qiáng)、重現(xiàn)性好,均適用于乳及乳制品中L-肉堿的測定。
分光光度法是檢測L-肉堿的傳統(tǒng)方法,分光光度計價格便宜,便于普及,而且此法對L-肉堿有高度的專一性。但是其檢出限遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UPLC-MS/MS法,而且,在酶反應(yīng)過程中,樣品制備復(fù)雜,操作時間長,可控性差,不適合大量樣品的快速檢測。
UPLC-MS/MS法測定乳及乳制品中L-肉堿,其樣品制備相對直接快速,儀器分析速度快,并且是直接測定L-肉堿的方法,可控性強(qiáng),適用于大量樣品的快速檢測,但是儀器設(shè)備價格昂貴。此外,本研究對市售乳制品進(jìn)行檢測,比較了UPLC-MS/MS法和分光光度法的數(shù)據(jù),得出兩者檢測數(shù)據(jù)差異不顯著。
隨著今后技術(shù)的發(fā)展,液質(zhì)聯(lián)用儀已經(jīng)不僅僅局限于痕量物質(zhì)的定性和定量分析,目前也應(yīng)用于常量物質(zhì)的測定中。此外,由于UPLC-MS/MS具有高效、快速、高通量等特點(diǎn),更加適用于多種物質(zhì)的同時測定,大大提高檢測效率、降低檢測成本。
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