邢倩倩,劉振民,游春蘋(píng)
(乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心,光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院,上海 200436)
親水色譜是一種類(lèi)似于正相色譜保留模式的分離手段,主要以水(2%~40%)和乙腈(大于60%)作為流動(dòng)相在極性固定相表面完成目標(biāo)物質(zhì)分離。親水色譜固定相主要以硅膠或有機(jī)聚合物等為載體,通過(guò)衍生化上氨基、氰基、二醇基、酰胺基、聚(琥珀酰亞胺)基、糖基及兩性離子基團(tuán)構(gòu)成[1]。乙腈是親水色譜模式下最常用的有機(jī)流動(dòng)相,甲醇和其他低質(zhì)子數(shù)的醇可作為有機(jī)流動(dòng)相與親水性能較好的固定相結(jié)合使用[1]。親水色譜流動(dòng)相中常用的緩沖鹽為甲酸銨、乙酸銨等揮發(fā)性鹽,該類(lèi)緩沖鹽與質(zhì)譜、蒸發(fā)光散射檢測(cè)器和電噴霧檢測(cè)器具有較好的適應(yīng)性。
親水色譜主要通過(guò)極性化合物在高比例有機(jī)溶劑的流動(dòng)相和極性固定相表面的富水層之間的分配作用來(lái)實(shí)現(xiàn)分析物的保留。親水色譜保留作用機(jī)理不僅僅是液液分配,還包括離子作用、氫鍵作用和偶極-偶極作用表現(xiàn)出來(lái)的吸附作用[2]。固定相、流動(dòng)相、分析物以及它們的共同作用(例如固定相-流動(dòng)相、固定相-分析物、流動(dòng)相-分析物和固定相-流動(dòng)相-分析物)等次級(jí)作用也會(huì)影響親水色譜保留機(jī)理[3]。通常判斷一個(gè)化合物是否適合親水色譜分離的經(jīng)驗(yàn)法則就是這個(gè)物質(zhì)是否在反相色譜沒(méi)有保留,同時(shí)這個(gè)化合物是否為極性親水物質(zhì)(比如logKow 和logD 為負(fù)值)。
本文圍繞親水色譜在食品內(nèi)源組分(核苷堿基、核苷、核苷酸,氨基酸、多肽和蛋白質(zhì),磷脂酰膽堿類(lèi)化合物,碳水化合物,維生素)分離分析方面的應(yīng)用展開(kāi)討論,以期為食品中未知成分的分離分析提供參考。
核酸堿基、核苷和核苷酸是一類(lèi)親水、強(qiáng)極性、不易揮發(fā)的有機(jī)分子,在中性流動(dòng)相體系中易轉(zhuǎn)化為陰離子,因此有學(xué)者在反相模式下使用離子對(duì)和離子交換色譜完成該類(lèi)化合物的分離分析[4]。液相色譜和毛細(xì)管電泳色譜在核酸堿基、核苷和核苷酸的分離分析方面已有應(yīng)用[5-8]。但是毛細(xì)管電泳色譜所用的流動(dòng)相與離子檢測(cè)手段(如質(zhì)譜)無(wú)法兼容。親水色譜能夠克服已有技術(shù)的局限應(yīng)用于植物來(lái)源和動(dòng)物來(lái)源的核酸堿基、核苷和核苷酸的識(shí)別和定量分析。
銀杏的果和葉作為膳食補(bǔ)充劑應(yīng)用廣泛。Yao 等[8]和Zhou 等[9]采用親水色譜串聯(lián)MS/MS 檢測(cè)手段在MRM 模式下分別完成銀杏果和銀杏葉中核酸堿基和核苷的定量。通過(guò)使用核酸堿基和核苷作為標(biāo)志物可將22 種銀杏葉樣品按照其原產(chǎn)地分為兩大類(lèi)。
周翔等[10]建立親水色譜串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定酸棗仁中11 種核苷及堿基類(lèi)成分的含量。色譜柱填料為鍵合酰胺基的亞乙基橋雜化硅膠顆粒。該方法適用于酸棗仁中核苷及堿基類(lèi)成分的快速定量分析。
親水色譜在嬰兒食品中核苷類(lèi)物質(zhì)的分離分析方面應(yīng)用較廣。有學(xué)者使用氧化鋁和錫中空纖維膜對(duì)樣品中目標(biāo)化合物進(jìn)行富集后,結(jié)合親水色譜串聯(lián)二極管紫外檢測(cè)器完成人乳和嬰兒配方乳中5-單核苷酸的定量。該方法在定量分析嬰兒奶粉中的胞嘧啶核苷、腺嘌呤核苷、尿嘧啶核苷、肌苷和單磷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷均具有良好表現(xiàn)[7,11]。有學(xué)者采用稀釋、高速離心和樣品洗脫后使用親水離子對(duì)和親水色譜串聯(lián)MS/MS 完成16 種含乳嬰兒食品和非含乳嬰兒食品中的20 種核苷和核苷酸進(jìn)行分離檢測(cè)。該方法在9 min 的梯度洗脫時(shí)間內(nèi)完成核苷、單磷酸核苷酸、二磷酸核苷酸和三磷酸核苷酸的分離檢測(cè)[12]。定量限優(yōu)于其他毛細(xì)管電泳和電噴霧質(zhì)譜以及納米液相色譜紫外方法[5,7]。
有學(xué)者建立同時(shí)測(cè)定16 種核苷堿基和核苷的分析方法用來(lái)完成8 個(gè)批次不同產(chǎn)地和種屬的靈芝樣品的質(zhì)量評(píng)價(jià)。柱溫25 ℃下,流動(dòng)相為包含15 mmol/L乙酸銨的乙腈水(V∶V=5∶95)梯度洗脫可得到最好的分離效果,且可串聯(lián)質(zhì)譜和紫外檢測(cè)(254 nm),該方法可成功區(qū)分不同產(chǎn)地和種屬的靈芝[13]。
綜上所述:核苷堿基、核苷和核苷酸作為食品內(nèi)源物質(zhì),其含量較高,均為小分子強(qiáng)極性化合物,且大部分結(jié)構(gòu)包含共軛雙鍵,對(duì)檢測(cè)器無(wú)特殊要求,常規(guī)紫外檢測(cè)器即可滿(mǎn)足檢測(cè)要求;使用親水色譜串聯(lián)紫外檢測(cè)方法可應(yīng)用于不同食品基質(zhì)中核苷堿基、核苷和核苷酸的定量定性分析。
蛋白質(zhì)、磷蛋白質(zhì)和糖蛋白質(zhì)可直接用親水色譜或經(jīng)典排阻液相色譜完成分離[14]。在開(kāi)發(fā)該類(lèi)方法過(guò)程中,親水色譜的流動(dòng)相為高比例有機(jī)相,但是這種溶劑環(huán)境下蛋白質(zhì)易發(fā)生沉淀,導(dǎo)致溶解性不匹配。有關(guān)氨基酸含量測(cè)定的分析方法,包括不需衍生化的直接分析方法和涉及分離純化和衍生化的非直接分析方法[15-16]。親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)器最常見(jiàn)用于定性定量分析食品中自由氨基酸和活性肽。
肉類(lèi)、海鮮、牛奶和乳制品是膳食中蛋白質(zhì)的主要來(lái)源。動(dòng)物來(lái)源的蛋白質(zhì)比植物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。動(dòng)物蛋白包含大量未知化合物,如小分子蛋白和生物活性肽,其含量可從百分比數(shù)量級(jí)到百萬(wàn)分比數(shù)量級(jí)。
2.1.1 雞湯
Macia 等[17]選擇非功能性亞乙基橋雜化顆料填充柱作為親水柱對(duì)雞湯中的肌肽和鵝肌肽進(jìn)行分析研究,并與兩款相同規(guī)格的C18柱分離效果對(duì)比。該色譜方法在親水色譜柱10 min 內(nèi)完成,分離效果優(yōu)于反相色譜和離子交換反相色譜。
2.1.2 肉制品
Broncano 等[18]采用親水色譜串聯(lián)MS/MS 用于分析西班牙臘腸提取物中具有抗氧化活性的親水小分子化合物(自由氨基酸、二肽、三肽以及肉毒堿、肌肽、鵝肝肽、?;撬岷鸵恍┬》肿游⒘炕衔锶缂∷峄蚶i氨酸)。分析條件為在兩性離子固定相用6.7 mmol/L乙酸緩沖鹽和乙腈的流動(dòng)相梯度洗脫。
2.1.3 海鮮
Tsochatzis 等[19]對(duì)冷凍干燥后的紫貽貝中21種氨基酸展開(kāi)研究,前處理后得到的樣品使用鍵合氨基的亞乙基橋雜化硅膠顆粒色譜柱進(jìn)行分離分析串聯(lián)二級(jí)質(zhì)譜檢測(cè)。該方法具有理想的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系、精密度、回收率和靈敏度,回收率和準(zhǔn)確度也符合定量要求。
二肽精氨酰(咸味增強(qiáng)劑)可以使用親水色譜方法在氨基柱上完成分析過(guò)程。該方法成功應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室合成樣品、商業(yè)水解樣品以及發(fā)酵魚(yú)子醬樣品中二肽精氨酰的定量分析[20]。
2.1.4 牛奶
趙瑞等[21]建立牛乳中未衍生游離氨基酸的超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜的測(cè)定方法。前處理后得到的樣品使用硅膠親水柱進(jìn)行分離分析。流動(dòng)相為含10 mmol/L 甲酸銨的水和含2 mmol/L 甲酸銨和3%水的乙腈(均含有0.15%甲酸)。該方法可在14 min 內(nèi)將所分析目標(biāo)物較好分離。
桃核中含具有抗氧化活性的多肽類(lèi)化合物,提取多肽過(guò)程包括磨粉、脫脂、提取,然后通過(guò)加入冷丙酮并放入冰箱,蛋白質(zhì)可從上清液中析出,接下來(lái)將蛋白質(zhì)進(jìn)行酶水解,然后使用超濾濾出多肽提取物。肽段信息可經(jīng)過(guò)親水色譜柱(未鍵合硅膠柱)分離或反相色譜(鍵合C18固定相硅膠柱)分離后通過(guò)電噴霧-飛行時(shí)間質(zhì)譜獲得,檢測(cè)到18 種含高比例親水氨基酸的肽[22]。
Gokmen 等[23]采用親水色譜串聯(lián)軌道離子肼質(zhì)譜用6 min 時(shí)間對(duì)液體食品(啤酒、果汁、葡萄酒、茶和蜂蜜)中的22 種氨基酸進(jìn)行分離分析。將樣品用乙腈水(V∶V=1∶1)稀釋過(guò)濾后直接進(jìn)樣即可。流動(dòng)相為水和添加0.1%甲酸的乙腈,色譜柱為非鍵合硅膠填料柱。
綜上所述,氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)均為強(qiáng)極性物質(zhì),其分子量分布較廣,該類(lèi)物質(zhì)主要使用親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜完成檢測(cè)。
近些年,膽堿類(lèi)和磷脂類(lèi)化合物在食品中的重要性越來(lái)越明顯,相關(guān)的分離分析方法研究也越來(lái)越多。核磁共振磷譜在定性定量分析食品中含磷化合物的含量方面表現(xiàn)優(yōu)異,也能夠?qū)α字耐次镞M(jìn)行分析[24-25]。液相色譜串聯(lián)熒光檢測(cè)器、質(zhì)譜檢測(cè)器和蒸發(fā)光散射檢測(cè)器以及氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)器在膽堿類(lèi)化合物和磷脂分離分析方面均有應(yīng)用,但是尚未有同時(shí)定量所有膽堿類(lèi)化合物和所有磷脂的分析方法[26]。有學(xué)者用正相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析膽堿類(lèi)化合物和磷脂,盡管磷脂和膽堿類(lèi)化合物具有較好的保留和分離度,但是由于流動(dòng)相為非極性溶劑,不適合用電噴霧質(zhì)譜作為檢測(cè)器[27]。反相色譜串聯(lián)質(zhì)譜可分離特定的不同?;滈L(zhǎng)度和不同不飽和度的磷脂酰膽堿類(lèi)物質(zhì)。
3.1.1 蛋黃
Zhao 等[28]使用非鍵合硅膠柱在流動(dòng)相為乙腈和甲酸銨的水體系下對(duì)蛋黃中的膽堿類(lèi)物質(zhì)完成分離定量。該方法還可用質(zhì)譜根據(jù)分子量和碎片信息區(qū)分同一類(lèi)化合物的不同種。該課題組還建立了一種均相萃取法,用于提取食品和生物樣品中8 種磷脂同系物和6 種水溶性膽堿類(lèi)化合物,該萃取法得到的樣品可直接進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器[29]。
3.1.2 海鮮
Shen 等[30]自制TiO2鍵合硅膠填充SPE 柱,經(jīng)過(guò)SPE 處理后提取,選擇親水色譜串聯(lián)高分辨質(zhì)譜研究蝦醬中的磷脂組成。在流動(dòng)相分別為乙腈和pH 值為4.0~4.5 的甲酸水溶液、60 mmol/L 甲酸銨水溶液和pH 值為3.6 的53 mmol/L 甲酸水溶液組成下,使用二醇基色譜柱分析檢測(cè)到69 種磷脂類(lèi)物質(zhì)。該色譜柱可用于分析檢測(cè)經(jīng)SPE 處理后5 種海馬提取物中的50 種磷脂同系物,所用的分析條件為50 ℃柱溫,梯度洗脫,流動(dòng)相為10 mmol/L 甲酸銨和0.2%甲酸的水溶液及0.2%甲酸的乙腈溶液[31]。
3.1.3 牛奶
Russo 等[32]采用流動(dòng)相pH 為5.5 對(duì)磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰膽堿、溶血磷脂酰膽堿和鞘磷脂在非鍵合硅膠色譜柱上進(jìn)行分離,檢測(cè)器為蒸發(fā)光散射檢測(cè)器。該分離方法還可串聯(lián)離子肼-飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)器用于不同化合物的定性。
Liu 等[33]通過(guò)親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜對(duì)32 種牛奶樣品進(jìn)行分析,定性出70 種不同的極性脂,其中22 個(gè)物質(zhì)為首次報(bào)道。
何秀梅等[34]建立親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定圓椒中磷脂含量,分別以磷脂酰膽堿、溶血磷脂乙醇胺、溶血磷脂膽堿、磷脂酰甘油、磷脂酰甘油酸、溶血磷脂絲氨酸為對(duì)照進(jìn)行相對(duì)定量。
Lewis 等[35]研究北美豆類(lèi)中的游離膽堿和膽堿類(lèi)物質(zhì)(甘油磷酰膽堿、磷酸膽堿、鞘磷脂、磷脂酰膽堿和溶血磷脂酰膽堿)含量,對(duì)比烹調(diào)前后營(yíng)養(yǎng)磷脂含量的變化。所用分析方法為非鍵合實(shí)心硅膠色譜柱分離串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè),二元流動(dòng)相為乙腈和pH 為3.0 的10 mmol/L 甲酸銨水溶液,分析時(shí)間為30 min,該方法可合理地分離檢測(cè)目標(biāo)化合物。Verardo 等[27]對(duì)在4 ℃下保存12 h 的初級(jí)鮮榨橄欖油中的磷脂和磷脂丟失進(jìn)行定量分析。該分析方法在非鍵合實(shí)心硅膠色譜柱上完成,使用電噴霧飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。所建立方法可通過(guò)定量分析磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿、磷脂酰肌醇和溶血磷脂酰用于橄欖油的磷脂譜表征。
綜上所述,磷脂膽酰類(lèi)化合物為強(qiáng)極性物質(zhì),分子量范圍廣泛,由于該類(lèi)物質(zhì)包含磷酸基團(tuán),因此磷脂膽酰類(lèi)化合物的分離分析方向一直是難點(diǎn),親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜手段可有效解決該難點(diǎn)。
親水色譜串聯(lián)不同檢測(cè)技術(shù)作為最適宜于糖類(lèi)化合物分離分析的手段,其通過(guò)性可與光譜法結(jié)合化學(xué)計(jì)量分析法的直接分析方法比擬[36]。其他分析手段如核磁、電化學(xué)分析和氣相色譜法等,存在靈敏度不足、重現(xiàn)性差和需要衍生等劣勢(shì)。
Liu 等[37]采用親水色譜串聯(lián)軌道離子肼質(zhì)譜方法,通過(guò)使用二醇基色譜柱同時(shí)分離牛乳中13 種寡糖。該方法使用水蘇糖和毛蕊花糖作為中性低聚糖類(lèi)似物,3 種酸性低聚糖包括3-唾液乳糖(3-sialyllactose)、6-唾液乳糖(6-sialyllactose)和6-唾液氨基乳糖(6-sialyl-lactosamine)作為參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。該方法成功應(yīng)用于由3 種不同飲食飼養(yǎng)的牛所產(chǎn)的32 份牛乳樣品,所得數(shù)據(jù)證明不同牛乳中寡糖譜的變化與其中主要的寡糖密切相關(guān)。
Martín-Ortiz 等[38]選擇親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜在氨基修飾固定相上分離和定量主要的寡糖,并在山羊初乳中發(fā)現(xiàn)新天然活性寡糖。該研究考察了梯度條件、柱溫和流動(dòng)相中不同種類(lèi)改性劑對(duì)分離結(jié)果的影響,確定最佳分離條件為:流動(dòng)相為乙腈和0.1%氨水溶液,柱溫40 ℃。該研究首次通過(guò)質(zhì)譜分離鑒定出山羊初乳中的78 種寡糖化合物,對(duì)比山羊乳、牛乳和人乳中的寡糖譜,并揭示山羊初乳可作為天然寡糖的有效來(lái)源。
Ghfar 等[39]選擇超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法用于同時(shí)測(cè)定棗提取物中果糖、葡萄糖、蔗糖、蔗果三糖和蔗果四糖的含量。經(jīng)過(guò)條件優(yōu)化,在氨基柱上梯度洗脫,7 min 內(nèi)完成分離分析。流動(dòng)相為乙腈和0.1%氨水的水溶液,流速為0.4 mL/min。
Ouerdane 等[40]選擇氨基固定相色譜柱對(duì)硒糖進(jìn)行分離分析,并用電噴霧軌道離子肼質(zhì)譜進(jìn)行表征,首次對(duì)富硒土地種出的農(nóng)作物提取物如小麥、大米和玉米中的硒糖進(jìn)行定量分析,該方法還可用于分析黑介種子和蕓苔屬蔬菜中的硒糖。
有學(xué)者選擇親水色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析液體樣品如葡萄酒、啤酒、牛奶、果汁和植物提取物中的單糖、二糖和寡糖混合物[37,41]。選擇離子交換和離子排阻色譜去除酚醛類(lèi)化合物和多糖后,制備得到寡糖類(lèi)組分。每個(gè)組分首先在氨基磺酸基鍵合硅膠色譜柱分析,均用電噴霧質(zhì)譜和離子肼質(zhì)量分析器處理[42]。
Kotoni 等[41]使用親水色譜新型固定相從啤酒中分離出單糖、二糖和麥芽糖等低聚物。該固定相選擇2.5 μm 全多孔硅膠經(jīng)過(guò)一鍋法和封端技術(shù)處理,表面鍵合橋連雙尿基和自由氨基酸。與傳統(tǒng)色譜柱如乙基橋鍵合氨基雜化硅膠和純實(shí)心硅膠相比,該固定相具有更好的分離性能和峰型。
夏碧琪等[43]建立親水相互作用色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定葡萄酒中矢車(chē)菊素-3-O-葡萄糖苷、氯化葡萄糖苷芍藥素、飛燕草素葡萄糖苷和氯化錦葵色素-3-O-葡糖苷4 種花青素的分析方法。該方法選擇的色譜柱為兩性離子修飾硅膠色譜柱,流動(dòng)相為乙腈和20 mmol/L 乙酸銨溶液,目標(biāo)化合物在梯度洗脫條件下采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行檢測(cè)。
綜上所述,糖類(lèi)化合物為強(qiáng)極性物質(zhì),分子量范圍廣泛,親水色譜在糖類(lèi)化合物分離分析方面應(yīng)用較廣泛。
親水色譜在水溶性維生素的分離分析上具有較大優(yōu)勢(shì)。陳翔等[44]建立親水色譜串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜法,對(duì)白茶鮮葉中氨基酸、核苷酸、維生素和輔酶、糖類(lèi)和甘油磷脂類(lèi)等小分子代謝物進(jìn)行靶向代謝譜分析,旨在了解白茶萎凋過(guò)程中代謝物的變化規(guī)律及其對(duì)白茶品質(zhì)的影響,并為白茶萎凋工藝技術(shù)參數(shù)的確定提供分子水平的理論依據(jù)。該方法使用亞乙基橋鍵合氨基硅膠柱,流動(dòng)相為添加25 mmol/L 乙酸銨和25 mmol/L 氨水(pH=9.75)水溶液和乙腈,整個(gè)分析過(guò)程耗時(shí)23 min。吳昊等[45]建立親水色譜串聯(lián)紫外檢測(cè)器分析飲料中VC 含量。該方法采用氨丙基鍵合硅膠色譜柱,流動(dòng)相為0.02 mol/L 磷酸二氫鉀水溶液和甲醇,檢測(cè)波長(zhǎng)為249 nm。使用該方法進(jìn)行分析時(shí)VC化合物的保留時(shí)間在9 min 左右,能夠克服VC 在反相色譜柱上保留不足的問(wèn)題,有效分離飲料樣品中的雜質(zhì),獲得尖銳、對(duì)稱(chēng)性好的目標(biāo)峰。
綜上所述,維生素為小分子強(qiáng)極性物質(zhì),親水色譜可與反相色譜結(jié)合應(yīng)用于維生素的分離分析。
親水色譜在分離強(qiáng)極性和離子型化合物方面的優(yōu)勢(shì)使其在食品內(nèi)源組分方面可與反相色譜互補(bǔ)應(yīng)用。親水色譜在食品內(nèi)源組分的分離分析方面應(yīng)用越來(lái)越廣,已被廣泛認(rèn)為是一種可用于食品質(zhì)量控制分析的方法。未來(lái),親水色譜可與食品組學(xué)結(jié)合用于詳細(xì)闡述食品的物質(zhì)基礎(chǔ),同時(shí)也可應(yīng)用于人體代謝產(chǎn)物和腸道微生物代謝產(chǎn)物的分離分析。