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    山黧豆中β-ODAP及其他氨基酸的提取和HPLC分析

    2015-11-10 04:01:36李小波龍立梅曹學(xué)麗李雪帆牛曉峰
    關(guān)鍵詞:豆粉標(biāo)樣提取液

    李小波, 樊 琛, 龍立梅, 李 柰, 曹學(xué)麗,*, 李雪帆, 牛曉峰, 賈 平

    (1.北京工商大學(xué)食品學(xué)院/食品添加劑與配料北京高校工程研究中心/食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室,北京 100048;2.太原六味齋實(shí)業(yè)有限公司,山西太原 030401)

    山黧豆中β-ODAP及其他氨基酸的提取和HPLC分析

    李小波1, 樊 琛1, 龍立梅1, 李 柰1, 曹學(xué)麗1,*, 李雪帆2, 牛曉峰2, 賈 平2

    (1.北京工商大學(xué)食品學(xué)院/食品添加劑與配料北京高校工程研究中心/食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室,北京 100048;2.太原六味齋實(shí)業(yè)有限公司,山西太原 030401)

    利用氯甲酸對硝基卞酯(PNZ-Cl)作為柱前衍生化試劑,建立了山黧豆中神經(jīng)毒素β-N-草酰基-L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-α,β-diaminopropionic,β-ODAP)及其他游離氨基酸的同時分析法。HPLC法為色譜柱Ultimate XB-C18,流動相乙腈和乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH值=4.6),梯度洗脫程序0~5 minφ(乙腈)25%,5~30 minφ(乙腈)25%~90%,流速0.8 mL/min,柱溫30℃,檢測波長300 nm。利用該方法對山黧豆中β-ODAP及其他游離氨基酸的提取條件中乙醇體積分?jǐn)?shù)、山黧豆粉的質(zhì)量濃度(ρ(山黧豆粉))、提取溫度等進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明,在φ(乙醇)為10%,ρ(山黧豆粉)為0.025 g/mL,提取溫度為60℃時,提取效率較高。

    山黧豆;β-N-草?;?L-α,β-二氨基丙酸;氨基酸

    山黧豆(Lathyrus sativus Linn.),又名馬牙豆、家山黧豆、山棱豆、栽培香豌豆,木蘭綱(Magnoliopsida)薔薇亞綱(Rosidae)豆目(Fabales)蝶形花科(Fabaceae)野豌豆族(Trib.Vicieae)山黧豆屬(Lathyrus),一年生作物[1-3]。由于其具有耐寒、抗旱、抗蟲害、固氮肥沃土壤以及低成本高產(chǎn)的特性,在我國東北、西北、華北等地區(qū)大面積種植[4]。山黧豆籽實(shí)中含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸,但也含有一種非蛋白質(zhì)氨基酸,這種氨基酸含兩種同分異構(gòu)體,一種是β-N-草?;?L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-α,β-diaminopropionic,β-ODAP),是一種神經(jīng)毒素,長期食用可引起下肢癱瘓,稱為山黧豆中毒[5-8],由于這種氨基酸的存在妨礙了山黧豆的推廣和種植;另一種是α-N-草?;?L-α,β-二氨基丙(α-N-oxalyl-α,β-diaminopropionic,α-ODAP),無毒性[9-10]。研究報道,β-ODAP在種子中的含量變異很大,所以人們一直致力于選育低毒或無毒品種,因而神經(jīng)毒素β-ODAP含量分析方法頗受關(guān)注[11]。鑒于此,本工作擬利用β-ODAP與其他游離氨基酸性質(zhì)相近的特點(diǎn),應(yīng)用柱前衍生化高效液相色譜-紫外檢測法(HPLC-UV)進(jìn)行定性和定量分析,為山黧豆這一新型食物資源的進(jìn)一步研究開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 材料與試劑

    山黧豆,山西太原六味齋實(shí)業(yè)有限公司;β-ODAP標(biāo)樣(純度>98%),成都瑞芬思生物科技有限公司;氨基酸混合標(biāo)樣(純度>99%)和對硝基氯甲酸芐酯(4-nitrobenzyl chloroformate,PNZ-Cl),美國Sigma公司;甲醇、乙腈均為色譜純。

    1.2 儀器與設(shè)備

    Agilent 1100型高效液相色譜系統(tǒng)(配有可變波長紫外檢測器和Rev.A.09.03色譜工作站),美國安捷倫科技有限公司;超純泵機(jī),北京德泉興業(yè)商貿(mào)有限公司;PHS-3D型pH計,上海三信儀表廠;溶劑過濾器,北京江??苾x科技有限公司;KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;SHB-B95型循環(huán)水式多用途真空泵,鄭州長城科工貿(mào)有限公司;分析天平,Sartorius公司;4K15型離心機(jī),美國Sigma公司;F500AG型高速多功能粉碎機(jī),北京匯??苾x儀器有限公司。

    1.3 實(shí)驗(yàn)方法

    1.3.1 樣品處理

    根據(jù)參數(shù)文獻(xiàn)[12]進(jìn)行樣品前處理。將山黧豆磨碎,過40目篩。準(zhǔn)確稱取1 g山黧豆粉,加入40 mL提取溶劑,φ(乙醇)為10%,控制提取溫度為60℃,ρ(山黧豆粉)=0.025 g/mL(m(山黧豆粉)∶V(提取溶劑)=1 g∶40 mL),超聲波處理1 h,靜置一晚,在4 000 r/min離心15 min,取上清提取液,將提取液保存于4℃。

    1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品衍生化

    吸取25 μL 17種氨基酸混合標(biāo)樣溶液,25 μL ρ(β-ODAP)=0.5 mg/mL標(biāo)樣溶液,加入200 μLc(NaHCO3)=0.5 mol/L,200 μLc(PNZ-Cl)=5 mmol/L,超聲2 min,過0.45 μm濾膜并進(jìn)樣。

    取上清提取液200 μL,加入200 μLc(NaHCO3)=0.5 mol/L,200 μLc(PNZ-Cl)=5 mmol/L,超聲2 min,過0.45 μm濾膜并進(jìn)樣。

    1.3.3 色譜條件的優(yōu)化[13-15]

    分別考察流動相梯度洗脫條件,乙酸-乙酸鈉緩沖溶液pH值、柱溫、流動相流速等液相色譜條件對β-ODAP及其他17種氨基酸的分離效果的影響。

    1.3.4 樣品提取條件的優(yōu)化

    1.3.4.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)

    取5支試管,分別加入1 g山黧豆粉,按φ(乙醇)分別為10%,30%,50%,70%,90%,加入10 mL提取溶劑,在100 W功率下超聲1 h,常溫靜置一晚,在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min,取上清提取液,分別衍生化處理,分析,每個樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。

    1.3.4.2 山黧豆粉質(zhì)量濃度

    取6支試管,分別加入1 g山黧豆粉,φ(乙醇)為10%,按ρ(山黧豆粉)為0.10,0.05,0.03,0.025,0.02,0.017 g/mL加入10 mL提取溶劑,在100 W功率下超聲1 h,常溫靜置一晚,在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min,取上清提取液,分別衍生化處理,分析,每個樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。

    1.3.4.3 提取溫度

    取5支試管,分別加入1 g山黧豆粉,φ(乙醇)為10%,按ρ(山黧豆粉)=0.10 g/mL加入10 mL提取溶劑,在100 W功率下超聲1 h,在水浴溫度分別為30,40,50,60,70℃條件下提取2 h,靜置一晚,在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min,取上清提取液,分別衍生化處理,分析,每個樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 衍生化條件的選擇

    目前用于HPLC分析的柱前衍生化試劑主要有9-芴基甲基-氯甲酸酯(9-fluorenylmethyl chloroformate,F(xiàn)MOC)[16]、異硫氰酸苯酯(phenyl isothiocyanate,PITC)[17]、2,4-二硝基氟苯(2,4-dinitrofluorobenzene,F(xiàn)DNB)[18]、6-氨基喹啉-N-羥基丁二酰亞胺氨基甲酸酯(6-aminoquinoly-N-hydroxysuccinimidy carbamate,AQC)[19]以及丹磺酰氯(dansyl chloride,Dansyl-Cl)等[20]。但這些衍生化試劑均需要精確控制多種反應(yīng)條件,衍生化操作復(fù)雜,衍生化時間長,衍生化后的產(chǎn)物不穩(wěn)定。由于PNZ-Cl是一種定量檢測生物胺和非蛋白質(zhì)氨基酸的穩(wěn)定的衍生化試劑。衍生化反應(yīng)完成在超聲條件和適宜的溫度下只需6 min,與之前的柱前衍生化提取方法相比,這種方法快速、簡便,測定結(jié)果準(zhǔn)確,衍生產(chǎn)物一定時間內(nèi)穩(wěn)定,可連續(xù)測定[21]。

    2.2 色譜條件的優(yōu)化

    較佳色譜條件是色譜柱為Ultimate XB-C18(4.6 mm×150 mm,5 μm),流動相乙腈和乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH值=4.6),梯度洗脫程序0~5 min φ(乙腈)25%,5~30 min φ(乙腈)25%~90%,流速0.8 mL/min,柱溫30℃,檢測波長300 nm。

    2.3 樣品提取條件的優(yōu)化

    由于β-ODAP及其他游離氨基酸的提取含量與峰面積呈正相關(guān),所以可以用峰面積大小來表示其提取效率高低。

    2.3.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對β-ODAP及氨基酸提取效率的影響

    取5支試管,分別加入1 g山黧豆粉,按φ(乙醇)分別為10%,30%,50%,70%,90%,加入10 mL提取溶劑,在100 W功率下超聲1 h,常溫靜置一晚,在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min,取上清提取液,分別衍生化處理,分析,每個樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。比較不同的乙醇體積分?jǐn)?shù)下β-ODAP及氨基酸的提取效率,結(jié)果見圖1。

    圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對β-ODAP及其他游離氨基酸提取效率的影響Fig.1 Effects of ethanol concentration on extraction yield of β-ODAP and other free amino acids

    由圖1可以看出,當(dāng)φ(乙醇)為10%時,山黧豆中的β-ODAP與其他游離氨基酸的提取率達(dá)到較高。

    2.3.2 山黧豆粉質(zhì)量濃度對β-ODAP及氨基酸提取效率的影響

    取6支試管,分別加入1 g山黧豆粉,φ(乙醇)為10%,按ρ(山黧豆粉)為0.10,0.05,0.03,0.025,0.02,0.017 g/mL加入10 mL提取溶劑,在100 W功率下超聲1h,常溫靜置一晚,在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min,取上清提取液,分別衍生化處理,分析,每個樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。比較不同的山黧豆粉質(zhì)量濃度下β-ODAP及氨基酸的提取效率,結(jié)果見圖2。

    圖2 山黧豆粉質(zhì)量濃度對β-ODAP及其他游離氨基酸提取效率的影響Fig.2 Effects of material concentration on extraction yield of β-ODAP and other free amino acids

    由圖2可以看出,當(dāng)ρ(山黧豆粉)為0.025 g/mL時,山黧豆中的β-ODAP與其他游離氨基酸的提取率達(dá)到較高,再減小質(zhì)量濃度,提取率不再變化。

    2.3.3 提取溫度對β-ODAP及氨基酸提取效率的影響

    取5支試管,分別加入1 g山黧豆粉,φ(乙醇)為10%,按ρ(山黧豆粉)=0.10 g/mL加入10 mL提取溶劑,在100 W功率下超聲1 h,在水浴溫度分別為30,40,50,60,70℃條件下提取2 h,靜置一晚,在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min,取上清提取液,分別衍生化處理,分析,每個樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。比較不同提取溫度下的β-ODAP及氨基酸的提取效率,結(jié)果見圖3。

    圖3 提取溫度對β-ODAP及其他游離氨基酸提取效率的影響Fig.3 Effects of extraction temperature on extraction yield of β-ODAP and other free amino acids

    由圖3可以看出,當(dāng)提取溫度為60℃時,山黧豆中的β-ODAP與其他游離氨基酸的提取率達(dá)到較高,再增加提取溫度,其提取率開始下降。

    2.4 樣品定性及定量分析檢測

    2.4.1 標(biāo)樣及樣品圖譜分析

    β-ODAP與17種氨基酸混合標(biāo)樣的色譜圖見圖4a。實(shí)驗(yàn)確定較佳提取條件為φ(乙醇)為10%,ρ(山黧豆粉)為0.025 g/mL,提取溫度為60℃。在此提取條件下,對山黧豆中的β-ODAP及其他游離氨基酸進(jìn)行HPLC分析,見圖4b。定性分析結(jié)果表明山黧豆中明顯含有包括β-ODAP在內(nèi)的16種游離氨基酸,包括β-ODAP、天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、精氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、纈氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、賴氨酸。但仍存在未解決的問題,即天冬氨酸和谷氨酸,苯丙氨酸和異亮氨酸沒有達(dá)到完全分離,所以后面定量分析工作中,將未分開的氨基酸放在一起進(jìn)行定量分析。

    2.4.2 β-ODAP和17種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)曲線及結(jié)果計算

    用β-ODAP和17種氨基酸的濃度與色譜峰面積回歸得到工作曲線方程,見表1。實(shí)驗(yàn)表明,在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi),呈現(xiàn)很好的線性。由氨基酸標(biāo)樣與山黧豆樣品的β-ODAP及17種氨基酸衍生物的HPLC色譜圖對比可以看出,山黧豆中明顯含有包括β-ODAP在內(nèi)的16種游離氨基酸。由標(biāo)準(zhǔn)曲線求出各種山黧豆中氨基酸的質(zhì)量比,見表1。

    圖4 β-ODAP及17種氨基酸混合標(biāo)樣和較佳提取條件下山黧豆樣品氨基酸衍生物的HPLCFig.4 HPLC chromatogram of standard mixture of β-ODAP and 17amino acids derivatized with PNZ-Cl and PNZ-derivatived amino acids from Lathyrus sativus Linn.under optimized conditions

    表1 β-ODAP和其他17種游離氨基酸的工作曲線及質(zhì)量比Tab.1 Calibration curves data and contents of β-ODAP and 17 free amino acids

    定量分析結(jié)果表明山黧豆中β-ODAP的質(zhì)量比為0.169 mg/g,16種游離氨基酸中必需氨基酸有6種,分別為蘇氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和賴氨酸,其中蘇氨酸和纈氨酸含量都相對較高,均大于0.2 mg/g。非必需氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、精氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸。其中天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸的質(zhì)量比相對較高,均大于0.2 mg/g。

    3 結(jié) 論

    本文利用對硝基氯甲酸卞酯(PNZ-Cl)作為柱前衍生化試劑,建立了山黧豆中神經(jīng)毒素β-N-草?;?L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-α,β-diaminopropionic,β-ODAP)及其他游離氨基酸的高效液相色譜檢測方法。較佳色譜條件是色譜柱為Ultimate XBC18(4.6 mm×150 mm,5 μm),流動相乙腈和乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH值=4.6),梯度洗脫程序0~5 min φ(乙腈)25%,5~30 min φ(乙腈)25%~90%,流速0.8 mL/min,柱溫30℃,檢測波長300 nm。該方法快速、簡便,在普通的實(shí)驗(yàn)室即可實(shí)現(xiàn)。本文還比較了φ(乙醇)、ρ(山黧豆粉)和提取溫度對提取效率的影響。結(jié)果表明:在φ(乙醇)為10%,ρ(山黧豆粉)為0.025 g/mL,提取溫度為60℃時,提取效率較高。

    該方法可以實(shí)現(xiàn)對山黧豆中包括β-ODAP在內(nèi)的16種游離氨基酸的分析測定,但仍存在未解決的問題,即天冬氨酸和谷氨酸,苯丙氨酸和異亮氨酸沒有達(dá)到完全分離。定量分析結(jié)果也顯示,山黧豆中β-ODAP的質(zhì)量比為0.168 mg/g,必需氨基酸如蘇氨酸和纈氨酸質(zhì)量比都相對較高,均大于0.2 mg/g。非必需氨基酸如天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸的質(zhì)量比相對較高,均大于0.2 mg/g。本文的研究結(jié)果可進(jìn)一步為山黧豆的開發(fā)利用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。另外,在此基礎(chǔ)上,針對山黧豆的去毒及蛋白質(zhì)等營養(yǎng)學(xué)價值還需進(jìn)一步研究和探討。

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    Extraction and HPLC Analysis of β-ODAP and Other Amino Acids in Lathyrus Sativus

    LI Xiaobo1, FAN Chen1, LONG Limei1, LI Nai1, CAO Xueli1,*,
    LI Xuefan2, NIU Xiaofeng2, JIA Ping2
    (1.School of Food and Chemical Engineering/Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients/Beijing Key Lab of Food Quality and Safety,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China;2.Taiyuan Liuweizhai Industry Co.Ltd.,Taiyuan 030401,China)

    An high performance liquid chromatographic(HPLC)method was developed to analyze neurotoxin β-N-oxalyl-α,β-diaminopropionic acid(β-ODAP),and other free amino acids in Lathyrus sativus Linn.by precolumn derivatization with para-nitro-benzyloxycarbonyl chloride(PNZ-Cl).The chromatography conditions were as followed:column of Ultimate XB-C18,acetonitrile and sodium acetate as the mobile phase,gradient elution procedure being 0-5 min φ(acetonitrile)25%,5-30 min φ(acetonitrile)25%-90%,and flow rate 0.8 mL/min,the colum thermostated at 30℃,and detecting wavelength 300 nm.The extraction conditions,such as the ethanol concentration,raw material concentration,and extraction temperature,were optimized using this analytical method.The results showed that higher extraction yield of β-ODAP and other free amino acids was obtained under the conditions of 10%(V∶V)ethanol,material concentration of 0.025 g/mL,and extraction temperature 60℃.

    Lathyrus sativus;β-ODAP;amino acids

    李 寧)

    TS207.3

    A

    10.3969/j.issn.2095-6002.2015.02.008

    2095-6002(2015)02-0042-06

    李小波,樊琛,龍立梅,等.山黧豆中β-ODAP及其他氨基酸的提取和HPLC分析[J].食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報,2015,33(2):42-47.

    LI Xiaobo,F(xiàn)AN Chen,LONG Limei,et al.Extraction and HPLC analysis of β-ODAP and other amino acids in Lathyrus Sativus[J].Journal of Food Science and Technology,2015,33(2):42-47.

    2014-09-12

    農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303069-04);北京工商大學(xué)研究生科研學(xué)術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目。

    李小波,女,碩士研究生,研究方向?yàn)樯锓蛛x工程;

    *曹學(xué)麗,女,教授,博士,主要從事生物分離和分析方面的研究。

    。

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