超高效液相色譜-串聯(lián)四級桿飛行時間質(zhì)譜測定奶粉中N-乙酰神經(jīng)氨酸

任艷嬌，劉玉淑，伍姚，喻卉，李偉麗，吳韜

(西華大學 食品與生物工程學院，食品生物技術重點實驗室，四川 成都，610039)

唾液酸(sialic acid，SA)是指一系列含9個碳原子的羧基化單糖?；苌锏慕y(tǒng)稱，目前為止已發(fā)現(xiàn)其有40多種衍生物[1-3]。唾液酸結構特征在于5號碳上的氨基以及 1號碳上的羧基給唾液酸分子授予了1個負電荷使得唾液酸表現(xiàn)為酸性，其主要存在形式為氨基被乙?；腘-乙酰神經(jīng)氨酸(N-acetylneuraminic acid(Neu5AC)，多用于修飾神經(jīng)細胞黏附分子。它對生物神經(jīng)細胞連接、調(diào)節(jié)細胞聚合以及細胞運動起著重要的作用[4-5]，同時Neu5AC還參與了人體內(nèi)特異性生物功能的調(diào)節(jié)，包括細胞識別，細胞黏附，細胞信號傳導和免疫功能調(diào)節(jié)等。它在抑制唾液酸轉移酶和抗癌轉移、促進神經(jīng)細胞增長與抗老年癡呆癥、抑制唾液酸酶與抗病毒、抑制白細胞黏附與抗炎等方面具有很大作用[6]。因此近年來，關于Neu5AC的研究受到極大的關注[7-12]。

常用的測定糖類的方法包括分光光度法、氣相色譜(GC)法和高效液相色譜(HPLC)法。分光光度法的主要缺點是選擇性差，難以區(qū)分與唾液酸相似結構的雜質(zhì)干擾[13]。GC是一種較靈敏的分析方法，但樣本需要衍生化，耗時費力[14]。HPLC方法也廣泛用于分離確定唾液酸[15]，但唾液酸屬于糖類化合物且沒有發(fā)色基團，所以采用HPLC分析需要對唾液酸進行衍生后測定，因而增加了實驗的復雜性和可能的干擾因素[16]。已有研究報道采用超高效液相色譜—串聯(lián)四級桿質(zhì)譜(ultra performance liquid chromatography-tandem quadrupole mass spectrometry，UHPLC-MS-MS)測定唾液酸[17]，但是串聯(lián)四級桿檢測器存在碎片離子分辨率低、定性能力弱等缺點。串聯(lián)四級桿飛行時間質(zhì)譜(ultra performance liquid chromatography-tandem quadrupole time-of-flight mass spectrometry，UHPLC-QTOF-MS)是一種高分辨質(zhì)譜，通過UHPLC超高的分離能力結合QTOF-MS高分辨率、高靈敏度等特點，利用保留時間、一級質(zhì)譜及二級碎片的準確質(zhì)量數(shù)、離子豐度和標準品等能同時對化合物進行準確定性、定量分析[18-19]。

母乳中尤其是初乳唾液酸水平和嬰兒早期智能發(fā)育密切相關，提高唾液酸攝人量有益于嬰兒早期發(fā)育。國內(nèi)外配方奶粉已將Neu5AC作為奶粉營養(yǎng)強化的一個重要參數(shù)，使其更接近母乳的自然標準。因此，需要尋找一種簡單、可靠方法來測定母乳中Neu5AC含量，為配方奶粉的生產(chǎn)提供參考。目前國內(nèi)外，還未見應用UHPLC-QTOF-MS方法測定奶粉中Neu5AC的相關報道。本文采用UHPLC-QTOF-MS對奶粉中Neu5AC進行測定，為配方奶粉工藝優(yōu)化、標準提升等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奶粉樣品，本地超市；三氯乙酸(分析純)，成都市科隆化學品有限公司；N-乙酰神經(jīng)氨酸標品(純度：99.49%)，Sigma公司；乙腈(色譜純級)，Sigma公司；乙酸銨(分析純)，天津市科密歐化學試劑有限公司；鹽酸(分析純)，成都市科隆化學品有限公司。

1.2 主要儀器與設備

超高效液相色譜儀，日本島津儀器有限公司；X500飛行時間質(zhì)譜，美國SCIEX公司；BT-25S分析天平，成都世紀方舟科技有限公司；SB-5200DTN超聲清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；VORYEX 3渦旋混勻器，德國IKA公司；Milli-Q超純水儀，美國Millipore公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 Neu5AC儲備液的制備

精確稱量Neu5AC標準品1.00 mg，用V(甲醇)∶V(水)=1∶1配制成1 mg/mL標準對照品儲備液，于-20 ℃下儲備備用。

1.3.2 Neu5AC工作液的制備

準確移取適量標準儲備液，用體積分數(shù)50%甲醇逐級稀釋為質(zhì)量濃度50、25、12.5、6.25、3.125、1.56 μg/mL系列Neu5AC標準溶液，于4 ℃下儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 樣品制備

精確稱取2.0 g奶粉樣品于15 mL離心管中，加入5 mL 5%三氯乙酸溶液，旋渦振蕩，超聲波處理5 min，加入體積分數(shù)0.1%鹽酸溶液5 mL，旋渦混勻轉移至50 mL容量瓶中 80 ℃水浴加熱水解2 h，水解完成后冰浴冷卻到室溫，15 000 r/min離心10 min，取1 mL上清液于1.5 mL離心管中，于真空旋轉濃縮至干，加入1 mL 50%(體積分數(shù))甲醇復溶，過0.22 μm有機濾膜，上機待測。

1.3.4 色譜分析條件

色譜柱：采用C18色譜柱(1.9 μm粒徑，2.1 mm×100 mm)；色譜柱溫度：40 ℃；流動相A為甲醇，流動相B為體積分數(shù)0.01%乙酸銨-水溶液；進樣量：5 μL，流速0.25 mL/min，梯度洗脫程序如下：0～2 min，20%A；2～4 min，50%A；4～5 min，50%A； 5～6 min，20%A。

1.3.5 質(zhì)譜分析條件

離子源：電噴霧離子源(electron spray ionization，ESI)，負離子模式；掃描方式：多重反應監(jiān)測(multiple reaction monitoring，MRM)；氣簾氣(curtain gas，CUR)35 psi，離子化壓力(ionization pressure，IS)4 500 V，溫度300 ℃，噴霧氣(spray gas，GS1)45 psi，輔助加熱氣(auxiliary heating gas，GS2)55 psi，去簇電壓(de-clustered voltage，DP)60 V，碰撞能量(collision energy，CE)10 V，質(zhì)量掃描范圍m/z100～500。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

繪圖以及統(tǒng)計分析均采用Origin 9.6軟件進行處理分析。

1.3.7 方法學驗證

檢出限、定量限和精密度的測定：將質(zhì)量濃度為1.56 μg/mL的標準溶液逐級稀釋，計算檢出限(S/N=3)與定量限(S/N=10)[20]。

回收率的測定：在已知Neu5AC含量的老年奶粉樣品中分別添加低(0.5 μg/mL)、中(5 μg/mL)、高(50 μg/mL)3個濃度Neu5AC標品溶液，放置2 h，按照已優(yōu)化的樣品處理方法進行前處理[21]，加標樣品平行測定6次。

基質(zhì)效應：采用樣品提取溶液直接溶解Neu5AC標準品，然后用樣品提取溶液對其進行連續(xù)梯度稀釋，進樣檢測，得到基質(zhì)校準曲線，以相同物質(zhì)在基質(zhì)溶液中標準曲線斜率與純?nèi)軇┲袠藴是€斜率來評價基質(zhì)效應。

2 結果與討論

2.1 Neu5AC的裂解機制及定性、定量離子對選擇

以往對Neu5AC在Q-TOF中的裂解機制研究尚不完善，所以本實驗選擇Neu5AC標準溶液(25 μg/mL)分別在ESI-和ESI+條件下對母離子進行全掃描，結果表明Neu5AC在ESI-條件下其母離子豐度高于ESI+，與前人研究一致[22]。表1為Neu5AC母離子及其定性、定量離子高分辨質(zhì)譜信息，由表1得，采用Q-TOF方法檢測Neu5AC時，其理論值與實驗值誤差較小，表明該方法對Neu5AC定性精確度較高。由圖1可知，Neu5AC在進入質(zhì)譜過后，由于失去1個水分子得到m/z290的分子，m/z290可能發(fā)生逆狄爾斯-阿爾德反應(retro-Diels-Alder reaction，RDA)，裂解成為m/z170和m/z119 兩個分子，另外，Neu5AC在質(zhì)譜分析中，還可能發(fā)生α斷裂，經(jīng)過電荷轉移，發(fā)生重排，形成m/z220和m/z87 兩個互補離子。其中，m/z87的碎片離子在質(zhì)譜中響應最高，m/z170次之，所以選擇m/z87的離子作為Neu5AC的定量離子，m/z170作為輔助定性離子。

表1 Neu5AC母離子與定性、定量離子質(zhì)譜信息Table 1 Neu5AC parent ion and qualitative and quantitative ion mass spectrometry information

圖1 奶粉中Neu5AC的二級質(zhì)譜圖及裂解機制Fig.1 Neu5AC secondary mass spectrum in the sample

2.2 提取溶劑的選擇

研究表明，在80 ℃條件下用0.1%(體積分數(shù))HCl溶液水解1 h能夠使所有的唾液酸鏈斷裂并使這些殘基脫酰、脫羧化、能保證唾液酸的完全水解[23]。此外，樣品在不同比例溶劑中其定量峰面積存在差異[24]。因而，本實驗采用標準溶液(1.56 μg/mL)為研究對象，考察不同濃度甲醇-水溶液作為溶劑時，對Neu5AC定量離子峰面積的影響，確定最佳的溶劑。圖2為不同比例甲醇作為復溶溶劑時對定量離子響應強度的影響。

圖2 不同甲醇濃度對定量離子峰面積影響Fig.2 Effect of different methanol concentration on quantitative ion peak area

由圖2可知，隨著甲醇比例的增加，峰面積呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當50%(體積分數(shù))甲醇作為溶劑時，Neu5AC的定量峰離子峰面積最高，因此選擇50%(體積分數(shù))甲醇-水溶液作為樣品復溶時最佳溶劑。

2.3 方法學驗證

2.3.1 線性關系考察

將質(zhì)量濃度為1.56、3.125、6.25、12.5、25、50 μg/mL的系列標準溶液按照優(yōu)化的液相、質(zhì)譜條件上機進行分析，得到Neu5AC的線性回歸方程為y=12 078.257x-14 476.865，R2=0.999。結果表明，質(zhì)量濃度在1.56～50 μg/mL，Neu5AC線性良好。

2.3.2 回收率、重復性、檢出限與定量限

由表2可知，本方法的平均回收率在86.79%～93.64%，平均回收率的RSD在3.78%～6.42%，表明用該方法測定Neu5AC準確可行，分析得到Neu5AC的定量限為0.30 μg/mL，檢出限為0.05 μg/mL，表明該方法具有較好的重復性和較高的靈敏度。

表2 回收率、重復性檢出限及定量限(n=6)Table 2 Recovery rate, repeatability detection limit and limit of quantitation

2.3.3 基質(zhì)效應

基質(zhì)效應是指樣品中目標物以外的組分，與目標物共同洗脫出的樣品基質(zhì)對目標物的離子化過程產(chǎn)生影響[25]。根據(jù)研究表明[26-27]，當|基質(zhì)效應|<20%,可認為基質(zhì)對目標化合物響應值影響很小，可認為無基質(zhì)效應；當20%≤|基質(zhì)效應|<50%,被認為具有中等基質(zhì)效應；當|基質(zhì)效應|≥50%，被認為具有較強的基質(zhì)效應。由表3可知，Neu5AC的基質(zhì)效應為-14.14%，說明奶粉基質(zhì)對Neu5AC的離子化具有抑制作用，又因為|基質(zhì)效應|<20%，說明奶粉基質(zhì)對Neu5AC的定量分析影響較小，可忽略不計。

表3 基質(zhì)效應與校準曲線Table 3 Matrix effect and calibration curve

2.4 樣品測定

應用建立的分析方法對4種奶粉中Neu5AC進行檢測，檢測結果如表4所示。由表4可得，在4種奶粉中均檢測出Neu5AC，但是含量差異顯著，其中老年奶粉中含量最高，為3.14 mg/100 g，低脂奶粉中含量最低為2.02 mg/100 g。

表4 樣品中Neu5AC含量 單位：mg/100 g

3 結論

本文建立了超高效液相色譜-串聯(lián)四級桿飛行時間質(zhì)譜測定奶粉中Neu5AC含量的檢測方法，避免了復雜的衍生化過程。通過分析Neu5AC的二級質(zhì)譜信息，為Neu5AC的定性、定量提供了依據(jù)。通過方法學驗證，Neu5AC的加標回收率在82.83%～88.42%，檢出限和定量限分別為0.05 μg/g和0.30 μg/g，基質(zhì)效應為-14.14%，在1.56～50 μg/mL，Neu5AC線性良好，表明本研究建立的方法具有較好的準確性，可廣泛應用于奶粉及其他奶制品Neu5AC的定性、定量分析。