超高效合相色譜法拆分和測(cè)定嬰幼兒配方乳粉中肉堿對(duì)映體

張文華,謝 文,侯建波,張雅琴,汪 鵬,胡曉莉,徐敦明

(1.杭州海關(guān)技術(shù)中心,杭州 310016;2.浙江省檢驗(yàn)檢疫科學(xué)技術(shù)研究院,杭州 310016;3.廈門海關(guān)技術(shù)中心,廈門 361026)

肉堿化學(xué)名稱為β-羥基-γ-三甲胺基丁酸(結(jié)構(gòu)見圖1),是一種類氨基酸化合物。哺乳動(dòng)物體內(nèi)的肉堿可以通過賴氨酸及蛋氨酸天然合成,參與體內(nèi)脂肪代謝生成能量的過程。肉堿中有1個(gè)手性碳原子,存在一對(duì)對(duì)映體,即右旋肉堿(D-肉堿)與左旋肉堿(L-肉堿)。

圖1 肉堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of carnitine

兩種肉堿對(duì)映體的生物活性差異較大,其中D-肉堿沒有功效,大劑量使用會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害[1],L-肉堿具有功效,是哺乳動(dòng)物體內(nèi)能量代謝必需的天然物質(zhì),可以促使脂肪轉(zhuǎn)化為能量。嬰兒體內(nèi)L-肉堿合成能力較弱,無法滿足其正常代謝,因此需要在嬰幼兒配方乳粉中添加L-肉堿。目前,國內(nèi)L-肉堿的合成方法多為肉堿外消旋體拆分法[2-4],但當(dāng)將拆分程度不完全的L-肉堿添加至嬰幼兒配方乳粉中時(shí),可能導(dǎo)致乳粉質(zhì)量不達(dá)標(biāo),因此有必要建立一種拆分肉堿外消旋體和測(cè)定嬰幼兒配方乳粉中肉堿對(duì)映體含量的方法。

肉堿對(duì)映體的測(cè)定方法主要有高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[5-8]、高效液相色譜法[9-12]、分光光度法[13-15]等。但這些方法通常存在有機(jī)試劑消耗量大、分離度差、分離時(shí)間長等問題。而新興的超高效合相色譜法(UPC2)通常以超臨界二氧化碳和少量有機(jī)溶劑(無水乙醇、甲醇等)的混合物為流動(dòng)相,調(diào)節(jié)系統(tǒng)背壓、色譜柱溫度及有機(jī)溶劑的比例使流動(dòng)相的密度和極性發(fā)生改變,從而達(dá)到精密控制目標(biāo)物分離的目的,在手性分離的應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì),已被成功應(yīng)用于雙酚類化合物[16]、三唑類農(nóng)藥[17]、鄰苯二甲酸酯[18]、3-氯-1,2-丙二醇脂肪酸酯[19]等結(jié)構(gòu)類似物的分析,但在肉堿對(duì)映體的拆分和含量測(cè)定方面還未見報(bào)道。

本工作建立了一種基于UPC2拆分和測(cè)定兩種肉堿對(duì)映體的方法,并應(yīng)用于嬰幼兒配方乳粉中肉堿的分離和含量的測(cè)定,以期為嬰幼兒配方乳粉中肉堿對(duì)映體含量測(cè)定提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Acquity 型超高效合相色譜儀;ELGA CLXXXUVM2型超純水凈化系統(tǒng);1-16K 型臺(tái)式離心機(jī);MS2 型渦旋混勻器;R215 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;AE260型電子天平;N-EVAPTM 111 型氮吹儀;Oasis MCX 型混合型強(qiáng)陽離子交換固相萃取柱(3 mL,60 mg)。

肉堿外消旋體標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1.0 g·L－1,稱取0.01 g(精確至0.1 mg)肉堿,用無水乙醇溶解并定容至10 mL容量瓶中。

肉堿外消旋體標(biāo)準(zhǔn)溶液:100 mg·L－1,取適量肉堿外消旋體標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,用無水乙醇稀釋配制成100 mg·L－1的肉堿外消旋體標(biāo)準(zhǔn)溶液。

兩種肉堿對(duì)映體的單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1.0 g·L－1,分別稱取0.01 g(精確至0.1 mg)D-肉堿和L-肉堿,用無水乙醇溶解并定容至10 mL容量瓶中。

兩種肉堿對(duì)映體的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:取一定量的兩種肉堿對(duì)映體的單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,用無水乙醇逐級(jí)稀釋配制成0.50,1.00,2.00,5.00,20.00 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

衍生試劑溶液:4.5 g·L－1,稱取0.45 gL-丙氨酸-β-萘胺,用乙腈溶解并定容至100 mL。

催化劑Ⅰ:稱取0.50 g三乙胺,用三氯甲烷溶解并定容至100 mL。

催化劑Ⅱ:稱取0.50 g氯甲酸丁酯,用三氯甲烷溶解并定容至100 mL。

反應(yīng)終止液:50 mmol·L－1,稱取0.42 g碳酸氫鈉,用水溶解并定容至100 mL。

L-丙氨酸-β-萘胺、肉堿外消旋體的純度不小于98.0%;D-肉堿和L-肉堿的純度分別為99.8%和99.0%。

乙腈、甲醇、無水乙醇均為色譜純;氨水、鹽酸、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、三氯甲烷、三乙胺、氯甲酸丁酯均為優(yōu)級(jí)純;其他所用試劑均為分析純;試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

Acquity Trefoil CEL1手性色譜柱(150 mm×3.0 mm,2.5μm),填料為纖維素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯),柱溫40 ℃;系統(tǒng)背壓13.8 MPa;進(jìn)樣量5μL;檢測(cè)波長244 nm;流動(dòng)相A 為超臨界二氧化碳,B 為含1%(體積分?jǐn)?shù))氨水的甲醇溶液。梯度洗脫程序:0～7 min 時(shí),B 為10%;7～9 min時(shí),B 由10%升至28%,保持3 min;12～13 min時(shí),B 由28%降至10%,保持1 min;流量1.0 mL·min－1。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品的提取

稱取5.0 g(精確至0.01 g)嬰幼兒配方乳粉樣品于50 mL容量瓶中,加入0.1 mol·L－1鹽酸溶液20 mL,渦旋1 min混勻,超聲5 min充分溶解樣品。加入1 mol·L－1氫氧化鉀溶液5 mL,渦旋3 min混勻,60 ℃水浴皂化30 min,冷卻至室溫,加入1 mol·L－1鹽酸溶液5 mL,渦旋1 min 混勻,以0.1 mol·L－1鹽酸溶液定容至50 mL。取1 mL 提取液于15 mL 離心管中,加入9 mL 乙腈,渦旋1 min混勻后,移取1.5 mL 于2 mL 離心管中,在15 000 r·min－1轉(zhuǎn)速下離心5 min,取上清液備用。

1.3.2 樣品的凈化

依次用3 mL 甲醇、3 mL 水和10 mmol·L－1鹽酸溶液3 mL活化固相萃取柱。取1 mL 上清液注入活化好的固相萃取柱中,用10 mmol·L－1鹽酸溶液3 mL 淋洗,棄去全部淋洗液,真空抽柱1 min,用含4%(體積分?jǐn)?shù))氨水的甲醇溶液2 mL洗脫,洗脫液收集在15 mL離心管中,在40 ℃下氮吹至近干,取殘?jiān)鼈溆谩?/p>

1.3.3 樣品的衍生

在殘?jiān)屑尤?.5 mL 衍生試劑溶液,超聲1 min,再依次加入0.5 mL催化劑Ⅰ和0.5 mL催化劑Ⅱ,渦旋3 min混勻,在20 ℃靜置60 min。加入2.0 mL反應(yīng)終止液,渦旋3 min混勻,以5 000 r·min－1轉(zhuǎn)速離心5 min,移取上層水相于100 mL 濃縮瓶中,于40 ℃濃縮至近干,加入1 mL無水乙醇,渦旋3 min充分溶解殘?jiān)?過0.22μm 有機(jī)濾膜,濾液供UPC2分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法的可行性

取100 mg·L－1肉堿外消旋體標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2 mL,按照試驗(yàn)方法衍生并測(cè)定,并與D-肉堿和L-肉堿的色譜圖進(jìn)行比對(duì),結(jié)果見圖2。

圖2 肉堿外消旋體、D-肉堿和L-肉堿的色譜圖Fig.2 Chromatograms of carnitine racemate,D-carnitine and L-carnitine

由圖2可知:兩種肉堿對(duì)映體在11.0 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了有效分離,經(jīng)與D-肉堿和L-肉堿的色譜圖的比對(duì),確定10.5～11.0 min內(nèi)出峰的兩種物質(zhì)分別為D-肉堿、L-肉堿。以二者各自峰面積占總峰面積的比值計(jì)算各自含量,其中D-肉堿所占比例為51.2%,L-肉堿所占比例為48.8%。

2.2 凈化小柱的選擇

按照試驗(yàn)方法考察了容量相同的Oasis WCX型混合型弱陽離子交換固相萃取柱(記為WCX 凈化小柱)、Oasis HLB型聚合物固相萃取小柱(記為HLB凈化小柱)、Oasis MCX 型混合型強(qiáng)陽離子交換固相萃取柱(記為MCX 凈化小柱)對(duì)空白加標(biāo)樣品(加標(biāo)量200 mg·kg－1)的凈化效果,結(jié)果見圖3。

圖3 凈化小柱對(duì)兩種肉堿對(duì)映體凈化效果的影響Fig.3 Effect of purification cartridge on the purification effect of two carnitine enantiomers

由圖3可知:經(jīng)過WCX 和HLB凈化小柱凈化后,樣品溶液的色譜圖中未見肉堿對(duì)映體的色譜峰,而以MCX 凈化小柱凈化的樣品溶液的色譜圖中兩種肉堿對(duì)映體色譜峰的分離度較好,因此試驗(yàn)選擇MCX 凈化小柱凈化樣品。

2.3 衍生反應(yīng)條件的選擇

氯甲酸乙酯[13]、氯甲酸丁酯[20]均可用作衍生反應(yīng)的催化劑,由于氯甲酸乙酯毒性強(qiáng)、沸點(diǎn)低,且不易購買,試驗(yàn)選擇氯甲酸丁酯作衍生反應(yīng)的催化劑。

試驗(yàn)還考察了衍生試劑溶液的用量對(duì)衍生效果的影響。取3份20.00 mg·L－1兩種肉堿對(duì)映體的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL于3個(gè)離心管中,吹氮至近干后,分別加入0.5 mL 不同質(zhì)量濃度(4.5,9.0,13.5 g·L－1)的衍生試劑溶液,按照試驗(yàn)方法衍生并測(cè)定。結(jié)果顯示:測(cè)定值隨著衍生試劑溶液質(zhì)量濃度的增加并沒有明顯增加,因此試驗(yàn)選擇的衍生試劑溶液的質(zhì)量濃度為4.5 g·L－1。

試驗(yàn)還考察了衍生溫度分別為4,20,40,60℃,衍生時(shí)間分別為10,30,60,90 min時(shí)對(duì)兩種肉堿對(duì)映體測(cè)定值的影響,結(jié)果見圖4。

圖4 衍生溫度和衍生時(shí)間對(duì)兩種肉堿對(duì)映體質(zhì)量濃度的影響Fig.4 Effect of derivatization temperature and time on mass concentration of two carnitine enantiomers

由圖4可知:兩種肉堿對(duì)映體的質(zhì)量濃度先隨衍生溫度的升高而迅速增加;當(dāng)衍生溫度為20 ℃時(shí),質(zhì)量濃度較大;衍生溫度繼續(xù)增加,質(zhì)量濃度急劇減少。因此,試驗(yàn)選擇的衍生溫度為20℃。兩種肉堿對(duì)映體的質(zhì)量濃度先隨衍生時(shí)間的延長而增加;當(dāng)衍生時(shí)間不小于60 min時(shí),質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定。因此,試驗(yàn)選擇的衍生時(shí)間為60 min。

2.4 色譜柱的選擇

兩種肉堿對(duì)映體結(jié)構(gòu)相似,很難進(jìn)行拆分和色譜分離,因此試驗(yàn)分別考察了相同規(guī)格的Acquity Trefoil AMY1色譜柱、Acquity Trefoil CEL1色譜柱和Acquity Trefoil CEL2色譜柱等3種手性色譜柱對(duì)兩種肉堿對(duì)映體分離效果的影響。取3 份20.00 mg·L－1兩種肉堿對(duì)映體的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL于3個(gè)離心管中,氮吹至近干后,按照試驗(yàn)方法衍生并測(cè)定,結(jié)果見圖5。

圖5 3種手性色譜柱對(duì)兩種肉堿對(duì)映體分離效果的影響Fig.5 Effect of 3 chiral chromatographic columns on the separation effect of two carnitine enantiomers

由圖5 可知:以Acquity Trefoil AMY1 色譜柱、Acquity Trefoil CEL2色譜柱分離時(shí),兩種肉堿對(duì)映體不能實(shí)現(xiàn)完全分離,且色譜峰峰形差;以Acquity Trefoil CEL1色譜柱分離時(shí),分離度較好,且色譜峰峰形尖銳。因此,試驗(yàn)選擇Acquity Trefoil CEL1色譜柱分離兩種肉堿對(duì)映體。

2.5 系統(tǒng)背壓和柱溫的選擇

試驗(yàn)采用的流動(dòng)相A 為超臨界二氧化碳,可通過調(diào)整系統(tǒng)背壓和柱溫改變二氧化碳的密度,進(jìn)而改變其對(duì)目標(biāo)物的溶解能力、洗脫能力和選擇性。

首先考察了系統(tǒng)背壓分別為10.3,13.8,17.2,20.7 MPa時(shí)對(duì)兩種肉堿對(duì)映體分離效果的影響。結(jié)果顯示:目標(biāo)物的出峰時(shí)間隨著系統(tǒng)背壓的升高而縮短;當(dāng)系統(tǒng)背壓為10.3 MPa時(shí),兩種肉堿對(duì)映體色譜峰的展寬比較明顯;當(dāng)背壓升高至13.8 MPa時(shí),兩種肉堿對(duì)映體的分離度較好,色譜峰峰形比較對(duì)稱;當(dāng)背壓升高至17.2 MPa時(shí),兩種肉堿對(duì)映體的分離度降低;當(dāng)背壓升高至20.7 MPa時(shí),系統(tǒng)出現(xiàn)超壓報(bào)警。綜合考慮色譜峰峰形及分離度,試驗(yàn)選擇的系統(tǒng)背壓為13.8 MPa。

Acquity Trefoil CEL1手性色譜柱的最高推薦運(yùn)行溫度為40 ℃,而二氧化碳在溫度超過31 ℃且壓力超過7.38 MPa時(shí)才會(huì)進(jìn)入超臨界二氧化碳狀態(tài),因此試驗(yàn)考察了柱溫分別為31,35,40℃時(shí)對(duì)兩種對(duì)映體分離效果的影響,結(jié)果見圖6。

由圖6可知:隨著柱溫升高,兩種肉堿異構(gòu)體的分離度有所增大,出峰時(shí)間逐漸延長,這是由于隨著柱溫的升高,二氧化碳超臨界流體的黏度降低、密度減小、溶劑化能力降低,超臨界流體對(duì)目標(biāo)物的溶解及交換能力減弱,目標(biāo)物的出峰時(shí)間延長;當(dāng)柱溫為31,35 ℃時(shí),兩種肉堿對(duì)映體的分離度不佳;當(dāng)柱溫為40 ℃時(shí),兩種肉堿對(duì)映體的分離度較好,且在11.0 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的基線分離。因此,試驗(yàn)選擇的柱溫為40 ℃。

圖6 柱溫對(duì)兩種肉堿對(duì)映體分離效果的影響Fig.6 Effect of column temperature on the separation effect of two carnitine enantiomers

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線和測(cè)定下限

按照儀器工作條件測(cè)定兩種肉堿對(duì)映體的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,以兩種肉堿對(duì)映體的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示:兩種肉堿對(duì)映體標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍均為0.25～10.00 mg·L－1(衍生后稀釋了1倍),線性回歸方程分別為y＝4.607×104x－2.723×103和y＝4.800×104x－5.499×103,相關(guān)系數(shù)均為0.999 3。

按照試驗(yàn)方法分析空白加標(biāo)樣品(加標(biāo)量為25 mg·kg－1),以10 倍信噪比(S/N)計(jì)算測(cè)定下限(10S/N),L-肉堿和D-肉堿的測(cè)定下限均為25 mg·kg－1。

2.7 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)空白樣品進(jìn)行3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平平行測(cè)定6次,計(jì)算回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表1。

表1 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.1 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表1 可知,兩種肉堿對(duì)映體的回收率為93.0%～110%,RSD 為3.9%～5.5%,符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[21]的要求。

2.8 方法比對(duì)

按照試驗(yàn)方法分析實(shí)際樣品,并同國家標(biāo)準(zhǔn)GB 29989－2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 嬰幼兒食品和乳品中左旋肉堿的測(cè)定》中分光光度法的結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),在實(shí)際樣品中均未檢出D-肉堿,所檢出的L-肉堿的結(jié)果見表2。

表2 方法比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of test for method comparison

由表2可知:本方法的測(cè)定值均符合食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 28050－2011《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品營養(yǎng)標(biāo)簽通則》[22]和GB 13432－2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝特殊膳食用食品標(biāo)簽》[23]規(guī)定的營養(yǎng)成分的實(shí)際含量不小于標(biāo)示值80%的要求(未標(biāo)識(shí)的除外);采用F檢驗(yàn)法比較了兩種方法的顯著性差異,所得p值大于0.05,說明兩種方法無顯著性差異,測(cè)定結(jié)果基本一致。

本工作建立了UPC2拆分并測(cè)定嬰幼兒配方乳粉中D-肉堿和L-肉堿含量的方法。該方法精密度和準(zhǔn)確度較好,可用于嬰幼兒配方乳粉中的D-肉堿和L-肉堿含量的監(jiān)控。