CN102288688B - 一种利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法。该方法包括：高效液相离子交换色谱系统与色谱条件的确定、低聚木糖标准工作方程的测定、木七糖和木八糖的色谱保留时间确定和低聚木糖成分的分析与测定。本发明的利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，首次建立了高效液相离子交换色谱精确定量测定低聚木糖的方法，采用CarboPacTM PA200（3×250m）色谱柱，通过醋酸钠和氢氧化钠二元梯度洗脱显著提高了木糖及各种低聚木糖组分之间的分离度及检测效率，实现对低聚木糖样品，尤其是木二糖至木六糖组分的精确定量测定，及对木七糖和木八糖类糖组分的定性分析，对于低聚木糖产品的检测评价和推广应用具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种低聚木糖的测定方法，特别涉及一种利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法。
背景技术
低聚木糖是一类聚合度为2～8的β-1,4-木糖苷键连接而成的低聚糖的总称，作为一种新型功能性的低聚糖，低聚木糖是一种高效的人体和动物的双歧因子和免疫增强剂，具有良好的调节肠道微生态和激活机体免疫功能等多种保健促生功能，可广泛应用于医药、食品、饮料和饲料等行业。
低聚木糖的制备方法主要有木聚糖定向酶降解、蒸汽爆破等方法，所得到的产品中均为包括一系列聚合度不同的各种低聚木糖组分的混合物。目前，低聚木糖的糖组分分析和含量测定主要采用下述几种方法：
（1）将低聚木糖经强酸加热水解后生成木糖，再以显色剂或高效液相色谱仪测木糖量，然后换算成低聚木糖，所采用的色谱柱主要有Nova-Pak 250×3.9（4μm）（见CN100422736C）、Bio-Rad Aminex HPX-87H （见GB/T23747-2009）或HPX-87P等；
（2）采用活性炭柱层析、硅胶薄层析（见CN101632877A）或高效液相色谱法分离和测定低聚木糖中各种糖组分，主要采用的色谱柱为Bio-Rad Aminex HPX-42A；
（3）采用气质联动法测定。
其中，高效液相色谱法是当前低聚木糖产品分析和检测应用较为广泛的一种方法。
方法（1）采用强酸加热水解法将所有的低聚木糖均水解成木糖，无法区分和定量测定不同代聚木糖组分；方法（2）由于低聚木糖的各种糖组分的分子结构相近、分子量差异较小，现有的薄层析和高效液相色谱法都难以实现聚合度相邻的低聚木糖组分的直接有效分离，也难以对不同低聚木糖组分进行定量测定；方法（3）的需要对糖进行衍生化处理，操作复杂，测试成本较高。同时，由于缺乏木七糖等聚合度更高的低聚木糖标准样品，对产品中这些低聚木糖组分定性和定量分析较为困难。上述各种低聚木糖的测定方法均存在着操作步骤繁琐、糖组分的分离度不高、结果重现性差或检测成本昂贵等不足；
因此，研究和开发一种准确和快速的低聚木糖的定性分析和定量测定方法，对于该类产品的检验评价和推广应用具有重要的意义。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高效液相离子交换色谱定性分析和定量测定低聚木糖的方法，以实现对低聚木糖样品，尤其是木糖至木八糖类糖组分的快速高效定性分析和精确定量检测。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，包括以下步骤：
（1）高效液相离子交换色谱系统与色谱条件：
美国Dionex ICS-3000 离子色谱系统，采用CarboPacTM PA200（3×250m）色谱柱带保护柱（3×50mm），柱温30℃，自动上样，进样体积10.0μL；以500mmol/L醋酸钠和100mmol/L氢氧化钠为淋洗液进行二元梯度淋洗，流速为0.3mL/min，在0～40min内醋酸钠溶液淋洗的浓度梯度为0～120mmol/L；电化学检测器检测模式为金工作电极和pH-Ag/AgCl复合型参比电极，采用积分脉冲安培检测法和色谱峰面积积分法测定糖组分的含量；
（2）低聚木糖标准工作方程的测定：
将木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖标准品配制成0.5～10 mg/L的标准溶液，采用步骤（1）中的色谱条件测定木糖至木六糖的标准工作方程和RT；
（3）木七糖和木八糖的色谱保留时间的确定：
以木糖至木六糖的NDP与步骤（2）测定的RT，进行线性回归计算出RT与NDP之间的线性关系式为：RT（min）=2.5785×NDP+1.9726，相关系数R2=0.9952；由该线性关系式计算出木七糖和木八糖的色谱保留时间；
（4）低聚木糖成分的分析与测定：
将低聚木糖待测样品充分溶解于25～30℃的蒸馏水中，定容并调节待测低聚木糖组分的浓度1.0～8.0mg/L，在10000rpm条件下离心5min后以0.2μm微滤膜过滤上清液得样品液，采用步骤（1）中的色谱条件进行色谱检测；采用步骤（2）和（3）进行木二糖至木六糖的定量测定，及木七糖和木八糖的定性分析。
步骤（2）中，所述的标准工作方程为：
木糖A=3.5218c1－0.0193；
木二糖A=3.0798c2－0.1026；
木三糖A =1.5199c3－0.0031；
木四糖A =1.7209c4－0.1158；
木五糖A =1.3676c5－0.1513；
木六糖A =1.0952c6－0.1537；
上述标准工作方程中，A表示色谱峰面积（nC??min），c表示糖组分的浓度（mg/L）。
步骤（3）中，木七糖和木八糖的色谱保留时间分别为20.023min和22.601min。
高效离子交换色谱法主要将高效液相色谱技术与离子交换技术相结合，以具有大孔或薄壳型或多孔表面层结构的离子交换树脂作为色谱填料，借助物质在离子树脂与淋洗液之间的解离和分配差异达到迅速、连续、高效和灵敏分离检测的效果。高效离子交换色谱柱具有广pH范围、易再生和使用寿命长的优点，对分析样品的适用性强，广泛应用于离子、有机物的定性分析和定量测定。糖类分子本身含有多羟基，具有电化学活泼性和解离能力，如中性糖类（解离常数pKa）在pH12~14的强碱溶液中即可以解离成弱酸根离子化状态，因此在高pH值的淋洗液中它们部分或全部以阴离子形式存在，可以在阴离子交换柱上被保留并得到分离。聚合度相近的聚糖类组分的分子量彼此相近，分子结构相同，在普通的色谱中容易形成共洗脱，难于实现高效分离，而在高效液相离子色谱系统中可根据它们不同的离解行为，通过梯度淋洗改变流动相的pH值，使之达到各种糖组分相应的pK值从而实现有效的分离。同时，离子色谱法检测糖所使用的金电极脉冲安培检测器（PAD），检测的灵敏度可达到pmol／L糖，并且不需衍生反应和复杂的样品纯化处理。因而，高效离子交换色谱相对于普通的高效液相色谱而言，更适宜于低聚糖类的分离和检测。
本发明的利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，正是基于上述的高效离子交换色谱法本身特点和糖类本身的性质邮寄结合，将木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖的标准品配制成标准溶液后，在给定的高效液相离子交换色谱系统与色谱条件下测出木糖至木六糖的标准工作方程，然后将低聚木糖待测样品在同样的高效液相离子交换色谱系统与色谱条件下进行测定，并根据标准工作方程换算获得待测样品的定量测定值。
有益效果：本发明的利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，与现有的木糖测定方法相比，具有的优点包括：首次建立了高效液相离子交换色谱精确定量测定低聚木糖的方法，采用CarboPacTM PA200（3×250m）色谱柱，通过醋酸钠和氢氧化钠二元梯度洗脱显著提高了木糖及各种低聚木糖组分之间的分离度及检测效率，实现对低聚木糖样品，尤其是木二糖至木六糖组分的精确定量测定，及对木七糖和木八糖类糖组分的定性分析，对于低聚木糖产品的检测评价和推广应用具有重要的意义。
附图说明
图1为木糖至木六糖标准样品的高效液相离子交换色谱测定的图谱。图中横坐标表示木糖和低聚木糖各种组分的保留时间RT（min），纵坐标表示电化学检测器所检测得到脉冲安培信号（nC）。
图2为木糖至木六糖标准样品的色谱峰保留时间与它们的聚合度之间的线性关系，图中横坐标表示木糖至木六糖的聚合度NDP，纵坐标表示木糖至木六糖各种组分的色谱峰保留时间RT（min）。
图3为低聚木糖实际样品的高效液相离子交换色谱测定的图谱。图中横坐标表示木糖和低聚木糖各种组分的保留时间RT（min），纵坐标表示电化学检测器所检测得到脉冲安培信号（nC）。
图4是木糖至木六糖高效液相离子交换色谱标准工作方程测定数据表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明最进一步的解释。
实施例1 高效液相离子交换色谱系统与色谱条件
高效液相离子交换色谱系统：美国Dionex ICS-3000 离子色谱系统，配备双泵（DP）内置真空脱气模块、电化学检测器（ED）和自动进样器（AS40），色谱系统的运行软件采用Chromeleon 6.70色谱工作站，色谱条件：色谱柱：CarboPacTM PA200（3×250m）色谱柱带保护柱（3×50mm）；柱温：30℃；进样体积：10.0 μL；
淋洗条件：以500 mmol/L醋酸钠和100mmol/L氢氧化钠为淋洗液进行二元梯度淋洗，流速为0.3mL/min，在0~40min内醋酸钠溶液淋洗的浓度梯度为0~120 mmol。
信号检测：电化学检测器检测模式为金工作电极和pH-Ag/AgCl复合型参比电极，采用积分和脉冲安培检测法和色谱峰面积积分法测定木糖至木六糖的含量，木糖和低聚木糖组分测定的标准四电位波形如表1所示。
表1木糖和低聚木糖组分测定的标准四电位波形
| 时间(min) | 电位(V) | 积分 |
| 0.00 | 0.10 | |
| 0.20 | 0.10 | on |
| 0.40 | 0.10 | off |
| 0.41 | -2.00 | |
| 0.42 | -2.00 | |
| 0.43 | 0.60 | |
| 0.44 | -0.10 | |
| 0.50 | -0.10 |
实施例2 低聚木糖标准工作方程的测定
测定低聚木糖的标准工作方程：将木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖的标准品（爱尔兰Megazyme公司产，纯度>95%）配制成0.5～10mg/L的标准溶液，采用上述高效液相离子交换色谱系统和色谱条件测定木糖至木六糖的标准工作方程，测定结果如图1和图4所示。
色谱峰保留时间RT（min）：木糖4.600，木二糖6.667，木三糖9.934，木四糖12.684，木五糖15.000，木六糖17.100。
标准工作方程：
木糖A=3.5218c1－0.0193，相关系数R2=0.9989；
木二糖A=3.0798c2－0.1026，相关系数R2=0.9998；
木三糖A =1.5199c3－0.0031，相关系数R2=0.9997；
木四糖A =1.7209c4－0.1158，相关系数R2=0.9990；
木五糖A =1.3676c5－0.1513，相关系数R2=0.9998；
木六糖A =1.0952c6－0.1537，相关系数R2=0.9996；
标准工作方程中，A表示色谱峰面积（nC??min），c表示糖组分的浓度（mg/L）。
检出限（mg/L）：木糖0.050，木二糖0.072，木三糖0.111，木四糖0.070，木五糖0.064，木六糖0.096。
定量限（mg/L）：木二糖0.239，木三糖0.371，木四糖0.235，木五糖0.214，木六糖0.324。
精密度（%）：保留时间相对偏差≤0.20%，峰面积相对偏差≤1.36%。
加标回收率：98.46％～100.02％。
实施例3 木七糖和木八糖的色谱保留时间确定
以木糖至木六糖的聚合度值（NDP）与色谱保留时间值（RT，min）进行线性回归，结果如图2所示，可计算出RT与NDP之间的线性关系式为：
RT（min）=2.5785×NDP+1.9726，相关系数R2=0.9952。
由该线性关系式推算出木七糖和木八糖的色谱保留时间分别为20.023min和22.601min，可用于低聚木糖样品中木七糖和木八糖组分的定性分析与鉴定。
实施例4 实际低聚木糖产品的成分分析与测定
低聚木糖样品的预处理：将待测的低聚木糖样品充分溶解于25～30℃蒸馏水中，定容并调节待测低聚木糖组分的浓度为1.0～8.0mg/L，在10000rpm条件下离心5min后以0.2μm微滤膜过滤上清液得样品液，再转入色谱仪自动上样瓶进行色谱测定。
分析和定量测定低聚木糖样品：采用外标法以上述木糖至木六糖的标准方程定性分析和定量测定低聚木糖样品中的木糖至木六糖的含量。
由图3可知，采用CarboPacTM PA200（3×250m）色谱柱，柱温30℃、进样体积10.0μL，以500mmol/L 醋酸钠和100mmol/L 氢氧化钠为淋洗液进行二元梯度淋洗，流速为0.3mL/min，在0~40min内醋酸钠溶液淋洗的浓度梯度为0~120mmol，实际低聚木糖产品中木糖至木八糖等八种组分都能够实现高效，快速地分离和检测，利用实施例2中的标准方程，可以对木二糖至木六糖组分的含量定量测定。样品低聚木糖实际测定的结果（质量比）为：木糖1.50%、木二糖14.26%、木三糖10.74%、木四糖3.93%、木五糖0.57%、木六糖0.12%。
Claims (3)
1.一种利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）高效液相离子交换色谱系统与色谱条件：
美国Dionex ICS-3000 离子色谱系统，采用CarboPacTM PA200 3×250m色谱柱带保护柱3×50mm，柱温30℃，自动上样，进样体积10.0μL；以500mmol/L醋酸钠和100mmol/L氢氧化钠为淋洗液进行二元梯度淋洗，流速为0.3mL/min，在0～40min内醋酸钠溶液淋洗的浓度梯度为0～120mmol/L；电化学检测器检测模式为金工作电极和pH-Ag/AgCl复合型参比电极，采用积分脉冲安培检测法和色谱峰面积积分法测定糖组分的含量；
（2）低聚木糖标准工作方程的测定：
将木糖、木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖标准品配制成0.5～10 mg/L的标准溶液，采用步骤（1）中的色谱条件测定木糖至木六糖的标准工作方程和RT；
（3）木七糖和木八糖的色谱保留时间的确定：
以木糖至木六糖的聚合度NDP与步骤（2）测定的保留时间RT，进行线性回归计算出保留时间RT与聚合度NDP之间的线性关系式为：保留时间RT（min）=2.5785×聚合度NDP+1.9726，相关系数R2=0.9952；由该线性关系式计算出木七糖和木八糖的色谱保留时间；
（4）低聚木糖成分的分析与测定：
将低聚木糖待测样品充分溶解于25～30℃的蒸馏水中，定容并调节待测低聚木糖组分的浓度1.0～8.0mg/L，在10000rpm条件下离心5min后以0.2μm微滤膜过滤上清液得样品液，采用步骤（1）中的色谱条件进行色谱检测；采用步骤（2）和（3）进行木二糖至木六糖的定量测定，及木七糖和木八糖的定性分析。
2.根据权利要求1所述的利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的标准工作方程为：
木糖A=3.5218c1－0.0193；
木二糖A=3.0798c2－0.1026；
木三糖A =1.5199c3－0.0031；
木四糖A =1.7209c4－0.1158；
木五糖A =1.3676c5－0.1513；
木六糖A =1.0952c6－0.1537；
上述标准工作方程中，A表示色谱峰面积（nC·min），c表示糖组分的浓度（mg/L）。
3.根据权利要求1所述的利用高效液相离子交换色谱测定低聚木糖的方法，其特征在于，步骤（3）中，木七糖和木八糖的色谱保留时间分别为20.023min和22.601min。
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