CN103675181A - 气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,属于生物化学检验测定技术领域。本发明检测方法步骤包括:(1)取发酵液,高速离心,分别收集细胞和细胞外液;(2)细胞内代谢物样品制备,将收集的菌体用生理盐水清洗,冷甲醇溶解后超声破碎,低温萃取,离心收集萃取上清液,加入内标物,低温真空烘干;(3)细胞外液样品制备,用乙腈除去胞外液中蛋白,涡旋振荡,再离心收集上清,加入内标物,低温真空烘干;(4)样品衍生,加入糖衍生剂、氨基酸衍生剂;(5)气相色谱-质谱分析和数据采集。本发明具有样品处理简单,操作简便,检测时间短,灵敏度高,检测结果重复性高,可实现多个样品制备等优点。
Description
技术领域
本发明属于生物化学检验测定技术领域,特别是涉及一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法。
背景技术
在利用气相色谱-质谱检测有机酸代谢物方面,目前已有相关技术报道,如专利201210046953.2,公布了一种气相色谱-质谱检测尿有机酸的方法,包括如下步骤:(1)对待检尿液样本完成尿酶处理;(2)加入内标品,采用冷冻乙醇进行沉淀蛋白的处理,将样本吹干;(3)对上述样本进行甲基硅烷化衍生处理;(4)采用上述1-3的步骤处理标准有机酸,得到标准有机酸样本;(5)采用气相色谱-质谱联用仪对标准有机酸样本和待检尿液样本进行检测;(6)以标准有机酸样本的检测结果作为参比曲线,用常规算法对待检尿液样本的有机酸进行定量。该专利发明主要应用领域为尿样检测,且该检测方法仅局限于有机酸代谢物的检测。
对于发酵液中微生物胞内、胞外代谢物的检测研究,可以揭示微生物在发酵条件下的代谢规律,尤其是发酵条件对于微生物目标产物的影响规律。掌握微生物的代谢规律可以不仅有利的促进目标产物的产量提升,而且可确定菌体内的代谢通量分布,进而利用基因工程手段实现菌体内代谢途径的优化与重构,实现目标产物高效生物合成。
目前对于发酵液中的代谢物分析检测方法局限用于特定某类物质,不可实现多类代谢物同时检测。由于发酵液中各成分含量复杂多样,对于样品的处理方法很关键,目前还没有相关发酵液中细胞内、细胞外代谢物的系统处理检测方法,使得开发一种更为灵敏的、广谱的、通用的发酵代谢物检测方法,鉴定各种谱峰对映的化合物结构,以及与其它虚拟模型的整合,成为微生物代谢组研究的热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,弥补目前在微生物发酵中对代谢物系统检测方法的空白,克服现有检测技术干扰因素很多、操作繁琐、测试成本高、灵敏度低、检测范围窄等缺点。
本发明的方案是通过这样实现的:一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,检测方法步骤包括:
(1)取发酵液,高速离心,分别收集菌体和上清液Ⅰ。
(2)细胞内代谢物样品制备:取步骤1)得到的菌体,用生理盐水清洗2~3次,冷甲醇溶解后超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,离心收集50~200ul萃取后裂解上清液Ⅱ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅱ体积与内标物核糖醇重量比例为50~200ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ。
(3)细胞外液样品制备:取60~350ul步骤1)得到的上清液Ⅰ,在清液Ⅰ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅰ与乙腈体积比为1:0.5~1.5,涡旋振荡,再离心收集上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为50~300ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ。
(4)样品衍生:在步骤2)和步骤3)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入50~150ul糖衍生剂,恒温放置1.5~4h,再分别加入50~150ul氨基酸衍生剂,恒温放置过夜,衍生完毕,
分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ。
(5)利用气相色谱-质谱对步骤4)得到的待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ,分别进行分析和数据采集。
作为本发明的进一步改进,所述菌体其取样量为用冷甲醇溶解后生物量干重达0.2~1.0g/ml;所述的冷甲醇为经过冷浴槽预冷至-40℃;所述低温萃取为-40℃至-50℃下萃取2~7h。
作为本发明的进一步改进,所述糖衍生剂为0.1~0.3mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得;所述氨基酸衍生剂为50~200ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中。
作为本发明的进一步改进,所述气相色谱-质谱其仪器分析条件为:气相色谱:色谱柱为30 m×0.25 mm的HP-5MS或者DB-5MS毛细管柱,进样口温度300℃,检测器温度250℃,柱箱升温程序平衡时间3 min→80℃维持1min →2℃/min升温至100℃→15℃/min升温至220℃→30℃/min升温至300℃→300℃维持3 min,进样体积1μL;质谱:离子源EI,检测器为四级杆,电离能70 eV,离子源表面温度280℃。
作为本发明的进一步改进,该方法应用于检测酵母菌、乳酸菌、梭菌、霉菌的生物发酵过程中的发酵液中细胞内外液的有机酸、氨基酸、糖。
作为本发明的进一步改进,其特征在于,所述有机酸为琥珀酸、苹果酸、柠檬酸、丙酮酸、富马酸;所述氨基酸为谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸、天门冬酰胺、酪氨酸、脯氨酸;所述糖为葡萄糖、果糖、木糖。
本发明的实质性特点和显著进步是:(1)该方法可以同步检测发酵液中细胞内和细胞外中有机酸、氨基酸、糖类物质的检测,不需要对发酵液进行多次复杂处理,节约时间和简化操作步骤,及时得到发酵过程中微生物代谢规律,分析胞内外代谢流量。(2)该方法采用冷甲醇萃取细胞内代谢物法,其萃取效果优良,获得细胞内较多代谢物种类,有利于代谢规律的分析。(3)样品分析得到的色谱峰分析效果良好,可对谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸、天门冬酰胺、酪氨酸、脯氨酸等氨基酸,琥珀酸、苹果酸、柠檬酸、丙酮酸、富马酸等有机酸,葡萄糖、果糖、木糖等糖类,实现检测。
附图说明
图1.GC-MS检测图谱。图中1为丙二酸; 2为甘氨酸;3为色氨酸;4为丙氨酸;5为甘油;6为丙二醇;7为丁二醇;8为木糖醇;9为核糖醇;10为脯氨酸;11为4-氨基丁酸;12为树胶糖酸;13为酮戊二酸;14为琥珀酸;15为乳酸。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法进一步的描述,这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。
以下实施例中离心条件为:-4℃下10000 rpm离心10 min。
以下实施例中气相色谱-质谱其仪器分析条件为:气相色谱:色谱柱为30 m×0.25 mm的HP-5MS或者DB-5MS毛细管柱,进样口温度300℃,检测器温度250℃,柱箱升温程序平衡时间3 min→80℃维持1min →2℃/min升温至100℃→15℃/min升温至220℃→30℃/min升温至300℃→300℃维持3 min,进样体积1μL;质谱:离子源EI,检测器为四级杆,电离能70 eV,离子源表面温度280℃。
以下实施例皆可实现对谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸、天门冬酰胺、酪氨酸、脯氨酸等氨基酸,琥珀酸、苹果酸、柠檬酸、丙酮酸、富马酸等有机酸,葡萄糖、果糖、木糖等糖类进行检测。
实施例1
取酵母菌发酵液。
(1)细胞内代谢物样品制备:取5ml发酵液,离心得到菌体,用生理盐水清洗菌体2次,-40℃冷甲醇溶解后生物量干重达0.2g/ml,超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,低温条件为:-40℃至-50℃下萃取4h,离心收集150ul萃取后裂解上清液Ⅰ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅰ体积与内标物核糖醇重量比例为150ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ。
(2)细胞外液样品制备:取发酵液,离心得到上清液Ⅱ,取300ul上清液Ⅱ,在清液Ⅱ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅱ与乙腈体积比为1:1.2,涡旋振荡,再离心收集得上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为100ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ。
(3)样品衍生:在步骤1)和步骤2)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入100ul糖衍生剂(糖衍生剂为0.1mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得),恒温放置1.5h,再分别加入100ul氨基酸衍生剂(氨基酸衍生剂为100ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中配制而得),恒温放置过夜,衍生完毕,分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ。
(4)按照气相色谱-质谱其仪器分析条件,对待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ进行分析和数据采集。
检测结果如图1。由于衍生作用,图中8为木糖衍生后形成的木糖醇。
实施例2
取乳酸菌发酵液。
(1)细胞内代谢物样品制备:取5ml发酵液,离心得到菌体,用生理盐水清洗菌体3次,-40℃冷甲醇溶解后生物量干重达1.0g/ml,超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,低温条件为:-40℃至-50℃下萃取5h,离心收集100ul萃取后裂解上清液Ⅰ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅰ体积与内标物核糖醇重量比例为100ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ。
(2)细胞外液样品制备:取发酵液,离心得到上清液Ⅱ,取350ul上清液Ⅱ,在清液Ⅱ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅱ与乙腈体积比为1:0.7,涡旋振荡,再离心收集得上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为200ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ。
(3)样品衍生:在步骤1)和步骤2)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入50ul糖衍生剂(糖衍生剂为0.3mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得),恒温放置2.0h,再分别加入150ul氨基酸衍生剂(氨基酸衍生剂为150ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中配制而得),恒温放置过夜,衍生完毕,分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ。
(4)按照气相色谱-质谱其仪器分析条件,对待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ进行分析和数据采集。
实施例3
取梭菌发酵液。
(1)细胞内代谢物样品制备:取5ml发酵液,离心得到菌体,用生理盐水清洗菌体3次,-40℃冷甲醇溶解后生物量干重达0.6g/ml,超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,低温条件为:-40℃至-50℃下萃取3h,离心收集200ul萃取后裂解上清液Ⅰ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅰ体积与内标物核糖醇重量比例为200ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ。
(2)细胞外液样品制备:取发酵液,离心得到上清液Ⅱ,取60ul上清液Ⅱ,在清液Ⅱ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅱ与乙腈体积比为1:1.5,涡旋振荡,再离心收集得上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为50ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ。
(3)样品衍生:在步骤1)和步骤2)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入150ul糖衍生剂(糖衍生剂为0.15mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得),恒温放置2.5h,再分别加入50ul氨基酸衍生剂(氨基酸衍生剂为200ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中配制而得),恒温放置过夜,衍生完毕,分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ。
(4)按照气相色谱-质谱其仪器分析条件,对待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ进行分析和数据采集。
实施例4
取霉菌发酵液。
(1)细胞内代谢物样品制备:取5ml发酵液,离心得到菌体,用生理盐水清洗菌体2次,-40℃冷甲醇溶解后生物量干重达0.8g/ml,超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,低温条件为:-40℃至-50℃下萃取2h,离心收集50ul萃取后裂解上清液Ⅰ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅰ体积与内标物核糖醇重量比例为50ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ。
(2)细胞外液样品制备:取发酵液,离心得到上清液Ⅱ,取200ul上清液Ⅱ,在清液Ⅱ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅱ与乙腈体积比为1:1.0,涡旋振荡,再离心收集得上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为150ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ。
(3)样品衍生:在步骤1)和步骤2)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入120ul糖衍生剂(糖衍生剂为0.2mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得),恒温放置3.0h,再分别加入80ul氨基酸衍生剂(氨基酸衍生剂为50ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中配制而得),恒温放置过夜,衍生完毕,分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ。
(4)按照气相色谱-质谱其仪器分析条件,对待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ进行分析和数据采集。
实施例5
取酵母菌发酵液。
(1)细胞内代谢物样品制备:取5ml发酵液,离心得到菌体,用生理盐水清洗菌体3次,-40℃冷甲醇溶解后生物量干重达0.5g/ml,超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,低温条件为:-40℃至-50℃下萃取3h,离心收集200ul萃取后裂解上清液Ⅰ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅰ体积与内标物核糖醇重量比例为150ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ。
(2)细胞外液样品制备:取发酵液,离心得到上清液Ⅱ,取300ul上清液Ⅱ,在清液Ⅱ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅱ与乙腈体积比为1:0.5,涡旋振荡,再离心收集得上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为300ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ。
(3)样品衍生:在步骤1)和步骤2)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入100ul糖衍生剂(糖衍生剂为0.2mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得),恒温放置4.0h,再分别加入120ul氨基酸衍生剂(氨基酸衍生剂为120ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中配制而得),恒温放置过夜,衍生完毕,分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ。
(4)按照气相色谱-质谱其仪器分析条件,对待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ进行分析和数据采集。
Claims (7)
1.一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,检测方法步骤包括:
(1)取发酵液,高速离心,分别收集菌体和上清液Ⅰ;
(2)细胞内代谢物样品制备:取步骤1)得到的菌体,用生理盐水清洗2~3次,冷甲醇溶解后超声破碎至细胞裂解,得到裂解液,低温萃取裂解液,离心收集50~200ul萃取后裂解上清液Ⅱ,加入内标物核糖醇溶液,裂解上清液Ⅱ体积与内标物核糖醇重量比例为50~200ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞内代谢物样品Ⅰ;
(3)细胞外液样品制备:取60~350ul步骤1)得到的上清液Ⅰ,在清液Ⅰ中加入乙腈除去蛋白,上清液Ⅰ与乙腈体积比为1:0.5~1.5,涡旋振荡,再离心收集上清液Ⅲ,加入内标物核糖醇溶液,上清液Ⅲ体积与内标物核糖醇重量比例为50~300ul:20μg,室温真空烘干,得到细胞外液样品Ⅱ;
(4)样品衍生:在步骤2)和步骤3)得到的样品Ⅰ和样品Ⅱ中,分别加入50~150ul糖衍生剂,恒温放置1.5~4h,再分别加入50~150ul氨基酸衍生剂,恒温放置过夜,衍生完毕,分别离心衍生后的样品Ⅰ和样品Ⅱ,对应收集各自上清得到待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ;
(5)利用气相色谱-质谱对步骤4)得到的待测胞内样品Ⅰ和待测胞外样品Ⅱ,分别进行分析和数据采集。
2.根据权利要求1所述的一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,所述菌体其取样量为用冷甲醇溶解后生物量干重达0.2~1.0g/ml;所述的冷甲醇为经过冷浴槽预冷至-40℃;所述低温萃取为-40℃至-50℃下萃取2~7h。
3.根据权利要求1或2所述的一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,所述糖衍生剂为0.1~0.3mg甲氧胺盐酸溶于10ml吡啶溶液中配制而得;所述氨基酸衍生剂为50~200ul三甲基氯硅烷溶于10ml的三氟乙酰胺中。
4.根据权利要求3所述的一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,所述气相色谱-质谱其仪器分析条件为:气相色谱:色谱柱为30 m×0.25 mm的HP-5MS或者DB-5MS毛细管柱,进样口温度300℃,检测器温度250℃,柱箱升温程序平衡时间3 min→80℃维持1min →2℃/min升温至100℃→15℃/min升温至220℃→30℃/min升温至300℃→300℃维持3 min,进样体积1μL;质谱:离子源EI,检测器为四级杆,电离能70 eV,离子源表面温度280℃。
5.根据权利要求4所述一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,该方法应用于检测酵母菌、乳酸菌、梭菌、霉菌的生物发酵过程中的发酵液细胞内外液中的有机酸、氨基酸、糖。
6.根据权利要求1~2或4~5任一项所述的一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,所述有机酸为琥珀酸、苹果酸、柠檬酸、丙酮酸、富马酸;所述氨基酸为谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸、天门冬酰胺、酪氨酸、脯氨酸;所述糖为葡萄糖、果糖、木糖。
7.根据权利要求3所述的一种气相色谱-质谱检测细胞内外液中有机酸、氨基酸、糖的方法,其特征在于,所述有机酸为琥珀酸、苹果酸、柠檬酸、丙酮酸、富马酸;所述氨基酸为谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、丙氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸、天门冬酰胺、酪氨酸、脯氨酸;所述糖为葡萄糖、果糖、木糖。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108287207A (zh) * | 2017-04-24 | 2018-07-17 | 麦特绘谱生物科技(上海)有限公司 | 生物样本制备方法及其应用以及代谢物定性定量分析方法 |
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