CN106053674B - 一种同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,包括以下步骤:A、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的提取;B、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的衍生化;C、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的衍生化产物色谱分析;D、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的定量分析。本发明建立的一种微波辅助提取‑乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯衍生‑超高效液相色谱‑紫外检测器同时测定烟草中的铵离子、25种氨基酸与8种生物胺的方法,具有简单、快速、高灵敏度且稳定性好等优点,可以提高样品检测通量与数据准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种简单、稳定、准确的同时分析烟草中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,属于烟草化学成分的测定方法技术领域。
背景技术
铵离子是植物能够直接利用的氮源,是合成烟草重要含氮化合物-蛋白质、氨基酸、生物碱、核苷酸等的重要原料之一,尽管硝态氮也能被植物直接吸收,但不能够直接利用。硝态氮进入植物体后,必须经过硝酸还原酶与亚硝酸还原酶转化为铵离子后才能进入代谢合成途径,从而被植物利用并真正发挥营养元素的作用。
氨基酸是一类带有氨基(-NH2)或亚氨基(-NH)的有机酸的总称,是细胞的重要组成部分,在植物生命活动中担负着各种生理作用。氨基酸主要通过以下方式对植物产生影响,如水分生理中的作用、光呼吸氮代谢中的作用、花粉生理中的作用、衰老中的作用、细胞生长的作用与解毒作用等。此外,氨基酸的含量与烟草的品质也有着密切的关系,其含量的高低直接影响到烟的味道和烟气的丰满度,在烟叶的烘烤、陈化、调制及抽吸过程中均会与烟叶中的还原糖发生梅拉德反应而形成多种重要的致香成分,故烟叶中氨基酸种类的多少和含量的高低会直接影响烟叶的内在品质。
生物胺是一类含氮的低分子量有机化合物的总称。根据其组成成分可以分为单胺与多胺。生物胺在烟草生长发育过程中发挥着不可替代的作用。例如一些生物胺通过生物学作用可以生成激素、核酸和蛋白质的前提物。多胺可以刺激生长,延缓衰老的作用,在植物逆境抵抗体系的构建中起重要的推动作用。此外,多胺也是合成烟碱的重要前体物之一,多胺中的腐胺经过腐胺N-甲基转移酶形成N-甲基腐胺,进一步由腐胺N-甲基氧化酶氧化得到N-甲基氨基丁醛,N-甲基氨基丁醛自发转变为合成烟碱所必须的吡咯烷环,从而与烟酸反应形成烟碱。
铵离子进入根部细胞质后可很快地与代谢过程产生的有机酸结合形成氨基酸与酰胺,并且释放质子以补偿电荷。如果植物中存在过量的铵离子,植物就会产生铵中毒,氨基酸中的谷氨酰胺与天冬酰胺可以通过GS和GOGAT酶合成对应的谷氨酰胺与天冬酰胺,从而缓解植物的铵中毒反应。生物胺都是通过对应氨基酸的脱羧基化后形成,例如合成烟碱的重要前提物多胺(腐胺)有二条合成途径,一条为精氨酸脱羧酶,另一条为鸟氨酸途径,其关键酶分别为精氨酸脱羧酶与是鸟氨酸脱羧酶。因此,铵离子、氨基酸及生物胺之间有这密切的联系,具体表现为铵离子为初始阶段,氨基酸为中间阶段,最后阶段为生物胺。因此,对这三类物质进行同时定性与定量尤为重要。
由于氨基酸与生物胺类物质极性强,挥发性差,且未有紫外吸收的生色团等特性,采用直接检测法存在峰形不对称、灵敏度低,选择性不强等缺陷,而铵离子是无机离子,常常需要离子色谱才能进行分析,但离子色谱无法同时对氨基酸与多胺进行分析。因此,目前对这三类物质的检测主要为柱前衍生化方法,衍生方法主要有气相衍生与液相衍生。其中气相衍生化主要为硅烷化与乙酰化反应,这2种反应都需要在严格无水的条件下进行,且衍生化产物稳定性也较差。此外,氨基酸硅烷化的重复性较差,相对标准偏差在20%左右。液相衍生化主要是将生色团引入到未有紫外吸收的物质结构中,从而使其有紫外吸收或发出荧光。主要的液相衍生试剂有邻苯二甲醛、茚三酮、氯甲酸-9-芴甲酯、6-氨基喹啉基-N-羟基琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯与异硫氰酸苯酯等,但这些衍生试剂都存在衍生反应慢,衍生产物稳定性差,且价格较昂贵等缺陷。
综上所述,在烟草化学成分的测定技术领域中,目前还没有一套简单、快速、高灵敏度且稳定性好的关于烟叶中铵离子、氨基酸及多胺类物质的同时检测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种能够同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,该方法具有简单、快速、高灵敏度且稳定性好等优点,可以提高样品检测通量与数据准确性;另外,三类物质的同时分析,也大大降低了分析工作量,可以有效的克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是:一种同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,包括以下步骤:
A、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的提取:称取烤烟粉末或鲜烟叶于离心管中,然后加入两种内标溶液,再加入1.8mL提取溶液进行微波辅助提取,离心后,上层清液过水系滤膜得滤液;
B、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的衍生化:取步骤A中滤液1mL于离心管中,加入8.5μL 3M氢氧化钠溶液,涡旋后加入1mL缓冲溶液、0.3mL有机溶剂与30μL衍生化试剂,涡旋混匀后进行超声衍生化,反应后加入60μL 3M的氢氧化钠溶液,混匀后放入水浴中除去过量的衍生化试剂,反应后冷却,过有机滤膜后于色谱瓶中;
C、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的衍生化产物色谱分析:采用超高效液相色谱-光电二极管阵列检测器进行色谱分析;
D、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的定量分析:对有标准品的化合物进行绝对定量,对未有标准品的化合物进行相对定量。
所述步骤A中微波辅助提取的条件为微波能量800W、提取时间40s。
所述步骤A中两种内标为1mg/mL的氨基己二酸和1mg/mL的正缬氨酸。
所述步骤A中提取溶液为0.1%的甲酸水溶液。
所述步骤B中缓冲溶液是pH为9.0-9.2的0.8M硼酸缓冲液。
所述步骤B中有机溶剂为甲醇或乙腈。
所述步骤B中衍生化试剂为乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯。
所述步骤B中水浴条件为80℃水浴50min。
所述步骤C中超高效液相色谱使用的流动相为25mM乙酸铵与乙腈,利用梯度洗脱方式进行分离。
本发明的有益效果是:
本发明建立了一种微波辅助提取-乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯衍生-超高效液相色谱-紫外检测器同时测定烟草中的铵离子、25种氨基酸与8种生物胺的方法。本发明为了获得最大的提取效率,对微波辅助提取采用了析因设计和Doehlert设计进行方法优化,与现有技术相比,本发明的优点在于:1)微波辅助提取大大减少了提取时间,从40-60min减少到40s;2)乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯衍生化试剂价格便宜,可以同时衍生化氨基与亚氨基,反应简单且副产物较少,衍生化产物检测灵敏度高且稳定;3)能同时分析三类物质(铵离子、25种氨基酸与8种生物胺),大大降低了分析工作量;4)具有简单、快速、高灵敏度且稳定性好的特点,可以有效提高样品检测通量与数据准确性。
附图说明
图1烟叶中铵离子、25种氨基酸及8种生物胺的检测方法流程图;
图2烟叶中铵离子、23种氨基酸及5种生物胺的标准品衍生化产物UPLC-PDA色谱图(280nm);
图3烟叶中铵离子、25种氨基酸及8种生物胺的烟叶样品衍生化产物UPLC-PDA色谱图(280nm)。
具体实施方式
实施例1:
参考图1,本发明检测方法包括以下步骤:
(1)称取烤烟粉末100mg或鲜烟叶50mg(冻干样品)于离心管中,然后加入40μL内标(氨基己二酸-1mg/mL;正缬氨酸-1mg/mL),再加入1.8mL 0.1%的甲酸水溶液进行微波(800W)辅助提取40s,3000rpm离心5min后,上层清液过0.45μm水系滤膜;
(2)取1mL上层滤液于离心管中,加入8.5μL 3M氢氧化钠溶液,涡旋后加入1mL0.8M硼酸缓冲液(pH=9.0-9.2),再加入0.3mL甲醇或乙腈及30uL的乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯,涡旋1min后常温超声35min反应。反应完成后加入60μL 3M的氢氧化钠溶液,涡旋后加入80℃的水浴中50min除去过量的衍生化试剂,反应后冷却,过有机滤膜后于色谱瓶中。
(3)将衍生化产物进行超高效液相色谱-光电二极管阵列检测器分析。AcquityUPLCTM超高效液相色谱仪配PDA检测器,色谱柱为Acquity UPLC HSS T3色谱柱,(2.1mm×100mm,1.8μm,),柱温40℃,进样量为1.0μL,流动相B为超纯水(含25mM乙酸铵),A为乙腈,流速为0.35mL/min,梯度洗脱如下表1所示。PDA同时监测292、268与280nm分别定量分析脯氨酸与哌啶酸、铵离子及其它氨基酸与多胺类物质,总分析时间42min,其中标样色谱图与样品色谱图如图2与3所示。
表1液相色谱梯度洗脱步骤
(4)对未有标准品的5种化合物,分别为哌啶酸、正亮氨酸、酪胺、色胺和苯乙胺进行相对定量,采用内标按照校正因子F=1相对定量。对有标准品的29种化合物,分别为氯化铵、精氨酸、天冬氨酸、胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、缬氨酸、丙氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、γ-氨基丁酸、鸟氨酸、瓜氨酸、色氨酸、硫酸胍基丁胺、腐胺,尸胺、亚精胺、精胺进行绝对定量。利用氨基己二酸内标法定量10min之前化合物(包括L-精氨酸之前的化合物),正缬氨酸内标法定量10min之后化合物(包括γ-氨基丁酸之后的化合物)。
(5)配制相应浓度的母液,将母液混合并用超纯水稀释成5个浓度梯度的混合标样(由于多胺标准品中可能存在铵离子与氨基酸,因此,混合标准溶液分为三个,第一个为铵离子、第二个为23种氨基酸,第三个为5种生物胺),按照(2)与(3)的条件进行衍生化与色谱分析(标样色谱图如图2所示),以目标化合物峰面积与内标物峰面积的比为纵坐标(y),目标化合物的量与内标量(40μg)的比值为横坐标(x)进行回归分析,得到回归方程及相关参数,将最低浓度的标准溶液按照信噪比为3(S/N=3)计算方法的最低检测限(LOD),同时向烟叶中添加两个浓度梯度的标准溶液后进行提取,衍生化与色谱分析,计算其回收率。回收率为添加后样品的氨基酸含量减去空白样品氨基酸的含量除以添加的氨基酸含量,添加浓度分别大约为空白样品中含量的1/2与1倍添加进行,方法的精密度为将低浓度与高浓度添加在同一天内重复5次,为其日内精密度,同一样品在5天内重复5次为日间精密度。样品氨基酸衍生化产物的稳定性测试在常温条件下1d、2d、3d、5d及7d后的峰面积变化,得到对应的相对标准偏差。结果如表2与3所示。
表2主要氨基酸的保留时间、标准曲线、线性范围、LOD及线性相关系数
表3主要氨基酸的添加回收率、日内精密度与日间精密度
结果表明:铵离子、氨基酸及多胺类物质的线性相关系数都大于0.999,只有尸胺为0.9986,表明方法的线性较好。通过优化甲醇的加入量,提高了氨基酸的检测灵敏度,所有氨基酸的LOD都小于0.1μg/mL,只有色氨酸与精氨酸为0.12与0.18μg/mL。氨基酸的回收率在85.8%-111.5%之间,回收率良好,日内与日间精密度范围分别在0.48-6.12%与0.56-6.88%之间,符合严格的定量要求。衍生化产物稳定性结果表明:衍生化产物常温7d内RSD小于4.12%,稳定性较好,能较好的对氨基酸进行定量分析。未有标准品的哌啶酸、正亮氨酸、酪胺、色胺和苯乙胺5种物质,保留时间分别为14.05、19.50、28.19、30.19与30.62min,标准曲线都为y=x,衍生化产物常温7d内RSD分别为3.98%、3.56%、1.56%、2.43%与3.11%。
实施例2:
为了比较烟叶烘烤过程中铵离子、氨基酸及多胺类物质的变化,采用如实施例1的方法分别对烤前鲜烟叶与烤后烟叶进行分析。样品品种为K326,在烟株第12叶位(从下往上数)成熟采烤前取样,采用半叶法将叶片从主脉分开,一半立即放入液氮中带回实验室采用真空冷冻干燥;另一半带主脉正常烘烤。每个重复取8片混合,共5个重复。为避免烘烤前后烟叶样品水分含量不同,将烘烤后的烟叶样品去主脉,置40℃恒温烘箱中烘至恒重,烟叶粉碎后过80目筛并低温密封保存。采用散叶密集烘烤的方式进行烘烤。测定结果见表4,从检测结果可知,铵离子、氨基酸及多胺类物质烘烤前后的变化差异明显,铵离子显著增加有5倍多,生物胺类物质都表现为下降趋势,其中腐胺、色胺、苯乙胺、亚精胺与精胺减少有2倍以上,氨基酸类物质一部分表现为下降趋势,另一部分表现为上升趋势,下降趋势的氨基酸为天冬氨酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸、酪氨酸、蛋氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、鸟氨酸和赖氨酸,其中天冬氨酸、谷氨酸、酪氨酸、蛋氨酸和亮氨酸减少有2倍以上;上升趋势的氨基酸为天门冬酰胺、丝氨酸、谷氨酰胺、组氨酸、甘氨酸、瓜氨酸、苏氨酸、精氨酸、丙氨酸、脯氨酸、哌啶酸、缬氨酸、色氨酸及苯丙氨酸。其中天门冬酰胺、谷氨酰胺、组氨酸、甘氨酸、瓜氨酸、丙氨酸、脯氨酸、哌啶酸、色氨酸及苯丙氨酸增加有2倍以上。
表4 K326烟叶烘烤过程中铵离子、氨基酸及多胺类物质的变化规律
a ND,未检测到,↑表示含量升高,↓表示含量降低,双箭头表示含量变化2倍及以上
结果表明:采用本发明的检测方法可快速、准确的得出烟叶中铵离子、25种氨基酸及8种生物胺在烤前和烤后的变化规律。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的提取:称取烤烟粉末或鲜烟叶于离心管中,然后加入两种内标溶液,再加入1.8mL提取溶液进行微波辅助提取,离心后,上层清液过水系滤膜得滤液,其中,两种内标为1mg/mL的氨基己二酸和1mg/mL的正缬氨酸,提取溶液为0.1%的甲酸水溶液;
B、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的衍生化:取步骤A中滤液1mL于离心管中,加入8.5μL 3M氢氧化钠溶液,涡旋后加入1mL缓冲溶液、0.3mL有机溶剂与30μL衍生化试剂,涡旋混匀后进行超声衍生化,反应后加入60μL 3M的氢氧化钠溶液,混匀后放入水浴中除去过量的衍生化试剂,反应后冷却,过有机滤膜后于色谱瓶中;
C、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的衍生化产物色谱分析:采用超高效液相色谱-光电二极管阵列检测器进行色谱分析,其中,超高效液相色谱使用的色谱柱为Acquity UPLCHSS T3色谱柱,2.1mm×100mm,1.8μm,流动相为25mM乙酸铵与乙腈,利用梯度洗脱方式进行分离,所述梯度洗脱步骤如下:
梯度洗脱步骤
D、烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的定量分析:对有标准品的化合物进行绝对定量,对未有标准品的化合物进行相对定量。
2.根据权利要求1所述的同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,其特征在于:所述步骤A中微波辅助提取的条件为微波能量800W、提取时间40s。
3.根据权利要求1所述的同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,其特征在于:所述步骤B中缓冲溶液是pH为9.0-9.2的0.8M硼酸缓冲液。
4.根据权利要求1所述的同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,其特征在于:所述步骤B中有机溶剂为甲醇或乙腈。
5.根据权利要求1所述的同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,其特征在于:所述步骤B中衍生化试剂为乙氧基亚甲基丙二酸二乙酯。
6.根据权利要求1所述的同时分析烟叶中铵离子、氨基酸及生物胺的色谱检测方法,其特征在于:所述步骤B中水浴条件为80℃水浴50min。
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CN106053674A (zh) | 2016-10-26 |
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