CN107831053A - 一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法和应用 - Google Patents

一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法和应用。本发明针对植物样品,以固相萃取剂科学代替液液萃取和固相萃取柱,保证了很好的提取效率;本发明进一步对净化剂进行了优化,形成提取和净化一体的高效提取植物中抗生素的样品提取净化方法,所需时间短,提取效率高,重复性稳定,具有操作简便、省时高效等优点,且提取回收率高、重现性好,后续检测的准确性奠定了基础。

Description

一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法和 应用
技术领域
本发明涉及植物中抗生素残留的理化检测技术领域,更具体地,涉及一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法和应用。
背景技术
抗生素是具有抗菌和消炎的一类药物,被广泛应用于畜禽和水产养殖,而抗生素被动物吸收后进入体内并不能完全代谢,绝大部分以母体的形式随粪便尿液排出体外,导致抗生素一直持续进入环境中,造成一种环境中抗生素的假持久性。
进入环境中的抗生素会对植物造成生态毒害作用,植物的光合作用、生长速率等会产生抑制,量化植物体内抗生素及其代谢物的富集量一方面可明确植物食品的食用风险,另一方面还可作为植物修复技术的评估材料。
对于植物体内抗生素及其代谢物的一体化快速分析提取,目前报道较少,而前处理技术已成为准确检测分析植物中抗生素及其代谢物含量的关键步骤和难点。常规前处理过程包括提取、净化、分离、浓缩等过程,生物体内抗生素的提取方法包括凝胶渗透色谱法,固相萃取法、加速溶剂萃取、微波辅助溶剂萃取等方法,目前使用的这些主流方法都存在一定局限性,处理时间较长。
研究进展中有报道提取方法中采用液液萃取+固相萃取柱净化结合的提取净化方法,但是对实验操作者的熟练程度要求较高,重复性不稳定,处理时间仍然比较长。在净化处理过程中,使用比较多的是采用PSA作为净化剂,PSA具有一定的去除色素的能力,但是相对偏弱,净化后上机仍然存在大量色素和其他杂质,尤其是对一些植物样品,其净化效果存在局限性,对检测结果准确性影响较大。
与此同时,对于不同的待测抗生素,化合物性质的差异性,对样品的处理和检测也提出了不同的要求。开发一种快速、简便、高效、稳定的植物样品抗生素前处理提取方法尤为迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对植物样品抗生素及其代谢物的提取和净化技术难题,提供一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,对准确检测和评价植物样品中抗生素及其代谢物含量提供有力的技术基础。
本发明还有要解决的技术问题是提供所述方法的应用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
提供一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,包括植物样品的提取和净化处理,所述提取采用的提取剂是固相萃取剂和酸化乙腈的混合物;所述固相萃取剂为氯化钠(NaCl)、二水柠檬酸钠(Na3C6H5O7•2H2O)、柠檬酸二钠盐1.5水合物(C6H6Na2O7·1.5H2O)、无水硫酸镁(MgSO4)的混合物。其中硫酸镁需提前烘干使用。
优选地,所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法中,所述提取还包括一次酸化乙腈提取,第一次提取采用所述固相萃取剂和酸化乙腈的混合物,第二次提取单独采用酸化乙腈。
优选地,所述固相萃取剂为氯化钠(NaCl)、二水柠檬酸钠(Na3C6H5O7•2H2O)、柠檬酸二钠盐1.5水合物(C6H6Na2O7·1.5H2O)、无水硫酸镁(MgSO4)的混合物中,各组分的质量比为2:2:1:2。
优选地,所述酸化乙腈是含有0.5~2% 乙酸的乙腈。
进一步优选地,所述固相萃取剂的用量按照1g植物样品:0.6g固相萃取剂确定。
进一步优选地,所述酸化乙腈的用量按照1g植物样品:5~10mL酸化乙腈确定。
最优选地,所述提取是按照1g植物样品中,加入0.2g氯化钠(NaCl)、0.2g二水柠檬酸钠(Na3C6H5O7•2H2O)、0.1g柠檬酸二钠盐1.5水合物(C6H6Na2O7·1.5H2O)、0.2g无水硫酸镁(MgSO4)的混合物和5~10mL含有0.5~2% 乙酸的乙腈。
优选地,所述净化采用的净化剂是石墨化碳黑(GCB)、乙二胺-N-丙基硅烷(PSA粉)和反相硅胶填料的混合物。进一步优选地,所述反相硅胶填料为C18。
进一步优选地,所述净化剂中,各组分的质量比为石墨化碳黑(GCB)、乙二胺-N-丙基硅烷(PSA粉)和反相硅胶填料C18=1:6:8。
进一步优选地,所述净化剂的用量是按照1g植物样品:150mg净化剂确定。
本发明针对现有技术的不足,以固相萃取剂科学代替液液萃取和固相萃取柱,保证了很好的提取效率。进一步地,本发明对净化剂进行了优化,形成提取和净化一体的高效提取植物中抗生素及其代谢物的样品提取净化方法,所需时间短,提取效率高,重复性稳定。
本发明净化处理是在所得的提取液中加入净化剂去除杂质,采用石墨化碳黑吸附剂GCB针对性去除植物样品中的色素,采用乙二胺-N-丙基硅烷PSA粉去除脂类物质,采用反相硅胶填料C18作为反向吸附剂去除一些非极性物质,并发挥三者的协同作用,有效地去除植物体本身带进的杂质,以确保回收率的最优化。
进一步地,本发明进一步确定了净化混合剂的比例,净化剂用来去除色素、脂类物质和一些非极性物质,但本发明研究总结发现,同时应注意的是要科学控制加入净化剂的用量范围,GCB在去除色素的同时会对目标物造成吸附,因此加入量不宜过多,而C18对目标物并没有影响,因此加入量可以稍微增加以确保最大程度地去除非极性物质。科学的比例确定使净化流程标准化,可操作性强,克服了传统方法的重复性不稳定的的缺陷。
优选地,所述方法包括以下步骤:
S1.植物前处理:将植物样品洗净,干燥、粉碎过筛得植物样品粉末;
S2.提取:称取植物样品粉末,加入所述固相萃取剂和酸化乙腈,均质,离心收集提取液;
S3.净化:在步骤S2所得提取液中加入所述净化剂,涡旋震荡、离心得上清液,将上清液经氮气吹干浓缩,吹至近干时加入色谱醇甲醇定容。
优选地,步骤S1所述过筛是过60目筛。
优选地,步骤S1所述干燥、粉碎是将植物用纯水洗净表面尘土,吸水纸擦干表面水分,进行冷冻干燥后粉碎。
进一步优选地,所述冷冻干燥是在-50℃左右温度条件下进行干燥处理的。干燥时间根据具体的植物样品量进行确定,一般为3~4天左右。
优选地,步骤S2所述均质是迅速涡旋1~5分钟使其完全均质。步骤S2结合快速的涡旋处理,相比传统提取中的长时间的振荡或超声提取,使得本发明方法的回收率更为显著提高,且更加快速。
优选地,步骤S3所述离心处理是在10000r/min的速度下离心5~10min。
优选地,所述方法还包括步骤S4,步骤S4是将步骤S3离心处理后离心管底部的植物残渣再次加入酸化乙腈进行第二次提取,合并提取液,进一步提高回收率。
所述第二次提取中酸化乙腈的用量参照第一次提取,优选按照1g植物样品:5mL酸化乙腈确定。
本发明方法可以很好地应用于植物样品中抗生素及其代谢物含量或残余量检测和/或植物性食品风险评价方面。尤其是很好地应用于植物样品中磺胺类抗生素及其代谢物含量或残余量检测和/或植物性食品风险评价方面。
本发明的有益效果如下:
本发明提供了一种植物样品的抗生素及其代谢物提取方法,针对现有技术的不足,以固相萃取剂科学代替液液萃取和固相萃取柱,保证了很好的提取效率。进一步地,本发明对净化剂进行了优化,形成提取和净化一体的高效提取植物中抗生素的样品提取净化方法,所需时间短,提取效率高,重复性稳定。
本发明净化处理是在所得的提取液中加入净化剂去除杂质,采用石墨化碳黑吸附剂GCB针对性去除植物样品中的色素,采用乙二胺-N-丙基硅烷PSA粉去除脂类物质,采用反相硅胶填料C18作为反向吸附剂去除一些非极性物质,并发挥三者的协同作用,有效地去除植物体本身带进的杂质,以确保回收率的最优化。
进一步地,本发明进一步确定了净化混合剂的比例,净化剂用来去除色素、脂类物质和一些非极性物质,但本发明研究总结发现,同时应注意的是要科学控制加入净化剂的用量范围,GCB在去除色素的同时会对目标物造成吸附,因此加入量不宜过多,而C18对目标物并没有影响,因此加入量可以稍微增加以确保最大程度地去除非极性物质。科学的比例确定使净化流程标准化,可操作性强,克服了传统方法的重复性不稳定的的缺陷。
本发明操作简单,易于标准化和结合仪器检测,可以很好地应用于植物样品中抗生素及其代谢物含量或残余量检测和/或植物性食品风险评价方面。
附图说明
图1目标抗生素的色谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。除非特别说明,下述实施例中使用的试剂为常规市购或商业途径获得的试剂,除非特别说明,下述实施例中使用的方法和设备为本领域常规使用的方法和设备。
实施例1 空心菜和美人蕉中磺胺类抗生素及其代谢物的提取回收率实验
本发明实施例中使用的仪器与试剂:
超高液相色谱-质谱联用仪(Agilent Technologies,US)、高速冷冻离心机、涡旋仪、氮吹仪、电子天平,均为本领域常规使用设备。
试剂:甲醇(HPLC)、乙腈、乙酸、NaCl、Na3C6H5O7•2H2O)、C6H6Na2O7·1.5H2O、MgSO4、GCB、C18、PSA粉,均为常规市购。其中硫酸镁需提前经马弗炉烘干使用。
磺胺甲恶唑(SMX)、磺胺二甲基嘧啶(SMZ2)和N4乙酰代谢物(Ac-SMX、Ac-SMZ2)标准品(纯度>98%)均购置于Sigma公司。
S1.样品前处理:
采集未受磺胺类抗生素污染培养的空心菜和美人蕉根系和叶片样品作为空白样品,冷冻干燥经粉碎机研磨,过60目筛。准确称取1.000g植物样品于50mL具塞离心管,分别加入0μg、10μg和100μg磺胺类抗生素混合标准溶液,其中每个浓度设置三个平行,之后将样品放入冰箱中静置12h,使加入的目标物更加均匀地与植物结合。
S2.提取:
在上述植物样品中依次加入0.2g NaCl、0.2 g Na3C6H5O7•2H2O)、0.1g柠檬酸二钠盐1.5水合物(C6H6Na2O7·1.5H2O)、0.2g无水硫酸镁(MgSO4),再加入5~10mL酸化乙腈,迅速涡旋1~5分钟使其完全均质,10000r/min的速度下离心5~10min收集上清液。离心管底部的植物残渣再次加入5mL酸化乙腈进行第二次提取,合并两次提取的上清液于干净的离心管内。
S2.净化:
在所得上清液中加入10mg GCB、60mgPSA粉 、80mg C18,迅速涡旋1~5 min,10000r/min离心10~15 min,收集上清液经氮气浓缩,用甲醇定容。
本实施例采用超高效液相色谱-质谱联用仪验证本发明植物样品中抗生素及其代谢物的提取净化效果:
液相检测条件为:超高压液相色谱系统(ExionLC AD)使用Venusil,2.1×100mm、3µm的C18 Plus色谱柱,运行温度为25℃;流动相为2‰ 甲酸水(A)和乙腈(B),梯度洗脱顺序为:10%B,0 min,25%B,2 min,55%B,3 min,55%B,5 min,10%B,5.1 min,10%B,7 min ;每个样品进1μL样,流速为0.5mL/min;
质谱优化条件:质谱仪QTRAP 5500(AB Sciex,US),离子源为ESI源正离子模式,气帘气压为35 psi,离子源电压为5500V,干燥气温度为500℃,雾化器压力为50psi,干燥气压力为50psi;化合物的子离子、解簇电压和碰撞能采用AB的优化软件Analyst进行优化,具体参数如表1所示,
表1 所测抗生素及其代谢物的LC-MS/MS参数
1.磺胺类抗生素及其代谢物的停留时间
在上述色谱分析条件下,磺胺二甲基嘧啶(SMZ2)、磺胺甲恶唑(SMX)和N4乙酰代谢物(Ac-SMX、Ac-SMZ2)停留时间分别为3.43、2.47、3.47和2.54min。
2.检测方法的线性关系
在上述色谱分析条件下,磺胺二甲基嘧啶(SMZ2)、磺胺甲恶唑(SMX)和N4乙酰代谢物(Ac-SMX、Ac-SMZ2)标准曲线的相关系数>0.9987,仪器检测限为0.53~1.78ng/g。
3.色谱图
在上述色谱分析条件下,磺胺二甲基嘧啶(SMZ2)、磺胺甲恶唑(SMX)和N4乙酰代谢物(Ac-SMX、Ac-SMZ2)的色谱图如图1所示。
4.磺胺类抗生素及其代谢物的回收率
以空心菜和美人蕉为基质的加标回收率在低浓度(10μg)时为88%~120%,高浓度(100μg)时回收率为72%~115%,相对标准偏差小于12.2 %,变异系数小于10.5%。
实施例2 植物样品中磺胺类抗生素及其代谢物的提取测定
植物采集:采集长期经生活污水灌溉的蔬菜和湿地植物,以空心菜和美人蕉为例进行说明。
S1.植物前处理:采集的植物经超纯水冲洗表面尘土,吸水纸吸干表面水分,分为地下根系和地上茎叶两部分样品冷冻干燥后用粉碎机研磨,过60目筛。
S2.提取:称取1.00g植物样品,于50mL具塞离心管,加入0.2g NaCl、0.2 gNa3C6H5O7•2H2O)、0.1g柠檬酸二钠盐1.5水合物(C6H6Na2O7·1.5H2O)、0.2g无水硫酸镁(MgSO4),迅速涡旋1min,10000r/min离心10min,取上清液于另一只干净的离心管中,残渣加入5mL酸化乙腈进行第2次提取,合并上清液。
S3.净化:在上清液中加入10mg PSA粉,60mg GCB、80mg C18迅速涡旋1min,10000r/min的速度下离心10min,取上清液于干净的试管中经氮气浓缩,甲醇定容。
本实施例采用液相色谱-串联质谱测定方法验证本发明植物样品中抗生素及其代谢物的提取净化效果,仪器和检测条件等参照实施例1。
经检测,长期生活废水污灌的空心菜和美人蕉中磺胺类抗生素(磺胺二甲基嘧啶和磺胺甲恶唑)含量:茎叶部分含量为0.08~0.12μg/g,根部含量为2.13~2.60μg/g,N4乙酰代谢物含量分别为7.5~36.0μg/kg。

Claims (10)

1.一种快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,包括植物样品的提取和净化处理,其特征在于,所述提取采用的提取剂是固相萃取剂和酸化乙腈的混合物;所述固相萃取剂为氯化钠、二水柠檬酸钠、柠檬酸二钠盐1.5水合物和无水硫酸镁的混合物。
2.根据权利要求1所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述提取还包括第二次提取,所述第二次提取采用酸化乙腈提取。
3.根据权利要求1或2所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述酸化乙腈是含有0.5~2% 乙酸的乙腈;优选所述酸化乙腈的用量按照1g植物样品:5~10mL酸化乙腈确定。
4.根据权利要求1所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述固相萃取剂中,氯化钠、二水柠檬酸钠、柠檬酸二钠盐1.5水合物、无水硫酸镁的质量比为2:2:1:2;优选所述固相萃取剂的用量按照1g植物样品:0.6g固相萃取剂确定。
5.根据权利要求1所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述净化采用的净化剂是石墨化碳黑、乙二胺-N-丙基硅烷和反相硅胶填料的混合物;所述反相硅胶填料优选为C18。
6.根据权利要求5所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述净化剂中,各组分的质量比为石墨化碳黑、乙二胺-N-丙基硅烷和反相硅胶填料C18=1:6:8;优选所述净化剂的用量是按照1g植物样品:150mg净化剂确定。
7.根据权利要求1至6所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1.植物前处理:将植物样品洗净,干燥、粉碎过筛得植物样品粉末;
S2.提取:称取植物样品粉末,加入所述固相萃取剂和酸化乙腈,均质,离心收集提取液;
S3.净化:在步骤S2所得提取液中加入所述净化剂,涡旋震荡、离心得上清液,将上清液经氮气吹干浓缩,吹至近干时加入色谱醇甲醇定容。
8.根据权利要求7所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,所述方法还包括步骤S4,步骤S4是将步骤S3离心处理后离心管底部的植物残渣再次加入酸化乙腈进行第二次提取,合并提取液。
9.根据权利要求7所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法,其特征在于,步骤S1所述过筛是过60目筛;
步骤S2所述均质是迅速涡旋1~5分钟;
步骤S3所述离心处理是在10000r/min的速度下离心5~10min。
10.根据权利要求1至9任一项所述快速高效提取植物样品中抗生素及其代谢物的方法在植物样品中抗生素及其代谢物含量或残余量检测和/或食品风险评价方面的应用。
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