CN110346457A - 一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱‑脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法。本发明涉及使用单模微波蛋白水解仪将多糖降解为单糖，再应用阴离子交换色谱‑脉冲安培法分析多糖的单糖组成。本发明的技术方案具有水解快速，10分钟可完成样品降解；一次可降解10个样品；与传统方法使用相同的酸；酸用量少，只需10μL 3 mol/L HCl；操作步骤简单易学、无需衍生和直接上样等优点。

Description

一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多 糖中单糖组成的检测方法
技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法。
背景技术
大多数对多糖的单糖组成分析方法分为两步：酸水解和单糖衍生后检测。这两个步骤都需要克服降解多糖的一些特殊的化学和非光学特性。例如，为了避免副反应，酸水解步骤需要在密封的安瓿瓶里1mL酸水解10μL多糖样品3-6h。用酸量大，污染环境，耗时长且操作繁琐。
多糖或聚糖的复杂性不仅仅由于它们没有生物合成模板，也由于不同的单糖组成，包括中性，酸性和碱性单糖。另外，单糖之间特殊的连接方式会形成线性，分支，均一或者杂多糖或者聚糖。因此，多糖不是纯的化合物，由于分子量的多元化，连接位置，多糖组成，生物活性，这些对于多糖药物、保健品和其他的生物产品(肝素，硫酸软骨素，岩藻多糖，藻酸双酯钠，壳聚糖，α-和β-环糊精)来说，都是重要的质量控制问题。对于药用多糖来说，质控中多糖的单糖组成分析是十分必要的。然而，在没有酸的水解条件下，不同的单糖释放速率不同，甚至在特殊的糖苷键连接的多糖中，同一种单糖的释放速率也不同。然而，在酸性环境中，高温度时(～100℃)，相对于中性和碱性单糖来说，释放的酸性单糖不稳定。为了克服这个问题，在Pico-Tag工作站中用6mol/L HCl水解富含GlcN/GalN的多糖(如肝素，硫酸软骨素)，水解3h。在这个方法中，反应管被放在Pico-Tag工作站的真空/气体交换端口。反应管抽真空直到里面的盐酸开始冒泡，然后充满氮气。几个循环之后，关闭氮气阀。之后，反应管被放在Pico-Tag工作站的烘箱中，100℃反应3h。随后，将酸蒸出，终止酸水解。但是，在过去的20年里，大多数蛋白质的cDNA测序完成后，用于蛋白质氨基酸组成分析的Pico-Tag工作站在市场上是没有的。
由于没有相应的设备阻隔水解反应管中的氧气，大多数的实验室选择另一种替代方法来水解多糖，就是在密封的安瓿瓶里用1mL 2mol/L trifluoroacetic acid(TFA)在100℃条件下，水解10μL多糖样品需要4h来释放中性单糖。水解后，需要大约6h移除水解样品中的TFA，之后，用PMP衍生单糖进行HPLC分析。这种传统的方法，水解需要4h，移除酸需要大约6h，70℃衍生需要1h，萃取移除PMP需要40min。
自从有报道将家用微波炉用于快速的有机合成，微波炉也变成了一种高效的非传统的方法用于糖蛋白的脱糖基化工具。然而，家用微波炉的反应条件很难控制。这种新颖的类似于Pico-Tag工作站的微波系统-CEM Discover单模微波蛋白水解仪，还没有被报道用于多糖的单糖组成分析。
发明内容
由于传统烘箱水解方法用酸量大、污染环境、耗时长且操作繁琐的问题，本发明的目的是提供了一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供了一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
(1)称取待测多糖，用HCl溶解待测多糖得到溶解液，取所述溶解液使用单模微波蛋白水解仪进行微波酸水解；
(2)微波酸水解后的水解液离心浓缩除酸；
(3)离心后的样品中添加甲醇，离心浓缩除残留HCl；
(4)将得到的干燥样品用水溶解，离心取上清；
(5)离心后的上清液进行阴离子交换色谱-脉冲安培法分析，得到色谱图；
(6)制备多种单糖的标准曲线；
(7)将步骤(5)得到的色谱图与步骤(6)中单糖的标准曲线比对并分析计算，确定待测多糖中的单糖组分。
进一步的：所述步骤(1)中待测多糖用1mol/L-5mol/L HCl溶解多糖得到溶解液。
进一步的：所述步骤(1)中微波酸水解的条件是：功率80w-100w，温度80℃-100℃，水解时间5min-15min。
进一步的：所述步骤(1)中微波酸水解的条件是：功率100w，温度100℃，水解时间10min。
进一步的：所述步骤(5)中的色谱条件为：
分析柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0mm×250mm，
保护柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0mm×50mm，
淋洗液：0-15min使用18mM NaOH；15.1-30min使用18mM NaOH和150mMCH3COONa的混合液，流速：1.0mL/min，
进样体积：10μL，
柱温：30℃。
进一步的：所述步骤(6)中的单糖包括岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖胺、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、甘露糖醛酸和古罗糖醛酸。
进一步的：所述步骤(6)中单糖标准曲线的浓度范围为0.00005mg/mL-0.05mg/mL。
与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：本发明提供了一种高效快速的水解结合分析单糖组成的分析方法。利用本发明的技术方案，微波酸水解仅需要10μL样品和10μL HCl，水解时间仅需10分钟，一次可水解10个样品，之后，利用阴离子交换色谱-脉冲安培法进行分析，具有不需要衍生、高效且快速的优点。这种方法被证实具有线性好(R2,0.9908–0.9997)、精度高(相对标准偏差<4.33％)、较好的灵敏度(检测限:4.35×10-6-5.88×10-5mg/mL，即0.004–0.06ppm)和运行时间短(18/30min)的优点。本发明的技术方案是一种可以替代的分析酸性、中性和碱性多糖(如：壳聚糖，α-环糊精，β-环糊精，藻酸双酯钠，岩藻多糖，肝素和硫酸软骨素)中单糖组成的方法。
因此，本发明的技术方案具有降解快速(10分钟快速完成样品处理)，批通量(一次降解多达10个20微升的样品)，兼容性(微波酸水解使用传统方法相同的酸)，酸用量少(仅需10微升)，操作步骤简单易学(无需衍生，直接上样)等优点。所得结果显示此降解分析方法可以快速降解，分析多糖的单糖组成，节省时间，并可以计算得到其单糖组成含量。
附图说明
图1是功率对7种不同多糖微波酸水解的影响；
图2是温度对7种不同多糖微波酸水解的影响；
图3是水解时间对7种不同多糖微波酸水解的影响；
图4是传统烘箱水解和微波酸水解对降解7种不同多糖的比较。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
实施例1
本发明提供了一种利用微波酸降解结合阴离子交换色谱-脉冲安培法进行分析多糖中单糖组成的检测方法，本实施例以降解七种多糖为例，所述7种多糖为壳聚糖(Chitosan)，α-环糊精(α-CD)，β-环糊精(β-CD)，藻酸双酯钠(PSS)，岩藻多糖(Fucoidan)，肝素(HP)和硫酸软骨素A(CSA)。所述7种多糖中壳聚糖属于碱性多糖；α-环糊精和β-环糊精属于中性多糖；藻酸双酯钠属于酸性多糖；岩藻多糖，肝素和硫酸软骨素A属于复杂多糖。
一、本发明所述的利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法具体包括以下步骤：
(1)制备单糖的标准曲线
精密称取岩藻糖(Fuc)，半乳糖胺(GalN)，葡萄糖胺(GlcN)，半乳糖(Gal)，葡萄糖(Glc)，甘露糖(Man)和葡萄糖醛酸(GlcA)适量，加去离子水配制成含以上单糖各0.05mg/mL，0.01mg/mL，0.005mg/mL，0.001mg/mL，0.0005mg/mL，0.0001mg/mL，0.00005mg/mL的溶液；取80μL至上样瓶，用于阴离子交换色谱分析，为制作标准曲线做准备；
(2)分别称取10mg上述壳聚糖、α-环糊精、β-环糊精、藻酸双酯钠、岩藻多糖、肝素和硫酸软骨素A，用1mL 3mol/L HCl溶解多糖得到溶解液，取20μL溶解液使用单模微波蛋白水解仪(购自美国CEM公司)进行微波酸水解(水解条件如表1所示)；
(3)微波酸水解后的水解液用20μL去离子水转移到1.5mL离心管中，重复三次，离心浓缩除酸；
(4)每管加100μL甲醇，离心浓缩除残留HCl，重复三次；
(5)得到的干燥样品每管用100μL去离子水溶解(α-环糊精，β-环糊精溶于1mL去离子水)，转速13000r/min，离心5min，取上清，待用；
(6)进行阴离子交换色谱-脉冲安培法分析，色谱条件如下：
分析柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0mm×250mm，
保护柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0mm×50mm，
淋洗液：0-15min使用18mM NaOH；15.1-30min使用18mM NaOH和150mMCH3COONa混合液，流速：1.0mL/min，
进样体积：10μL，
柱温：30℃；
(6)分析并确定七种多糖的单糖组分
通过阴离子交换色谱得到对应的一系列不同浓度标准品的峰面积，以峰面积为纵坐标，以标准品的不同浓度为横坐标绘制标准曲线。经微波酸水解后的七种多糖通过阴离子交换色谱分析后，测定峰面积，并且与标准品的保留时间对应，可以对应得到七种多糖的单糖组分。
表1.优化微波酸水解的正交实验
按照表1的功率、温度和时间设置微波酸水解的正交实验，正交实验结果如图1-4所示。从图1和图2中可知，80w/100w的比值小于1，80℃/100℃的比值也小于1，所以可知，在温度相同、水解时间相同、酸条件相同时，功率越高，降解效率提高，所以优先功率为100w；在功率相同、水解时间相同时，100℃比80℃降解效率更高；在功率相同、温度相同时，都是在10min时降解效率最高。所以微波酸水解正交实验的结果是：功率选择100w，温度100℃，时间10min，多糖的降解效率越高。从图1、2、3、4看出，微波酸水解3mol/L HCl与传统烘箱水解方法3mol/L HCl对比，传统烘箱水解方法3mol/L HCl对糖醛酸和中性糖的影响很大。
二、比较本发明的微波酸水解方法和传统烘箱水解方法的单糖损失率
单糖损失率的计算步骤包括：
(1)使用本发明的微波酸水解方法进行水解
取10μL 0.1mg/mL的6种单糖标准品混合物(岩藻糖，半乳糖胺，葡萄糖胺，半乳糖，葡萄糖和甘露糖)，然后加入10μL 6mol/L HCl，使得单糖标准品的终浓度为0.05mg/ml，HCl终浓度为3mol/L；使用单模微波蛋白水解仪进行微波酸水解，水解条件如表2；其余步骤及色谱条件如上述利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法的步骤。
(2)使用传统烘箱水解方法进行水解
取10μL 0.1mg/ml的6种单糖标准品混合物，6种单糖标准品分别是岩藻糖(Fuc)，半乳糖胺(GalN)，葡萄糖胺(GlcN)，半乳糖(Gal)，葡萄糖(Glc)和甘露糖(Man)，然后加入1mL 3mol/L HCl，烘箱进行水解，水解条件是105℃，6h。水解后的样品取20μL离心浓缩除酸；剩余步骤及色谱条件如上述利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法的步骤。
所述的单糖为标准品，计算烘箱水解方法和微波酸水解方法中单糖标准品的损失率。
表2.通过HPAEC-PAD分析不同水解条件下6种单糖标准品的损失率
*微波酸水解使用3mol/L HCl，传统烘箱水解使用3mol/L HCl。
6种单糖标准品的损失率实验结果如表2所示。从表2看出，本发明的微波降解方法与传统的烘箱降解方法相比较，在功率100w、温度100℃、时间10min的水解条件下时候，单糖损失率的结果与传统烘箱HCl水解多糖的方法结果接近，而且本发明的微波酸水解的步骤更为简单，需要的时间也更短。
另外，阴离子色谱法分析方法与之前报道的柱前PMP衍生高效液相色谱法分析单糖的组成相比较，衍生和萃取的过程会引起单糖的损失。
三、本发明的检测方法的稳定性实验
1、稳定性的计算方法步骤包括：
(1)10μL 0.1mg/ml的6种单糖标准品混合物(岩藻糖，半乳糖胺，葡萄糖胺，半乳糖，葡萄糖和甘露糖)，然后加入10μL 6mol/L HCl,单糖标准品的终浓度为0.05mg/ml，HCl终浓度为3mol/L；
(2)使用单模微波蛋白水解仪进行微波酸水解，水解条件是(用3mol/L HCl来溶解，功率100w，温度100℃水解10min)；剩余步骤及色谱条件如上述利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法的步骤；
(3)阴离子交换色谱分析时间分别是取出上清后0h,4h,8h,12h,16h,20h,24h,48h和72h。检测微波酸水解方法的稳定性。
表3.微波酸水解后(100w 100℃10min,3mol/L HCl)，6种单糖标准品在不同时间段(0,4,8,12,16,20,24,48和72h)稳定性检测结果
保留时间和峰面积：均值(n＝9)±SD。SD:标准偏差。
从表3看出，微波酸水解后，在不同时间点进行HPAEC-PAD，6种单糖的保留时间和峰面积的相对标准偏差较小，小于5％，出峰时间和峰面积比较稳定，变化不大，说明某个单糖在某个时间的出峰的重复性较好，本发明检测方法具有良好的稳定性。
2、线性关系，检测限和定量限的计算
具体计算方法步骤包括：
(1)配制浓度分别为0.05mg/mL，0.01mg/mL，0.005mg/mL，0.001mg/mL，0.0005mg/mL，0.0001mg/mL，0.00005mg/mL 6种单糖标准品混合物；
(2)用于阴离子交换色谱分析；配制不同浓度的单糖标准品混合物，计算其线性关系，检测限和定量限。实验结果如表4所示。
表4.HPAEC-PAD分析得到的6种单糖标准品的线性关系，检测限和定量限
a:y和x分别代表单糖浓度(mg/mL)和峰面积。
b和c:一般以信噪比(S/N)为10：1时相应的浓度或注入仪器的量确定定量限(LOQ)；以信噪比(S/N)为3：1时相应的浓度或注入仪器的量确定检出限(LOD)。
从表4看出，本发明所述的微波酸水解联合HPAEC-PAD法有较好的线性关系(R2,0.9908–0.9997)，样品检测运行时间短(18/30min)。检测限是4.35×10-6-5.88×10-5mg/mL(即：0.004–0.06ppm)，线性范围是0.00005-0.05mg/mL。
实施例2
应用本发明所述的利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法检测未知单糖组分的多糖，其具体步骤如下：
1、首先对待测定多糖进行微波酸水解：称取10mg待测定多糖，用1mL 3mol/L HCl溶解多糖得到溶解液，取20μL溶解液使用单模微波蛋白水解仪进行微波酸水解，水解条件为功率80w、温度80℃、时间10min；
2、微波酸水解后的水解液用20μL去离子水转移到1.5mL离心管中，重复三次，离心浓缩除酸；
3、每管加100μL甲醇，离心浓缩除残留HCl，重复三次；
4、得到的干燥样品每管用100μL去离子水溶解，转速13000r/min，离心5min，取上清，待用；
5、将上清液进行阴离子交换色谱-脉冲安培法分析，得到阴离子交换色谱的色谱图。其色谱条件如下：
分析柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0mm×250mm，
保护柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0mm×50mm，
淋洗液：0-15min使用18mM NaOH；15.1-30min使用18mM NaOH和150mMCH3COONa的混合液，流速：1.0mL/min，
进样体积：10μL，
柱温：30℃。
6、制作多种单糖的标准曲线
精密称取常见的多种单糖的标准品，加去离子水配制成分别含每种单糖各0.05mg/mL，0.01mg/mL，0.005mg/mL，0.001mg/mL，0.0005mg/mL，0.0001mg/mL，0.00005mg/mL的溶液；取80μL至上样瓶，用于阴离子交换色谱分析，。通过阴离子交换色谱得到对应的一系列不同浓度标准品的峰面积，以峰面积为纵坐标，以标准品的不同浓度为横坐标绘制标准曲线。
本发明确定的单糖标准曲线的浓度为0.00005mg/mL-0.05mg/mL，在这个浓度范围内的单糖标准液经过色谱分析后得到的峰型对称性都比较好。如果浓度大于0.05mg/mL，出来的峰型不理想，而且对称性差；如果浓度低于0.00005mg/mL，则峰比较小，对于测定的结果会不准确。对于未知样品可以通过稀释或者浓缩未知样品的浓度来调节峰面积在给出的标准曲线范围内。
7、单糖标准曲线中横坐标是标准品的浓度，纵坐标是峰面积。待测多糖经过离子色谱分析后得到峰面积，通过与标准品相对应的峰，将某一单糖的峰面积代入到相对应的峰的标准曲线，得到浓度值，然后再通过单位换算，稀释比例进行换算。通过与单糖标准曲线进行对比，可以得到待测多糖的单糖组分。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种利用微波酸水解和阴离子交换色谱-脉冲安培法分析多糖中单糖组成的检测方法，其特征在于：所述检测方法包括以下步骤：
(1) 称取待测多糖，用HCl溶解待测多糖得到溶解液，取所述溶解液使用单模微波蛋白水解仪进行微波酸水解；
(2) 微波酸水解后的水解液离心浓缩除酸；
(3) 离心后的样品中添加甲醇，离心浓缩除残留HCl；
(4) 将得到的干燥样品用水溶解，离心取上清；
(5) 离心后的上清液进行阴离子交换色谱-脉冲安培法分析，得到色谱图；
(6) 制备多种单糖的标准曲线；
(7) 将步骤(5)得到的色谱图与步骤(6)中单糖的标准曲线比对并分析计算，确定待测多糖中的单糖组分。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中待测多糖用1 mol/L -5 mol/L HCl溶解多糖得到溶解液。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中微波酸水解的条件是：功率80 w-100 w，温度80 ℃-100 ℃，水解时间5 min-15 min。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中微波酸水解的条件是：功率100 w，温度100 ℃，水解时间10 min。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(5)中的色谱条件为：
分析柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0 mm×250 mm，
保护柱：Thermo Scientific Dionex Carbo PACTM PA10，4.0 mm×50 mm，
淋洗液：0-15 min 使用18 mM NaOH；15.1-30 min 使用18 mM NaOH和150 mMCH3COONa的混合液，流速：1.0 mL/min，
进样体积：10 μL，
柱温：30 ℃。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(6)中的单糖包括岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖胺、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、甘露糖醛酸和古罗糖醛酸。
7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(6)中单糖标准曲线的浓度范围为0.00005 mg/mL -0.05 mg/mL。
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