JP7487987B1 - アガロオリゴ糖の分析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、分析対象の試料であるアガロオリゴ糖含有物に対して、先ずLC(液体クロマトグラフィ)を実施する。LC(液体クロマトグラフィ)は、LC-MS(01)(液体クロマトグラフ-質量分析計)におけるLC(02)(液体クロマトグラフ)において実施される。LC(02)(液体クロマトグラフ)の構成は、HPLC(高速液体クロマトグラフ)の例として図1に示すように、移動相容器(04)、脱気装置(05)、送液ポンプ(06)、試料導入部(07)、カラム(08)、およびカラム恒温槽(09)を備える。これらの各構成は、制御部(10)の制御によって動作される。制御部(10)は、CPUおよびメモリから構成され、予め設定された動作プログラムおよび/または不図示の操作部から入力される設定信号に基づいて所定の動作を行う。
ここで、分析に供することが可能なアガロオリゴ糖含有物としては、前述の通り、アガロオリゴ糖およびアガロオリゴ糖以外の糖質(単糖、少糖、多糖、その他糖アルコール)を含む試料であって、各種の食品、医薬品、医薬部外品、化粧品等を挙げることができる。例えば、食品としては、その種類も形態も限定されないが、例えば、ライス、パン、麺等の主食や惣菜、また、生菓子、冷菓等の菓子類、ヨーグルト等の発酵食品、ソース、ドレッシング等の調味料、さらに、サプリメント等の錠剤、ゼリー状食品、嚥下食品、飲料、粉末飲料等が挙げられる。
本実施形態に係るLC(液体クロマトグラフィ)の分離モードは、順相クロマトグラフィ(Normal Phase Chromatography;NPC)が好適であり、親水性相互作用クロマトグラフィ(Hydrophilic Interaction Chromatography;HILIC)を適用する。順相クロマトグラフィ(順相モード、NPCモード)は、固定相の極性を移動相の極性よりも高く設定する分離モードである。例えば、固定相を、相対的に高極性な、未修飾のシリカゲルやアルミナ等とし、移動相を、相対的に低極性な、ヘキサン、クロロホルム等の有機溶媒等とする。親水性相互作用クロマトグラフィ(親水性相互作用モード、HILICモード)は、NPCモードの一つである。例えば、移動相を、一定の極性を有する、アセトニトリル、メタノール、エタノール等の有機溶媒の水溶液とし、それよりも高極性の固定相として、極性基(例えば、アミド基、シアノ基、アミノ基等)で修飾したシリカゲルやポリマーゲル等を固定相とする。NPCモードおよびHILICモードでは、極性の高い分子程固定相における保持時間が長くなり、極性が低い分子程早く溶出し、保持時間が短くなる。分離モードにおける、固定相すなわちカラム(08)に充填する充填剤における、基材の種類、極性基、サイズ(粒子径)および量、ならびにそれらに伴うカラム(08)のサイズや、移動相(溶離液)の種類、流量および流速等は自由に選択できる。但し、その中でも、固定相に極性を付与する極性基は、アミド基が好適であり、固定相には、アミド基を修飾して極性を付与することが好ましい。
HILICモードにおいて、移動相に用いる有機溶媒の水溶液(有機溶媒と水との混合溶媒)は、上記の通り、MS(質量分析)におけるイオン化効率を上昇させるために、濃度を50vol%以上に設定することが好ましく、60vol%以上に設定することがより好ましい。有機溶媒としては、非プロトン性溶媒であるアセトニトリルが好ましい。すなわち、HILICモードでは、移動相には、試料を溶解する溶媒(溶解液)としての溶離液として、または溶離液に予め試料を溶解させた溶液として、50vol%以上のアセトニトリル水溶液が好ましく、60vol%以上のアセトニトリル水溶液がより好ましい。なお、水は、イオン交換水、蒸留水等の純水または超純水を用い、純度の基準は試料の種類等に応じて適宜設定すればよい。
前述の通り、LC(液体クロマトグラフ)(02)において、固定相は、充填剤を充填したカラム(08)として構成される。HILIC(用)カラムの充填剤における基材の極性基は、前述のアガロオリゴ糖の塩基性への不適合性の観点から、部分的であっても塩基性を帯び易いアミノ基やシアノ基と比較して、アミド基が好ましい。また、極性基を結合する基材は、前述の通り、シリカゲルや、ポリビニルアルコール等のポリマーゲル等を用いることができる。すなわち、HILICモードでは、アミド基(カルバモイル基)を修飾したアミドカラムを好適に用いることができる。これによって、アガロオリゴ糖が構造変化し易くなったり、目的のピークが検出され難くなったり、或いは不明なピークが検出され易くなるといった、アガロオリゴ糖の塩基性への不適合性に起因する不具合を、より確実に抑えることが可能になる。その結果、より高感度にアガロオリゴ糖を分離して検出することができる。また、固定相の温度(カラム温度)は限定されず適宜調整すればよいが、アノマー分離を防止するためには高温の方が好ましい。特にアミドカラムを用いる場合は、60℃以上、より好適には80℃以上に設定することが好ましい。一方、アミノカラム等では、塩基性を帯び易い分アノマー分離は起こり難いため、例えば45℃程度で好適に使用することができる。
続いて、本実施形態は、LC(液体クロマトグラフィ)によって分離された試料に対して、MS(マススペクトロメトリー:質量分析)を実施する。MS(質量分析)は、LC-MS(01)(液体クロマトグラフ-質量分析計)におけるMS(03)(質量分析計)において実施される。MS(03)(質量分析計)の構成は、図1に示すように、イオン化部(11)、質量分離部(12)、および検出部(13)を備える。これらの各構成は、制御部(14)の制御によって動作される。制御部(14)は、CPUおよびメモリから構成され、予め設定された動作プログラムおよび/または不図示の操作部から入力される設定信号に基づいて所定の動作を行う。なお、LC(02)(液体クロマトグラフ)における制御部(10)とMS(03)(質量分析計)における制御部(14)とは一体に構成されてもよい。
LC(液体クロマトグラフ)のカラム(08)から溶出されたアガロオリゴ糖を含む溶出試料は、続いてLC(02)(液体クロマトグラフ)に接続されたMS(03)(質量分析計)のイオン化部(11)に導入される。イオン化部(11)は、導入された溶出試料をイオン化する。イオン化の方法は、MS(質量分析)における公知のイオン化法を適宜用いることができ、イオン化部(11)は適用されるイオン化法に沿って構成される。具体的なイオン化法としては、エレクトロスプレーイオン化(Electrospray Ionization;ESI)、大気圧化学イオン化(Atmospheric Pressure Chemical Ionization;APCI)、大気圧光イオン化(Atmospheric Pressure Photo Ionization;APPI)等が例示される。ESIは、大気圧下で高電圧を印加することにより液相の試料分子をイオン化する。APCIは、試料を加熱して気化し、コロナ放電によって大気から生成したイオンと気化した試料分子とを反応させて、当該試料分子をイオン化する。APPIは、試料を加熱して気化し、クリプトンランプから照射されるUVによって、気化した試料分子をイオン化する。なお、上記のイオン化法は何れも大気圧下で試料をイオン化するが、真空下で試料をイオン化するサーモスプレーイオン化(Thermospray Ionization;TSI、TSPI)等を適用してもよい。
質量分離部(12)は、イオン化されたイオン(イオン分子)をm/z(イオンの質量(m)と電荷数(z)との比:いわゆる質量電荷比)ごとに分離する。分離方法は、MS(質量分析)における公知の質量分離法を適宜用いることができ、質量分離部(12)は適用される質量分離法に沿って構成される。具体的な質量分離法としては、四重極型(Quadrupole)、磁場型(Magnetic Sector)、飛行時間型(Time of Flight)、イオントラップ型(Ion Trap)等が例示される。四重極型は、真空中に4本の電極が中心軸から等距離で互いに平行に配置され、中心軸を挟んで互いに対向する電極には同じ極性の電圧が、互いに隣接する電極には正負逆の電圧がかけられる。そして、各電極に直流電圧と高周波交流電圧とを重ね合わせてかけると、四重極中には高速で位相の変化する電場が生じる。この中に導入されたイオンは特定範囲のm/zのもののみが安定に振動して四重極を通過できる。これを利用して電圧を変化させて、質量分離を行う。磁場型は、扇型磁場に電圧により加速したイオンを導入すると、イオンはフレミングの左手の法則に従って速度と磁場方向とに直角に加速度を受け、起動が曲げられる。質量の小さいイオン程大きく軌道が曲げられることを利用し、質量分離を行う。飛行時間型は、同じ電圧によりイオンを加速すると、質量の小さいイオン程速く、質量の大きいイオン程遅く飛行することを利用して質量分離を行う。イオントラップ型は、四重極型の原理を応用したもので様々な方式が存在するが、例えば四重極の入り口と出口をつないでリング状にしたもので、系内にイオンをトラップしておき、高周波電圧を徐々に変化させて、振動が不安的になったイオンを順次系外へ排出することで質量分離を行う。
検出部(13)は、二次電子倍増管、光電子倍増管、チャンネルトロン、マイクロチャンネルプレート等に構成され、m/zごとに分離されて選択されたイオン(イオン分子)の信号を増幅させて検出する。その結果、アガロオリゴ糖各糖の分子Mを、ギ酸イオン付加分子([M+HCOO]-)、脱プロトン分子([M-H]-)、酢酸イオン付加分子([M+CH3COO]-)、アンモニウムイオン付加分子([M+NH4]+)、ナトリウムイオン付加分子([M+Na]+)、およびトリフルオロ酢酸イオン付加分子([M+CF3COO]-)等に例示されるイオン付加分子および/または脱プロトン分子として検出することができる。検出部(13)で検出された検出信号は適宜変換器により変換されて制御部(14)に入力されると、制御部(14)により分析されて所定の演算が行われ、例えば、m/zを横軸、適用された質量分離法に係る信号値(イオン強度等)を縦軸とするマススペクトルとして出力される。および/または、制御部(14)により、m/zごとに分離されて選択されたイオン(イオン分子)についてLC(02)における通過時間(保持時間等)を横軸、適用された分離モードに係る信号値(イオン強度等)を縦軸とするクロマトグラムとして出力される。
常法によって寒天からアガロオリゴ糖を製造した。寒天(ウルトラ寒天 AX-30:伊那食品工業社)50gを蒸留水1000gに加熱溶解した後、濃硫酸2gを添加して90℃で3時間撹拌した。次いで水酸化ナトリウムでpHを3.5に調整した後、活性炭で処理し、ろ紙でろ過し、さらに1μmのフィルターでろ過してアガロオリゴ糖溶液を得た。この溶液を真空凍結乾燥し、粉末のアガロオリゴ糖を得た。以下、全試験においてこれを使用した。
アガロオリゴ糖を蒸留水に溶解した後、アセトニトリルの終濃度が60vol%になるように調製した。アガロオリゴ糖の終濃度は400ppm(0.4mg/mL)になるように調製し、これを試料(1)とした。試料(1)を、HPLC(高速液体クロマトグラフ)とMS(質量分析計)とを接続したLC-MS(HPLC-MS)により下記の条件で分析を行った(実施例1-実施例3)。
LC:HPLC
分離モード:HILIC
カラム:アミドカラム;TSKgel Amide-80 5μm(登録商標)(東ソー社)
(粒子径;5μm カラムサイズ;内径2.0mm×長さ25cm)
カラム温度:80℃
移動相:60vol%アセトニトリル水溶液に対して、所定の酸を0.01vol%乃至1vol%になるように添加した、0.01vol%乃至1vol%酸-60vol%アセトニトリル水溶液
流速:0.2mL/min
試料(1)前処理:不実施
試料(1)注入量:1μL
イオン化:ESI(ネガティブおよびポジティブ並行測定可能機器にて並行測定)
質量分離:四重極型
ネブライザーガス流量:1.5L/min
ドライングガス流量:15L/min
インターフェース温度:350℃
脱溶媒管(Desolvation Line;DL)温度:250℃
ヒートブロック温度:200℃
実施例1では、移動相に付加する酸の一例として、ギ酸(富士フイルム和光純薬社。以下、同じ)を選択した。すなわち、移動相を、0.01vol%または0.1vol%ギ酸-60vol%アセトニトリル水溶液とした。結果を表1に示す。なお、表中の、ギ酸付加イオンはギ酸イオン付加分子、プロトン脱離イオンは脱プロトン分子、酢酸付加イオンは酢酸イオン付加分子、アンモニウム付加イオン(NH4付加イオン)はアンモニウムイオン付加分子、ナトリウム付加イオン(Na付加イオン)はナトリウムイオン付加分子をそれぞれ表す(以下、同じ)。
実施例2では、移動相に付加する酸の一例として、酢酸(富士フイルム和光純薬社。以下、同じ)を選択した。すなわち、移動相を、0.1vol%または1vol%酢酸-60vol%アセトニトリル水溶液とした。結果を表2に示す。
実施例3では、移動相に付加する酸の一例として、トリフルオロ酢酸(TFA)(富士フイルム和光純薬社。以下、同じ)を選択した。すなわち、移動相を、0.01vol%TFA-60vol%アセトニトリル水溶液とした。結果を表3に示す。なお、表中のトリフルオロ酢酸付加イオン(TFA付加イオン)はトリフルオロ酢酸イオン付加分子を表す(以下、同じ)。
アガロオリゴ糖からなる試料(2)(AOS)、アガロオリゴ糖およびアガロオリゴ糖以外の糖質であるデキストリンその他の夾雑成分を含むアガロオリゴ糖含有物からなる試料(3)(AOS+ブランク)、および夾雑成分からなる対照(ブランク)を、それぞれ調製した。試料(2)は、試験1と同様に、アガロオリゴ糖の終濃度が400ppm(0.4mg/mL)になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度は60vol%)で調製した。試料(3)は、アガロオリゴ糖、紅茶エキス(佐藤食品工業社、以下同じ)およびデキストリン(サンエイ糖化社、以下同じ)を10/40/50の質量比で含み、且つアガロオリゴ糖の終濃度が400ppm(0.4mg/mL)になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度は60vol%)で調製した。対照(ブランク)は、紅茶エキスおよびデキストリンを40/50の質量比で含み、且つデキストリンの終濃度が試料(3)と同一になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度60%)で調製した。これらの試料(2)、試料(3)、および対照を、それぞれ試験1と同じ条件で分析した(実施例4-実施例6)(各試料いずれも酵素処理その他の前処理は不実施)。但し、本発明の信頼性をより向上させるために、試験結果の客観性を向上させることを目的として、実施例4における脱プロトン分子を選択し、その検出に係る試料(2)、試料(3)、および対照については、試験1に準ずる条件で外部の分析機関に分析を依頼した。そして、当該機関により作成されたクロマトグラムに対して、他のイオン付加分子同様に、下記の本試験の評価基準に基づいて、検出感度を評価した。
実施例4では、移動相に付加する酸の一例として、ギ酸を選択した。すなわち、移動相を、0.01vol%または0.1vol%ギ酸-60vol%アセトニトリル水溶液とした。結果を表4に示す。
実施例5では、移動相に付加する酸の一例として、酢酸を選択した。すなわち、移動相を、0.1vol%または1vol%酢酸-60vol%アセトニトリル水溶液とした。結果を表5に示す。
実施例6では、移動相に付加する酸の一例として、トリフルオロ酢酸(TFA)を選択した。すなわち、移動相を、0.01vol%TFA-60vol%アセトニトリル水溶液とした。結果を表6に示す。
アガロオリゴ糖およびアガロオリゴ糖以外の糖質であるデキストリンを含むアガロオリゴ糖含有物からなる試料(4)を調製した。試料(4)は、アガロオリゴ糖およびデキストリンを10/50の質量比で含み、且つアガロオリゴ糖が下記の酵素処理を経た状態で終濃度400ppm(0.4mg/mL)になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度は60vol%)で調製した。試料(4)を、HPLC(高速液体クロマトグラフ)とMS(質量分析計)とを接続したLC-MS(HPLC-MS)により下記の条件で分析を行った(実施例7、比較例1)。
LC:HPLC
分離モード:HILIC
カラム:アミドカラム;TSKgel Amide-80 5μm(登録商標)(東ソー社)
(粒子径;5μm カラムサイズ;内径2.0mm×長さ25cm)
カラム温度:80℃
移動相:
実施例7;60vol%アセトニトリル水溶液に対して、ギ酸を0.1vol%になるように添加した、0.1vol%ギ酸-60vol%アセトニトリル水溶液
比較例1;60vol%アセトニトリル水溶液
流速:0.2mL/min
試料(4)前処理:実施
試料(4)注入量:1μL
イオン化:ESI(ネガティブおよびポジティブ並行測定可能機器を使用)
質量分離:四重極型
ネブライザーガス流量:1.5L/min
ドライングガス流量:15L/min
インターフェース温度:350℃
脱溶媒管(Desolvation Line;DL)温度:250℃
ヒートブロック温度:200℃
アガロオリゴ糖およびアガロオリゴ糖以外の糖質であるデキストリンその他の夾雑成分を含むアガロオリゴ糖含有物からなる試料(5)を調製した。試料(5)は、アガロオリゴ糖、紅茶エキスおよびデキストリンを10/40/50の質量比で含み、且つアガロオリゴ糖が酵素処理を経た状態で終濃度400ppm(0.4mg/mL)になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度は60vol%)で調製した。試料(5)を、HPLC(高速液体クロマトグラフ)とMS(質量分析計)とを接続したLC-MS(HPLC-MS)により下記の条件で分析を行った(実施例8、参考例1)。試料(5)については、試験3と同様に、予め酵素処理を実施したものを、LCに供した(注入した)。
LC:HPLC
分離モード:HILIC
カラム:
実施例8;アミドカラム;TSKgel Amide-80 5μm(登録商標)(東ソー社)
(粒子径;5μm カラムサイズ;内径2.0mm×長さ25cm)
参考例1;アミノカラム;Asahipak NH2P-40 2E(登録商標)(レゾナック社)
(粒子径;5μm カラムサイズ;内径2.0mm×長さ25cm)
カラム温度:実施例8;80℃
参考例1;45℃
移動相:60vol%アセトニトリル水溶液に対して、ギ酸を0.1vol%になるように添加した、0.1vol%ギ酸-60vol%アセトニトリル水溶液
流速:0.2mL/min
試料(5)前処理:実施
試料(5)注入量:1μL
イオン化:ESI(ネガティブおよびポジティブ並行測定可能機器を使用)
質量分離:四重極型
ネブライザーガス流量:1.5L/min
ドライングガス流量:15L/min
インターフェース温度:350℃
脱溶媒管(Desolvation Line;DL)温度:250℃
ヒートブロック温度:200℃
試験4と同様に、アガロオリゴ糖、紅茶エキスおよびデキストリンを10/40/50の質量比で含み、且つアガロオリゴ糖の終濃度が400ppm(0.4mg/mL)になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度は60vol%)で試料(6)を調製した。試料(6)を、HPLC(高速液体クロマトグラフ)とMS(質量分析計)とを接続したLC-MS(HPLC-MS)により下記の条件で分析を行った(実施例9、参考例2)。
LC:HPLC
分離モード:HILIC
カラム:アミドカラム;TSKgel Amide-80 5μm(登録商標)(東ソー社)
(粒子径;5μm カラムサイズ;内径2.0mm×長さ25cm)
カラム温度: 80℃
移動相:60vol%アセトニトリル水溶液に対して、ギ酸を0.1vol%になるように添加した、0.1vol%ギ酸60vol%アセトニトリル水溶液
流速:0.2mL/min
試料(6)前処理:
実施例9;実施
参考例2;不実施
試料(6)注入量:1μL
イオン化:ESI(ネガティブおよびポジティブ並行測定可能機器を使用)
質量分離:四重極型
ネブライザーガス流量:1.5L/min
ドライングガス流量:15L/min
インターフェース温度:350℃
脱溶媒管(Desolvation Line;DL)温度:250℃
ヒートブロック温度:200℃
[試験6]
試験4と同様に、アガロオリゴ糖、紅茶エキスおよびデキストリンを10/40/50の質量比で含み、且つアガロオリゴ糖の終濃度が100ppm(0.1mg/mL)になるように蒸留水およびアセトニトリル(アセトニトリルの終濃度は60vol%)で試料(7)を調製した。試料(7)を、HPLC(高速液体クロマトグラフ)とMS(質量分析計)とを接続したLC-MS(HPLC-MS)により下記の条件で分析を行った(実施例10)。試料(7)については、酵素処理その他の前処理は実施せずに、調製した試料(7)をそのままLCに供した(注入した)。
LC:HPLC
分離モード:HILIC
カラム:アミドカラム;TSKgel Amide-80 5μm(登録商標)(東ソー社)
(粒子径;5μm カラムサイズ;内径2.0mm×長さ25cm)
カラム温度:80℃
移動相:60vol%アセトニトリル水溶液に対して、ギ酸を0.1vol%になるように添加した、0.1vol%ギ酸60vol%アセトニトリル水溶液
流速:0.2mL/min
試料(7)前処理:不実施
試料(7)注入量:1μL
イオン化:ESI(ネガティブおよびポジティブ並行測定可能機器を使用)
質量分離:四重極型
ネブライザーガス流量:1.5L/min
ドライングガス流量:15L/min
インターフェース温度:350℃
脱溶媒管(Desolvation Line;DL)温度:250℃
ヒートブロック温度:200℃
02 LC(液体クロマトグラフ)
03 MS(質量分析計)
04 移動相容器
05 脱気装置
06 送液ポンプ
07 試料導入部
08 カラム
09 カラム恒温槽
10 制御部
11 イオン化部
12 質量分離部
13 検出部
14 制御部
Claims (6)
- アガロオリゴ糖含有物から、アガロオリゴ糖を、液体クロマトグラフィの親水性相互作用モードで分離し、質量分析によって検出することを特徴とし、さらに、
前記液体クロマトグラフィにおける移動相に酸を添加して該移動相を酸性にすること、
前記アガロオリゴ糖含有物に対して前記液体クロマトグラフィを実施する前に、前記アガロオリゴ糖含有物を酵素によって予め処理すること
を特徴とするアガロオリゴ糖の分析方法。 - アガロオリゴ糖含有物から、アガロオリゴ糖を、液体クロマトグラフィの親水性相互作用モードで分離し、質量分析によって検出することを特徴とし、さらに、
前記液体クロマトグラフィにおける移動相に酸を添加して該移動相を酸性にすること、
前記アガロオリゴ糖含有物は、アガロオリゴ糖以外の糖質を含んでおり、
前記アガロオリゴ糖以外の糖質は、デキストリンであること
を特徴とするアガロオリゴ糖の分析方法。 - 前記親水性相互作用モードでは、アミドカラムを使用すること
を特徴とする請求項1または請求項2記載のアガロオリゴ糖の分析方法。 - 前記酸として、揮発酸を添加すること
を特徴とする請求項1または請求項2記載のアガロオリゴ糖の分析方法。 - 前記酸として、ギ酸、酢酸、およびトリフルオロ酢酸から選択される1種類以上の酸を添加すること
を特徴とする請求項4記載のアガロオリゴ糖の分析方法。 - 前記移動相には、50vol%以上の有機溶媒の水溶液に前記酸を添加すること
を特徴とする請求項1または請求項2記載のアガロオリゴ糖の分析方法。
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