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超高效液相色譜-串聯質譜法同時測定蜂蜜中8種生物胺

2018-04-13 01:01,,,
食品工業科技 2018年4期
關鍵詞:酰氯蜂蜜色譜

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(1.西北大學分析科學研究所,陜西西安 710069; 2.西北大學化工學院,陜西西安 710069; 3.河南科技學院,河南新鄉 453003)

生物胺是一類含氮的小分子量堿性有機化合物,廣泛存在于動植物的組織和多種發酵與非發酵食品中,如:乳制品、酒、肉制品、水產品等[1-2]。食品中的生物胺生成途徑主要有以下幾類:由機體自身細胞代謝過程產生。此為內源性生物胺有助于維持細胞膜的穩定性,其含量較低[3-4];由醛或酮通過氨基化和轉胺作用產生,其量較少;在食品加工和貯藏過程中,由于被微生物侵染,微生物釋放氨基酸脫羧酶并催化氨基酸脫羧途徑生成[5-6],大部分生物胺在此過程形成。

蜂蜜中含有少量蛋白質和多種游離氨基酸[7],具有多種適宜微生物生長繁殖的營養物質,且在酸性環境下容易生成生物胺,因此在加工、儲存和運輸過程中易被微生物侵染引起發酵從而產生生物胺,存在危害消費者健康的潛在危險。過量攝入生物胺后會引發人體不適、損害人體健康,如組胺、酪胺等[8]。目前很少有關蜂蜜中生物胺種類及含量的研究報道,也未見蜂蜜中生物胺的相關限量標準,因此,有必要建立一種快速有效檢測蜂蜜中生物胺的方法。

生物胺的常見檢測方法有毛細管電泳法(CE)[9-10]、酶聯免疫吸附法(ELISA)[11-12]、生物傳感器法(Biosensor)[13-14]、化學比色法[15]、離子色譜法(IC)[16-17]、薄層色譜法(TLC)[18-19]、氣相色譜法(GC)[20-21]、高效液相色譜法(HPLC)[22-25]和超高效液相色譜-串聯質譜法(UHPLC-MS)[26-27]等。由于UHPLC-MS方法具有分析速度快、檢測靈敏度高、定量分析準確的特點,且蜂蜜樣品基質復雜,大大增加了同時測定8種生物胺的難度,此外,生物胺本身沒有紫外和熒光吸收基團,需對生物胺進行衍生化,衍生后的生物胺極性減小,有利于實現其在色譜柱上的分離。因此,本文采用UHPLC-MS技術結合丹磺酰氯柱前衍生法同時測定蜂蜜中8種常見生物胺的含量與分布,以期能為市售蜂蜜質量安全控制提供可靠依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

32個蜂蜜樣品樣品信息如表1;組胺(Histamine,HIS)、色胺(Tryptamine,TR)、酪胺(Tyramine,TYR)、精胺(Spermine,SP)、亞精胺(Spermidine,SPD)、2-苯乙胺(Phenylethylamine,PHE)、尸胺(Cadaverine,CAD)、腐胺二鹽酸鹽(Putrescine dihydrochloride)標準品純度均大于99%,北京百靈威科技有限公司;濃鹽酸、無水碳酸鈉、碳酸氫鈉北京化工廠;三氯乙酸濟寧宏明化學試劑有限公司;5-磺基水楊酸天津市北聯精細化學品開發有限公司;高氯酸國藥集團化學試劑有限公司;丹磺酰氯衍生劑美國Sigma公司;乙腈、丙酮、甲酸、乙酸乙酯均為色譜純,美國MREDA公司。

表1 蜂蜜樣品信息Table 1 The information of honey samples

Agilent 1290超高效液相色譜儀、6495三重四級桿串聯質譜儀美國Agilent公司;Inolab pH level 1酸堿度計(720型)德國WTW公司;十萬分之一天平上海梅特勒-托利多儀器有限公司;Milli-Q純水發生器美國Millipore公司;CR22G高速冷凍離心機日本日立公司;G560E渦旋混勻器美國Scientific Industries公司;N-EVAP112氮氣吹干儀美國OA-SYS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1實驗所需溶液的配制

1.2.1.10.1 mol/L HCl溶液的配制吸取8.33 mL 12 mol/L濃鹽酸于1000 mL容量瓶中,用去離子水定容,混勻。移至錐形瓶中,密封待用。

1.2.1.2碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液(pH=11.5)的配制稱取18.70 g碳酸鈉以及1.00 g碳酸氫鈉于500 mL錐形瓶中,加入300 mL去離子水溶解,用1 mol/L NaOH溶液調節pH至11.5。

1.2.1.3丹磺酰氯丙酮溶液(10 mg/mL)的配制準確稱取100 mg丹磺酰氯粉末于15 mL離心管中,加入10 mL丙酮溶解,現用現配。

1.2.1.4標準溶液的配制準確稱取8種生物胺標準品各50 mg,置于 50 mL棕色容量瓶中,用0.1 mol/L HCl定容至刻度,得到1.0 mg/mL的單標儲備液。在50 mL棕色容量瓶中加入8種生物胺的單標儲備液各500 μL,用0.1 mol/L HCl定容至刻度,即為10 μg/mL的混合標準溶液,所有標準溶液均密封保存于4 ℃冰箱中。用于實驗測定和方法驗證的標準溶液需現用現配。

1.2.2pH的選擇由于生物胺在堿性環境中才能與丹磺酰氯發生反應,因而本實驗對樣品的pH(8.0~14.0的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液)進行了研究。

1.2.3衍生劑濃度的選擇為篩選更佳的衍生劑濃度,用1~14 mg/mL的丹磺酰氯衍生生物胺,并對其在高效液相色譜串聯質譜上的響應做了對比研究。

1.2.4衍生溫度和衍生時間的選擇分別以室溫-隔夜,30 ℃-90 min,40 ℃-75 min,50 ℃-30 min,50 ℃-60 min,60 ℃-15 min,60 ℃-30 min,65 ℃-15 min,65 ℃-25 min,70 ℃-10 min,70 ℃-20 min,75 ℃-10 min,80 ℃-10 min,90 ℃-5 min組合進行衍生,考察衍生溫度和衍生時間對衍生效果的影響。

1.2.5衍生試劑的穩定性衍生劑丹磺酰氯粉末于-20 ℃冰箱冷凍室內避光保存,現用現配。分別在衍生劑開封當天及開封后不同時間配制丹磺酰氯丙酮溶液,與相對較穩定的尸胺標準溶液進行衍生化反應來考察衍生試劑的穩定性。

1.2.6樣品前處理樣品處理方法參照Sanghee Lee等人[27]的方法,準確稱取1.00 g蜂蜜樣品于50 mL離心管中,加入15 mL 5% 三氯乙酸溶液,渦旋混合均勻,置于4 ℃冰箱中避光過夜以沉淀樣品中的蛋白。將過夜后的樣品于4 ℃下8000 r/min離心10 min。取1 mL上清液于10 mL離心管中,加入1 mL pH=11.5的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液,充分混勻后,再加入1 mL 10 mg/mL的丹磺酰氯丙酮溶液,迅速混勻后,于60 ℃下避光衍生15 min。衍生后將樣品避光冷卻至室溫,用2 mL乙酸乙酯萃取兩次,合并有機相,加入1.5 mL去離子水洗滌,收集有機相,氮氣吹干后采用1 mL乙腈復溶,再過尼龍濾膜(0.22 μm),后進行UHPLC-MS/MS樣品分析。配制標準品除不需去蛋白步驟,其它步驟同樣品處理方法。

1.2.7色譜和質譜條件

1.2.7.1色譜條件本實驗選擇色譜柱Agilent Poroshell 120 SB-C18(50 mm×2.1 mm,2.7 μm),以0.1%甲酸水溶液(A)-0.1%甲酸乙腈溶液(B)作為流動相,流速為0.3 mL/min,柱溫為40 ℃,進樣量為5 μL。洗脫程序:0~1 min,B為30%;1~5 min,B為30%~80%;6.5~7.5 min,B為80%~100%;9.0~9.5 min,B為100~30%;9.5~12.5 min,B為30%。

1.2.7.2質譜條件離子源:離子漏斗,電噴霧離子源(ESI);掃描方式:正離子掃描方式;監測模式:多反應監測(MRM)模式;氣體溫度(Gas Temp):200 ℃;干燥器流速(Gas Flow):15 L/min;霧化器壓力(Nebulizer):40 psi;鞘流氣氣體溫度(Sheath Gas Temp):350 ℃;鞘流氣氣體流速(Sheath Gas Flow):11 L/min;毛細管電壓:4000 V;噴嘴電壓:1000 V。

1.2.8基質效應本實驗通過稀釋來減少蜂蜜樣品的基質效應,為考察稀釋倍數對基質效應的影響,用乙腈將已處理好的蜂蜜樣品分別稀釋2、5、10、20、50、100、200倍,分別測定各樣品中生物胺含量,再乘以各稀釋倍數后與未稀釋樣品中生物胺含量進行對比。

1.2.9方法學考察為考察分析方法的可靠性,用8種生物胺標準品對方法做了線性范圍、檢出限、回收率及精密度的測定。

2 結果與分析

2.1 樣品前處理條件的選擇

由于蜂蜜樣品中的蛋白會與丹磺酰氯發生反應,影響樣品中生物胺的含量測定,因此,在衍生化反應之前,需進行除蛋白處理。本實驗選擇三氯乙酸作為蛋白質的沉淀試劑。

2.1.1pH的選擇以緩沖溶液的pH為橫坐標,各生物胺的色譜峰面積(以百萬為單位)的相對百分比為縱坐標作圖。從圖1中可看到,色胺、腐胺、尸胺在pH為9.5時有最大生成量,在pH為11.5時略有減少,但其余6種生物胺此時有最大生成量,最終選擇pH為11.5的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖溶液來處理樣品。這與前人[28-29]的研究結果一致。

圖1 生物胺衍生物的生成量隨緩沖溶液pH升高的變化趨勢Fig.1 The change of biogenic amine derivatives under different pH conditions of buffer solution

2.1.2衍生劑濃度的選擇以丹磺酰氯衍生劑的濃度為橫坐標,各生物胺的色譜峰面積(以百萬為單位)的相對百分比為縱坐標作圖,圖2表示生物胺衍生產物的生成量隨衍生劑丹磺酰氯濃度變化的變化趨勢。結果顯示8種標樣均在衍生劑濃度為10 mg/mL時,衍生物的生成量達到最大,再增加濃度,基本不變。因此,10 mg/mL為最佳衍生劑濃度,這與楊賢慶等人[30]的研究結果一致。

圖2 生物胺衍生產物的生成量隨衍生劑濃度變化的變化趨勢Fig.2 The change of biogenic amine derivatives with the different concentration of derivation agent

2.1.3衍生溫度和衍生時間的選擇不同溫度和時間的組合條件下均能衍生成功,且生物胺衍生物的種類一致、生成量基本相同。但考慮到省時、節能等因素,選擇60 ℃水浴15 min為實驗最終衍生條件。

2.1.4衍生試劑的穩定性分別在衍生劑開封當天及開封后10、20、30、60、90、120 d配制的10 mg/mL的丹磺酰氯丙酮溶液,與尸胺標準溶液(1 μg/mL)進行衍生化反應,利用UHPLC-MS方法檢測生物胺衍生物的含量。以衍生劑開封當日配制的溶液生成的尸胺衍生物的量為基準,丹磺酰氯在30 d內的衍生效果基本穩定,之后配制的衍生劑溶液與尸胺反應生成的衍生物量開始下降,因此,丹磺酰氯衍生劑開封后可在-20 ℃條件下避光保存1個月左右。

2.2 色譜與質譜條件的優化

表2 8種生物胺的結構信息及質譜條件Table 2 MRM acquisition settings for the dansyl derivatives of 8 BAs

注:“a”表示定量離子對。

為選擇流動相,本實驗對比了有機相分別為甲醇和乙腈以及是否加甲酸的流動相組成條件下8種生物胺的響應值和峰形。結果發現加入甲酸不僅能提高目標物的分離效果還能改善峰形,乙腈為流動相時響應比甲醇更高,因此,選擇0.1%甲酸水溶液-0.1%甲酸乙腈溶液作為流動相比較合適。另外,還比較了三種色譜柱:Agilent ZORBAX SB-C18(50 mm×2.1 mm,3.5 μm)、Phenomenex Kinetex C18(50 mm×2.1 mm,2.6 μm)、Agilent Poroshell 120 SB-C18(50 mm×2.1 mm,2.7 μm)的分離性能,結果表明8種目標分析物可以在Agilent Poroshell 120 SB-C18(50 mm×2.1 mm,2.7 μm)完全分離,峰型尖銳對稱無拖尾現象,且該色譜柱對于目標物的保留和分離能力明顯高于其他兩個色譜柱。圖3為8種生物胺標準品的色譜圖。

圖3 生物胺標準品的色譜圖Fig.3 Chromatogram of the 8 standard mixtures注:1:色胺,TR;2:2-苯乙胺,PHE;3:腐胺,PUT;4:尸胺:CAD; 5:組胺,HIS;6:酪胺,TYR;7:亞精胺,SPD;8:精胺,SP。

生物胺結構上N原子具有孤對電子,容易接受質子呈堿性即容易加和氫離子生成帶有正電荷的離子,故選擇電噴霧正離子(ESI+)掃描方式,根據[M+H]+離子找到分子離子峰。在MRM模式下對目標物進行子離子掃描,進而優化碰撞能量、駐留時間及離子加速電壓,在MRM監測模式下選取定性和定量離子作為特征離子對,具體質譜條件優化結果見表2。

2.3 基質效應

表3 8種生物胺的線性關系及檢出限、定量限Table 3 Linearities,LODs,and LOQs of the standard BAs

在液質聯用方法中的基質效應是由分析物的共流出組分影響電噴霧接口的離子化效率所致,會使離子強度增加或降低,從而影響檢出限、定量限以及實驗結果的準確性。由于本實驗的樣品中均含少量生物胺,且沒有空白基質樣品,因此,只能通過稀釋來減少基質效應。初步研究表明稀釋后的蜂蜜樣品中生物胺的含量均高于未稀釋的樣品,說明蜂蜜基質對于測定生物胺結果具有抑制作用,而對樣品進行稀釋能夠降低抑制作用。隨著稀釋倍數的增加,乘以稀釋倍數后可檢測到的生物胺含量逐漸升高,20倍時達最高,此后含量基本保持不變。因此,本實驗選取最佳稀釋倍數為20倍,這與Stahnke等[31]研究結果一致。

2.4 方法的線性范圍及檢出限

由于8種生物胺的檢測靈敏度差異很大,配制混合標準溶液是根據各生物胺的響應靈敏度高低進行濃度差異配制?;旌蠘藴嗜芤褐蠸PD、SP的質量濃度范圍為5~500 μg/L,TR、PHE、PUT、CAD、TYR、HIS的質量濃度范圍為1~500 μg/L。標準曲線以各生物胺色譜峰面積與其對應的質量濃度(μg/L)呈線性關系,各標準曲線的相關系數均大于0.99。逐級稀釋生物胺混合標準溶液,當信噪比(S/N)為3和10時確定為各生物胺的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。結果表明該方法的檢出限(LODs)為0.01~0.51 μg/L,定量限(LOQs)為0.03~1.67 μg/L,具體結果見表3。

2.5 回收率和精密度

在已知各生物胺含量的蜂蜜樣品中分別添加100、500、1000 μg/kg的混合標準溶液,按已優化的樣品處理方法進行前處理,平均回收率為76%~112%。為評價方法精密度,每日平行測定5次,連續進行3 d。結果表明日內精密度(n=5)均小于等于9.8%,日間精密度(n=15)均小于等于13.1%,表4為各生物胺的回收率和精密度。

表4 8 種生物胺的基質回收率及精密度Table 4 Recoveries,intra-day(n=3)and inter-day (n=5)precision data for 8 standard BAs

2.6 實際蜂蜜樣品的測定

按上述優化方法對22種不同植物源市售蜂蜜樣品進行了檢測,圖4為棗花蜜的總離子流圖及色胺和2-苯乙胺的MRM圖譜。22種蜂蜜樣品中生物胺的種類及含量總結如表5所示,結果顯示色胺(TR)、2-苯乙胺(PHE)、腐胺(PUT)、尸胺(CAD)、組胺(HIS)、酪胺(TYR)、亞精胺(SPD)和精胺(SP)共8種生物胺分別在32個蜂蜜樣品中檢出,其中,色胺僅存在于棗花蜜中,平均含量為192.6 μg/kg,這可能與棗花蜜獨特的酸性環境有關。Koessler等[32]認為合成生物胺是為了抵抗酸性環境而產生的一種應激反應,由于色氨酸是在脫羧酶的作用下生成的色胺,而氨基酸脫羧酶的活性最適pH是4.0~5.5,因此,棗花蜜較低的pH為色胺的生成提供了有利條件。2-苯乙胺和腐胺在所有蜂蜜樣品中均能檢出,含量范圍不等。2-苯乙胺平均含量為670.5 μg/kg,但在3個椴樹蜜樣品中含量尤高。另外鴨腳木蜂蜜也檢測到高含量的2-苯乙胺,但是一個樣品不具代表性,其具體原因有待深入研究。腐胺平均含量為65.9 μg/kg,其中歐洲百花蜜(黑蜂蜂種)及葵花蜂蜜較其余植物源的蜂蜜的含量都高。歐洲百花蜜及葵花蜂蜜腐胺含量高的原因可能跟蜂種和植物源有關。只有少量蜂蜜樣品中可檢測到尸胺、組胺、酪胺、亞精胺和精胺,尸胺在可檢出蜂蜜樣品中含量均在30 μg/kg以下;組胺僅在葵花蜜和歐洲百花蜜(黑蜂蜂種)中被檢出,含量分別為22.0和15.9 μg/kg;酪胺在14個蜂蜜樣品中檢出,平均含量為48.0 μg/kg;組胺和酪胺的毒性較高,一般認為發酵食品中允許的組胺含量范圍在50~100 mg/kg,酪胺為100~800 mg/kg[33]。但結果表明其在蜂蜜中含量很低,對人體健康不會產生危害。亞精胺也僅在葵花蜜和歐洲百花蜜(黑蜂蜂種)中被檢出,含量分別為58.2 μg/kg和47.1 μg/kg。而精胺僅在葵花蜜中被檢測到,含量為15.6 μg/kg。

表5 22種不同植物源的蜂蜜樣品中生物胺的種類及含量分布Table 5 Distributions and levels of BAs in 22 kinds of honey samples from different botanical origins

注:“-”表示沒有檢出;同種蜂蜜的數量>1時,含量為平均值。

圖4 棗花蜜的特征圖譜及其主要峰的MRM圖譜(色胺和2-苯乙胺)Fig.4 Representative chromatogram of data honey and MRM chromatograms of the main peaks(TR and PHE)

不同植物源的蜂蜜中生物胺的總含量也相差較大,范圍在45.4~4349.9 μg/kg之間。五味子蜂蜜生物胺總含量最低,只含有2-苯乙胺和腐胺兩種生物胺,且含量均很低。椴樹蜜因其所含2-苯乙胺的含量很高,因而生物胺總含量最高??酆桶倩酆械纳锇贩N類較多,分別為7種和6種,其他植物源的蜂蜜一般含有2~4種生物胺。另外,棗花蜜中特有的色胺和椴樹蜜中較高含量的2-苯乙胺均可作為其潛在的花源標志物。

蜂蜜中生物胺含量與分布的顯著差異,很可能與蜜種、蜂種、地理源及其他因素相關,具體影響機制和相關性還有待深入研究。

3 結論

本文建立了超高效液相色譜-串聯質譜儀結合柱前衍生方法對常見商品種類的蜂蜜中生物胺的種類及含量分布進行了調查研究。該方法對于蜂蜜中生物胺定性和定量檢測具有較高的靈敏度、準確性和可靠性,滿足蜂蜜中生物胺檢測和分析的需要,為蜂產品行業制定相關限量標準提供了基礎數據,有利于進一步研究植物源、地理源、蜂種及其他因素對蜂蜜中生物胺種類及含量的相關性。

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