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        滸苔脂肪酸前處理方法優(yōu)化及GC/MS分析

        2010-09-24 08:09:02尹琳琳楊佰娟韓笑天王能飛王小如楊東方
        海洋科學(xué) 2010年11期
        關(guān)鍵詞:皂化水浴甲酯

        尹琳琳, 楊佰娟, 鄭 立, 韓笑天, 王能飛, 王小如, 楊東方

        (1. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院, 上海 200090; 2. 國家海洋局第一海洋研究所 海洋生態(tài)研究中心, 山東青島 266061; 3. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071)

        滸苔脂肪酸前處理方法優(yōu)化及GC/MS分析

        尹琳琳1,2, 楊佰娟2, 鄭 立2, 韓笑天3, 王能飛2, 王小如2, 楊東方1

        (1. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院, 上海 200090; 2. 國家海洋局第一海洋研究所 海洋生態(tài)研究中心, 山東青島 266061; 3. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071)

        針對(duì)綠潮藻的快速化學(xué)溯源及資源化利用, 以滸苔為對(duì)象, 對(duì)其脂肪酸測(cè)定過程進(jìn)行了研究;同時(shí), 通過對(duì)滸苔脂肪酸的皂化和甲酯化試劑、水浴溫度和水浴時(shí)間等反應(yīng)條件的優(yōu)化, 建立了綠潮藻脂肪酸前處理新方法。該方法的精密度在 0.38%~3.25%之間, 重現(xiàn)性在 0.65%~5.80%之間; 采用該方法測(cè)定福建、江蘇和青島的滸苔脂肪酸含量分別為0.10~5.69 mg/g、0.16~8.59 mg/g、0.10~4.76 mg/g。此方法可適用于滸苔等綠潮藻脂肪酸的實(shí)際測(cè)定。

        綠潮; 脂肪酸; 皂化; 甲酯化

        海洋藻類富含人體必需氨基酸、多聚不飽和脂肪酸等多種營養(yǎng)元素, 一直以來被作為人類的食物和營養(yǎng)來源[1~3]。隨著人們對(duì)健康和營養(yǎng)水平需求的提高, 從海藻中攝取多不飽和脂肪酸已日益受到關(guān)注[4,5]。因此掌握和優(yōu)化脂肪酸分離提取方法很有必要。目前, 藻類脂肪酸的研究多集中于脂肪酸的組成[6~10]、分類[11,12]和色譜分析條件比較[13], 有關(guān)脂肪酸前處理過程的研究甚少[14]。脂肪酸前處理方法不統(tǒng)一, 使得測(cè)定結(jié)果無可比性, 準(zhǔn)確性更無從得知。

        文獻(xiàn)報(bào)道脂肪酸前處理的皂化過程中使用的皂化溶劑主要有氫氧化鈉甲醇溶液(NaOH-CH3OH)[15,16]和氫氧化鉀甲醇溶液(KOH-CH3OH)[17]; 皂化時(shí)間長短不同, 在10 min到2 h之間[9,10,15,16]; 皂化過程中的水浴溫度也不盡相同(55~75 ℃)[10,15~18]。同樣脂肪酸甲酯化過程也不統(tǒng)一, 常用的甲酯化溶劑是鹽酸甲醇溶液(HCl-CH3OH)[10,15~17]和三氟化硼甲醇溶液(BF3-CH3OH)[19,20]; 甲酯化時(shí)間最短只需 10 min[18],最長的時(shí)間可達(dá)1 h[16,17]; 甲酯化水浴溫度差異很大,在 60~75 ℃之間[9,10,15~18]。

        針對(duì)藻類脂肪酸前處理沒有統(tǒng)一方法的情況,在前人研究基礎(chǔ)上, 以滸苔為研究對(duì)象, 比較滸苔脂肪酸前處理過程中試劑、時(shí)間、溫度等影響因素,得出最佳的脂肪酸前處理方法, 并考察該方法的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

        1 材料和方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        試驗(yàn)所用的新鮮滸苔, 經(jīng)鑒定為滸苔屬滸苔(Enteromorpha prolifera), 2009年上半年采自福建、江蘇和青島海域。樣品用干凈海水洗去表面雜質(zhì)和附著物, 于60 ℃烘箱中烘干, ?20 ℃冰箱中封口備用。

        1.2 儀器、試劑

        7890N GC/5975N MS型氣相色譜-質(zhì)譜儀(美國Agilent公司); 電熱恒溫水浴鍋(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠)。

        無水硫酸鈉: 600 ℃烘燒 4 h, 冷卻后置于干燥器中; 氯仿、甲醇、正己烷均為色譜純; 氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硼酸乙醚為分析純;

        脂肪酸標(biāo)樣: 37種脂肪酸混合標(biāo)準(zhǔn)品和19碳酸(上海泉島公司)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        1.3.1 脂肪酸前處理方法

        實(shí)驗(yàn)分為皂化條件優(yōu)化和甲酯化條件優(yōu)化兩部分。皂化條件優(yōu)化中包括試劑、水浴時(shí)間和溫度 3個(gè)因素。皂化試劑選用文獻(xiàn)中常見的 NaOH-CH3OH溶液、KOH-CH3OH溶液; 水浴時(shí)間選用15、30、60和120 min; 水浴溫度選取60、65、70、75 ℃。甲酯化優(yōu)化中同樣包括試劑、水浴時(shí)間和溫度3個(gè)因素。酯 化試 劑 選用 兩 種, 即 HCl?CH3OH 溶液 和BF3-CH3OH 溶液; 酯化時(shí)間選用 10、20、30、60 min。酯化過程選取與皂化過程相同的溫度梯度。

        取適量脂肪酸樣品置于 20 mL試管中, 加入 5 mL皂化試劑, 一定水浴溫度下反應(yīng)一段時(shí)間, 冷卻至室溫, 再加入 4 mL甲酯化試劑, 混勻, 水浴一定時(shí)間。加1 mL正己烷溶液, 靜置分層, 取上清液作GC/MS分析試樣。每個(gè)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn),取平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

        1.3.2 脂肪酸色譜條件

        GC 條件: 毛細(xì)管色譜柱 HP-5MS(30 m×250μm×0.25 μm); 進(jìn)樣口溫度 260 ℃; 升溫程序, 起始溫度為50 ℃, 保持1 min, 以20℃/min升至190 ℃,再以 4 ℃/min升至 240 ℃, 然后以 10℃/min升至280 ℃, 維持2 min。載氣為高純度氦氣; 不分流; 進(jìn)樣量 1 μL。

        MS條件: EI離子源, 電子能量70 eV; 離子源溫度 230 ℃; 四極桿溫度 150℃; 傳輸線溫度 300 ℃;溶劑延時(shí)3 min; 掃描范圍35~400 amu; 掃描方式為全掃描(Scan)方式。

        1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

        內(nèi)標(biāo)溶液: 準(zhǔn)確稱取15.00 mg19碳酸于10 mL容量瓶中, 用正己烷稀釋至刻度。

        標(biāo)準(zhǔn)溶液: 將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷稀釋至100倍。

        1.5 樣品的測(cè)定和計(jì)算

        標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定: 取標(biāo)準(zhǔn)溶液1 μL注入氣相色譜儀, 得到標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖, 經(jīng)計(jì)算得到各脂肪酸的校正因子。

        樣品的測(cè)定: 取1 μL待測(cè)樣品注入氣相色譜儀進(jìn)行測(cè)定, 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜圖進(jìn)行定性, 根據(jù)校正因子進(jìn)行定量。

        游離脂肪酸含量的計(jì)算: 根據(jù)被測(cè)物和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量及在色譜圖上相應(yīng)的峰面積比, 由校正因子按下式求游離脂肪酸的含量:

        其中, Xi為樣品脂肪酸i的含量; Ws為樣品中加入內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量; As為內(nèi)標(biāo)物的峰面積; Ai為脂肪酸i的峰面積; W 為樣品藻粉質(zhì)量; Fsi為相對(duì)校正因子,計(jì)算公式如下:

        其中, Wi’為標(biāo)準(zhǔn)品脂肪酸i的質(zhì)量; As’為標(biāo)準(zhǔn)品中內(nèi)標(biāo)物的峰面積; Ws’為標(biāo)準(zhǔn)品中內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量;Ai’為標(biāo)準(zhǔn)品中脂肪酸i的峰面積。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 滸苔脂肪酸前處理優(yōu)化

        2.1.1 皂化試劑對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響

        皂化試劑是滸苔脂肪酸前處理過程中影響因素之一。本實(shí)驗(yàn)在前人文獻(xiàn)基礎(chǔ)上, 選用 NaOHCH3OH溶液、KOH-CH3OH溶液作為皂化試劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 兩種皂化試劑制備的脂肪酸濃度相差不大, 說明皂化試劑對(duì)脂肪酸濃度影響較小。結(jié)合文獻(xiàn)與實(shí)際, 選用KOH-CH3OH溶液作為皂化試劑。

        2.1.2 皂化時(shí)間對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響

        在皂化試劑KOH-CH3OH溶液5 mL、皂化溫度60 ℃、甲酯化試劑HCl-CH3OH溶液4 mL、甲酯化時(shí)間20 min、甲酯化溫度60 ℃的條件下考察水浴時(shí)間對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響結(jié)果如圖1所示。

        圖1 不同皂化時(shí)間的脂肪酸濃度Fig. 1 The concentrations of fatty acids at different saponification times

        從圖 1中可以看出, 大多數(shù)脂肪酸含量隨皂化時(shí)間的增加出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì), 皂化時(shí)間小于60 min時(shí), 脂肪酸濃度隨時(shí)間的增加而增加, 當(dāng)皂化時(shí)間超過 60 min, 脂肪酸的含量隨時(shí)間的延長呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。說明皂化時(shí)間對(duì)皂化效率有重要影響, 時(shí)間短可能導(dǎo)致樣品皂化不完全, 過長一方面造成時(shí)間的浪費(fèi), 另一方面, 皂化時(shí)間過長可能會(huì)引起脂肪酸的損失。故選用60 min作為皂化時(shí)間。

        2.1.3 皂化溫度對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響

        保持皂化試劑KOH-CH3OH溶液5 mL、皂化時(shí)間60 min、甲酯化試劑HCl-CH3OH溶液4 mL、甲酯化時(shí)間20 min、甲酯化溫度60 ℃的條件不變, 考察水浴溫度對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響作用, 結(jié)果如圖2所示。

        圖2 不同皂化溫度的脂肪酸濃度Fig. 2 The concentrations of fatty acids at different saponification temperatures

        由圖2可知, 除C18:3外, 絕大多數(shù)脂肪酸的含量在水浴溫度為60 ℃時(shí)最高, 其次是70 ℃和65 ℃,75 ℃時(shí)脂肪酸的含量最低。此外, 從不同反應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過程上看, 水浴溫度過高會(huì)引起溶劑不同程度的蒸發(fā), 可能導(dǎo)致有效成分的損失。綜合以上因素, 水浴溫度采用 60 ℃為宜。

        2.1.4 甲酯化試劑對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響

        脂肪酸甲酯化溶劑大多為酸性甲醇溶液, 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道, 本實(shí)驗(yàn)選取最常用的HCl-CH3OH溶液和BF3-CH3OH溶液, 比較它們對(duì)脂肪酸濃度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

        圖3 不同甲酯化試劑的脂肪酸濃度Fig. 3 The concentrations of fatty acids by different methyl esterification reagents

        從圖3中可以看出, 除C18:0外, HCl-CH3OH溶液甲酯化所得脂肪酸濃度顯著高于經(jīng)BF3-CH3OH溶液甲酯化所得脂肪酸的濃度。且BF3-CH3OH溶液作為甲酯化試劑的重現(xiàn)性較差。原因主要是, 其一, 工業(yè)用BF3-CH3OH溶液成品的沸點(diǎn)為59 ℃, 實(shí)驗(yàn)水浴溫度大于其沸點(diǎn), 溫度過高, 可能影響甲酯化試劑的作用, 從而影響滸苔脂肪酸濃度。其二, BF3溶劑對(duì)光非常敏感需要避光保存, 在實(shí)驗(yàn)過程中很難滿足這個(gè)條件。綜合以上因素, 確定HCl-CH3OH溶液為甲酯化試劑。

        2.1.5 甲酯化時(shí)間對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響

        在皂化試劑KOH-CH3OH溶液5 mL、皂化溫度60 ℃、皂化時(shí)間 60 min、甲酯化試劑 HCl-CH3OH溶液 4 mL、甲酯化溫度 60 ℃的條件下, 考察甲酯化時(shí)間對(duì)產(chǎn)物中脂肪酸濃度的影響, 結(jié)果見圖4。

        圖4 不同甲酯化時(shí)間的滸苔脂肪酸濃度Fig. 4 The concentrations of fatty acids at different methyl esterification times

        由圖 4可知, 甲酯化時(shí)間從 10 min增加到 20 min時(shí), 滸苔脂肪酸的濃度逐漸增大, 甲酯化時(shí)間為20 min時(shí), 產(chǎn)物的濃度達(dá)到最大值。隨后增加甲酯化時(shí)間, 脂肪酸濃度不增加反而減少。這說明甲酯化時(shí)間過短, 甲酯化過程不完全, 時(shí)間太長可能引起脂肪酸的損失, 因此, 較短的甲酯化時(shí)間更有利于甲酯化反應(yīng)的進(jìn)行。故選擇20 min作為甲酯化時(shí)間。

        2.1.6 甲酯化溫度對(duì)滸苔脂肪酸濃度的影響

        保持皂化試劑KOH-CH3OH溶液5 mL、皂化溫度60 ℃、皂化時(shí)間60 min、甲酯化試劑HCl-CH3OH溶液4 mL、甲酯化時(shí)間20 min的條件不變, 考察了溫度對(duì)滸苔脂肪酸甲酯化過程的作用影響, 結(jié)果見圖 5。

        圖5 不同甲酯化溫度的脂肪酸濃度Fig. 5 The concentrations of fatty acids at different methyl esterification temperatures

        由圖5可知, 隨著甲酯化溫度的增加, 大部分脂肪酸濃度成降低趨勢(shì)。隨著甲酯化水浴溫度增加, 甲酯化試劑有不同程度的損失, 溫度越高損失越大,這說明, 溫度的增加不利于脂肪酸甲酯化過程。因此,甲酯化溫度為60 ℃最佳。

        2.2 脂肪酸前處理方法精密度、重現(xiàn)性

        2.2.1 精密度實(shí)驗(yàn)

        取滸苔樣品1份, 在優(yōu)化條件下制備供試液, 采用1.3.2所述色譜條件, 連續(xù)進(jìn)樣5次, 結(jié)果9種脂肪酸相對(duì)保留時(shí)間和相對(duì)峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別在 0~0.19%和 0.38%~3.25%的范圍內(nèi),說明該方法精密度良好。

        2.2.2 重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

        取同一批號(hào)滸苔樣品 5份, 按優(yōu)化條件下制備供試液, 分別測(cè)定脂肪酸。結(jié)果9種脂肪酸相對(duì)保留時(shí)間和相對(duì)峰面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為 0~0.31%和 0.65%~5.8%。表明該方法的重現(xiàn)性良好,符合測(cè)定的要求。

        2.3 滸苔脂肪酸GC/MS分析

        根據(jù)上述脂肪酸前處理方法, 對(duì)福建霞浦、江蘇和青島 3個(gè)海區(qū)的滸苔檢測(cè), 得出滸苔脂肪酸的總離子色譜圖, 經(jīng)質(zhì)譜分析后, 由NIST5.0標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫進(jìn)行檢索, 確定脂肪酸中的各個(gè)組分, 并用內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量, 結(jié)果見表1。

        由表1可知, 福建、江蘇、青島的滸苔脂肪酸種類相同, 均檢出9種脂肪酸。福建霞浦滸苔樣品脂肪酸各組分的含量在0.10~5.69 mg/g之間, 江蘇滸苔脂肪酸范圍是 0.16~8.59 mg/g, 青島為 0.10~4.76 mg/g。其中, C16:0、C18:1、C18:2、C18:3四種脂肪酸在3個(gè)海區(qū)滸苔中的含量均最高, 可以看出滸苔脂肪酸以C16和C18為主。此外, 分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)滸苔樣品含有多種多不飽和脂肪酸(PUFA), 據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道[21], PUFA對(duì)抗腫瘤、免疫活性調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮重要的作用。

        表1 滸苔脂肪酸組成及其含量(mg/g)Tab. 1 Compositions and contents of fatty acids in enteromorpha prolifera (mg/g)

        3 結(jié)論

        以脂肪酸的濃度作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 采用單因素分析優(yōu)化滸苔脂肪酸的前處理方法, 結(jié)合實(shí)際, 確定滸苔脂肪酸前處理的最佳條件為, 以 KOH-CH3OH溶液為皂化試劑, 60 ℃水浴環(huán)境下皂化60 min; 以HCl-CH3OH溶液為甲酯化試劑, 60 ℃水浴甲酯化20 min。

        通過對(duì)福建, 江蘇及青島滸苔的實(shí)際樣品分析,發(fā)現(xiàn)3種不同海域的滸苔組分相同, 均檢出9種脂肪酸, 且各種脂肪酸的含量較為相似。此外, 3個(gè)海區(qū)滸苔脂肪酸均含有多種 PUFA, 參考其重要作用, 可進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

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        Received: Dec, 10, 2009

        Key words:green tide; fatty acids; saponification; methyl esterification

        Abstract:For quick chemical traceability and resource utilization, a new pre-treatment method was developed for determination of fatty acids of enteromorpha prolifera. Operational parameters including reagents, time, and temperature for the saponification and methyl esterification which are expected to impact on the recoveries of analytes were optimized. The result indicated high precision (0.38%~3.25%) and the low relative deviation (0.65%~5.8%) of this new method. Moreover, by this method, fatty acids contents of enteromorpha prolifera at Fujian, Jiangsu, and Qingdao were determined to be 0.10~5.69, 0.16~8.59, and 0.10~4.76 mg/g, respectively. This method is appropriate for routine operations.

        (本文編輯: 康亦兼)

        Optimization and analyzation of fatty acids pre-treatment of enteromorpha prolifera by GC/MS

        YIN Lin-lin1,2, YANG Bai-juan2, ZHENG Li2, HAN Xiao-tian3, WANG Neng-fei2,WANG Xiao-ru2, YANG Dong-fang1
        (1. College of Aqua-life Science and Technology, Shanghai Fisheries University, Shanghai 200090, China; 2.Research Center for Marine Ecology, The First Institute of Oceanography, SOA, QingDao 266061, China;3.Institute of Oceanology, Chinese Academy of Science, Key Lab of Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao 266071, China)

        P731.21

        A

        1000-3096(2010)11-0046-05

        2009-12-10;

        2010-04-20

        海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(200805039); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20602009, 40776098); 青島市科技計(jì)劃項(xiàng)目(08-1-3-10-JCH);國家海洋局第一海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2008G47,2008T32).

        尹琳琳(1985-), 女, 山東濟(jì)南人, 碩士研究生, 主要從事海洋生物化學(xué)研究, 電話: 0532-88966705, E-mail: linyinyl@126.com; 鄭立, 通信作者, 電話: 0532-88961802; E-mail:zhengli@fio.org.cn

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