一种富硒豆类中硒多糖的快速检测方法与流程

1.本发明涉及硒多糖检测技术领域，具体涉及一种富硒豆类中硒多糖的快速检测方法。


背景技术：

2.硒是人体必需的微量元素，具有许多生物活性。硒多糖作为一种重要的有机硒补充剂，是一种具有硒和多糖双重活性的有机硒化合物，其生物活性一般高于硒和多糖，更有利于人体的吸收利用。硒多糖的来源有天然硒多糖、微生物硒多糖和合成硒多糖。天然硒多糖普遍存在于动物、植物和微生物中。豆科植物是吸收、富集硒元素能力很强的聚硒型植物，能够将吸收的无机硒转化为有机硒，并将其以硒多糖的形式贮存在种子中，能提供优良的硒来源。多糖的结构是决定多糖类生物大分子物质生理活性的关键，为了明确结构与活性之间的关系，首先就要探究多糖的化学结构。
3.目前对于硒多糖的分析主要是针对其一级结构，即单糖残基、糖环构型、糖醛酸的存在、糖链与非糖部分的连接等，而且得到的结果以总糖的形式表达，而对于硒与糖环的结合方式及硒多糖的定量仍没有相关报道。此外，由于硒多糖具有高亲水性，结构中含有大量的同分异构体，复杂的连接方式，给硒多糖的结构分析带来更大的困难，因此目前还没有一种高效、高灵敏度的检测方法，可实现对豆科植物中硒多糖的定量分析检测。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明提供一种富硒豆类中硒多糖的快速检测方法，应用固相萃取法分离纯化得到天然的硒多糖，再运用超高效液相色谱-高分辨轨道离子阱质谱法进行非定向筛查分析，得到的每一种硒多糖分子的含量灵敏度高、准确性高。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种富硒豆类中硒多糖的快速检测的方法，包括以下步骤：
7.步骤1，将待检测的富硒豆类粉末用无水乙醇和去离子水提取，之后将所得的上清液浓缩后进行固相萃取和洗脱，得到洗脱液，将洗脱液和三氟乙酸水溶液在无氧环境下于90～100℃进行热处理，得到反应液，调节反应液的ph至7～8，最后涡旋、离心，所得上清液用甲醇稀释后过滤，得到提取液；
8.步骤2，将提取液利用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道离子阱质谱，在全扫描的数据依赖扫描模式下，对未知硒多糖进行非定向筛查，得到每一种未知硒多糖分子的碎裂途径、同位素峰对应的质荷比和色谱峰峰面积；
9.将待检测的富硒豆类中含硫元素的多糖中的硫元素用硒元素替换，用得到的硒多糖分子式列表和结构式列表获取每一种硒多糖分子的理论碎裂途径和同位素峰对应的理论质荷比；
10.步骤3，通过比对每一种未知硒多糖分子的碎裂途径和理论碎裂途径，以及同位素峰对应的质荷比和同位素峰对应的理论质荷比，确定每一种未知硒多糖分子的分子式，最
后利用每一种硒多糖分子的任意一个特征碎裂片段对应的标准溶液、同位素内标溶液和色谱峰峰面积，采用内标法，得到待检测的富硒豆类中每一种硒多糖分子的含量。
11.优选的，步骤1中，先将待检测的富硒豆类粉碎后过80～100目筛，再对得到的待检测的富硒豆类粉末进行提取。
12.进一步，步骤1将待检测的富硒豆类粉末用无水乙醇浸泡12～16h后过滤，待检测的富硒豆类粉末和无水乙醇的比例为(0.5～1.0)g：(20～25)ml，之后按照1g：(20～25)ml的渣液比，向所得的滤渣中加入70～80℃的去离子水，涡旋混匀，用70～80℃的去离子水超声提取3～5次，每次30～60min，最后在4～10℃下5000～10000r/min离心15～20min，重复3～5次，合并得到待浓缩的上清液。
13.优选的，步骤1先将固相萃取柱用甲醇活化，将活化后的固相萃取柱对浓缩后的上清液进行固相萃取，之后蒸馏水洗脱，蒸馏水与浓缩后的上清液的体积比为(2～3)：5，得到洗脱液。
14.进一步，步骤1中所述三氟乙酸水溶液的浓度为4mol/l，洗脱液和三氟乙酸水溶液的体积比为1：(2～5)，洗脱液和三氟乙酸水溶液于90～100℃热处理3～6h，之后冷却至室温得到反应液。
15.进一步，步骤1用4mol/l的naoh溶液调节反应液的ph，之后的离心在4000～8000r/min下进行10～15min，所得上清液用甲醇稀释5～10倍后过滤，得到提取液。
16.优选的，步骤2对未知硒多糖进行非定向筛查，先得到每一种未知硒多糖分子的一级质谱图和二级质谱图，再从二级质谱图中得到碎裂途径，从一级质谱图中得到同位素峰对应的质荷比。
17.优选的，步骤2中超高效液相色谱使用的是hypersil gold反相c18色谱柱，检测条件如下：
18.流动相a为甲酸铵、甲酸和蒸馏水的混合体系，其中甲酸铵的浓度为4mmol/l，甲酸的体积浓度为0.1％，流动相b为甲酸铵、甲酸和甲醇的混合体系，其中甲酸铵的浓度为4mmol/l，甲酸的体积浓度0.1％；
19.流动相梯度洗脱程序为0～3min内，流动相a的体积比例为97％，3～9min内，流动相a的体积比例由97％线性减小至3％，9～11min内，流动相a的体积比例为3％，11～14min内，流动相a的体积比例由3％线性增加至97％，14～15min内，流动相a的体积比例为97％；
20.柱温箱为25～35℃，流速为0.1～0.3ml/min。
21.优选的，步骤2中四极杆静电场轨道离子阱质谱的条件如下：
22.扫描方式为电喷雾离子源下正离子模式；扫描范围m/z为50～1000；毛细管电压为3.5～5kv；鞘气压力为200～300kpa；辅助气加热温度为300～400℃；毛细管温度为300～350℃；全扫描分辨率为70000～80000fhwm；二级扫描分辨率为17000～18000fhwm；归一化碰撞能量为15.0～50.0ev；容许质量误差范围为5～10ppm。
23.优选的，步骤3先用超纯水分别配制均1000mg/l的每一种硒多糖分子任意一个特征碎裂片段的同位素内标溶液和标准溶液，之后用超纯水稀释所述的两种溶液，加入到1.0ml步骤1所述的提取液中，使得到的每一种硒多糖分子的特征碎裂片段标准品的浓度均为1500μg/l，同时同位素内标浓度均为500μg/l，然后按照步骤2进行非定向筛查，得到目标硒多糖对应的色谱峰峰面积和目标硒多糖对应的同位素内标下的色谱峰峰面积，按下式计
算每一种硒多糖分子的含量：
[0024][0025]
其中c为提取液中每一种硒多糖分子的浓度，单位为μg/l，ss为提取液中每一种硒多糖分子的色谱峰峰面积，si为每一种硒多糖分子对应的同位素内标的色谱峰峰面积。
[0026]
相对于现有技术，本发明具有以下有益的技术效果：
[0027]
本发明一种富硒豆类中硒多糖的快速检测方法，先使用无水乙醇和去离子水提取硒多糖，采用固相萃取和洗脱的方式分离纯化，再经过三氟乙酸水溶液在无氧环境下热处理，以及调节ph、涡旋，最后用甲醇稀释后过滤，通过这样的方式水解得到含有未知的天然硒多糖分子的提取液，利用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道离子阱质谱(uhplc-q-orbitrap ms)，在全扫描的数据依赖扫描模式下对未知硒多糖化合物进行非定向筛查，可以得到每一种未知硒多糖分子的碎裂途径、同位素峰对应的质荷比和色谱峰峰面积，同时将待检测的富硒豆类中含硫元素的多糖中的硫元素用硒元素替换，用得到的硒多糖分子式列表和结构式列表获取每一种硒多糖分子的理论碎裂途径和同位素峰对应的理论质荷比，最后通过比对每一种未知硒多糖分子的碎裂途径和理论碎裂途径，以及同位素峰对应的质荷比和同位素峰对应的理论质荷比，确定每一种未知硒多糖分子的分子式，利用每一种硒多糖分子的任意一个特征碎裂片段对应的标准溶液、同位素内标溶液和色谱峰峰面积，采用内标法，可得到待检测的富硒豆类中每一种硒多糖分子的含量，灵敏度高、准确性高。本发明前处理无需衍生化，具有前处理简单、快速高效、灵敏度高、试剂成本低的特点。高效液相色谱与高分辨率质谱联用配备的电喷雾离子源，不受多原子干扰，可用于硒的特异性检测，对于物质定性更为准确。本发明通过建立硒多糖谱库，分析豆类中硒多糖分子离子的离子化形式和二级质谱，得到5种硒多糖的相关信息，包括硒化三碳糖、5-硒代己基吡喃糖、硒化海藻糖、脱氨基硒代半胱氨酸-硒-己糖和甲基硒-硒-脱氧核糖-己糖5种硒多糖，分析时间短，灵敏度高，重现性好，可用于富硒豆类中硒多糖的分析，为富硒食品中有机硒的检测提供新思路，对推动富硒产业的发展具有重要意义。本发明能有效监控富硒食品的质量与安全，为提高天然富硒豆类的利用价值提供理论依据；同时明确了硒多糖中硒与糖环的连接方式，这样知道硒与糖环的结合方式后可在富硒豆类生长的对应阶段进行针对性加硒。
附图说明
[0028]
图1a为本发明实验分析得到的5-硒代己基吡喃糖一级质谱图。
[0029]
图1b为本发明理论分析得到的5-硒代己基吡喃糖同位素质谱图。
[0030]
图2为本发明实验分析得到的5-硒代己基吡喃糖二级质谱图。
[0031]
图3a为本发明实验分析得到的5-硒代己基吡喃糖发生的1～7种质谱碎裂途径图。
[0032]
图3b为本发明实验分析得到的5-硒代己基吡喃糖发生的8～13种质谱碎裂途径图。
[0033]
图4为本发明表1中5种硒多糖化合物的分子式和对应的结构式图。
具体实施方式
[0034]
下面通过具体实施例对本发明原理及优势进行解释和说明，以便本领域技术人员
更好的理解本发明。下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限定。
[0035]
近年来，由于液相色谱-质谱(简写为lc-ms)方法的发展，对复杂样品的分析具有灵敏度高、稳定性好、选择性高、易于操作的优势，因此进行lc-ms分析是识别复杂多糖的有效方法。本发明在选择液相色谱时，配备了c18小颗粒柱的超高效液相色谱柱，即hypersil gold反相c18色谱柱，它能很好地将化合物分离，并解决共洗脱问题；而四极杆静电场轨道离子阱质谱配备了一个电喷雾离子源(简写为esi)，不受多原子干扰，可用于硒多糖的特异性检测，分辨率高。
[0036]
基于此，本发明基于超高效液相色谱联用四极杆静电场轨道离子阱质谱(高分辨率质谱)，建立了一种快速、准确检测并定量富硒豆类中硒多糖的方法，使用了以下仪器、试剂和原料。
[0037]
1.仪器
[0038]
dionex ultimate 3000型超高效液相色谱-四极杆静电场轨道离子阱质谱(美国thermo fisher scientific公司)和hypersil gold反相c18色谱柱(规格为100mm
×
2.1mm
×
1.9μm)；
[0039]
ty2018001252型立式高速冷冻离心机(湖南赫西仪器装备有限公司)；kq-500de型数控超声波清洗器(江苏昆山超声仪器有限公司)；cs-700型高速多功能粉碎机(浙江武义海纳电器有限公司)；al204-ic型分析天平(瑞士mettler toledo公司)；vortex genie2t型旋涡混合器(美国scientific industries公司)；milli-q integral型纯水仪(美国millipore公司)；turbovapⅱ型全自动氮吹仪(瑞典biotage公司)。
[0040]
2.试剂和原料
[0041]
甲醇、甲酸、甲酸铵、三氟乙酸(色谱纯，sigma公司)；无水乙醇(色谱纯，merck公司)；氢氧化钠(分析纯，上海国药集团)；实验用水均为超纯水；
[0042]
富硒黑豆、富硒红豆和富硒绿豆，均购自湖北省恩施土家族苗族自治州。
[0043]
具体地，包括以下步骤：
[0044]
步骤1)使用热水法从上述富硒豆类中提取硒多糖，分离纯化得到未知的天然硒多糖；
[0045]
具体先进行硒多糖的提取与纯化；
[0046]
选择成熟且颗粒饱满的富硒黑豆、富硒红豆或富硒绿豆，用上述粉碎机粉碎80～100目过筛后，准确称取0.5～1.0g，用20～25ml的无水乙醇浸泡12～16h后过滤，按照渣液比1g：(20～25)ml的比例，向滤渣中加入70～80℃的热水，涡旋混匀，用此温度下的热水超声提取3～5次，每次30～60min，在4～10℃下以5000～10000r/min离心15～20min，合并上清液，浓缩至5ml体积，得到硒多糖粗提液。将装载有由亲脂性二乙烯苯和亲水性n-乙烯基吡咯烷酮合成的大孔聚合物的固相萃取柱先用5～10ml甲醇活化，取上述硒多糖粗提液5ml上样，硒多糖转移至固相萃取剂上，之后用2～3ml蒸馏水洗脱，收集洗脱液备用。
[0047]
之后进行硒多糖的水解；
[0048]
取固相萃取后的洗脱液1ml于反应釜中，加2～5ml 4mol/l三氟乙酸水溶液，涡旋混合，之后用氮气排出反应釜中的空气后密封，于90～100℃下反应3～6h，取出冷却至室温，加2～5ml 4mol/l naoh溶液，此时ph调至为7～8，涡旋混合后于4000～8000r/min离心10～15min，硒多糖断裂成单糖和双糖，上清液即为硒多糖水解液。将得到的硒多糖水解液
用甲醇稀释5～10倍后使用0.22μm滤膜过滤，得到提取液，供之后的超高效液相色谱-四极杆静电场轨道离子阱质谱进行分析。
[0049]
步骤2)利用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道离子阱质谱(uhplc-q-orbitrap ms)，在扫描模式full ms/dd-ms2下，对得到的未知硒多糖进行非定向筛查，获得被测样品中每一种未知多糖分子的一级质谱图、二级质谱图和色谱峰峰面积，由一级质谱图进一步得到每一种未知多糖分子的同位素峰对应的质荷比，由二级质谱图进一步得到每一种未知多糖分子的碎裂途径。
[0050]
超高效液相色谱柱(即hypersil gold反相c18色谱柱)的检测条件如下：
[0051]
流动相a为甲酸铵、甲酸和蒸馏水的混合体系，其中甲酸铵的浓度为4mmol/l，甲酸的体积浓度为0.1％，流动相b为甲酸铵、甲酸和甲醇的混合体系，其中甲酸铵的浓度为4mmol/l，甲酸的体积浓度0.1％；
[0052]
流动相梯度洗脱程序：0～3min内，流动相a的体积比例为97％，3～9min内，流动相a的体积比例由97％线性减小至3％，9～11min内，流动相a的体积比例为3％，11～14min内，流动相a的体积比例由3％线性增加至97％，14～15min内，流动相a的体积比例为97％；
[0053]
柱温箱：25～35℃；
[0054]
进样量：5～15μl；
[0055]
流速：0.1～0.3ml/min。
[0056]
四极杆静电场轨道离子阱质谱条件设定为：
[0057]
检测器：静电场轨道离子阱质谱检测器
[0058]
扫描方式：电喷雾离子源下正离子模式；
[0059]
扫描模式：全扫描下的数据依赖扫描模式(即full ms/dd-ms2)；
[0060]
扫描范围m/z：50～1000；
[0061]
毛细管电压：3.5～5kv；
[0062]
鞘气压力：200～300kpa；
[0063]
辅助气流速：3l/min；
[0064]
辅助气加热温度：300～400℃；
[0065]
毛细管温度：300～350℃；
[0066]
全扫描分辨率：70000～80000fhwm；
[0067]
二级扫描分辨率：17000～18000fhwm；
[0068]
归一化碰撞能量为：15.0～50.0ev；
[0069]
容许质量误差范围：5～10ppm。
[0070]
步骤3)目标化合物鉴定的具体操作为：由于硒和硫有相似的物理和化学性质，因此可以通过富硒黑豆、富硒红豆或富硒绿豆中硫的代谢途径来研究硒的代谢过程。首先在目前已报道的富硒黑豆、富硒红豆或富硒绿豆中含硫元素的多糖的基础上寻找含硒元素的多糖，具体做法是将这些含硫元素的多糖中的硫用硒进行替换，得到如图4所示的硒多糖分子式列表和结构式列表；
[0071]
步骤4)将硒多糖分子式列表和结构式列表导入mass frontier 7.0软件，得到每一种硒多糖分子的同位素质谱图，进而得到理论质荷比，同时基于mass frontier 7.0软件中的密度泛函理论，可得到每一种硒多糖分子的理论碎裂途径；
[0072]
步骤5)通过对比步骤4)中每一种硒多糖分子的理论质荷比和步骤2)中每一种硒多糖分子的质荷比，以及步骤4)中每一种硒多糖分子的理论碎裂途径与步骤2)中每一种硒多糖分子的碎裂途径，确定步骤2)中每一种未知多糖分子均为对应的硒多糖；
[0073]
具体地，利用硒多糖类化合物的特征碎裂片段，从一级质谱图与二级质谱图中提取出质谱信息，例如1个待测物质同位素峰的m/z 244.99142(图1a)与表1中预测到的5-硒代己基吡喃糖同位素峰的m/z 244.99227(图1b)可认为相同，图2的二级质谱图可以得到如图3a和图3b所示的裂解途径，结合表1中5-硒代己基吡喃糖的两个特征断裂片段可以得知该二级质谱图对应的化合物与5-硒代己基吡喃糖具有相同的裂解途径，可判断该化合物为c6h
12
o5se。
[0074]
表1本发明预测到的5种硒多糖化合物的相关信息
[0075][0076]
步骤6)对于筛查到的硒多糖采用内标法定量，用超纯水分别配制1000mg/l的硒多糖任意一个特征碎裂片段的同位素内标溶液与1000mg/l的硒多糖任意一个特征碎裂片段标准溶液。用超纯水稀释混合硒多糖特征碎裂片段标准溶液和硒多糖特征碎裂片段的同位素碎片标准溶液，加入到1.0ml提取液中，使每种硒多糖特征碎裂片段的浓度均为1500μg/l，同时硒多糖特征碎裂片段的同位素内标浓度均为500μg/l，之后进样，得到目标硒多糖对应的面积和目标硒多糖对应的同位素内标下的面积，按下式计算溶液中每一种目标硒多糖分子的含量：
[0077][0078]
其中c为提取液中目标硒多糖的浓度，单位为(μg/l),ss为提取液中检测到的目标硒多糖色谱峰峰面积，si为检测到的目标硒多糖对应的同位素内标的峰面积。
[0079]
步骤5、6的结果表明，硒多糖中硒与糖环的连接方式以se原子作为杂原子取代含硒多糖中硫原子原本存在的位置与糖基部分的半缩醛羟基脱水形成糖苷键。最终定量结果如表2所示。
[0080]
另外，本发明的上述实施方式为实施例，具有与本发明的权利要求书的技术思想相同的方法并发挥相同作用效果的技术方案，均包含在本发明内。
[0081]
表2富硒红豆、绿豆及黑豆样品中硒多糖种类及含量
[0082][0083]