莫维 郝俊光 侯慧 祁岑 林海潮 陈宏红 罗东伟
摘要:為向毛葡萄和桑椹深加工产品提供品控支持,开发了同时测定毛葡萄汁和桑椹汁及毛葡萄醋和桑椹醋中18种酚类物质的高效液相色谱方法,并建立了酚类物质的外标法定量。使用AtlantisT3色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm),以含1%乙酸的甲醇-乙腈(4∶6)为流动相A及1%乙酸-水溶液为流动相B,柱温30 ℃,流速1 mL/min,进样量5 μL。通过洗脱梯度优化,实现了待测酚类物质的有效分离。方法学验证表明,18种酚类物质的标准曲线线性关系均≥0.993 6,平均加标回收率在88.00%~107.46%之间,对应的RSD≤4.38%。结果表明,该方法操作简单,准确度高,可应用于工厂的毛葡萄汁和桑椹汁及毛葡萄醋和桑椹醋中酚类物质的定量品控。
关键词:高效液相;桑椹;毛葡萄;酚类物质;果汁;果醋
中图分类号:TS264.22 文献标志码:A 文章编号:1000-9973(2023)12-0149-10
Determination of 18 Phenolics in Vitis quinquangularis Juice and
Mulberry Juice as well as Vitis quinquangularis Vinegar and
Mulberry Vinegar by HPLC
MO Wei1,2, HAO Jun-guang2,3*, HOU Hui1,2, QI Cen2,3, LIN Hai-chao2,
CHEN Hong-hong2, LUO Dong-wei4
(1.College of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 535000, China;
2.Qinzhou Key Laboratory of Food Flavor Analysis and Control, Beibu Gulf University,
Qinzhou 535011, China; 3.Beibu Gulf Key Laboratory of High-value Utilization of
Seafood and Prepared Food in Colleges and Universities of Guangxi Province,
Beibu Gulf University, Qinzhou 535011, China; 4.Guangxi Dayi
Ecological Food Co., Ltd., Hechi 546400, China)
Abstract: In order to provide quality control support for the deep-processed products of Vitis quinquangularis and mulberry, a high performance liquid chromatography method for simultaneous determination of 18 phenolics in Vitis quinquangularis juice and mulberry juice as well as Vitis quinquangularis vinegar and mulberry vinegar is established, and an external standard method is established for the quantification of phenolics. Using AtlantisT3 chromatographic column (4.6 mm×250 mm×5 μm), with methanol-acetonitrile (4∶6) containing 1% acetic acid as the mobile phase A and 1%
acetic acid aqueous solution as the mobile phase B, column temperature is 30 ℃, flow rate is 1 mL/min, and sample volume is 5 μL. Through the optimization of elution gradient, the effective separation of phenolics to be tested is realized. Methodological validation shows that the linear relationships of the standard curves of 18 phenolics are all ≥0.993 6, the average spiked recovery rate is between 88.00% and 107.46%, and the corresponding RSD is ≤4.38%.The results show that this method is simple to operate and has high accuracy, indicating that it can be applied to the quantitative quality control of phenolics in Vitis quinquangularis juice and mulberry juice as well as Vitis quinquangularis vinegar and mulberry vinegar in factories.
Key words: high performance liquid chromatography; mulberry; Vitis quinquangularis; phenolics; juice; fruit vinegar
桑椹(mulberry)俗称桑枣、桑果等,属于药食同源类浆果,富含花青素、黄烷酮醇、酚酸等多种物质,具有舒缓神经、抗疲劳、降血脂、降血糖等功效[1-2]。毛葡萄(Vitis quinquangularis)主要分布在广西等地,含有多种有益于人体健康的酚类物质[3],如具有较好抗氧化活性的锦葵素-3,5-二葡萄糖苷[4]、能促进癌细胞凋亡的槲皮素[5]、有良好抗菌抗癌效果的没食子酸等[6]。毛葡萄、桑椹果实除鲜食外,通常会被加工成果汁和果醋等饮品[7-8]。果汁酸甜适口,色泽鲜艳,营养成分丰富,受到消费者青睐[5]。果醋作为醋酸饮品是由果浆经酒精发酵、醋酸发酵制得,保留了水果中大部分的维生素及植物多酚等活性成分,具有较高的营养价值和独特的风味、口感,深受消费者喜爱[9]。以葡萄、桑椹作为原料,通过筛选、清洗、破碎成汁、酶解、酒精发酵、醋酸发酵等工艺步骤酿造成原醋,具有色泽鲜艳、果香浓郁且酚类活性成分含量丰富的优点[10-12]。
目前酚类物质的分析方法有分光光度法[13]、气相色谱-质谱法[14]、超高效液相色谱-串联质谱法[15]等。分光光度法的溶剂使用剂量较大,定量准确性较差,且能用于分析测定同类型结构物质的总含量[16];采用气相色谱-质谱法测定样品的前处理步骤较繁琐,酚类物质需进行萃取和衍生[17];超高效液相色谱-串联质谱法仪器检测分析范围广,准确度高,但价格昂贵,检测成本高[18]。然而,高效液相色谱法分离度好、灵敏度高,可定性和定量分析测定成分,该检测方法的应用更广泛[19-20]。目前鲜见关于同时测定毛葡萄、桑椹果醋及果汁的高效液相色谱法的报道,为此,本文开发了能测定毛葡萄、桑椹果汁和果醋中18种酚类物质含量的高效液相色谱法,以期为产品开发提供数据参考,同时为毛葡萄和桑椹的深加工提供日常品控手段。
1 材料和方法
1.1 材料
2022季“野酿二号毛葡萄”(糖度110 g/L,酸度10.25 g/L):广西大益生态酒业有限公司;2022季大椹十号桑椹原浆(糖度56 g/L,酸度3.66 g/L):广西椹康园生态农业有限公司;SY型葡萄酒果酒专用酵母:安琪酵母股份有限公司;LB2019醋酸菌:广西科技大学生物与化学工程学院微生物组提供的自筛菌;UT高温复合果胶酶:诺维信生物技术有限公司。
1.2 试剂
芦丁、阿魏酸、香豆酸、水杨酸、儿茶素、没食子酸、虎杖苷、安息香酸、槲皮素、白藜芦醇、香草酸、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-葡萄糖苷、漆黄素、绿原酸(纯度均≥98%);乙酸、乙腈、甲醇(均为色谱纯):上海麦克林生化科技有限公司;焦亚硫酸钾、碳酸氢钠(均为食品级):河南中辰生物科技有限公司。
1.3 主要仪器与设备
Waters Alliance 3695高效液相色谱仪(配备2695分离单元、2996 PDA检测器、Empower工作站)、AtlantisT3色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm) 美国Waters仪器公司;ME204E电子分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;Cascada I超纯水仪 美国PALL公司;0.22 μm PES聚醚砜针头滤膜 美国Millipore公司;XW-80A旋涡混合器 常州万科仪器科技有限公司;Innova 43R恒温培养摇床 上海巴玖实业有限公司;DK-98-Ⅱ电热恒温水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司;H1850高速离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;XFH-50CA立式压力蒸汽灭菌锅 浙江新丰医疗机械有限公司;DHP-9052电热恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司。
1.4 方法
1.4.1 单标定性溶液的配制
分别称取芦丁、阿魏酸、香豆酸、水杨酸、儿茶素、没食子酸、虎杖苷、安息香酸、槲皮素、白藜芦醇、香草酸、漆黄素、绿原酸(1~20 mg,精确到0.000 1 g)置于2 mL的EP(Eppendorf)试管中,用1 mL甲醇溶液溶解,得到浓度范围为1 000~20 000 mg/L的标准品母液;分别称取矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-葡萄糖苷(1~5 mg,精确到0.000 1 g)置于2 mL的EP试管中,用1 mL甲醇溶液溶解,得到浓度范围为1 000~5 000 mg/L的标准品母液。用移液枪适量吸取18种标准品母液分别置于10 mL容量瓶中,用甲醇溶液定容,得到浓度为40 mg/L的酚类物质单标定性溶液,用于确定各物质成分的保留时间及峰形。
1.4.2 混合标准溶液的配制
分别适量吸取18种酚类物质标准品的母液置于10 mL容量瓶中,用甲醇定容,得到浓度为40 mg/L的没食子酸,浓度为60 mg/L的阿魏酸、儿茶素、虎杖苷、白藜芦醇、香草酸、漆黄素、绿原酸,浓度为80 mg/L的香豆酸、水杨酸、安息香酸、槲皮素,浓度为120 mg/L的芦丁、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷,浓度为200 mg/L 的矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、飞燕草素-葡萄糖苷的混合标准溶液,用于色谱条件的优化,并借助测定的单标定性溶液获得的峰形及出峰顺序来辨识不同色谱条件下的酚类物质。
1.4.3 HPLC色谱检测条件
色譜柱:AtlantisT3 色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm);流动相 A为含1%乙酸的甲醇-乙腈(4∶6)溶液,流动相B为1%乙酸-水溶液,柱温30 ℃,流速1 mL/min,进样量5 μL;检测波长 280,320,520 nm,梯度洗脱(见表1),实验根据测定的18种物质成分的保留时间、分离度等因素对HPLC检测方法的洗脱梯度进行优化,优化过程举例见表1。根据式(1)计算分离度[21]。
Rs=2×tR2-tR1Y1+Y2。(1)
式中:Rs为相邻两个组分的分离度;tR1、tR2和Y1、Y2分别为相邻两个组分的保留时间和峰形。
1.4.4 标准曲线的建立
分别适量称取18种酚类物质标准品置于2 mL的EP 试管中,用1 mL甲醇溶解得到浓度范围为1 000~20 000 mg/L的母液,适量吸取不同酚类物质母液置于10 mL容量瓶中,用甲醇溶液定容,得到浓度为100 mg/L的矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-葡萄糖苷,200 mg/L的香豆酸、香草酸、阿魏酸、虎杖苷、白藜芦醇,300 mg/L的没食子酸、槲皮素、儿茶素、漆黄素、水杨酸,800 mg/L的绿原酸、安息香酸、芦丁的混合标准中间液;分别吸取混合标准中间液0.1,0.2,0.4,0.8,1.6,3.2 mL置于不同的10 mL容量瓶中并用甲醇定容,得到6个不同浓度梯度的混合标准溶液。并在最优色谱条件下按浓度由低到高的顺序进行测定,以峰面积为纵坐标(Y),浓度含量为横坐标(X)进行强制过原点的线性拟合建立标准曲线。
1.4.5 方法学考察[21-23]
于最优色谱条件下进行方法学验证实验。检出限和定量限的测定:将1.4.4中最低浓度混合标准溶液逐级稀释并测定,分别以信噪比S/N=3及 S/N=10确定仪器的检出限和定量限。仪器精密度的测定:取混合标准溶液连续进样6次,记录18种酚类物质的峰面积,计算RSD。重复性实验:取6份毛葡萄果醋各进样1次,记录测定酚类物质的峰面积,计算RSD。加标回收率的测定:取3份0.5 mL毛葡萄果醋,分别加入0.5 mL浓度为5,10,15 mg/L的混合标准溶液,过0.22 μm的微孔滤膜,平行测定3次,记录测定酚类物质的峰面积,计算RSD,根据式(2)计算加标回收率。
加标回收率(%)=加标试样测定值-试样测定值加标量×100%。(2)
1.4.6 原果醋生产工艺流程及操作要点
1.4.6.1 毛葡萄原果醋工艺流程
1.4.6.2 毛葡萄原果醋操作要点
毛葡萄果浆护色:将1 L果浆用40目的滤布过滤,加入0.1 g焦亚硫酸钾。
酶解:按果浆量的0.01%添加复合果胶(UT),均匀搅拌后置于40 ℃酶解1 h。
成分调整:用蔗糖调整果浆糖度为280 g/L,用柠檬酸调整pH至5左右,搅拌均匀。
酵母菌活化:将0.4 g活性干酵母溶解于20 mL无菌蒸馏水(含5%蔗糖)中,于30 ℃活化30 min。
酒精发酵:按毛葡萄果浆量的0.04%接种活化酵母,置于28 ℃恒温培养箱中发酵至酒精百分含量为15%左右。
醋酸菌活化:将醋酸菌接入液体培养基中,置于30 ℃恒温培养至菌落数大于108 CFU/mL。
醋酸发酵:用无菌蒸馏水将毛葡萄果酒稀释至6.25%,用NaHCO3调整pH至5,按毛葡萄果醋量接种10%醋酸菌,置于摇床30 ℃、150 r/min发酵72 h,发酵结束时果醋的色价为517.56 U,总酸含量为48.55 g/L。
1.4.6.3 桑椹果醋工艺流程
1.4.6.4 桑椹果醋操作要点
桑椹果浆护色:将1 L桑椹果浆用40目的滤布过滤,添加0.1 g焦亚硫酸钾。
酶解:按果浆量的0.04%添加复合果胶(UT)进行酶解,均匀搅拌后置于45 ℃酶解1 h。
成分调整:用蔗糖将果浆糖度调整为170 g/L,添加柠檬酸调整pH至5左右,搅拌均匀。
酵母活化:将0.4 g活性干酵母溶解于20 mL无菌水(含5%蔗糖)中,于30 ℃活化30 min。
酒精发酵:按桑椹果浆量的0.04%接种活化酵母,置于24 ℃恒温培养箱中发酵至酒精百分含量为9%左右。
醋酸菌活化:将醋酸菌接入液体培养基中,置于30 ℃恒温培养至菌落数大于108 CFU/mL。
醋酸发酵:用无菌蒸馏水将桑椹果酒稀释至4.5%,用NaHCO3调整pH为3.8,按桑椹果酒量接种10%醋酸菌,置于摇床30 ℃、150 r/min发酵84 h,发酵结束时果醋的色价为8.32 U,总酸含量为41.88 g/L。
1.4.7 样品前处理及测定
取毛葡萄原醋、桑椹原醋样品经8 000 r/min离心5 min取上清液,过0.22 μm水系微孔滤膜后,供HPLC测定。
1.5 实验数据处理
使用Microsoft Excel 2019、Adobe Illustrator 2021软件对数据进行处理,样品数据以平均值±标准偏差形式表示。
2 结果与分析
2.1 检测条件的确定
2.1.1 定量波长的选择
本实验用二级管阵列扫描18种酚类物质的标准溶液,得到各物质的吸收光谱图,结果见图1。
没食子酸、香豆酸、飞燕草素-葡萄糖苷、绿原酸、香草酸、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、儿茶素、芍药素-3-O-葡萄糖苷、漆黄素、阿魏酸、虎杖苷、安息香酸、水杨酸、芦丁、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、槲皮素、白藜芦醇的最大吸收波长分别是224,243,243,226,325,224,226,226,227,226,227,227,227,229,228,227,227,227 nm。不同物质的紫外最大吸收波长不同,在适合的波长下测定可有效避免其他物质的干扰 [23-25]。为简化定量過程,通过对比不同波长下测定物质的响应度及与相邻物质的分离情况,确定没食子酸、香豆酸、香草酸、儿茶素、漆黄素、安息香酸的定量波长为280 nm,绿原酸、阿魏酸、虎杖苷、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、白藜芦醇、槲皮素、水杨酸、芦丁的定量波长为320 nm[3,16],飞燕草素-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷的定量波长为520 nm[4,24]。
2.1.2 洗脱梯度的选择
本实验洗脱梯度经过多次调整优化,因各酚类物质在280 nm波长处均有响应,现用280 nm波长下3个较典型的洗脱梯度(见表1)说明梯度优化的过程。洗脱梯度1为初始洗脱条件,该条件下矢车菊素-3-O-芸香糖苷(峰7)与儿茶素(峰8)相连,安息香酸与虎杖苷色谱峰几乎重合(峰12),且槲皮素与锦葵素-3,5-二葡萄糖苷色谱峰重合(峰17),从色谱图中无法辨识出两种物质,见图2中A;采用洗脫梯度2,矢车菊素-3-O-芸香糖苷(峰7)与儿茶素(峰8)及锦葵素-3,5-二葡萄糖苷(峰16)与槲皮素(峰17)实现了完全分离,两组色谱峰的分离度均大于1.5,但采用该洗脱条件槲皮素(峰17)与白藜芦醇(峰18)为连体峰,安息香酸与虎杖苷完全重合(峰12),见图2中B;为使重合的色谱峰实现完全分离,达到理想的分离效果,继续调整洗脱梯度,采用洗脱梯度3,虎杖苷(峰12)与安息香酸(峰13)、槲皮素(峰17)与白藜芦醇(峰18)已分离且峰形较好,见图2中C。自然界中大多数天然的黄酮类、酚类化合物存在相似的结构,采用高效液相色谱法进行分析时易出现连体峰及重合峰[26]。当测定条件为洗脱梯度3时,检测的18种酚类物质均实现完全分离,且该梯度条件的分析时间短,各组分峰形较好,故确定梯度3为最优洗脱梯度,并作为后续定量、定性洗脱条件。
2.1.3 酚类物质的定性
于最优色谱条件下测定18种酚类混合标准溶液,并在280,320,520 nm波长下完成定性,根据各酚类物质在不同波长下的响应度选择合适的波长进行定性,对应的保留时间见表2。
2.2 标准曲线的建立及方法学考察
2.2.1 标准曲线的建立
在2.1.2最优色谱条件的基础上,测定6个不同浓度梯度的混合标准溶液,以峰面积为纵坐标,所测酚类物质的浓度为横坐标,线性过原点建立标准曲线。各酚类物质的保留时间、线性回归方程、相关系数、浓度范围、样品检出限及定量限见表2。
由表2可知,在实验浓度范围内,18种酚类物质浓度和色谱峰面积之间相关性良好,相关系数r≥0.993 6,酚类物质的检出限在0.016~0.245 mg/L范围内,定量限在0.053~0.820 mg/L之间。
2.2.2 精密度实验
取混合标准溶液于2.1.2最优色谱条件下连续进样6次,结果见表3。测定的18种酚类物质峰面积的RSD在0.11%~3.35%范围内,表明仪器的精密度良好。
2.2.3 重复性实验
将6份毛葡萄果醋样品经8 000 r/min离心5 min后,吸取上清液过0.22 μm聚醚砜针头滤膜,于最优色谱条件下测定,记录6份样品各酚类物质的峰面积,并计算RSD,结果见表4。
由表4可知,6份毛葡萄果醋样品的色谱峰RSD在1.06%~4.38%之间,表明该方法用于样品测定具有较好的重复性。
2.2.4 加标回收率实验
于最优色谱条件下对3个加标样品进行测定,平行测定3次,计算测定值、加标回收率及对应的RSD,结果见表5。平均加标回收率范围为88.00%~107.46%,回收率实验的相对标准偏差RSD≤4.38%,能满足分析要求。
2.3 样品测定
于最优色谱条件下测定实验室酿造的毛葡萄果醋、桑椹果醋及其对应的果汁,结果见表6。
由表6可知,毛葡萄果汁中含量超过10 mg/L的依次是没食子酸、安息香酸、漆黄素、阿魏酸、芦丁、绿原酸、香草酸、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷、芍药素-3-O-葡萄糖苷、槲皮素、水杨酸,而在毛葡萄果醋中含量超过10 mg/L的仅剩下没食子酸、绿原酸、芦丁。在桑椹果汁中含量超过10 mg/L的依次是绿原酸、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、儿茶素、芦丁,而桑椹果醋中含量超过10 mg/L的仅剩下芦丁。相比较而言,毛葡萄果汁和果醋的多酚含量均高于桑椹果汁和果醋中的含量。
从果汁和果醋酚类物质的含量分布上可以看出,果汁经过酵母和醋酸发酵后,相关酚类物质含量均呈下降趋势,与相关果醋的研究报道一致[27-29]。其中从毛葡萄果汁到毛葡萄果醋酚类物质含量的降幅由大到小依次是飞燕草素-葡萄糖苷(81%)、矢车菊素-3-O-芸香糖苷(79%)、漆黄素(79%)、水杨酸(73%)、芍药素-3-O-葡萄糖苷(68%)、虎杖苷(67%)、阿魏酸(66%)、安息香酸(58%)、儿茶素(55%)、锦葵素-3,5-二葡萄糖苷(54%)、香草酸(53%)、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(49%)、没食子酸(48%)、香豆酸(36%)、芦丁(36%)、白藜芦醇(34%)、绿原酸(31%)、槲皮素(16%)。
从桑椹果汁到桑椹果醋酚类物质含量的降幅由大到小依次是儿茶素(81%)、矢车菊素-3-O-芸香糖苷(72%)、绿原酸(70%)、香豆酸(53%)、水杨酸(52%)、漆黄素(50%)、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(46%)、香草酸(40%)、没食子酸(27%)、芍药素-3-O-葡萄糖苷(22%)、芦丁(13%)、阿魏酸(8%)。
3 结论
本研究利用高效液相色谱法建立了测定18种酚类物质的定量检测法,同时从线性方程、检出限、定量限、加标回收率等方面进行了方法学考察。结果表明,在优化的色谱条件下测定的物质在75 min内能够实现有效分离,且定量方法的精密度好,RSD在0.11%~3.35%之间,重复性实验的RSD在1.06%~4.38%之间,平均加标回收率在88.00%~107.46%,对应的RSD为1.00%~4.38%。该方法操作便捷、准确度高,可用于同时测定毛葡萄、桑椹果汁和果醋中18种酚类物质,为毛葡萄和桑椹的深加工提供了品控手段。
檢测结果表明,果醋中酚类物质含量较对应果汁中酚类物质含量大幅降低,而如何优化工艺过程,将果实中尽可能多的功能性酚类物质保持到果汁和果醋饮料中,是毛葡萄和桑椹加工中一个有待深入研究的课题。
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收稿日期:2023-06-25
基金項目:广西壮族自治区大学生创新创业训练项目(202211607015);广西壮族自治区科技计划项目(桂科AB21238006);北部湾大学高层次人才启动项目(2018KYQD53)
作者简介:莫维(1998-),女,硕士,研究方向:营养型米香白酒。
*通信作者:郝俊光(1971-),男,正高级工程师,博士,研究方向:酒类酿造与风味调控。