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MALDI-MS反应性基质选择性检测啤酒中低聚糖的创新实践

发布时间:2021-06-30 17:31所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

摘要:糖类是啤酒中含量最丰富的营养物质之一,对啤酒泡沫的稳定性起着十分重要的作用。通过大学生创新训练项目开发并优化了MALDI-MS反应性基质用于选择性检测啤酒中低聚糖的新方法,具有响应信号强、特异性检测等优点。利用贴近生活的实验研究,激发了学生

  摘要:糖类是啤酒中含量最丰富的营养物质之一,对啤酒泡沫的稳定性起着十分重要的作用。通过大学生创新训练项目开发并优化了MALDI-MS反应性基质用于选择性检测啤酒中低聚糖的新方法,具有响应信号强、特异性检测等优点。利用贴近生活的实验研究,激发了学生的学习热情和实验兴趣,提高了学生的创新能力和科研素养。

  关键词:MALDI-MS;反应性基质;低聚糖;实践教学

人才培养

  基质辅助激光解析离子化质谱(MALDI-MS)由于其低样品消耗和准确高效的分析能力,在快速、高效和准确地检测临床、食品和环境样品中的生物分子上具有重要的意义[1-3]。然而,使用传统基质和常规的分析方法分析高极性的酸性分子,如糖、核酸和磷酸化肽等分子,存在许多挑战。主要因为目标分析物本身缺少质子化位点,难以被离子化;或是“抑制”效应的影响,如糖肽、磷酸化肽等带有羟基和磷酸根基团的分子很容易被具有质子亲和力高的化合物抑制,小分子化合物被基质抑制等;此外,生物样品中盐等共存物质的干扰导致目标分析物难以和基质形成均匀结晶以及被准确定量[4-5]。

  针对难离子化和低质量区基质干扰等问题,研究者们开发了新的基质,即在具有基质效应的化合物中引入反应基团,通过与目标化合物进行反应,形成的产物分子一方面可以提高分析物的离子化效率;另一方面发挥基质效应,避免了基质的使用和干扰[6-7]。反应性基质具有反应简单高效、生物兼容,产物易于与反应物分离,可以直接用于生物样品中目标化合物检测的优点。然而到目前为止,应用于MALDI-MS的反应性基质选择性检测啤酒中的低聚糖还并没有被充分开发和研究利用[8]。因此,开设MALDI-MS反应性基质检测啤酒低聚糖新方法研究的大学生创新训练项目,旨在建立并优化一种反应性基质检测啤酒低聚糖的新方法[9-10]。

  1低聚糖反应性基质的设计及优势

  低聚糖是一种新型功能性糖源,由2~10个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖,具有促进双歧杆菌增殖、降低血清胆固醇、增强机体免疫能力、抵抗肿瘤等生理功效,广泛应用于食品、保健品、饮料、医药、饲料添加剂等领域[11]。针对低聚糖的结构特点和检测瓶颈,设计反应性基质2-苯基-3-(对氨基苯基)丙烯腈。

  该反应性基质的结构特点为含有传统基质α-氰基肉桂酸(CCA)的结构单元和苯胺基团,可以提高基质的紫外吸收能力,增加目标物的电离效率;另外,反应性基质中的胺基与寡聚糖醛基可以发生席夫碱反应,选择性地提高低聚糖的离子化效率,避免盐等多余杂质的干扰。

  2实验方法

  2.1啤酒样品与基质的反应

  取1mg反应性基质,加入400μL含5%(体积分数)醋酸的甲醇溶液,避光,冷藏。用配制好的反应性基质稀释啤酒样品,混合均匀后,封口,水浴避光反应,确保基质与啤酒中低聚糖的充分反应。作为对比实验使用的传统基质DHB,浓度为10mg/mL,用水作为啤酒稀释剂。

  2.2样品的测试分析采用混合点样法点样,取反应性基质与啤酒样品的反应液1μL点于样品靶上,常温自然结晶。采用反射正离子模式检测,激光能量选为4500,分子量检测的设定范围为1000~3000Da。传统基质DHB检测时,采用的激光能量为6000,分子量检测的设定范围为1000~3000Da。

  3实验结果及效果分析

  3.1反应性基质的可行性分析

  用反应性基质检测雪花啤酒中的低聚糖,啤酒稀释至合适的倍数,与反应性基质45℃水浴1h,初步采用双层点样法点样,采用1mmol/LNaCl作为助剂。反应性基质与传统基质DHB相比,具有较好的信号强度和信噪比,低聚五糖到低聚十四糖都能够检测出来,且信号峰良好。所以,反应性基质用于检测啤酒中的低聚糖,可以提高低聚糖的离子化效率和选择性,具有一定的创新型和可行性。

  3.2反应性基质检测低聚糖的条件的优化

  考察了反应性基质与啤酒中低聚糖的反应温度和反应时间。优化反应温度时,反应温度分别设置为45、65、85℃,啤酒样品与反应性基质反应时间为1h。反应温度为65℃时,基质与低聚糖的反应效果最好。在反应时间优化时,选择65℃的水浴温度,反应时间分别设置为反应1、2、3h。在反应2h时,MALDI的检测具有较好的信号强度,且信号峰较好。所以,反应性基质与啤酒中低聚糖反应的最优反应条件为反应温度65℃、反应时间2h。

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  结语

  本文建立并优化了一种MALDI反应性基质检测啤酒中低聚糖的新方法。与传统基质相比,具有均匀重现性好、检测灵敏度高、响应信号强、特异性检测等优点。该开发成果分析糖类对啤酒泡沫性能的影响及建立啤酒寡聚糖的指纹图谱具有重要意义。通过开展探究性创新实践项目的方式得以实施,让学生能够自主设计、研究及解决问题,激发学生的实验兴趣,提升学生的主动研究意识,有效促进学生合作意识与科研能力的培养,对培养创新型人才、实现共享实验资源具有显著的推进作用。

  参考文献(References)

  [1]HAJDUKJ,WOLFM,STEINHOFFR,etalMonitoringofantibodyglycosylationpatternbasedonmicroarrayMALDITOFmassspectrometry[J]JournalofBiotechnology,2019,302:77–84

  [2]LINGL,XIAOCH,MAY,etal2-phenyl-3-(p-aminophenyl)acrylonitrile:AreactivematrixforsensitiveandselectiveanalysisofglycansbyMALDI-MS[J]AnalyticalChemistry,2019,91(14):8801–8807

  [3]ABEDIM,COHANRA,MAHBOUDIF,etalMALDI-MS:Arapidandreliablemethodfordrug-to-antibodyratiodeterminationofantibody-drugconjugates[J]IranianBiomedicalJournal,2019,23(6):395–403

  [4]ZAIAJMassspectrometryofoligosaccharides[J]MassSpectrometryReviews,2010,23(3):161–227

  作者:姜丽艳1,闫国栋1,玲玲2,国新华2

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《MALDI-MS反应性基质选择性检测啤酒中低聚糖的创新实践》

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