我们提出了一种快速可靠的方法来量化维生素C在 Lactuca spp.使用 UPLC-UV,有可能转移到其他植物。关键步骤是样品制备和维生素C提取在稳定条件下,减少脱氢抗坏血酸抗坏血酸和优化色谱过程。
维生素,特别是维生素C,是水果和蔬菜中的重要微量营养素。维生素C也是其抗氧化能力的主要贡献者。莱图斯是全世界消费者中最受欢迎的蔬菜之一。准确测量生菜和其他相关物种中的维生素C含量的准确方案至关重要。我们在此描述一种使用超高性能液相色谱-紫外线(UPLC-UV)技术的方法,其中优化了样品制备、维生素提取和色谱条件。
收集样品,代表整个植物,冷冻在-80°C和冻干,以防止不良氧化,使他们的操作更容易。维生素C的提取是在酸性介质中进行的,这也有助于其稳定性。由于维生素C可以以两种不同的可转换形式存在,即抗坏血酸(AA)和去氢坏血酸(DHAA),因此应测量这两种化合物,以进行精确的定量测量。DHAA 在还原到 AA 后间接量化,因为 AA 在光谱的紫外线范围内比 DHAA 表现出更高的吸收率。从同一提取物中,进行了两次测量,一次在还原反应之前,一次在还原反应之后。在第一种情况下,我们量化了AA含量,在第二种情况下,我们以AA的形式量化了AA和DHAA(TAA:总抗坏血酸)的总和。然后,通过从 TAA 中减去第一次测量的 AA 间接获得 DHAA 数量。它们由 UPLC-UV 确定,使用商业 AA 标准构建校准曲线并优化色谱过程,从而获得在短时间内完全解决的 AA 峰值。该协议可以很容易地推断到任何其他植物材料,略有变化或无变化。其准确性揭示了统计学上显著的差异,否则不被忽略。手稿中更深入地讨论了其他优势和局限性。
栽培的生菜(Lactuca sativa L.)是全世界生产和消费最多的叶类蔬菜之一,2018年总产量约为2730万吨。消费者认为莱图斯是健康的。营养特性主要归因于作物中抗氧化化合物的来源,如维生素C等,如多酚和维生素E2。维生素C是人类不同于许多其他脊椎动物的基本微量营养素,因为我们无法产生它,因为基因编码中存在突变,在生物合成途径3的最后一步酶。它是正常细胞代谢所必需的,在免疫反应中也起着重要作用,这主要是因为它的抗氧化活性3,4。
维生素总C由抗坏血酸(AA)和去氢坏血酸(DHAA)组成。AA是维生素中生物活性最大的形式,但DHAA(其氧化产物)也显示出生物活性,在人体中很容易转化为AA。因此,量化这两种形式对于确定任何园艺作物(包括生菜)的总维生素C含量非常重要。
基于不同分析技术的各种方法被用来测量蔬菜中的维生素C,如酶、分光光度测量和滴定方法6、7、8。虽然这些方法很简单,但它们在化学上不是AA9特有的。因此,色谱方法是首选,特别是高性能液相色谱-紫外(HPLC-UV)技术,因为它们的精度更高10。HPLC-UV已被用来确定维生素C在多种作物,如花椰菜,菠菜和生菜11,12,13。然而,由于DHAA在光谱的紫外线范围内吸收率低,AA和DHAA的同步定量是复杂的。或者,DHAA 可以通过使用还原剂间接确定,该还原剂将 DHAA 转换为 AAA,测量总抗坏血酸 (TAA),然后计算 TAA 和 AA 之间的差值。由于减少反应的必要性,在一些研究中,只有AA被量化为14,这实际上可能代表对维生素C活性的低估。即使使用液相色谱技术(超高性能液相色谱 )的最后进展,也需要额外的还原反应来间接确定 DHAA。与 HPLC 相比,UPLC 的优势也受益于此步骤:更高的效率和分辨率、更高的灵敏度、更短的时间分析以及更低的溶剂消耗15。因此,UPLC-UV技术已被用于量化不同作物的维生素C16。
此外,AA是一种非常脆弱的分子;因此,重要的是要制定一个协议,防止其退化期间生菜储存和维生素C分析9。在这方面,以下协议通过 UPLC-UV 快速改进了生菜中维生素 C 含量的定量,以及有效的提取程序。不仅精英品种已被列入本研究,而且传统的陆地动物和一些野生亲属,因为他们潜在的兴趣作物育种,特别是在提高生菜的营养价值。
维生素C是一种非常重要的营养物质,但它也是一种非常脆弱的化合物,因此其 UPLC-UV 定量取决于多种因素,如样品储存和制备、提取方法和色谱条件。因此,需要一个快速和简单的程序,以防止AA(具有抗氧化能力)氧化到DHAA(没有抗氧化性能)。在样品处理过程中,避免高pH值和温度条件,以及强烈的光线和氧化气氛,以促进化合物的稳定性也至关重要。
为了尽量减少 AA 氧化,采取了以下措施。首先,样品作为两种协议的起始材料进行冻干,以确保准确定量维生素C含量,并轻松操作样品。此选项比精细研磨更可取,通常存在于文献 19中,因为灰尘解冻非常快,因此水再次可用。在萃取过程中,在优化的协议(补充文件2)中,使用更高体积的酸性溶液(8%醋酸和1%MPA)作为萃取剂,通过防止AA降解,该溶液也作为稳定剂。此解决方案还包含 EDTA 作为溷合剂来增加稳定 16,与非优化协议中的提取剂(补充文件 2) 不同。此外,我们测试了,如果使用两个连续萃取与2.5 mL的萃取剂,而不是一个单一的5 mL和N2 大气下,而不是标准大气条件,提取过程可以增强。在未修改的大气中,仅使用一次提取,从而简化了协议,并采取了不必要的附加步骤(未显示数据)。协议中还引入了其他细微的更改,以增强提取(即声波化)、获得更清晰的提取(更精细的过滤)并缩短协议持续时间(补充文件2)。关于色谱条件,该方法的验证是18号前报告的,保证了良好的分析参数(表3)。此外,使用超纯水与甲酸(pH 2.0)和甲醇(98:2 v:v)与0.3 mLmin-1 流量,而不是单波西磷酸盐30mM(pH 3.0)在1mLmin-1 作为移动相(补充文件2),导致改进的方法。最重要的进步可能是使用 UPLC 系统而不是 HPLC,这使我们能够更好地控制影响条件(如温度),从而在更短的时间内在更短的时间内使用更少的提取量(补充文件2),从而在不受未知化合物干扰的情况下解决 AA 峰值, 消耗更少的提取物量 。
然而,这种方法有两个主要限制。第一个是DHAA不能直接使用UV探测器测量,因为它在光谱的紫外线范围中吸收率低。重要的是要量化DHAA含量,因为它呈现某些生物活性,很容易在人体中转换为AA5。为此,需要额外反应,将DHAA降低为AA,并结合第二次色谱运行,以测量TAA,然后通过从AA中减去AA(图3)中减去AA含量间接确定DHAA(图3)。从这个意义上说,通过使用浓度较高的还原剂(DTT),将反应时间从5分钟增加至30分钟,并停止硫酸反应(补充文件2),对还原步骤进行了优化。AA的低稳定性构成了该方法的第二个限制。由于 AA 在提取后 4 小时开始降解 (补充文件1),因此有必要在此时间间隔内量化它。因此,要提取的样品数量受色谱过程条件的制约。这就是为什么我们建议在该协议的这一步骤中冻结它们,尽管在这种情况下,并非所有它们都可以放在要自动测量的 UPLC 自动采样器中。幸运的是,AA 的 RT 减少,使我们能够获得 3 分钟色谱图,比使用 HPLC (补充文件 2) 获得的 7 分钟色谱短得多。因此,维生素C含量可以在4小时窗口的大量样品中确定。
图3:生菜和一些野生亲亲维生素C定量的工作流程。
优化协议的示意图显示两个分支,用于仅确定 AA 或 AA = DHAA (TAA)。 请单击此处查看此图的较大版本。
由于维生素C是人类必需的营养物质,由于其重要的健康益处,它已成为许多研究的对象。因此,它已被量化在各种各样的作物,包括生菜,全世界消费最多的蔬菜之一。简单的经典方法已逐渐被液相色谱技术所取代,因为它们更具体、更准确。然而,由于需要额外的反应来量化,AA和DHAA通过HPLC,在一些研究中生菜,只有AA 14 或只有AA11( 没有量化AA之前DHAA减少到AA)已经测量。此外,只有少数作者量化了AA和DHAA,尽管这两种分子对维生素C抗氧化活性2的贡献。然而,UPLC技术在最近一些时期变得越来越重要,因为它在测量几种作物中的维生素C时性能更高。将本研究的结果与 UPLC 和 HPLC 这两种方法进行比较,这些优势得到了证实:由于灵敏度较高,并且在很短的时间内实现了定义良好的 AA 峰值,这也意味着消耗的资源更少。尽管 UPLC 效率高,但只有 Chen 等人应用了这种 技术来测量生菜中的维生素 C 含量,这仍然导致低估,因为只有 AA 形式被量化。
总之,这项工作是第一次成功尝试,以确定总维生素C含量不仅在不同的生菜品种,而且在他们的一些野生亲属。维生素C定量对于在育种计划中选择具有较高抗氧化活性的生菜也是必不可少的。从这个意义上说,这里发现的生菜野生亲的维生素C总含量增加,以及先前研究14年报告的AA含量增加,以及其他抗氧化化合物21,拓宽了合适的候选物,以提高生菜的营养价值。
总之,即使维生素C的性质固有的一些限制,如在提取后几个小时逐渐退化,或由于DHAA紫外线吸收率低而需要减少反应,它提供了一种较少的劳动强度和不太耗时的方法来测量维生素C含量。此外,它也是非常强大的,并表现出高灵敏度和分辨率。此外,它不仅容易转移到其他植物材料,且变化轻微或无变化,而且可转移到向人类提供维生素C膳食摄入量的加工产品,从而在新兴可靠的食品质量测试领域产生广泛的未来应用。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢萨拉戈萨蔬菜种质银行(BGHZ-CITA,西班牙)和遗传资源中心(CNG,荷兰瓦格宁根)提供这项工作所需的种子。我们感谢CITA的J.A.Aranjuelo、A.Castellanos和”营养学劳动者”的技术支持和D.L.Goodchild对英语的复习。这项工作由国家农业和食品研究与技术研究所(INIA)和阿拉贡政府LMP164_18项目RTÉ2017-00093-00-00-00资助;由2014-2020年联邦投资局和欧洲社会基金(Grupos Consolidados A12-17R)的《FER Aragón》行动方案:”Fruticultura投资集团:编者用商, 改编和梅约拉基因”和A14-17R:”西斯特玛斯农业加纳德罗斯食品补充可教”(SAGAS)]。I.M.L. 得到了西班牙科学、创新和大学部(MCIU)和西班牙国家研究机构(AEI)的一份博士培训前科合同的支持。
1,4-Dithiothreitol (DTT) ≥98% (Ellman′s reagent) | Roche | 10197777001 | |
10 mm f stainless steel ball | Euro Aznar Supplies S.L. | 20112100 | |
15 mL polypropylene tube for centrifuge | DeltaLab | 429946 | |
2 mL HPLC amber vial | Agilent | 5190-9063 | |
2 mL syringe with needle | DeltaLab | JS2 | |
20 mL polypropylene tubes | Dealtalab | 202840 | |
2-Amino-2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol (TRIS) ≥99.9% (titration) | Roche | 10708976001 | |
50 mL polypropylene tube | DeltaLab | 429951 | |
Acetic acid (CH3COOH) ≥99% purity glacial, ReagentPlus | Sigma-Aldrich | A6283 | |
Acetonitrilo, HPLC super gradient grade (99.9+% CH3CN-0.2 µm filtrated) | Chem-lab | CL00.0189 | |
Acquity UPLC HSS T3 column (150 mm x 2.1 mm x 1.8 µm) | Waters | 186003540 | |
Beaker 1 L, 200 mL | DeltaLab | 191725, 191722 | |
Dipotassium phosphate (KH2PO4) | Panreac | 766384 | Only in the non-optimized protocol (Supplemental File 2) |
Ethylenediaminetetraacetic Acid Disodium salt (EDTA x 2H2O) 99-101% assay, ACS reagent | Panreac | 131669 | |
Fisherbrand Analog MultiTube Vortexer | Thermo Fisher Scientific | 15549004 | |
Formic acid 98-100% for HPLC LiChropur | Supelco | 5438040100 | |
Freeze dryer VirTis genesis 25EL | VirTis | na | |
Heidolph Multi Reax mixer | Heidolph | na | |
Heidolph Reax top mixer | Heidolph | na | |
Hewlett Packard HPLC 1050 equipped with an eλ Detector | Hewlett Packard | na | Only in the non-optimized protocol (Supplemental File 2) |
Hydrochloric acid (HCl) 37% purity, ACS reagent | Sigma-Aldrich | 320331 | |
L-Ascorbic acid ≥99%, ACS reagent | Sigma-Aldrich | 255564 | |
Meta-phosphoric acid (MPA) ACS reagent, chips, 33.5-36.5% | Sigma-Aldrich | 239275 | |
Methanol ≥99.9% (HPLC supergradient grade) | ChemLab | CL00.0189.2500 | |
Micropipettes 10-1000 μL | Socorex | na | |
Nucleosil 120 C18 Tracer column (250 mm x 4 mm x 5 µm) | Merck (Sigma-Aldrich) | 54919 | Only in the non-optimized protocol (Supplemental File 2) |
PTFE-silicone cap with preaperture | Agilent | 5190-9067 | |
Refrigerated centrifuge Gyrozen 1248R | Gyrozen | na | |
Regenerated cellulose filters 0.22 µm (13 mm) | Agilent | 1015190-5108 | |
Regenerated cellulose filters 0.45-µm (13 mm) | Labbox | SFCA-145-100 | Only in the non-optimized protocol (Supplemental File 2) |
Spectrophotometer Heλios β | Thermo Scientific Corporation | na | |
Sulfuric acid (H2SO4) 95.0-98.0% purity, ACS reagent | Sigma-Aldrich | 258105 | |
Ultrapure water | WasserLab | na | |
Ultrasons H-D | Selecta | na | |
Volumetric flasks 1 L, 100 mL | DeltaLab | 191489, 191486 | |
Waters Acquity UPLC H-Class equipped with a PDA eλ Detector | Waters | na |