2024年4月1日發(作者:大學新生寄語)

植物甾醇的分析方法研究進展
趙偉;韓敬美;劉春波;鐘仙芳;劉志華
【摘 要】植物甾醇因其具有降低膽固醇、抗炎等多種生物活性功能越來越受到人
們的重視,并隨著在醫藥等工業上進一步應用,對其純度也提出更高要求.因此如何對
植物中甾醇類物質進行分析檢測就成為當前研究的重點和熱點.本文對傳統和現代
的植物甾醇的分析檢測方法進行了綜述,并對煙草中甾醇分析檢測方法做了概括和
介紹,希望對今后的甾醇分析研究工作有一定的幫助.%Becau of its lower
cholesterol, anti-inflammatory and so on many kinds of bioactive functions,
people attached importance to phytosterol increasingly, and with further
applying in medicine industry, and maked higher demand of its purity. So
it was a hot spot and focus on how to analyze and detect phytosterol. The
principal themes of the review highlighted the analysis and detection
methods of the traditional and modern for phytosterol comprehensively,
and briefly summarized the analysis of phytosterol in the tobacco, aiding
its analysis and detection for future rearch.
【期刊名稱】《分析儀器》
【年(卷),期】2012(000)004
【總頁數】6頁(P6-11)
【關鍵詞】植物甾醇;分析檢測;煙草
【作 者】趙偉;韓敬美;劉春波;鐘仙芳;劉志華
【作者單位】云南煙草科學研究院,省煙草化學重點實驗室,昆明650106;云南煙草
科學研究院,省煙草化學重點實驗室,昆明650106;云南煙草科學研究院,省煙草化學
重點實驗室,昆明650106;云南煙草科學研究院,省煙草化學重點實驗室,昆明
650106;昆明理工大學化學工程學院,昆明650224;云南煙草科學研究院,省煙草化
學重點實驗室,昆明650106;昆明理工大學化學工程學院,昆明650224
【正文語種】中 文
引言
植物甾醇,又稱植物固醇,一般為白色粉末,結構以環戊烴全氫菲(甾核)為骨架的
三萜類化合物,多數甾醇雙鍵在C-5位上,而在C-3位存在羥基,且羥基是其主
要的活性基團[1],其基本骨架見圖1。植物甾醇中最常見的是谷甾醇(sitosterol)、
豆甾醇(stigmasterol)、菜油甾醇(campesterol),它是植物細胞膜的重要組成成
分。植物甾醇具有防止冠心動脈粥樣硬化、促進膽固醇的降解代謝等藥用和保健價
值,并且是合成維生素D3等甾類藥物重要中間體,同時也是生發、養發和皮膚營
養劑以及化紡工業中的分散劑、柔軟劑、抗氧化劑等,被廣泛地運用于醫藥[2-4,
7]、食品[5]、化妝品[6]等領域。
圖 1 甾醇的基本骨架
甾醇的結構極其相似,采用一般的化學方法很難對多組分的含量進行分析測定。從
發現植物甾醇至今,它的分析技術就一直處于改進和完善之中。
1 重量法(Potentiometry)
毛地黃皂苷法,又稱重量法,在早期的資料中比較常見。3β-OH甾醇對毛地黃皂
苷的反應很靈敏,一分子甾醇和一分子毛地黃皂苷形成分子絡合物,產生甾醇毛地
黃皂苷絡合物的白色沉淀,此法適用于測定3β-OH甾醇。由于α-甾醇無此性質,
利用這一差異可以分離3α和3β-OH甾醇。另外,250℃以上時,樣品中的甾醇
則不能被毛地黃皂苷所沉淀。利用上述兩個性質可以對甾醇進行定性鑒定和較為粗
略的定量測定。竇巍巍等人[8]采用國標鐵礬顯色法(GB/T 5009. 128-2003)測定
酯交換植物油中甾醇的含量,通過與改進的Lieberman-Burchard比色法和毛地
黃皂苷測定結果進行對比分析。研究結果表明國標鐵礬顯色法最佳顯色條件為:顯
色劑用量2mL,顯色劑組成比例1 ︰9,顯色時間15min。采用國標鐵礬顯色法
測定酯交換植物油中高含量甾醇的平均誤差為4.54%,平均回收率為98.6%。
2 薄層色譜法(TLC, thin-layer chromatography)
薄層色譜可用于甾醇的分離、純化、檢測。國內有些學者將非皂化物從餾出物中萃
取出來,然后再進行衍生化,點樣分析,其處理方法比較繁雜。考慮到工廠分析的
實際需要,我們只取其兩個目的:其一為直觀評定。無論是甾醇產品還是脫臭餾出
物原料,其中的游離甾醇和甾醇酯等均可通過TLC達到良好分離,根據斑點的大
小、顏色的深淺可以直接判斷它們的大致比例關系。其二為準確測定。將上述薄板
進行掃描,利用標準曲線,可以確定產品中甾醇與甾醇酯的含量。具體做法是用標
準溶液點樣顯色后,在CS ︰910薄板掃描儀上,在參比波長700nm,樣品波長
550nm的條件下進行雙波長掃描,即可得到標準掃描圖[9]。薄層層析法主要用于
甾醇的定性分析,結合光密度計也可以進行初步定量工作。但此方法操作繁瑣、費
時,并且顯色后不穩定。
3 分光光度法(Spectrophotometry)
此方法是基于Liebermann-Burchard比色法改進的,甾醇與硫酸或其它強酸能發
生顏色反應,其原因可能是脫水后碳正離子上成鹽(不過僅限于碳環上有雙鍵的)。
步驟是以乙酸酐為溶劑,制備一系列甾醇的標準溶液,向溶液中加一滴濃硫酸,溶
液顏色由無色經紅色,變為暗綠色,穩定10 min后進行可見光掃描,測得最大吸
收波長。在此波長下用不同濃度的標準溶液的吸光度繪制標準曲線,然后根據該標
準曲線測定未知樣品中的吸光度以確定其濃度,從而得到樣品中總甾醇的含量。這
種方法簡單快速,整個操作僅需要0.5h,適用于工廠快速鑒定[10],但該法對顯
色溫度、時間要求嚴格,形成的有色化合物顏色不太穩定,重現性差,且僅適合總
甾醇含量的測定[11]。葉愛英等人[12]采用改進的Liebennan-Burchard比色法,
建立了植物油瀝青中總甾醇含量的測定方法,以不加顯色劑的樣品溶液作空白,甾
醇含量在0.034~0.344 mg/mL范圍內服從比耳定律,測得植物油瀝青中總甾醇
含量在12.1%左右,提取物中總甾醇含量為74.5%左右。
4 氣相色譜法(GC, gas chromatography)
20世紀60年代以來,由于氣相色譜的應用,氣相色譜法很好地解決了植物甾醇
含量分析與組成的問題。氣相色譜具有分析時間短,干擾峰少,分辨率高以及熱穩
定性好的優點[13,14]。植物甾醇的GC分析大都采用的是非極性固定相(100%聚
硅氧烷)的毛細管色譜柱。但是研究發現弱極性的固定相(如5%聯苯-95%二甲基聚
硅氧烷)可以使柱子的熱穩定性和分辨率大大提高。氣相色譜適合于分析揮發性強
的物質,而對于極性強、揮發性弱、熱穩定性差的物質往往不能直接進樣分析,如
果將這類物質進行適當的化學處理轉化成相應的揮發性衍生物,這類物質就能夠得
到很好的分離。植物甾醇分子中含有極性羥基,揮發性差,在高溫下容易失水或分
解,所以需要對樣品進行衍生處理,才能得到很好的分離。目前一般的衍生化的方
法有硅烷化衍生化,酯化衍生化以及酰化衍生化。在檢測器的選擇上一般都是利用
破壞性的氫火焰離子化檢測器(FID, name ionization detection)對植物甾醇進行
定量,一般都是利用質譜的單離子掃描(SIM, sing1e-ion monitoring)或多離子掃
描(MIM, multiple, ion monitoring)。Dutta等人[13]利用近中等極性的色譜柱
(14% cyanopropyl-phenyl-methylpolysiloxane)使菜油甾醇和菜油甾烷醇的三
甲基硅(TMS)酯衍生物達到基線分離。黎文生等人[15]采用薄板層析、氣相色譜對
大麻籽油中甾醇、4H ︰甲基甾醇及三萜醇等不皂化物的成分進行了分離和分析,
并用氣相色譜 ︰質譜聯用確定了甾醇中的6種化合物。姜媛媛等人[16]建立了植
物甾醇酯的高溫氣相色譜分析方法:樣品經水洗、正己烷提取并結晶等方法處理后,
采用高溫氣相色譜法,使用Agilent 6820氣相色譜儀、氫火焰離子化檢測器、
DB5高溫色譜柱直接進行定量分析。
5 氣相色譜 -質譜聯用(Gas Chromatography-Mass Spectroscopy, GC-MS)
氣質聯用已經成為一種發展相對比較成熟的檢測手段,在進行多種組分分析時,用
氣相色譜法檢測需要多個檢測器,而氣質聯用一般只需一次GC ︰MS檢測即可。
Cai等人[17]用氣 ︰質聯用測定了混合肥料中30種半揮發性有機污染物,利用索
氏提取法提取待測組分后,再用GC ︰MS法進行分離檢測。李凌[18]選取西雙版
納的成年綠玉樹和重慶引種的2年生海南綠玉樹乳汁,自然干燥后用CS2溶解,
氣相色譜 ︰質譜聯用測定了西雙版納綠玉樹和海南幼年綠玉樹中的綠玉樹甾醇,
其中綠玉樹的“指紋”成分綠玉樹甾醇的含量(17.40%)要稍高于西雙版納成年綠
玉樹(10.91%)。徐繼林等人[19]對一種重要的未知生物餌料微藻在充氣和瓶中靜態
兩種生態條件下進行培養,設計了一種分步衍生化脂肪酸與甾醇的GC/MS連續分
析法,對微藻脂肪酸甾醇進行了定性和定量分析,共鑒定出11種甾醇組分,主要
是24 ︰甲基(乙基)膽甾醇,碳數分布從27到30,特別含有甲基巴夫甾醇和乙基
巴夫甾醇。張志杰等人[20]對銀杏葉中的甾醇進行分離,重結晶純化,得到了高純
度的植物甾醇,采用GC ︰MS聯用技術對甾醇進行了分析,經GC ︰MS確定了
其中豐度較大的5種組分及其結構,分別為菜油甾醇、豆甾-4,22-雙烯-3β-醇、
β-谷甾醇、豆甾-3β-醇和巖藻甾醇。楊曉靜等人[21]采用快速硅膠柱層析和氣相色
譜對紫蘇子油中甾醇、4-甲基甾醇及三萜醇等不皂化物的成分進行了分離和分析,
用氣相色譜 ︰質譜聯用技術確定了甾醇中的7種化合物,分別為膽甾醇、菜油甾
醇、豆甾醇、β-谷甾醇、α-菠菜甾醇、燕麥甾醇和豆甾烯。肖寄平等人[22]利用
GC ︰MS測定哈蟆油中甾體類化合物的成分及含量,共鑒定出8個化合物:膽固
醇、膽甾-3-酮、膽甾-3,5-二烯-7-酮、菜油甾醇、膽甾-4-烯-3-酮、膽甾-4,6-
二烯-3-酮、豆甾醇-22,23-二氫、膽甾-8-烯-7-酮。李海英等人[23]比較分析了
16種東海沿海貝類的脂肪酸和甾醇組成,通過氣相色譜 ︰質譜聯用法共檢測出了
14種甾醇。
6 液相色譜法(High-Performance Liquid Chromatography, HPLC)
HPLC具有柱溫溫和,無需破壞性等特點,故而適合于測定熱不穩定的甾醇。自
1976年有人首次用高效液相色譜法分離了甾醇后,正相和反相HPLC技術已被廣
泛用于甾醇分析[24]。在檢測器的選擇上,一般有紫外檢測器(UV),光電二極管陣
列檢測器(DAD),折射率檢測器,蒸發光散射檢測器(ELSD)。HPLC可以直接分析
簡單均一的脂類萃取物的甾醇,并且無須進行大量的樣品純化,從而避免了前處理
中目標樣品的損失,但是對于復雜樣品則需要經過純化的前處理,以消除干擾組分
對測定的影響[1]。通過HPLC還可以研究其他復雜體系中的甾醇[25-27]。夏曉明
等人[28]采用反相高效液相色譜法,建立了檢測禾谷絲核菌中麥角甾醇和羊毛甾醇
含量的方法,采用DiamonsiITMC18色譜柱 (250mm × 4.6mm ,i.d, 5 μm
i.d.),流動相為100%甲醇,流速為1mL/min,紫外檢測波長為210nm。麥角甾
醇和羊毛甾醇的保留時間分別為21min 和27min,麥角甾醇在0.125~
12.5mg/L濃度范圍內,羊毛甾醇在0.1~10.0 mg/L濃度范圍內,兩者峰面積與
濃度均呈線性關系,相關系數分別為0.9993 和0.9983。加標回收率實驗表明:2
種甾醇的平均回收率為91.8%~99.7%,相對標準偏差為2.8% ~7.8%,麥角甾
醇和羊毛甾醇的最小檢出量分別為1.0 和0.8 ng,最低檢出濃度分別為0.05 和
0.04 mg/L。李治建等人[29]采用反相高效液相色譜法,建立了測定紅色毛癬菌中
麥角甾醇含量的方法,色譜柱為Waters symmetry shieldlmTM
C18(4.6mm×150mm,5 μm),流動相為100%甲醇,流速為1.0 mL/min,檢
測波長為282nm,麥角甾醇的保留時間為8.9min。麥角甾醇在0.93~
29.75mg/L濃度范圍內,峰面積與濃度呈線性關系,相關系數分別為0.9998。回
收率實驗表明,麥角甾醇的平均回收率為94.8%~96.3%,相對標準偏差為
1.8%~3.3%,麥角甾醇的最低檢出濃度為0.008 mg/L。楊虹等人[30]研究了食
用油中植物甾醇的檢測方法,并將液相色譜法與薄層色譜法、氣相色譜法進行了比
較,結果表明:氣相色譜法具有分析速度快、準確性高和精密度好的優點,利用該
方法,對油脂加工過程中植物甾醇的含量進行了追蹤分析,考察了油脂在精煉過程
中的甾醇損失情況。另外,還對不同種類植物油的毛油和脫臭餾出物中植物甾醇的
組成及含量進行了分析。潘加亮等人[31]綜述了油菜素甾醇樣品前處理方法,及
HPLC等分析檢測技術的研究進展。甘輝等人[32]對梔子的植物甾醇成分進行分離
分析,對所得甾醇樣品的組分采用HPLC-MS分析的結果表明:梔子果油中可能
含有β-谷甾醇和甘氨膽酸等甾醇成分。呂喆等人[33]用微波輔助萃取法首次從野
生菱角皮和菱角仁中提取到甾醇類化合物,并用紫外-可見分光光度法和高效液相
色譜法對提取液中總甾醇含量和其中β-谷甾醇的含量進行了分析測定,菱角皮及
菱角仁中總甾醇含量分別為0.624和0.813 mg/g,其β-谷甾醇的含量分別為
0.508和0.716 mg/g。
7 超臨界流體色譜(Supercritical Fluid Chromatography, SFC)
超臨界流體色譜因為分析速度快,無需對樣品進行衍生化等優點在脂類物質的分析
中具有重要的地位[34,35]。有文獻報道通過超臨界萃取-超臨界色譜(SFE-SFC)分
析了脂類富集的復雜體系中的植物甾醇[36],與固相萃取(SPE)或有機溶劑處理得
到的數據進行比較后,得出SFE-SFC能夠更準確地定量微量或痕量的甾醇的結論,
并且樣品前處理簡單,節省溶劑,分析時間短。該文作者首先用SFE萃取富集了
植物油中的甾醇,然后在Dionex SB-Octyl-50毛細管柱(10m×100μm×0.5μm)
進行分離,以FID為檢測器,在350℃溫度下,4種植物甾醇、甘油二酯和甘油三
酸酯達到完全基線分離。
對于以上各種色譜方法,從分析的精密度和靈敏度來看,一般是GC>HPLC>SFC,
但是具體的哪種技術更適合,依賴于實際分析的樣品、甾醇的結構和檢測器的選擇。
一般GC-FID (MS)是最實用的,是分析食品和植物油中植物甾醇的首選分析技術
[1,37]。
8 煙草中甾醇分析檢測技術
煙草中的植物甾醇主要包括β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、膽固醇和麥角甾醇等
[38]。這些甾醇是構成煙葉油分的主要成分之一,與煙草品質正相關[39],但也是
卷煙煙氣中氣態烷烴和稠環芳烴的來源之一,如豆甾醇[40]。麥角甾醇也可以作為
監控煙草早期霉變的主要化學指標[41]。植物甾醇的定量分析從20世紀50年代
末最初的沉淀法發展到目前的氣相色譜、氣相色譜/質譜、液相色譜和薄層色譜等
方法。
Stedman和Rusaniwskyi[42]利用重量法測定了煙草中的游離和結合的甾醇。具
體的過程如下:用己烷萃取游離的植物甾醇,蒸干后將殘余物用乙醇溶解,煮沸時
加入含2%毛地黃皂苷的80%的乙醇溶液,并繼續煮沸此溶液1min,過夜沉淀,
用布氏漏斗過濾后,分別用80%的乙醇和二乙酯洗滌干凈后在100℃下干燥1h。
新采摘和調制陳化后的6種不同類型的煙葉,甾醇的總含量在0.01%~0.45%之
間不等。從方法的原理和過程來看,這種方法簡單,對儀器設備的要求低。但該項
技術對操作安全性要求較高、分析時間長、干擾因素較多,并且只能測定總甾醇含
量,不能給出樣品中各種甾醇的含量信息。由于大部分煙草甾醇報告是20世紀
70年代發表的,大都使用填充柱。1978年Severson[46]利用堿皂化-己烷萃取-
CC純化-硅烷衍生化-GC-FID分析測定了烤煙中“總甾醇”和游離的甾醇。但是
應該指出的是文獻里測定的“總甾醇”并不是煙草中含有的甾醇總量。1997年
Jiu Ai[47]使用一根10m×0.25mm的DB-5弱極性色譜柱,利用GC/MS/MS法
快速分析了煙草中3種主要的植物甾醇,這篇文獻的重點就是利短柱解決了由于
長時間的保留時間和高溫造成的植物甾醇在毛細管柱上的分辨率降低和甾醇的損失
的問題。由于實驗使用的短柱使得GC的分辨率降低,所以采用質譜聯用(MS/MS)
的高選擇性的掃描模式,選擇反應檢測(SRM,lected reactionitoring)很好地
消除了高化學背景干擾,從而彌補了短色譜柱低分辨率的不足。
近幾年我國的煙草研究者利用毛細管柱分析了煙草中游離植物甾醇。考慮到甾醇在
三氯甲烷中的溶解性很好,許燕娟等人[48]采用三氯甲烷直接萃取煙樣中的甾醇,
萃取液經過濾后進行氣相色譜/質譜分析,結果表明所建立的方法前處理十分簡單,
回收率高,適合大批量樣品的定量分析。黃龍等人[49]建立了一種采用二氯甲烷提
取、微孔濾膜過濾、氣相色譜/質譜/選擇離子監測(GC/MS/SIM)定量測定煙草中
游離植物甾醇的方法,并采用該法測定了部分煙葉樣品、霉變煙葉和部分卷煙樣品
中的游離植物甾醇含量。結果表明:①該法的檢測限為5.12~8.43 ng/g,回收率
在93%~103%之間,RSD<6%;②香料煙的麥角甾醇含量最高,其次是烤煙,
白肋煙最低;③卷煙煙絲中的游離植物甾醇含量與其煙氣中苯并[a]芘的釋放量呈
顯著正相關。尹鍵等人[39]采用石油醚作為提取液,并進一步進行萃取、分離煙草
中的植物甾醇,在此基礎上發展了對煙草中植物甾醇的氣相色譜分析的方法,并對
β-谷甾醇進行了定量分析。雖然煙葉中的甾醇對煙葉品質有著重要的影響,但是
關于各種煙葉中游離和結合態的甾醇含量研究報道較少。劉紹民等人[50]采用GC-
MS,利用TMS衍生物方法對代表烤煙煙葉中的甾醇含量進行了研究。測定結果
表明:干煙葉中甾醇含量在1.0~2.5 mg/g,75%~85%的甾醇是以糖苷和酯的
形式存在,15%~25%的甾醇是以游離態的形式存在。不同煙葉中甾醇含量從大
到小順序:東方煙,白肋煙,雪茄,馬里蘭煙。
9 展望
以上介紹的植物甾醇的分析檢測方法是近年應用的主要方法,盡管其中一些方法還
處于發展初期,但它們獨特的優越性己被廣大分析工作者所認識,必將得到更快的
發展。
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