黑曲霉发酵液中5-HMF含量的测定

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黑曲霉发酵液中5-HMF含量的测定陈家祥;徐策;张素;熊德欣;代园凤;郑泽轩;陈雪;李祝【摘要】本实验建立了测定黑曲霉(Aspergillus niger)发酵液中5-HMF含量的紫外分光光度法.对5-HMF标准溶液进行全波长扫描,确定最大吸收波长为测定波长,并绘制5-HMF浓度与吸光度之间的标准曲线;用50%乙醇将原发酵液稀释50倍,在测定波长处测定吸光度,对应标准曲线,计算发酵液中的5-HMF含量.结果表明,5-HMF最大吸收波长为283 nm,R2为0.9995,线性关系良好,发酵液5-HMF平均浓度为171.743μg/mL,平均回收率105.86%,精密度RSD为0.13%,重复性RSD为0.40%,仪器检出限为0.007μg/mL.该方法简便,快速,成本低,准确度较高,为今后研究黑曲霉中5-HMF含量提供了一个可借鉴的方法.【期刊名称】《山地农业生物学报》【年(卷),期】2018(037)006【总页数】5页(P87-91)【关键词】黑曲霉;5-HMF;紫外分光光度法【作者】陈家祥;徐策;张素;熊德欣;代园凤;郑泽轩;陈雪;李祝【作者单位】贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025;贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025;贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025;贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025;贵州省烟草公司毕节市公司,贵州毕节 551700;贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025;贵州省烟草公司毕节市公司,贵州毕节 551700;贵州大学生命科学学院,贵州贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】Q939.965-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF),又名5-羟甲基-2-糠醛[1],由葡萄糖或果糖脱水生成[2],其分子中含有一个呋喃环,醛基和羟基,性质非常活泼,可通过氧化、氢化和缩合等反应制备多种衍生物,是一种良好的化学平台物质。

5-羟甲基糠醛可用于生产燃料和反应中间体[3],同时还有抗癌细胞增值活性,降血糖等药理作用[4-5],近年我国5-羟甲基糠醛产品行业销售收入呈指数增长[6],应用前景广泛。

黑曲霉为曲霉属的一个常见种[7],可生产柠檬酸[8],糖化酶[9]等,也可作为宿主进行外源表达,广泛用于食品原料、药物、酶的生产[10-11],是发酵工业中的重要菌种。

于能江[12]从头孢酶属的发酵物中分离出5-HMF,陈楠等人[13]从蜜环菌中提取5-HMF,均表明微生物发酵液中可产5-HMF。

黑曲霉在工业生产中应用广泛,利用黑曲霉发酵生产5-HMF可弥补化学法步骤复杂繁琐的缺点。

在对黑曲霉中5-HMF高产培养体系的建立中对发酵液内的5-HMF含量测定是必不可少的步骤。

目前测定5-HMF的方法主要有HPLC法[14-16]、紫外分光光度法[17-19]、衍生化分光光度法[20]等。

HPLC法样本处理及测定过程繁琐复杂且成本较高,不适用于长期而频繁的测定;衍生化分光光度法需将5-HMF生成衍生化合物后间接测量,步骤较繁琐,紫外分光光度法简单快捷,在5-HMF的测定中应用较多。

如冯红伟等人[21]利用紫外分光光度法测定糖蜜中的5-HMF,刘月新[22]利用紫外分光光度法测定四物汤传统汤剂中的5-HMF。

本实验将利用紫外分光光度法对黑曲霉发酵液中5-HMF含量进行测定。

1 材料与方法1.1 材料与仪器1.1.1 菌种黑曲霉(Aspergillus niger)xj:中国典型培养物保藏中心保存,CCTCC No:M206021。

1.1.2 试剂 5-HMF(≥99.0%):广东翁江化学试剂有限公司;无水乙醇(分析纯):天津市富宇精细化工有限公司;葡萄糖(分析纯):天津市优谱化学试剂有限公司。

1.1.3 仪器与设备 BIOMATE 3S紫外分光光度计:赛默飞世尔科技有限公司;UV-8000紫外可见分光光度计:上海元析仪器有限公司;华普达THZ-82恒温振荡器:常州华普达有限公司。

1.2 实验方法1.2.1 5-HMF标准品全波长扫描与标准曲线绘制精确吸取2.5 μL 5-HMF标准品,利用50%乙醇配制成31.075 μg/mL的储备液。

精确吸取10 mL母液,加入40 mL 50%乙醇,配制浓度为6.215 μg/mL的标准液。

将标准液于UV-8000紫外可见分光光度计进行全波长扫描,取最大吸收峰值对应波长作为测定波长。

将标准液用50%乙醇梯度稀释,得0、1.243 μg/mL、2.486 μg/mL、3.729μg/mL、4.972 μg/mL、6.215 μg/mL的6份稀释液。

6份样品以50%乙醇为参比,在测定波长进行吸光度测定,并绘制标准曲线。

1.2.2 黑曲霉发酵液中5-HMF浓度的测定将黑曲霉接种至PDB培养基,于26℃,150 r/min振荡频率下培养5 d,过滤掉发酵液中的菌丝球及孢子,于发酵液中加入等体积的无水乙醇,10000 r/min离心10 min沉淀絮状变性蛋白,吸取上清液,继续加入50%乙醇,得到原发酵液50倍稀释度的稀释液。

分别取稀释液2 mL、3 mL、4 mL、5 mL、6 mL加入5 mL、4 mL、3 mL、2 mL、1 mL的50%乙醇,得到5个梯度稀释样品,以50%乙醇为参比,于283nm下测定吸光度,根据标准曲线计算发酵液中的5-HMF平均浓度。

1.2.3 精密度测定取同一份稀释液8份,以同样方法直接测定吸光度,计算相对标准偏差。

1.2.4 回收率测定配置与发酵液5-HMF浓度相近的5-HMF标准溶液,与发酵液在相同稀释度下等体积混合后测定,计算回收率。

1.2.5 重复性实验对同一批发酵液以相同方法平行处理,分析重复性。

1.2.6 仪器检出限测定配制浓度为0.213 μg/mL、0.426 μg/mL、0.533 μg/mL、0.639 μg/mL的5-HMF标准溶液,利用BIOMATE 3S紫外分光光度计测定吸光度,绘制低浓度下的标准曲线,并测定20组参比的吸光度,计算仪器检出限。

2 结果与分析2.1 全波长扫描标准液于190~1100 nm进行全波长扫描,发现283 nm处有最大吸收峰(200~400 nm部分扫描结果见图1),故采用283 nm作测定波长。

2.2 5-HMF标准品浓度与吸光度回归曲线5-HMF标准品溶解于50%乙醇中,其通过计算得到的浓度与所对应的吸光度结果见表1,线性回归曲线见图2,R2为0.9995,线性关系良好,回归方程为y =0.1225x + 0.005。

图1 5-HMF标准液紫外吸收光谱Fig.1 UV absorption spectrum of 5-HMF standard solution表1 5-HMF标准品浓度与吸光度关系表Tab.1 Relation of concentration of 5-HMF standard and absorbance序号5-HMF标准液(mL)50%乙醇(mL)浓度(μg/mL)Abs1010002281.2430.1663462.4860.3104643.7290.4605824.9720.6 0661006.2150.772图2 5-HMF标准品标准曲线Fig.2 Standard curve of 5-HMF standard2.3 发酵液5-HMF浓度测定对稀释液梯度稀释后的6份样品测定,利用标准曲线求出浓度(见表2),再分别根据总稀释度求出原发酵液5-HMF浓度,为165.714 μg/mL、173.333 μg/mL、172.143 μg/mL、173.714 μg/mL、173.810 μg/mL,平均值为171.743μg/mL。

2.4 精密度测定取稀释液8份,直接进行紫外分光测定(见表3),RSD为0.13%,重现性良好。

表2 发酵液5-HMF浓度测定Tab.2 Determination of 5-HMF concentration in fermentation broth稀释液(mL)50%乙醇(mL)Absc(μg/mL)250.1210.947340.1871.486430.2461.967520.3092.482610. 3702.980表3 精密度测定Tab.3 Determination of precision序号Abs浓度(μg/mL)5-HMF含量(μg/mL)RSD10.4293.461173.06120.4293.461173.06130.4293.461173.06140. 4293.461173.06150.4293.461173.06160.4303.471173.55770.4303.471173.5 5780.4293.461173.0610.13%2.5 回收率测定配制186.450 μg/mL的5-HMF标准溶液,与原发酵液各稀释50倍后等体积混合并测定(结果见表4),平均回收率为105.86%,RSD为1.03%,回收率较好,可以较准确反映发酵液中5-HMF实际含量。

表4 回收率测定Tab.4 Determination of recovery rate原样(μg/mL)标样(μg/mL)加标后(μg/mL)回收率平均回收率3.4353.7293.682105.35%3.4353.7293.682105.35%3.4353.7293.731107.97% 3.4353.7293.690105.79%3.4353.7293.690105.79%3.4353.7293.673104.91%105.86%2.6 重复性实验取同一批发酵液8份,以同样方法测定其中5-HMF含量(见表5),RSD为0.40%,重复性良好。

表5 重复性实验Tab.5 Repeatability experiment5-HMF含量(μg/mL)RSD171.837173.061172.653173.061172.653173.061172.653174.286 0.40%图3 低浓度时灵敏度Fig.3 Sensitivity at the low concentration2.7 仪器检出限配制0.746 μg/mL的低浓度5-HMF标准溶液,进行梯度稀释,绘制标准曲线,计算其斜率,低浓度时灵敏度0.1397(见图3)。

以20组50%乙醇进行空白测定,得空白均值为0.009,空白值标准偏差为0.03%,根据IUPAC标准[23],k取3用于检出限计算,得最小分析信号为0.010,BIOMATE 3S紫外分光光度计测定黑曲霉发酵液中5-HMF浓度检出限为0.007 μg/mL。

3 结论与讨论本实验建立了测定黑曲霉发酵液中5-HMF含量的紫外分光光度法。