本方案用于测定海水和生物样品中的脂质。滤液中的脂质采用氯仿提取,对于固体样品则使用氯仿与甲醇的混合溶液进行提取。脂质类别通过棒状薄层色谱结合火焰离子化检测进行测定,各类脂质含量之和即为总脂质含量。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本方案用于测定海水和生物样品中的脂质。滤液中的脂质采用氯仿提取,对于固体样品则使用氯仿与甲醇的混合溶液进行提取。脂质类别通过棒状薄层色谱结合火焰离子化检测进行测定,各类脂质含量之和即为总脂质含量。
脂质主要由碳和氢组成,因此与海洋中的其他有机大分子相比,能提供更高的比能。由于富含碳和氢,脂质具有疏水性,可作为有机污染物的溶剂和吸收载体,从而成为海洋生态系统中污染物生物累积的驱动因素。其疏水特性有助于从海水或生物样本中分离脂质:海洋脂质分析首先进行采样,然后使用非极性有机溶剂提取,从而方便地将其从水体基质中的其他物质中分离出来。
如果采集了海水样品,第一步通常是通过过滤将样品分离为操作定义上的“溶解态”和“颗粒态”组分。样品经采集后,通常使用氯仿从样品基质中提取真正溶解的物质和胶体,而使用氯仿与甲醇的混合液提取固体和生物样本中的脂类。这些提取物可能包含来自生物源和人为源的多种脂类组分。此时可测定总脂类及脂类类别。总脂类可通过加和各个已测定的脂类类别来获得,而这些类别通常需通过色谱法进行分离。薄层色谱(TLC)结合火焰离子化检测(FID)常用于海洋样品中脂类的定量分析。TLC-FID可提供综合的脂类类别信息,并通过加和各类别得到总脂类含量。
脂质类别信息在与从脂质提取物中释放出的单个组分(如脂肪酸和/或甾醇)的测定结果结合时尤为有用。由于脂质结构和功能具有高度多样性,因此在评估生态系统健康状况以及人为影响程度的生态学和生物地球化学研究中被广泛应用。脂质已被用于测定对海洋动物具有营养价值的物质(如水产饲料和/或猎物),并作为水质的指示指标(如烃类污染物)。
本文所述方法涉及在操作上被定义为海洋脂质的物质。该定义基于这些物质可被非极性有机溶剂进行液-液萃取的特性,从而为从水体基质中的其他物质中分离这些成分提供了一种便捷的方法。由于其疏水性质,这些物质易于从海水或生物样本中分离,同时也便于富集,并去除其中的盐类和蛋白质。
几十年来,海洋生物中脂质含量及其组成的测定在食物网生态学、水产养殖营养学和食品科学领域一直备受关注。脂质是生物体中普遍存在的组分,作为细胞膜中的必需分子、生物可利用能量的主要来源,提供热绝缘和浮力,并充当信号分子。尽管其他领域中脂质测定的方法已有详尽描述,但在海洋样品中的应用通常需要进行修改,以适应野外条件以及样品类型1。
对于海水样品,第一步通常需要通过过滤(方案步骤1)将其分离为操作定义上的“溶解态”和“颗粒态”组分。颗粒态组分即为滤膜截留的部分,而滤膜孔径大小对于界定截留阈值至关重要2。在采集颗粒物样品时,我们通常希望将脂质浓度与总质量浓度相关联,此时需另取一份较小体积的独立样品(例如10 mL)用于该目的(方案步骤1,注释)。为获得准确的质量测定结果,过滤结束时需加入甲酸铵(35 g/L)。
根据样品类型的不同,较大样品的海水滤液应达到250 mL至1 L之间,并在分液漏斗中进行液-液萃取(实验方案步骤2)。由于脂质具有疏水性,因此可通过非极性溶剂(如氯仿)萃取将其与其他化合物分离。该方法形成两层体系,脂质分配进入有机相,而水溶性组分则保留在水相中。
将滤膜上的颗粒物样品或生物样本采用改良的 Folch 等人提取法3进行提取,该方法同样涉及氯仿(实验步骤 3)。在此过程中,形成有机相/水相体系,使脂质进入有机相,水溶性分子保留在水相中,蛋白质则发生沉淀。事实上,对于固体样品,大多数实验室均采用 Folch 等人3提出的、基于氯仿和甲醇的提取方法的某种变体。对于滤膜样品,第一步是将其在 2 mL 氯仿和 1 mL 甲醇中进行匀浆处理。
在提取过程中,应采取措施防止脂质发生化学或酶促修饰,将样品和溶剂保持在冰上以减少酯键水解或碳-碳双键的氧化。组织和细胞中的脂质通常由天然抗氧化剂和区室化作用提供良好保护4;然而,在样品均质化后,细胞内容物混合,导致脂质更易发生化学或酶促改变。某些脂质(如大多数甾醇)非常稳定,而另一些含有多不饱和脂肪酸的脂质则更易发生化学氧化。此外,含有共轭双键的甾醇类脂质易受光催化氧化的影响5。提取后的脂质对化学氧化更为敏感,样品应保存在氮气等惰性气体环境中。也可使用温和的氮气流对提取物进行浓缩。
浓缩后,脂质通常会被整体定量,因为它们是海洋生态系统中的重要组分,能够提供高浓度的能量,每克所含千焦数超过碳水化合物和蛋白质的两倍以上。随后, invariably 会进一步对脂质的各个组分进行定量:脂质的全面分析通常需要根据其化学性质将其分离为更简单的类别。因此,完整的分析包括总脂质、脂质类别以及单个化合物的测定。
总脂质含量可通过色谱法分离后分别测定各类脂质并求和得到6。海洋脂质提取物可能含有来自生物源和人为源的十余种类脂质。由于脂质结构种类繁多,通过分析各类结构的组成可获得大量信息。单独或按特定组合分析脂质类别,已被用于指示某些类型生物的存在及其生理状态和活性2。此外,脂质类别还被用作有机物质来源的指标,包括溶解性有机质(DOM)以及疏水性污染物。
甘油三酯、磷脂和甾醇是几类较为重要的生物脂质。前两类在生化上具有相关性,因其均以甘油为骨架,其上酯化有两个或三个脂肪酸(图1)。甘油三酯与蜡酯是重要的储能物质,而其他含脂肪酸的脂质类别,如二酰基甘油、游离脂肪酸和单酰基甘油,通常仅占少量。游离脂肪酸在生物体内的浓度较低,因为不饱和脂肪酸可能具有毒性7。游离态及酯化态的甾醇和脂肪醇也属于极性较低的脂质,而糖脂和磷脂则为极性脂质。极性脂质含有亲水基团,可形成细胞膜中的脂双层结构。游离甾醇也是膜的结构组分,其与甘油三酯的比值(TAG : ST)可作为衡量生理状态或营养状况的指标,已被广泛应用8。甾醇与磷脂的比值(ST : PL)可用于反映植物对盐胁迫的敏感性:比值较高时有助于维持膜结构的完整性并降低膜通透性9。该比值的倒数(PL : ST)在双壳类组织的温度适应过程中也已被研究10。
海洋脂质类别可通过硅胶涂层棒上的薄层色谱法(TLC)进行分离(方案步骤4),随后由自动FID扫描仪中的火焰离子化检测器(FID)进行检测和定量。TLC/FID已常规用于海洋样品分析,因其能够从小量样品中快速获得综合性的脂质类别数据,并通过所有类别的总和得出总脂质含量。TLC/FID方法已通过质量保证(QA)评估,结果表明其符合一致的外部校准、低空白值以及精确重复分析所需的标准11。其变异系数(CV)或相对标准偏差约为10%,FID扫描仪测得的总脂质数据通常约为重量法及其他方法所得结果的90%2。重量法测得的总脂质较高,可能是因为FID扫描仪仅测定非挥发性化合物,同时也可能由于重量法测定中混入了非脂质物质所致。
脂类类别分析所提供的信息,若与单个脂肪酸、甾醇或两者联合测定的结果相结合,将尤为有用。这些分析的第一步是释放脂质提取物中的所有组分脂肪酸以及甾醇(方案步骤5)。由于脂质结构和功能具有高度多样性,因此在评估生态系统健康状况及其受人为和陆源输入影响程度的生态学与生物地球化学研究中得到了广泛应用。脂质分析可用于测定对海洋动物具有营养价值的物质的生物合成情况,也可用于指示水样的质量。对沉积物岩心样品中的脂质进行测定,有助于揭示沉积物对陆海交界区域人类土地利用变化的敏感性。
传统上,用于鉴定和定量单个脂质化合物的主要工具是配备火焰离子化检测器(FID)的气相色谱法(GC)。然而,在分析之前,这些化合物需通过衍生化处理以提高其挥发性。在酸性催化剂(H2SO4)存在下,脂肪酸从酰基脂质类别中被释放出来(图1)。在有机化学中,酰基(R-C=O)通常来源于羧酸(R-COOH)。随后,它们被重新酯化为脂肪酸甲酯(FAME),从而在GC色谱柱上实现更佳的分离效果(方案步骤5)。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
注意:用于脂质分析的玻璃器皿、仪器和滤膜,需先用甲醇清洗3次,再用氯仿清洗3次,或在450°C下加热至少8小时以进行清洁。
1. 海水中溶解态和颗粒态脂质的过滤步骤
注意:所关注的特定组分由过滤操作步骤进行操作性定义。本实验中,滤膜孔径为 1.2 µm。
2. 海水或液体样品的液-液萃取
3. 固体样品的提取方案(改良Folch等3提取法)
4. 建立用于海洋脂质类别棒状薄层色谱分离的系统与步骤
5. 使用 H2SO4 甲醇溶液进行 FAME 衍生化
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作为发展最快的食品生产领域,水产养殖业正在通过技术创新和适应性调整来满足不断变化的需求。其中之一是减少对源自野生鱼类的鱼粉和鱼油的依赖,后者为许多养殖水生生物提供了饲料原料。陆生植物油正被研究作为水产饲料中鱼油的可持续且经济的替代品,而肝脏是分析的目标组织,因为它是脂质代谢的主要场所12。图2展示了从我们的九组分标准品、一种含7%鱼油和5%菜籽油的配制饲料,以及饲喂该饲料的大西洋鲑肝脏组织中获得的原始薄层色谱-火焰电离检测(TLC-FID)色谱图。表1列出了分析不同饲料重复样本及不同鱼类样品后获得的数据。这些数据是通过使用Peak Simple软件(版本4.54)对扫描仪FID响应建立标准曲线后,定量提取物中各类脂质所得。数据表明,三酰甘油在饲料和肝脏中均占主导地位,同时显示了膜磷脂在肝脏中的重要性。
大陆边缘通常具有极高的生物生产力,在碳循环中尤其重要。在较浅的水域,表层初级生产力向海底的输送更为显著,因此测量从上层混合层沉降到海底食物网的...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
TLC-FID 系统能够从小样品中快速提供全面的脂质类别信息,这使其成为在进行更复杂的分析程序之前筛选海洋样品的有效工具。此类分析通常需要从脂质提取物中释放组分化合物,并在进行气相色谱分析时通过衍生化提高其挥发性。TLC-FID 与 GC-FID 相结合,已被证明是分析海产品及其他食品提取物的有力组合14。要成功进行海洋脂质分析,关键在于在整个过程中保护样品免受降解和污染,并在将样品点样到石英棒时格外小心。一种方法是使用微毛细管移液器将整个海洋样品直接点样到石英棒上15;在海洋样品类型方面的创新则是将海水表面微层和气溶胶样品与海水样品结合分析16。
自动扫描仪中的FID系统可快速进行微克级定量,且无需衍生化或净化步骤;然而,其灵敏度、精确度和线性范围不及气相色谱仪。这意味着必须建立校准曲线,并且有时需要以两种不同的进样量分析样品,以确保较小和较大的脂质类别峰均在校准范围之内。
利用FI...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者不存在相互竞争的经济利益。
本研究由加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)资助,项目编号105379,授予C.C. Parrish。纪念大学核心科研设备 & 仪器培训(CREAIT)网络为本出版物提供了资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 15 ml 小瓶 | VWR | 66009-560 | |
| 1-十六醇 | Sigma | 258741-1G | |
| 1-单棕榈酰消旋甘油 | Sigma | M1640-1g | |
| 2 ml 小瓶 | VWR | 46610-722 | |
| 25 mm 玻璃纤维滤膜 | Fisher | 09 874 32A | |
| 2ml 移液球 | VWR | 82024-554 | |
| 47 mm 玻璃纤维滤膜 | Fisher | 09 874 32 | |
| 5 3/4" 移液管 | Fisher | 1367820A | |
| 9" 移液管 | Fisher | 1367820C | |
| 丙酮 | VWR | CAAX0116-1 | |
| Agilent GC-FID 6890 | Agilent | ||
| 氯化钙 ANHS 500g | VWR | CACX0160-1 | |
| 2 ml 小瓶盖 | VWR | 46610-712 | |
| 氯仿 | VWR | CACX1054-1 | |
| 棕榈酸胆固醇酯 | Sigma | C6072-1G | |
| Chromarod S5 | Shell USA | 3252 | |
| 二氯甲烷 | VWR | CADX0831-1 | |
| DL-α-磷脂酰胆碱,二棕榈酰 | Sigma | P5911-1g | |
| 乙醚,ACS 级无水,4L | VWR | CAEX0190-4 | |
| 甘油三棕榈酸酯 | Sigma | T5888-100MG | |
| Hamilton 进样器 702SNR 25µl | Sigma | 58381 | |
| 氦气 | Air Liquide | A0492781 | |
| 己烷 | VWR | CAHX0296-1 | |
| 氢气减压阀 | VWR | 55850-484 | |
| Iatroscan MK6 | Shell USA | ||
| Kimwipes 擦拭纸 | Fisher | 066662 | |
| 医用空气 | Air Liquide | A0464563 | |
| 中号腈手套 | Fisher | 191301597C | |
| 大号腈手套 | VWR | CA82013-782 | |
| 氮气 | Air Liquide | A0464775 | |
| 氮气减压阀 | VWR | 55850-474 | |
| 十九烷 | Sigma | 74158-1G | |
| 棕榈酸 | Sigma | P0500-10G | |
| 重复分配器 | Sigma | 20943 | |
| 碳酸氢钠 1kg | VWR | CA97062-460 | |
| 无水硫酸钠 ACS 级 500g | VWR | CA71008-804 | |
| 硫酸 | VWR | CASX1244-5 | |
| 聚四氟乙烯生料带 | Fisher | 14610120 | |
| 组织研磨仪 125 115V,配 7mm 匀浆头 | OMNI International | TM125-115 | |
| TLC 展开槽 | Shell USA | 3201 | |
| 超高纯氢气 | Air Liquide | A0492788 | |
| VWR 溶剂重装移液器 | VWR | 82017-766 | |
| VWR 计时器,双通道闪烁 LED | VWR | 89140-196 | |
| Zebron ZB-Wax 气相色谱柱 | Phenomenex | 7HM-G013-11 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。