高效毛細管電泳測定液態乳中乳糖

鐘寧，侯彩云

（中國農業大學 食品科學與營養工程學院，北京 100083）

高效毛細管電泳測定液態乳中乳糖

鐘寧，侯彩云

（中國農業大學 食品科學與營養工程學院，北京 100083）

針對常用乳糖測定方法存在的局限性和不便性，結合高效毛細管電泳（HPCE）法簡單快速、高效低耗的特點，探索出了高效毛細管電泳儀配合紫外檢測器測定乳糖的實驗條件：熔融石英毛細管（50 μm×34 cm）；緩沖液為50 mmol/L硼砂/NaOH，pH值為10.0；電泳為10 kV，溫度為60℃；檢測波長為195 nm；進樣為5000 Pa；時間3 s。此方法操作簡便、準確度高、精密度好。該方法的測定結果與高效液相色譜法的結果較一致，樣品中其他糖類對該方法不存在干擾，克服了萊因-埃農氏法測定乳糖不具專一性的缺點。

液態乳；乳糖；高效毛細管電泳

0 引 言

乳糖是牛乳中的固有成分，通常多于其他固形物組分，濃度相當穩定[1]。在乳品工業中，乳糖的檢測也是原料乳驗收和成品檢驗中的重要項目。目前乳糖測定方法主要有高效液相色譜法[2-5]、直接滴定法[2,6]、直接比色法[7，8]、近紅外光譜法[9，10]、旋光法[11]、毛細管電泳法[12-14]等。我國現行的關于乳糖檢測的標準中推薦高效液相色譜法和萊因-埃農氏法[2]，但萊因-埃農氏法存在滴定條件不易控制和終點難以確定的缺點，而高效液相色譜法（配合示差折光檢測器）的穩定性、重復性和選擇性均有一定程度的不足。

近年發展起來的高效毛細管電泳法（HPCE）具有簡單快速、高效和低耗的特點[15]。本文探索了高效毛細管電泳法配合紫外檢測器測定乳糖的實驗條件，并評估了該方法的精密度和準確度。

1 材料和方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

高效毛細管電泳儀（HP3DG1601BA），空心石英毛細管（50 μm I.D/365 μm O），高效液相色譜儀（泵：HPLC K-501;檢測器：K-2301示差折光檢測器），超聲波清洗器，精密pH計（PHS-3C），高速冷凍離心機（GL-20G-Ⅱ型），電子天平（FA2004）。

1.1.2 試劑

乳糖（10，20，30，50，70 g/L）、蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖（以上糖類均為20 mg/mL）、0.5 M氫氧化鈉溶液、硼砂溶液（濃度為40，50，60，70，80，90 mmol/L）、飽和氫氧化鈉溶液（20℃）、質量濃度為100 g/L三氯乙酸溶液（TCA）；乙酸鋅溶液（21.9 g乙酸鋅+3 mL冰乙酸，純水定容至100 mL）、106 g/L亞鐵氰化鉀溶液；費林氏液[2]、次甲基藍溶液（10 g/L）、乙酸鉛溶液（200 g/L）、草酸鉀-磷酸氫二鈉溶液[2]。

以上均為國產分析純試劑，實驗用水均為純水。

10種市售液態乳樣品：樣品1～10，其中樣品1～5為純牛奶，樣品6和7為低乳糖奶（乳糖水解率≥90%），樣品8～10為高端奶。

1.2 方法

1.2.1 毛細管電泳

（1）樣品預處理。取40 mL樣品，加入TCA溶液定容至100 mL，3000 r/min離心5 min后過濾[16]。取50 mL濾液加0.9534 g硼砂并溶解，然后用飽和NaOH溶液調至pH值為10.0，再次用濾紙過濾此溶液并用0.45 μm水系微孔濾膜過濾，轉入樣品瓶。進樣前超聲處理去除氣泡。

（2）高效毛細管電泳條件。電泳條件：毛細管為50 μm×34 cm；緩沖液為濃度50 mmol/L硼砂/NaOH，pH值為10.0；工作電壓及溫度為10 kV和60℃；檢測波長為195 nm；壓力進樣5 000 Pa（3 s）。

新毛細管在用于電泳分析前先用濃度為0.5mol/L的NaOH溶液沖洗30 min，再依次用純水和緩沖液各沖洗10 min。兩次進樣之間，毛細管用濃度為0.5 mol/L的NaOH溶液沖洗3 min，再依次用純水和緩沖液各沖洗1 min[15]。

（3）標準曲線的制作。配制質量濃度為10，20，30，50，70 g/L乳糖溶液，按上述（2）中電泳條件分別進樣。

1.2.2 高效液相色譜

（1）樣品預處理。稱取液態乳10 g（精確至0.1 mg），于150 mL帶有磁力攪拌子的燒杯中，加水約50 g溶解，緩慢加入乙酸鋅溶液和亞鐵氰化鉀溶液各5 mL，加水至溶液總質量為100 g（精確至0.1 mg），磁力攪拌30 min，放至室溫后，用干燥濾紙過濾取約2 mL濾液過0.45 μm微孔濾膜。

（2）高效液相色譜條件。色譜柱為Shodex SPO 810 Pb2+柱；柱溫為80℃；流動相為水；流速為1 mL/min。

1.2.3 萊因-埃農氏法

按GB5413.5-2010中規定的方法[2]。

2 結果和分析

2.1 電泳實驗條件的確定

實驗證明，溫度能夠明顯地影響乳糖的出峰時間。實驗用質量濃度為20 g/L乳糖溶液進樣，保持其他電泳條件不變，僅調節電泳溫度分別為20，30，40，50，60℃，結果當電泳溫度為60℃時，出峰時間最短（圖1）。

圖1中，毛細管為50 μm×34 cm；緩沖液濃度為50 mmol/L硼砂/NaOH（pH值為10.0）；電泳電壓為10 kV（20～60℃）； 檢測波長為195 nm； 進樣為5 000 Pa（3 s）；1為系統峰，2為乳糖。 下同。

2.1.2 緩沖液硼砂濃度的選擇

緩沖液中硼砂的濃度對乳糖的出峰時間及峰面積大小也存在明顯的影響。仍用質量濃度20 g/L乳糖溶液進樣，保持其他電泳條件不變，僅把緩沖液的硼砂濃度分別設為40，50，60，70，80，90 mmol/L，電泳結果顯示50 mmol/L的硼砂緩沖液中乳糖的出峰時間最短且峰形好（圖2）。

圖2中，緩沖液濃度為40～90 mmol/L硼砂/NaOH，溫度為60℃（下同）。

2.1.3 緩沖液pH值的選擇

本研究中，乳糖的羥基在高pH值溶液中發生電離，從而與硼酸根離子復合形成可被紫外檢測器檢出的復合物， 因此配制pH值為10，11，12，13的硼砂/NaOH緩沖液，進樣仍為質量濃度20 g/L乳糖，其他條件不變，實驗結果顯示，pH值也會影響乳糖的峰形和出峰時間，如圖3所示。由圖3可以看出，pH值為10.0時峰形好且出峰快。

（3）金相檢驗 在原材料上取金相試樣，使用德國徠卡DMI5000M智能顯微鏡進行顯微觀察，檢驗結果如表3所示，由表3可知，原材料除顯微組織出現微量的Fe3C外，其他檢驗結果均符合GB/T24238—2009標準技術要求。

因此，選取最佳HPCE分析條件：毛細管為50 μm×34 cm；緩沖液濃度為50 mmol/L硼砂/NaOH；pH值為10.0；電泳電壓為10 kV（60℃）；檢測波長為195 nm；進樣為5 000 Pa（3 s）。

2.2 標準曲線

作乳糖質量濃度-峰面積的標準曲線（圖4），得到標準曲線的回歸方程y=7.9397x+3.9293，R2=0.9999。此方法中，乳糖質量濃度與峰面積線性相關性很好。

2.3 HPCE方法的評價

2.3.1 HPCE方法的精密度

按1.2.1中方法對樣品1重復測定8次，根據出峰時間及峰面積，計算變異系數以分析精密度（表1）。

表1 精密度實驗結果

本方法測定乳糖的出峰時間、峰面積和乳糖濃度的變異系數分別為1.1%、1.7%和1.7%，均小于5%，可以判定，本方法具有良好的重復性。

2.3.2 HPCE方法的準確度

分析結果的準確度由回收率判定，做添加50%、100%、150%乳糖的加標回收率試驗。取20 mL樣品，按實驗需要加入一定量的乳糖（表2），然后按1.2.1（1）中步驟預處理，進樣、分析條件不變。

本方法的加標回收率在50%和100%水平較好，準確度高，150%水平的加標回收率偏高。

2.4 HPCE分析乳糖的結果

實驗樣品牛乳中乳糖的HPCE圖譜可分為兩類，高乳糖型（圖5）和低乳糖型（圖6）。

表2 加標回收率實驗結果（n=5）

高乳糖型的譜圖是由純牛奶（樣品1～5）和高端奶（樣品8～10）進樣所得，低乳糖型譜圖則由低乳糖奶（樣品6和7）進樣得到的結果。可見，用HPCE分析牛乳中的乳糖具有專一性，即牛乳中存在的其他糖類對乳糖的分析不存在干擾。

2.5 HPCE與現有方法的比較

HPCE法與HPLC法和萊因埃農氏法測定牛奶中乳糖的結果比較如圖7所示。

可以看出，3種方法在測定樣品1～5（普通奶）及樣品8～10（高端奶）時結果一致，但HPCE法的測定結果普遍偏高。測定樣品6和7（低乳糖奶）的結果中，HPCE和HPLC結果較一致，萊因-埃農氏法則結果過高，原因是萊因-埃農氏法是以測定還原糖的菲林實驗為原理，實際測定的是樣品中的還原糖，而非專一測定乳糖，樣品中如添加其他還原糖，就會對實驗結果造成干擾。

3 討 論

鑒于現有乳糖測定方法在實際應用中存在的局限及不便性，結合近年發展起來的高效毛細管電泳簡單快速、高效和低耗的特點，探索出HPCE法用于測定牛奶中乳糖的實驗條件。實驗中用三氯乙酸去除牛奶中的蛋白質，調樣品溶液pH至10.0并使樣品溶液中的硼砂濃度為50 mmol/L。HPCE的分析條件如下：毛細管：50 μm×34 cm； 緩沖液：50 mmol/L硼砂/NaOH（pH值為10.0）；電泳電壓為10 kV（60℃）；檢測波長為195 nm；進樣：5000 Pa（3 s）。 對HPCE法做精密度和回收率實驗，顯示該方法有良好的精密度和準確度。

實驗結果的譜圖均存在明顯的系統峰，如何消除系統峰還需進一步的實驗探索。并且發現在兩種樣品類型的譜圖中，乳糖出峰后都出現了其他峰，其具體為何種物質，也有待進一步分析測定。

[1]郭本恒.乳品化學[M].北京：中國輕工業出版社,2001：312.

[2]中華人民共和國衛生部.GB 5413.5-2010嬰幼兒食品和乳品中乳糖、蔗糖的測定[S].

[3]吳莉,周紅.應用氨基柱測定奶粉中的糖份[J].武漢化工學院學報,2002,24（2）：4-5,8.

[4]WANG X M,ZHANG R L.Determination of Glucosamine and Lactose in Milk-based Formulae by High-performance Liquid Chromatography[J].Journal of Food Composition and Analysis，2008,21：255-258.

[5]FERREIRA I M P L V O,GOMES A M P.Determination of Sugars,and Some Other Compounds in Infant Formulae,Follow-up Milks and Human Milk by HPLC-UV/RI[J].Carbohydrate Polymers，1998,37：225-229.

[6]張鴻軍.乳制品中乳糖檢驗方法的探討[J].食品科學,2000,21（12）：115-116.

[7]朱堅.SN/T 0871-2000進出口乳及乳制品中乳糖的測定方法[S].北京：中國標準出版社,2000.

[8]樊宏,陳強.乳制品中乳糖直接比色測定方法探討[J].中國衛生檢驗雜志,2006,16（3）：296-297.

[9]王麗杰,徐可欣.采用近紅外光譜技術檢測牛奶中脂肪、蛋白質及乳糖含量[J].光電子·激光,2004,15（4）：468-471.

[10]李慶波,汪曣.牛奶主要成分含量近紅外光譜快速測量法[J].食品科學,2002,23（6）：121-124.

[11]張忠義,劉振林.牛奶中乳糖的快速旋光儀測定[J].中國衛生檢驗雜志,2001,11（4）：434-435.

[12]ZHANG X,CAO Y H.Determination of Lactose in Sugar-free Milk Powder by Capillary Electrophoresis with Electrochemical Detection[J].Food Chemistry，2001,72：385-388.

[13]馬曉麗,孟磊.大蒜多糖中單糖組分的毛細管電泳研究[J].時珍國醫國藥,2010,21（5）：1259-1260.

[14]張欣,丁祥歡.乳糖和麥芽糖水解反應速率常數的毛細管電泳測定方法[J].分析測試學報,2001,20（1）：16-18.

[15]ALTRIA K,ENNIS K,SADLER R.Quantitative and Selective Analysis of Lactose by Capillary Electrophoresis[J].Chromatographia,1999,49：406-410.

[16]丁曉靜,楊媛媛.原料奶、嬰兒配方奶粉及酸奶中蛋白去除效果的研究[J].分析化學研究報告,2010,38（1）：77-81.

Determination of lactose in milk by high-performance capillary electrophoresis

ZHONG Ning,HOU Cai-yun
（College of Food Science and Nutrition Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China）

The disadvantage of present usual methods of determination of lactose is their limitations or inconveniences.In this paper,the optimal experimental conditions of determination of lactose in milk by high-performance capillary electrophoresis（HPCE,Agilent,HP3DG1601BA）with UV detector were explored：fused silica capillary（50 μm ID×34 cm）,buffer solution：50 mM borate/NaOH,pH 10.0,HPCE conditions：10 kV,60℃,UV detection at 195 nm,sample was injected at 5 000 Pa for 3 s.This method is easy to operate and has good accuracy and precision.The result of this method is consistent with high-performance liquid chromatography（HPLC）method when they detect the lactose in milk,and other reducing sugars in milk will not interference the result of HPCE method.

milk;lactose;high-performance capillary electrophoresis

TS252.7,TS245.6

A

1001-2230（2011）10-0044-04

2011-07-12

鐘寧（1988-），女，碩士，從事食品質量與安全方面的研究。

侯彩云