HPLC法测定盐酸催化甘蔗渣水解产物中的糖组分.pdf

收稿日期：2023-05-04；修回日期：2023-06-24 基金项目：广西重点研发计划项目(桂科 AB20159045)作者简介：牙冬梅(1991-)，女，硕士，工程师，研究方向：制糖综合利用及糖醇研究；E-mail：*通讯作者：王元春(1983-)，女，硕士，高级工程师；研究方向：生物质资源综合利用及功能糖的开发与研究；E-mail： 引文格式：牙冬梅，王元春，张荣立，等.HPLC 法测定盐酸催化甘蔗渣水解产物中的糖组分J.甘蔗糖业，2023，52(3)：48-54.甘蔗糖业甘蔗糖业 2023 年第 52 卷第 3 期，2023 年 6 月 Sugarcane and Canesugar Vol.52,No.3,Jun.2023 HPLC 法测定盐酸催化甘蔗渣水解产物中的糖组分 牙冬梅，王元春*，张荣立，黄志钰，冯德伟，易立鹏，谢承孟(广西轻工业科学技术研究院有限公司，广西南宁 530031)摘 要：建立高效液相色谱法测定甘蔗渣盐酸催化水解液中的糖组分。采用 Aminex HPX-87P色谱柱(300 mm7.8 mm，粒径 9 m，交联率 8%)，以超纯水为流动相，流速为 0.60 mL/min，柱温 75，进样量10 L。以峰面积定量，结果表明：D-葡萄糖、D-木糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖分别在 0.50005.000 mg/mL(R=0.9996)，2.00020.00 mg/mL(R=0.9999)，0.02600.2600 mg/mL(R=0.9991)，0.20002.000 mg/mL(R=0.9996)范围内有良好的线性关系，平均回收率(n=9)分别为 99.05%、99.53%，98.50%、98.63%，重复性实验中，4 种糖含量的 RSD(n=5)分别为 0.13%、0.05%、0.86%、0.46%。本试验方法效率高、重现性及回收率好，可有效应用于甘蔗渣盐酸水解液糖组分的检测。关键词：HPLC；甘蔗渣；水解液；D-葡萄糖；D-木糖；D-半乳糖；L-阿拉伯糖 中图分类号：TS247 文献标识码：A 文章编号：1005-9695(2023)03-0048-07 Determination of Sugar Components in Hydrolysate of Bagasse Catalyzed by Hydrochloric Acid by HPLC YA Dongmei,WANG Yuanchun,ZHANG Rongli,HUANG Zhiyu,FENG Dewei,YI Lipeng,XIE Chengmeng(Guangxi Light Industry Science and Technology Research Institute Co.Ltd.,Nanning,Guangxi 530031)Abstract:HPLC was established to determine the sugar components in the acid hydrochloride catalyzed hydrolysate of bagasse.Methods Aminex HPX-87P column(300 mm 7.8 mm,particle size 9 m,8%)was adopted,ultrapure water was used as mobile phase at a flow rate of 0.60 mL/min,the column temperature was set at 80,and the injection volume was 10 L.By the peak area,the results showed that the D-Glucose,D-Xylose,D-Galactose,and L-Arabinose had good linearity in the range of 0.20002.000 mg/mL(R=0.9996),2.00020.00 mg/mL(R=0.9999),0.02600.2600 mg/mL(R=0.9991),0.20002.000 mg/mL(R=0.9996),respectively;The average recovery rate(n=9)were 99.05%,99.53%,98.50%,98.63%,respectively.In the repeatability experiments,the RSD(n=5)for the four sugar contents were 0.13%,0.05%,0.86%,and 0.46%,respectively.The method had high efficiency,good repeatability and good recovery rate,and can be effectively used for sugarcane bagasse hydrochloric acid hydrolysate detection.Keywords:HPLC;Bagasse;Acid hydrochloride hydrolysate;D-Glucose;D-Xylose;D-Galactose;L-Arabinose 0 引言 作为全国的产糖大省，广西除了产糖量占全国总量 3/5 以上，还年副产甘蔗渣 1000 万 t 以上。甘蔗渣是将甘蔗破碎、榨取蔗汁后的甘蔗茎的纤维性【糖产品检测与标准】牙冬梅等：HPLC 法测定盐酸催化甘蔗渣水解产物中的糖组分-49-残渣，价格低廉、产量大、来源集中，是一种可再生资源，目前制糖企业处理榨汁后的甘蔗渣大多将其用作燃料及制浆造纸。随着科技的发展以及对生物质资源的重视度不断提高，对甘蔗渣的原料化利用，如制备化工产品、功能甜味剂等已成为主要研究方向。甘蔗渣中含纤维素约 27%36%，半纤维素约 19%24%，木质素约 23%32%1-2，其中半纤维素以聚戊糖为主，聚戊糖中约 70%为木聚糖、30%为聚阿拉伯糖及其他聚合糖，甘蔗渣在酸的催化作用下进行加热水解，水解的产物含有葡萄糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖等多种组分3-5。目前对甘蔗渣、玉米芯等富含半纤维素的植物催化水解提取单糖采用最多的是硫酸法6-7，而盐酸法的报道较少。本实验采用盐酸催化甘蔗渣水解生产木糖，具有水解效率高、料液透光度高等优点。目前测定单糖的方法主要采用 HPLC 法8-11，但这些方法对多组分的检测存在分离效果不够理想、流动相溶剂多用有毒有害试剂且消耗量大、不适用于常规检测和生产过程质量控制等缺点。其中，采用钙柱作为色谱柱检测时，色谱图结果显示 D-葡萄糖与 D-木糖不能完全分离，且 D-木糖和 D-半乳糖重叠无法分离。因此，有必要建立一种方法准确测定水解液中的糖组分。本文参照国标 GB1886.305-2020，采用 Aminex HPX-87P 色谱柱作为 HPLC 色谱柱12-13，通过实验研究，建立一种盐酸催化甘蔗渣水解液中糖组分含量测定的方法，用于盐酸催化甘蔗渣水解生产木糖过程中的质量控制。1 仪器与试剂 1.1 仪器 Agilent 1260 Infinity 高效液相色谱仪(美国安捷伦科技公司)；RID 示差检测器(美国安捷伦科技公司)；Aminex HPX-87P 柱(300 mm7.8 mm)(美国BIO-RAD 公司)、Aminex HPX-87C 柱(300 mm7.8 mm)(美国 BIO-RAD 公司)；AP135W 分析天平(日本岛津仪器公司)；0.22 m 微孔滤膜(天津津腾实验设备有限公司)。1.2 试剂 D-葡萄糖对照品、D-木糖对照品、D-半乳糖对照品、L-阿拉伯糖对照品(均购于阿拉丁化学试剂有限公司)；HPLC 用水为超纯水。1.3 原料来源及处理 甘蔗渣由广西农垦集团下属糖厂提供，实验处理工艺流程如图 1。图 1 甘蔗渣处理流程 2 方法与结果 2.1 溶液配制 对照品溶液配制：分别精确称取标准品 D-木糖10.0 mg，D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖各 5.0 mg，置于 10 mL 容量瓶中，用超纯水溶解并定容至刻度摇匀，作为对照品溶液，置于 4冰箱保存备用。样液处理：将甘蔗渣经盐酸催化水解得到的水解原液，经活性炭脱色、阴阳离子交换树脂脱盐净化处理，得到的净化液作为本文实验待测样液。2.2 色谱条件的选择 2.2.1 色谱柱的选择 在柱温 75，流动相为超纯水，流速 0.60 mL/min，进样量 10 L 条件下，采用美国 BIO-RAD公司的 Aminex HPX-87P 柱作为色谱柱，对 4 种单糖对照品溶液进行检测。4 种单糖的色谱图如图 2。再分别用 Aminex HPX-87P 柱和 Aminex HPX-87C柱作为色谱柱对混合后的对照品进行检测，结果如图 3 和图 4 所示，2 种色谱柱检测时 4 种单糖的出峰顺序由左至右依次均为：D-葡萄糖、D-木糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖，Aminex HPX-87P 柱均能较好分离，而 Aminex HPX-87C 柱检测时 D-葡萄糖与D-木糖不能完全分离，且 D-木糖和 D-半乳糖重叠无法分离。故本实验选择的色谱柱是 Aminex HPX-87P柱(300 mm7.8 mm)。甘蔗糖业 2023 年第 52 卷第 3 期 Sugarcane and Canesugar-50-图 2 Aminex HPX-87P 柱测 4 种单糖的标准溶液色谱图 图 3 Aminex HPX-87P 柱测对照品溶液中 4 种糖组分液相色谱图 图 4 Aminex HPX-87C 柱测对照品溶液中 4 种糖组分液相色谱图 时间(min)时间(min)时间(min)时间(min)时间(min)时间(min)牙冬梅等：HPLC 法测定盐酸催化甘蔗渣水解产物中的糖组分-51-2.2.2 柱温的选择 单糖类的高效液相色谱检测柱温多选择在6080，本实验采用 Aminex HPX-87P 柱，超纯水为流动相，流速为 0.60 mL/min，进样量 10 L，分别在 60、65、70、75、80柱温条件下检测对照品溶液。结果如图 5 所示，柱温大于 75时，4 种糖组分与周围的峰分离度 R 均大于 1.5，说明此温度下，各糖组分分离性能良好。图 5 不同柱温下对照品溶液中 4 种糖组分与周围主峰的分离度 2.2.3 流动相流速的选择 采用 Aminex HPX-87P 柱，柱温 75，流动相为超纯水，进样量 10 L，分别选用流速 0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80 mL/min 进对照品溶液样检测。结果如图 6，在流速大于 0.60 mL/min 时各糖组分与周围的峰分离度 R1.5，分离效果较好。图 6 不同流速下对照品溶液中 4 种糖组分与周围主峰的分离度 1.11.31.51.71.92.12.32.52.72.955606570758085分离度 温度()D-木糖 D-半乳糖 L-阿拉伯糖 1.31.51.71.92.12.32.50.450.50.550.60.650.70.750.80.85分离度 流速(mL/min)D-木糖 D-半乳糖 L-阿拉伯糖 甘蔗糖业 2023 年第 52 卷第 3 期 Sugarcane and Canesugar-52-根据以上结果得出适宜本实验色谱条件为：Aminex HPX-87P 色谱柱(300 mm7.8 mm)，流动相为超纯水，流速 0.60 mL/min，柱温 75，检测器为示差检测器，进样量 10 L。2.3 系统适用性实验 取待测样液适量于 10 mL 容量瓶中，用超纯水稀释至刻度摇匀，用 0.22 m 的滤膜过滤作为供试品溶液。取供试品溶液按照 2.2 色谱条件进行检测，各组分出峰顺序及时间分别如图 7，结果显示供试品中各糖组分出峰顺序与图 3 一致，且各糖组分与