牛磺酸提取及检测方法的研究进展

谢昭鹏,姚昱锟,刘斌雄,陈小艺,方 婷

(福建农林大学食品科学学院,福建福州 350002)

牛磺酸(Taurine)是一种含硫的β-氨基酸,其化学名称为2-氨基甲烷磺酸(NH2CH2CH2SO3H),于1872年因最先从牛胆汁中发现而得名。牛磺酸不参与蛋白质的生物合成,其化学结构中不含羧酸部分,而是由一个磺酸基取代,以自由状态遍及生物体内的各类组织、器官[1-3]。研究发现,牛磺酸是维持生物体机体正常生理活动的重要活性物质,它可调节多种细胞功能,包括抗氧化、渗透调节、神经调节、抗炎症以及保持细胞的稳定性[4-5]。牛磺酸被认为是治疗慢性炎症和感染的潜在药物,因为它对心血管系统、免疫系统、神经系统和消化系统有一定的保护和治疗作用[6-7]。

人体除通过膳食摄入牛磺酸外,还可自身生物合成,主要途径是蛋氨酸和半胱氨酸代谢的中间产物半胱亚磺酸经半胱亚磺酸脱羧酶(CSAD)脱羧成亚牛磺酸,再经氧化成牛磺酸。人类CSAD的活性较其他哺乳动物低,可能自身牛磺酸的合成能力也较弱[8]。牛磺酸在动物中的含量远高于大部分的植物,其中海洋生物是牛磺酸的天然宝库,特别是贝类、螺类等软体动物,其牛磺酸含量十分丰富[9]。

本文简要概述了牛磺酸的生物活性功能及其在海洋生物中的分布情况,对现有的天然牛磺酸的提取检测技术进行介绍分析,为未来天然牛磺酸的研究方向及其提取、检测技术的研究开发提供了一些新思路。

1 牛磺酸的生物活性功能

1.1 牛磺酸对中枢神经系统的影响

牛磺酸是存在于中枢神经系统中最丰富的一种游离氨基酸,在大脑发育过程中有神经营养因子、神经保护因子的作用[3]。牛磺酸缺乏会导致大脑发育受阻,智力低下。早产儿脑中的牛磺酸含量明显低于足月儿,生长受限胎儿在产前补充牛磺酸能够显著促进其脑发育、白质纤维发育及髓鞘化[10-12]。欧美等一些发达国家早已经明确规定,婴幼儿食品(如奶粉等)中必须添加牛磺酸。研究表明,适当补充牛磺酸可以提高学习记忆速度及准确性,并且有效延缓神经系统的衰老程度[13-14]。

1.2 牛磺酸对视觉系统的保护作用

牛磺酸约占视网膜中氨基酸总量的一半,促进光感受器营养发育,在防止神经节细胞(RGC)凋亡,减少青光眼的视神经伤害的同时,有促进视神经再生的功能[15-16]。牛磺酸是晶状体内重要的非酶系统抗氧化剂,有调节晶体渗透压和抗氧化等功能,保护晶状体免受氧化损伤,晶状体透明性受兔晶状体上皮细胞影响,牛磺酸可抑制其凋亡,延缓白内障疾病的发生[17-18]。此外,牛磺酸还可以提高角膜的修复能力。

1.3 牛磺酸对肝胆系统的作用

在肝脏中,胆固醇转化成胆汁酸,牛磺酸能和胆汁酸结合生成牛黄胆酸,牛磺胆酸能促进脂质和胆固醇溶解,利于胆汁循环,有益于人体对脂类的吸收,抑制胆固醇结石的形成[19]。牛磺酸可以保护肝细胞膜,降低膜通透性,减少谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)的释放,当肝脏发炎或者受到机械损伤时,天然牛磺酸能显著抑制肝星状细胞(HSC)增殖,能够治疗肝纤维化[20-22]。研究发现,牛磺酸可加快“乙醇/乙醛→乙酸”的代谢反应的进行,提高机体抗氧化和清除氧自由基能力,以此治疗酒精所造成的肝损伤[23]。此外,牛磺酸能治疗因摄入神经毒素-铝而造成的小鼠肝毒性[24]。

1.4 牛磺酸对心血管系统的作用

哺乳动物的心肌中总游离氨基酸总量的一半是牛磺酸[3],心血管系统中的牛磺酸作用靶点多而广,因此其作用机制复杂,外源性摄入补充牛磺酸,能够治疗多种心血管疾病[25-26]。牛磺酸能保护血管内皮,改善其功能障碍,如通过与高同型半胱氨酸(Hcy)竞争结合受体/载体,抑制其对人脐静脉内皮细胞(EC)造成的损伤[27],此外能显著抑制血管平滑肌细胞(VSMC)的增殖和钙化,有效预防高血压、延缓动脉硬化的发生[28]。

1.5 牛磺酸对内分泌系统的影响

1.5.1 防治糖尿病 胰岛β细胞功能紊乱是引起糖尿病的主要原因之一,患糖尿病的机体内氧化应激增强,而胰岛β细胞的抗氧化能力相对较弱,容易受到影响,减少胰岛素释放[29-30]。研究发现,胰岛β细胞中存在牛磺酸生物合成关键酶—半胱亚磺酸脱羧酶(CSD)表达,牛磺酸作为抗氧化剂,通过降低氧化应激反应,保护胰岛β细胞,促进胰岛素的释放,以此达到降血糖的作用[31-32]。牛磺酸对糖尿病患者的肝毒性、血管问题和心脏损伤有较好的治疗作用,能够减轻糖尿病及其并发症的症状[33]。

1.5.2 维持正常生殖功能 动物的乳腺及雄性生殖器官也存在半胱亚磺酸脱羧酶(CSD)表达,可生物合成牛磺酸,研究发现牛磺酸能够抑制睾丸组织细胞凋亡,保护生殖细胞免受损害,维持睾丸正常的结构和功能,增强性能力[23-34]。此外,牛磺酸通过抗氧化能力使精子免受氧化损害,提高其生存能力[35]。

1.6 其他作用

杜氏肌营养不良(DMD)是一种无法治愈的衰弱性肌肉萎缩性疾病,抗氧化剂可以辅助治疗该病症,将牛磺酸作为膳食补充剂,可以有效改善症状的严重性,且成本较低、无副作用[36]。牛磺酸作为重要氨基酸,在肠道内可以抑制有害细菌的生长,加速短链脂肪酸的产生,降低脂多糖的浓度,调节肠道微生态,有利于肠道微生物代谢[37]。运动前补充牛磺酸,可以显著提高大鼠的运动机能,有利于延缓消除运动后产生的疲劳,可作为一种营养补充剂应用于运动训练[38]。

2 牛磺酸在海洋生物中的分布

2.1 贝类、螺类

海洋生物中的牛磺酸都以游离形式存在,其中,贝类、螺类是牛磺酸富集量最多的种类。表1列出了多种贝类、螺类海洋生物的牛磺酸含量,其中马氏珠母贝中牛磺酸含量高达1383 mg/100 g[39],在海瓜子、芝麻螺中的牛磺酸含量也不低于1000 mg/100 g[9],此外,蛏子、贻贝等其他贝螺类中也含有一定量的牛磺酸[9,40-43]。

表1 不同的贝类、螺类海洋生物中牛磺酸的含量Table 1 Contents of taurine in different shellfish and snails

2.2 鱼类

鱼类、贝类、螺类三种海洋生物相比较,鱼类中牛磺酸含量相对偏低,但鱼类不同部位牛磺酸的含量有所不同。表2[9，44-45]列举了一些常见鱼类的不同部位牛磺酸含量,从中可以看出,大部分鱼类的鱼肉牛磺酸含量比其他部位高,如大黄鱼,鱼肉中牛磺酸含量为480 mg/100 g,而鳃中含量仅有鱼肉的1/6,此外,牛磺酸在不同鱼类的内脏组织中的分布存在较大差异,如美国红鱼、阿拉斯加绿鲟中肠、肝、鳃等内脏的牛磺酸含量差异不大,而海鲈鱼、金枪鱼、鲐鱼等的心脏、肠、肝、鳃4种内脏中,心脏中牛磺酸的含量普遍比其他脏器高,鳃的含量最少。

表2 不同鱼类的不同部位中牛磺酸的含量(mg/100 g)Table 2 Contents of taurine in different parts of different fish(mg/100 g)

2.3 其他种类

牛磺酸在甲壳类海洋生物中也有一定的含量,据文献报道,日本对虾、雪蟹中牛磺酸含量分别为199、450 mg/100 g[44]。此外,从海产品的加工副产物中提取牛磺酸也一直是行业的研究热点,石珠成等[46]从珍珠副产物中获得纯度为97.3%的天然牛磺酸;郭正昭[47]从章鱼内脏中提取得到牛磺酸含量为237 mg/100 g;章骞等[48]的研究表明1 kg的鲍鱼内脏至少含有3.07 g牛磺酸。除了海洋动物外,一些海藻中也含有一定的牛磺酸,Fen等[49]从红藻紫菜中最高获得含量为1300 mg/100 g的牛磺酸。

对于同一种海洋生物来说,不同研究人员可能得到不一样的结果,甚至会出现很大的差异,这种情况主要可能由以下几方面造成:实验人员操作误差;实验材料来源误差,海洋生物的个体状况和它们生长的水域环境、季节等外部条件有关;实验材料利用部位误差,不同部位牛磺酸含量差异较大;实验处理方式不一致,即提取检测方法不同,可能得到不一样的结果。如王顺年等[50]在测定牡蛎肉中牛磺酸含量时,采用不同的两种方法进行处理,所测得的牛磺酸含量差别达到35.4%。

3 海洋生物中牛磺酸的提取方法

目前常用的牛磺酸提取方法主要包括水煮法、溶剂提取法、酶解法、超声波辅助法、超高压处理法等。

3.1 水煮法

海洋生物体细胞液及组织间的液体中存在丰富的游离牛磺酸,依据其高水溶性特性,一般可用热水作为溶剂直接提取,操作工艺简单、快速,成本较低,影响提取效率的因素主要为料液比、提取温度、提取时间等[51]。冷波等[52]采用热水浸提法,从鱼废料中制备牛磺酸,通过单因素实验及正交试验确定最佳提取条件为料液比6∶1、提取温度60 ℃、提取时间50 min、提取液pH5.2,该法提取率高达2793 mg/100 g。

采用自溶破壁水对牛磺酸进行处理是水煮法的一种改进。钱俊青等[53]研究不同破壁方案提取效果发现,经保温自溶破壁获得的提取液中牛磺酸含量明显较高。李和生等[54]的研究表明,先将蛤蜊在pH5.5、45 ℃下培养24 h,再进行水煮处理,牛磺酸的溶出较多。水煮法提取的牛磺酸中含有水溶性的游离氨基酸,一般需要利用离子交换纯化,较多使用强酸性阳离子交换树脂进行分离纯化[55]。

3.2 溶剂提取法

乙醇也常作为溶剂来提取牛磺酸,姜新发[56]采用60%乙醇从翡翠贻贝中提取牛磺酸,在提取温度80 ℃,提取时间60 min,料液比1∶5等条件下,反复提取3次,得到提取率为0.92%的牛磺酸。纪蕾等[42]利用乙醇回流法在魁蚶中提取牛磺酸,确定最佳提取工艺为乙醇体积分数75%,料液比1∶12 g/mL,提取温度70 ℃、时间50 min,测得牛磺酸的提取量为536 mg/100 g。钱爱萍等[57]比较了70%乙醇沸水浴提取法、0.02 mol/L盐酸提取法、6%磺基水杨酸热水浴提取法3种方法对牛磺酸提取率的影响,发现6%磺基水杨酸热水浴提取法相比其他两种方法效果较好,但差别不大。

根据当前的研究发现,采用不同的溶剂进行提取,对牛磺酸的提取率影响不大,与其他溶剂提取法相比,水提法则较为安全、操作简单,且成本较低,适于工业化生产[55]。

3.3 酶解法

生物酶也常常被应用在活性物质的提取过程当中,刘芳等[58]选取酸性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶等对南海海洋珍珠贝肉进行处理,发现蛋白酶可以破坏蛋白结构,促进其水解,提高牛磺酸获得率。此外,采用复合酶进行处理也能显著影响牛磺酸的提取效果[59]。

酶解法一般与水煮法相结合,粟桂娇等[60]研究发现,在车螺肉提取牛磺酸的过程中,将酸性蛋白酶与水煮法相结合处理车螺肉的效果比单纯水煮或单纯酶解的效果好。刘亚南等[61]利用中性蛋白酶在牡蛎提取液中提取牛磺酸,结果表明,影响牛磺酸提取率的因素由大到小分别为:加酶量、pH、温度。

酶解法存在一定的缺陷。一方面,采用生物酶直接水解,会使海洋生物中的微量元素、游离氨基酸、多肽等都溶于酶解液中,不易分离[62];另一方面,处理好的酶解液需进行灭酶,而且酶解液颜色一般会较深,需要用活性炭等进行脱色处理,增加了整个提取工艺的复杂性[51]。

3.4 超声波辅助法

为了提高牛磺酸的提取效率,可用超声波技术进行辅助提取。超声波提取是利用超声波产生的空化效应、机械效应等,有效地破碎空化中心附近的细胞,并增大提取溶剂分子的运动速度及穿透力,便于牛磺酸从细胞中溶出,与提取溶剂充分接触而被分离,从而有效地提高牛磺酸的提取效率[63]。超声波提取技术具有操作简便易行、低温不破坏活性物质结构、提取物易分离、提取率高等特点,广泛应用于动植物中天然活性物质的提取[64]。

周燕霞等[65]研究发现将超声波破碎与乙醇回流法相结合,有利于牛磺酸充分溶出,相较于单纯机械破碎后进行乙醇回流处理的牛磺酸提取量平均高出26.9%。万鹏等[66]从巨牡蛎中提取牛磺酸的实验结果表明,超声辅助酶解提取法的提取率比单纯超声法提取或单纯碱性蛋白酶酶解法高。超声波提取技术有许多影响因素,提高提取率的关键在于找到合适的声学参数,如超声频率、声强度、空占比等,其工业设备的制作难度高,成本较大,目前主要用于实验室研究上[64]。

表3 不同牛磺酸检测分析方法比较Table 3 Comparison of different detection and analysis methods of taurine

3.5 其他方法

超高压技术是一种非热力提取技术,近些年在食品领域中逐步普及利用。在常温条件下,以100～1000 MPa的超高流体静压力为手段对目标物施加压力保持一定时间,使原料细胞内外压力达到平衡后快速卸除压力,使细胞内外渗透压差突然增大,以便于目标萃取物从细胞中溶出,转移到提取溶剂中,进而完成整个提取过程[67]。超高压提取技术在水产品活性物质提取中具有常温、高效、能耗少等特点[68]。徐成等[69]利用超高压法提取牡蛎中的牛磺酸,实验结果表明,压力大小、保压时间、温度以及料液比等都对牛磺酸的提取率有较大影响,且超高压提取法的得率要高于传统的水煮法。

牛磺酸属于两性物质,其等电点为pI=(pk1+pk2)/2=(1.50+8.47)/2=5.00。由两性物质的特性可知,当溶液的pH与两性物质的等电点一致使,其极易沉淀析出[51]。姜传福等[70]利用等电点法从文蛤中提取牛磺酸,即调节提取溶剂的pH,当pH=5时,牛磺酸提取率最高,为1.3%。等电点法简单快捷、条件易控、投入少而产出高,且无污染,是提取牛磺酸的一种新途径。

4 牛磺酸的检测分析方法

牛磺酸的研究正在不断深入,其相应的配套检测技术也得到逐步的发展与应用。当前国内外有关牛磺酸的检测方法主要有中和滴定法、分光光度法、薄层扫描法、液相色谱法和氨基酸分析仪测定法等，比较结果见表3[71-79]。不同的方法有各自的优缺点,可以根据检测需要选择适宜的测定方法。

4.1 中和滴定法

牛磺酸是一种弱有机酸,可以利用碱性化合物如氢氧化钠、氢氧化钾进行中和反应,根据碱性化合物的消耗量计算牛磺酸含量。卢忠等[71]用中和酸碱滴定法测定牛磺酸含量,滴定前测得0.1 mol/L牛磺酸溶液的pH为5.63(25 ℃),滴定至终点后,测得溶液pH为9.62(25 ℃)。根据酸碱滴定理论,该滴定体系的滴定突跃范围足够大,指示剂能明显变化以指示终点。此外,牛磺酸为弱酸,采用常规滴定法终点较难判断,检测精确度低,因此衍生出自动电位滴定法[80]、库仑滴定法[81]等利用H+电位滴定的精度较高的方法。滴定法设备简单、操作方便,但影响实验结果的因素较多,稳定性和精确性不足。

4.2 分光光度法

牛磺酸是一种氨基酸,本身不具备紫外吸收特性,与特定的试剂反应,可生成显色物质,分光光度法是在特定波长处或一定波长范围内测定该生成物对光的吸收度,以此对该物质进行定性和定量分析。如在醋酸钠环境中,牛磺酸与乙酰丙酮和甲醛进行加热反应,生成N-取代基-2,6-二甲基-3,5-二乙酰基-1,4-二氢吡啶,此生成物显黄色,在400 nm左右出现峰值,其吸收值与牛磺酸浓度在一定范围内呈线性关系[82]。分光光度法的应用光区包括紫外光区,可见光区,红外光区,所用的显色剂主要有茚三酮、酚试剂、邻苯二甲醛(OPA)等[83-84]。

刘天红等[85]对分光光度法进行优化,检测魁蚶中牛磺酸的含量,确定检测条件为:显色剂为乙酰丙酮:37%甲醛:1 mol/L乙酸钠(1∶0.3∶4,V∶V∶V),显色时间9 min,显色温度60 ℃,检测波长330 nm。

分光光度法具有设备廉价、操作方便快捷等特点,同时也存在检测灵敏度较低、试剂毒性大等不足,不适用于低浓度牛磺酸的测定[72]。此外,分光光度法只能检测出一种或一类氨基酸的总量,并不适用于氨基酸的分离分析实验[78]。

表4 不同高效液相色谱衍生试剂的特点Table 4 Characteristics of different derivatives of high performance liquid chromatography

4.3 薄层色谱法

利用薄层色谱法测定食物中牛磺酸含量的主要步骤为:制备离子交换柱对样品中的牛磺酸进行提纯处理后进行测定,通过制备薄层板、点样、展开、显色,样品Rf值为定性指标,通过斑点大小及颜色深浅则可进行粗糙定量[86]。

刘春美等[87]建立了测量牡蛎软体中牛磺酸含量的薄层扫描法,具体内容为:以乙醇-水(7∶3)为展开剂,展距8 cm;利用0.2%茚三酮乙醇液的显色作用,在105 ℃条件下进行加热,直至斑点清晰;反射法线性扫描:λs=519 nm,λR=618 nm,狭缝:10.0×0.4 mm,Sx=3。以此方法测定的牛磺酸平均含量为558.57 mg/100 g。吕雯等[88]利用薄层色谱法考察国内牛磺酸产品的质量,筛选比较 3 种展开体系、4 种显色方式,发现以水-无水乙醇-正丁醇-冰醋酸(150∶150∶100∶1)为展开剂,茚三酮的丙酮溶液(1→50)为显色剂,检测效果最佳。

薄层色谱法能同时进行定量、定性检测,对样品前处理要求低,设备操作便捷,检测成本低,但是精密度较差,在定性鉴定、半定量等分析检测中有着重要作用[73]。

4.4 氨基酸自动分析法

不同氨基酸其结构和所携带的离子不尽相同,氨基酸自动分析法是以阳离子交换树脂为固定相,酸性缓冲液为流动相,将茚三酮与氨基酸以柱后衍生的方式生成具有可见光吸收特性的衍生物,再通过氨基酸自动分析仪进行测定[89]。

牛磺酸可与茚三酮反应,衍生物为蓝紫色,在仪器的第一通道570 nm左右有最大吸收峰,衍生物的光吸收度与浓度在一定范围内成正比,即符合朗伯比尔定律[90]。王洪健等[91]利用氨基酸自动分析仪测定牡蛎、贝类、功能性饮料等中的牛磺酸含量,建立相应的测定方法,该法相对标准偏差为0.27%,回收率为100.4%～102.0%。

氨基酸自动分析法快速、精准,具有重复性好、仪器稳定、结果可靠等优点,但是所需仪器设备昂贵[89]。此外,Kaspar等[92]分别用氨基酸分析仪、液-质法、气-质法测定尿液中氨基酸,对比42种氨基酸的检测效果,发现氨基酸分析仪耗时最长(130 min),且灵敏度低于其它两种方法。

4.5 高效液相(HPLC)色谱法

牛磺酸本身不存在发色基团,无法直接使用高效液相检测器进行测定,必须先经过衍生化处理,使牛磺酸携带发色基团,以达到检测目的[93]。早期主要使用茚三酮作为柱后衍生化试剂,但该方法检测牛磺酸时精确度较低。现如今,牛磺酸的高效液相色谱检测主要有柱前衍生和柱后衍生两种,柱前衍生法衍生试剂包括2,4-二硝基氟苯(DNFB)、异硫氰酸苯酯(PITC)、丹磺酰氯法(dansyl-Cl)、邻苯二甲醛(OPA)、荧光胺、二甲基萘胺-5-磺酰氯(DMS-Cl)、2,3-萘基二缩醛(NDA)等;柱后衍生法主要以邻苯二甲醛(OPA)作为衍生试剂[94]。

表4[43,94,96,98-101]列出了几种主要衍生试剂的特点,其中OPA是测定游离氨基酸最常用的一种衍生化试剂,其灵敏度高,但是存在衍生物不稳定、衍生化时间要求苛刻等缺陷。王海澍[95]采用高效液相色谱法检测牡蛎提取液中牛磺酸含量,结果表明该法稳定性较高、重现性好。周欣蕊等[96]优化了国标第二法对功能饮料中的牛磺酸进行测定,以甲醇替换乙腈作为流动相,减轻毒性、缩短了衍生时长,检测结果符合要求。孟冰冰等[97]建立了程序进样-柱前衍生-超高效液相色谱法,解决了衍生物不稳定的难题,减少了实验误差,灵敏度和回收率高。

4.6 液相色谱质谱联用(LC-MS)

液相色谱能够对复杂基体化合物进行高效分离,但需相应的标准品才能进行定性,而质谱则是确定化合物结构的有效方法,两者联用,样品无需衍生化即可直接测定,适用于快速定性定量分析[102]。

高极性水溶性特点使得利用亲水色谱质谱联用技术检测牛磺酸成为可能,有机溶剂在亲水作用体系中具有弱洗脱强度,而水一般作为强洗脱溶液,通过增加有机相比例,有效提高在质谱中的挥发性,并且改善分离度[94]。陈晓峰等[103]改善样品处理方法,探明基质效应及影响电喷雾离子源的电离因素,从而改进超高效液相色谱串联质谱技术,建立了操作简便、基质效应低、灵敏度高的检测方法。

随着超高效液相色谱的发展,LC-MS联用技术以快速定性、定量分析的优势受到广大氨基酸研究者的青睐,氨基酸分析的时间大大缩短,检测效率得到明显提高[78]。LC-MS的检测精度高、检出限低等特点使得其更适用于奶粉、饮料等食品中添加剂的分析检测[104]。

4.7 毛细管电泳法

牛磺酸本身没有电化学活性,不能直接进行电化学检测,通过萘-2,3-二甲醛(NDA)、邻苯二甲醛(OPA)等衍生化处理,如在CN-存在情况下,NDA可以与牛磺酸生成具有电化学活性的产物,当两电极具有一定恒压时,其在电极表面发生氧化,产生的电子数转移形成电信号变化,以此测定牛磺酸含量[105]。

毛细管电泳法(capillary electrophoresis,CE)是一种以高压直流电场为驱动力、以毛细管为分离通道的高效分离技术[106]。毛细管电泳仪将样品中氨基酸分离后,结合紫外、质谱、电化学等检测器对不同种氨基酸进行定性和定量分析,此法操作简便、分离效率高、溶剂消耗少、成本低,特别适合氨基酸的手性分离[107]。

薛勇等[108]采用邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生牛磺酸,通过毛细管电泳-紫外检测建立乳制品、功能食品等样品中牛磺酸的快速检测方法,结果准确性高。

毛细管电泳法有多种分离模式,应用范围十分广泛,但是由于毛细管直径小,使光路太短,使用某些检测方法(如紫外检测等)时,灵敏度较低,结果不精确[107]。

4.8 红外光谱分析法

近红外光谱分析技术是近年来发展较快速的一种物理检测技术,不同有机物中存在不同基团,各个基团的能级也有所差别,置于不同化学环境中,每个基因产生的振动和倍频不同,以此呈现检测图谱以确定物质的二级结构,能反映样品的化学全貌,该法操作简单快速、成本低,但被测样品纯度要求高[109-110]。张慧恩等[110]利用近红外光谱技术测定海洋生物牛磺酸含量,并建立一整套的快速检测技术方法。

近红外光谱与其他传统分析技术相比,检测时只需要采集1次样品信息,即可进行多项指标的测定,简便高效,适合大批量样品的快速检测。但是在建立分析方法时,需要以统计学方法为基础,建立相应的定量分析模型,且不同种类、结构的样品建立的模型有所差异[79]。

5 讨论

牛磺酸具有十分广泛的生理作用,在食品、药品、饲料添加剂等领域中得到广泛应用。人工合成与天然提取的牛磺酸价格相差好几倍,由于技术限制,天然制备牛磺酸很难实现量产。目前对牛磺酸的机理研究较少涉及天然提取与人工合成的差别,对于两种类型的牛磺酸在作用机制或者产生毒副作用等方面是否存在差异尚不明确,未来应更加深入研究探索两者的异同点,为牛磺酸的应用提供更多的可靠参考文献。

目前主要是从鱼贝类中提取天然牛磺酸,进而研究鱼贝类中不同部位的牛磺酸含量。如太平洋褶柔鱼中内脏中牛磺酸的含量比其他部位高[45]。未来可侧重研究从鱼贝类废弃物中提取牛磺酸,对其进行综合利用,提高产业价值。此外,部分藻类中也含有一定的牛磺酸,但相关研究较少,因此研究海洋植物中牛磺酸含量也有一定的意义。

牛磺酸的天然提取有两个要点:提高提取率及分离纯化。天然牛磺酸的价格比化学合成的牛磺酸高得多,但受限于提取技术等,其产量一直不高。为了提高产量、缩短提取时间,今后的研究趋势将是多种提取技术的协同发展,通过物理和化学手段,联合几种不同的提取方法,可以有效地提高牛磺酸提取率,是重要的研究方向之一。随着天然牛磺酸在保健、医疗行业的广泛研究应用,如何纯化提取的牛磺酸也成了研究热点,现有的醇提、膜分离、结晶等提纯方法都存在一定的缺陷,研究几种技术的联合使用或者开发新技术都有极大的工业意义。

牛磺酸检测技术作为其生理功能研究的辅助手段极为重要,如何建立方便、有效、精确的牛磺酸分析方法是当前氨基酸分析方法课题研究中不可或缺的一部分。目前,“高效液相色谱—柱前衍生法”在实际研究生产中应用率最高,但是衍生物稳定性、衍生时间、衍生副产物等因素一直影响着检测结果的准确性,未来可通过探索灵敏度高、特异性强的衍生试剂来提高该检测技术。此外,多项检测技术的高效集成化、模块化也是牛磺酸检测的发展方向之一,如液相色谱质谱联用(LC-MS),样品不需衍化就可直接测定,更加简便、快捷。

6 展望

随着人们对天然安全食品的追求,对天然牛磺酸和人工化学合成牛磺酸的作用机制或者可能产生的毒副作用等方面的研究显得尤为重要。研究牛磺酸在生物中的分布情况能提供更多的天然牛磺酸获取途径,而对天然提取技术的研究开发则能够更有效地提高天然牛磺酸的制备产量。此外,方便、有效、精确的牛磺酸鉴定分析方法也应随之建立,通过对多项检测技术的集成联用可以有效提高检测效率,适用范围更加广泛。