3.1 簡介

食品和飼料由包含生長和營養所必需氨基酸的化合物組成。分析氨基酸含量對于確保合適的營養非常重要。但是，這些產品是通過批量工藝生產的。與藥物生產一樣，批量工藝在生產運行過程中，產出可能會有所不同。因此，必須考慮代表性樣品的構成因素。通常需要采用二次抽樣策略。這些產品的氨基酸分析需要采用多種方法，以便正確分析樣品的總蛋白質組成。由于食品和飼料是批量生產的，且其中包含非蛋白質成分，因此建議使用液相水解方法。

注：含硫氨基酸 - 半胱氨酸和蛋氨酸，以及色氨酸在標準酸水解中不穩定。可以采用替代方法來有效分析這些氨基酸。

本節介紹了三種不同的水解方法：

• 酸水解 - 測定總蛋白質含量和組成

• 過甲酸氧化 - 測量含硫氨基酸 - 半胱氨酸和蛋氨酸

• 堿水解 - 評估色氨酸回收率

3.2 食品和飼料的酸水解

分析結合在蛋白質中的氨基酸時，必須破壞肽鍵，釋放氨基酸以進行分析（圖1）。對于要水解的飼料蛋白質樣品，應考慮樣品材料的pH值和存在的固體。如之前的小節所述，水解的速率或程度因蛋白質中存在的氨基酸而異。對于食品材料中結合的蛋白質而言尤其如此。和其他水解方法一樣，選擇參數的必須基于嚴謹實驗的結果。

在飼料分析中，必須牢記樣品制備的三個因素：

1. 樣品處理

2. 水解的樣品量

3. 用于水解的酸體積

3.2.1 樣品處理

飼料谷物及類似的樣品通常不均勻。為了使這類樣品盡可能地保持均勻，應將樣品研磨成細粉。對于高脂樣品，可以在最終研磨前通過標準程序進行脫脂處理。細粉可有效水解飼料蛋白質。AOAC方法（4.1.11，994.12b，J.AOAC Int.88，2005，飼料的氨基酸分析）中要求將測試樣品研磨至能夠通過0.25 mm或60目篩（粒徑250 μm）的程度。

3.2.2 樣品量

對于飼料的氨基酸分析，AOAC方法建議使用以下計算來確定飼料分析中使用的樣品量。

要計算要使用的待測樣品的大致量，公式如下：

Ws = 1000/Ns

其中，Ns = 待測樣品的氮含量(%)，Ws = 與10 mg氮含量相當的待測材料的重量(mg)。

一般來說，對于每個分析的樣品，所用材料的含量范圍約在100–1000 mg內。

3.2.3 酸體積

如前所述，有效水解蛋白質樣品需要大量過量的酸。飼料也不例外。但是，與第2.1.2節中討論的過量100倍不同，根據AOAC方法994.12中的說明，添加的酸重量與樣品重量的比率范圍應為50–500倍。由于該范圍較大，以及飼料中存在大量非蛋白質顆粒物質，因此要先對范圍進行仔細地探索研究，然后才能將范圍應用于常規飼料分析。

3.2.4 內標

使用內標(IS)可很好地補償樣品中各氨基酸可能發生的水解。沃特世建議在UPLC上使用正纈氨酸(Nva)作為AccQ?Tag Ultra的內標，在HPLC上使用α-氨基丁酸(AABA)或正亮氨酸作為AccQ?Tag的內標。AOAC方法994.12中推薦使用正亮氨酸作為飼料分析的內標。請謹慎選擇內標，確保色譜中氨基酸峰之間可以獲得所需的分離度。

3.2.5 AOAC 994.12 - 飼料中的氨基酸

文獻報道了多種適用于飼料中氨基酸分析的方法。此處介紹的方法改編自AOAC方法994.12“飼料中的氨基酸”。

3.2.5.1 設備和玻璃器皿：

• 分析天平（可讀性：±      0.1 mg）

• 上皿式天平

• 溶劑瓶，50      mL；聚乙烯

• 可使用水解試管、燒瓶

• 可使用消解器、加熱罩或水浴

• 過濾器裝置，0.22      μm（Millex GS、Millipore均適用）

• pH計，經pH      2.0、4.0和7.0的緩沖液校正

• 回流冷凝器

• 旋轉蒸發儀

• 玻璃燒杯（250      mL和1000 mL）

• 錐形瓶(150      mL)

• 圓底蒸發瓶(1000      mL)

• 量筒（100      mL、500 mL和1000 mL）

• 容量瓶(1000      mL)

• 移液管（10      mL和20 mL）

• 燒結玻璃過濾器（孔隙10–15      μm）

• 注射器

3.2.5.2 試劑

• DL-正亮氨酸（晶體）

• 濃鹽酸

• 氫氧化鈉，30%溶液(30 g/100 mL)

• 苯酚（晶體）

• 硫二甘醇（98%溶液）

• 二水合檸檬酸三鈉

• pH緩沖液（pH      2.0、4.0和7.0）

3.2.5.3 溶液制備

檸檬酸鈉緩沖液 - pH 2.20

1. 稱取19.60      g二水合檸檬酸三鈉，放入1000 mL燒杯中。

2. 將其溶于約800      mL水中。

3. 攪拌時，加入10      mL 98%硫二甘醇溶液和15 mL HCl。

4. 將溶液定量轉移至1000      mL容量瓶中，用水定容。

5. 使用燒結玻璃過濾器過濾緩沖液。

6. 用HCl或2 M NaOH將pH調節至2.20。

6 M HCl-苯酚溶液

1. 稱取1 g苯酚晶體，放入已去皮重的1000 mL燒杯中。

2. 將晶體溶于500      mL水中。攪拌時，緩慢加入500 mL HCl。

鹽酸溶液 - 1 M

1. 將約800      mL水倒入1000 mL容量瓶中。

2. 使用移液管加入83.3      mL HCl。

3. 用水定容并充分混合。

鹽酸溶液 - 0.1 M

1. 將約800      mL水倒入1000 mL容量瓶中。

2. 使用移液管加入100      mL 1 M HCl。

3. 用水定容并充分混合。

氫氧化鈉溶液(2 M NaOH)

1. 稱取80.0      g NaOH，放入已去皮重的1000 mL燒杯中。

2. 在燒杯中，將顆粒緩慢溶于約600      mL水中。

3. 冷卻溶液并將其定量轉移至1000      mL容量瓶中。

4. 用水定容并充分混合。

內標溶液

1. 準確稱取195–200      mg DL-正亮氨酸晶體，放入已去皮重的150 mL錐形瓶中。

2. 用100 mL 1 M HCl溶解晶體。

3. 將溶液定量轉移至1000      mL容量瓶中，用水定容。

3.2.5.4 水解步驟

1. 準確稱取100–1000      mg研磨粉碎的待測樣品（精確至0.1 mg；相當于氮含量約10 mg），放入帶標記的水解試管中。使用之前小節中所述的計算方法確定要使用的實際樣品量。

2. 將50 mL 6 M HCl-苯酚溶液加入已稱重的樣品中，稍稍攪拌。向溶液中加入2–3塊沸石。

3. 在通風櫥中，使用平衡至110–120      °C溫度的加熱器或水浴，回流水解24 h。

4. 將水解試管從加熱裝置中取出，等待試管冷卻至室溫。

5. 使用移液管，將20      mL正亮氨酸內標溶液加入各待測溶液中。搖動燒瓶，將溶液混合。

6. 使用燒結玻璃過濾器將水解產物過濾到帶標記的1000      mL的圓底蒸發瓶中。

7. 將蒸發瓶連接至旋轉蒸發儀，在60      °C下蒸干。

8. 加入約20      mL水清洗，然后重復蒸發。重復清洗和蒸發步驟兩次。

9. 從蒸發儀中取出蒸發瓶。

10. 將50 mL檸檬酸鈉緩沖液加入蒸發后的水解產物中，充分混合，然后轉移至帶標記的50      mL聚乙烯瓶中。

11. 現在可對樣品進行衍生化處理。

3.3 使用過甲酸氧化法測定半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸

半胱氨酸和蛋氨酸是飼料材料分析中的關鍵氨基酸；兩者都可限制食用飼料動物的生長。由于標準酸水解條件不適用于這兩種特定氨基酸，因此通常替代使用過甲酸進行氧化。該方法可將半胱氨酸和胱氨酸轉化為三聚氰酸，將蛋氨酸轉化為蛋氨酸砜（圖3）。然后可對樣品進行有效的酸水解和衍生化處理。

文獻中報道了多種形式的過甲酸氧化。盡管總體過程相似，但具體情況有所不同。本指南中介紹了可用作可能起點的兩種流程。第一種方法來自AOAC 994.12。第二種方法基于MacDonald等人(1985)的報道，為其方法的替代方法。在選擇具體方法之前，必須仔細地評估和優化。

3.3.1 過甲酸氧化，方法1，AOAC 994.12

3.3.1.1 設備和玻璃器皿

• 分析天平（可讀性：±      0.1 mg）

• 上皿式天平

• 溶劑瓶，50      mL；聚乙烯

• 可使用水解試管、燒瓶

• 可使用消解器、加熱罩或水浴

• 過濾器裝置，0.22      μm（Millex GS、Millipore均適用）

• pH計，經pH      2.0、4.0和7.0的緩沖液校正

• 回流冷凝器

• 旋轉蒸發儀

• 玻璃燒杯（250      mL和1000 mL）

• 錐形瓶(150      mL)

• 圓底蒸發瓶(1000      mL)

• 量筒（100      mL、500 mL和1000 mL）

• 容量瓶(1000      mL)

• 移液管（10      mL和20 mL）

• 燒結玻璃過濾器（孔隙10–15      μm）

• 冰浴

• 注射器

3.3.1.2 試劑

• 甲酸(88%)

• 過氧化氫(30%)

• 焦亞硫酸鈉

• DL-正亮氨酸（晶體）

• 濃鹽酸

• 氫氧化鈉，30%溶液(30 g/100 mL)

• 苯酚（晶體）

• 硫二甘醇（98%溶液）

• 二水合檸檬酸三鈉

• pH緩沖液（pH      2.0、4.0和7.0）

3.3.1.3 溶液制備

檸檬酸鈉緩沖液 - pH 2.20

1. 稱取19.60      g二水合檸檬酸三鈉，放入1000 mL燒杯中。

2. 將其溶于約800      mL水中。

3. 攪拌時，加入10      mL 98%硫二甘醇溶液和15 mL HCl。

4. 將溶液定量轉移至1000      mL容量瓶中，用水定容。

5. 使用燒結玻璃過濾器過濾緩沖液。

6. 用HCl或2 M NaOH將pH調節至2.20。

6 M HCl-苯酚溶液

1. 稱取1 g苯酚晶體，放入已去皮重的1000 mL燒杯中。

2. 將晶體溶于500      mL水中。攪拌時，緩慢加入500 mL HCl。

鹽酸溶液 - 1 M

1. 將約800      mL的水倒入1000 mL容量瓶中。

2. 使用移液管加入83.3      mL HCl。

3. 用水定容并充分混合。

鹽酸溶液 - 0.1 M

1. 將約800      mL的水倒入1000 mL容量瓶中。

2. 使用移液管加入100      mL 1 M HCl。

3. 用水定容并充分混合。

氫氧化鈉溶液(2 M NaOH)

1. 稱取80.0      g NaOH，放入已去皮重的1000 mL燒杯中。

2. 在燒杯中，將顆粒緩慢溶于約600      mL水中。

3. 冷卻溶液并將其定量轉移至1000      mL容量瓶中。

4. 用水定容并充分混合。

內標溶液

1. 準確稱取195–200      mg DL-正亮氨酸晶體，放入已去皮重的150 mL錐形瓶中。

2. 用100 mL 1 M HCl溶解晶體。將溶液定量轉移至1000 mL容量瓶中，用水定容。

過甲酸試劑

1. 在通風櫥中制備。稱取25      mg苯酚晶體，放入25 mL試管中。

2. 使用微量移液管加入0.5      mL 30% 過氧化氫。

3. 加入4.5      mL 88%甲酸溶液。

4. 用塞子塞緊試管，在室溫下等待混合物靜置30      min。

5. 30 min后，將試管置于冰浴中，等待過甲酸混合物冷卻15      min。

6. 請在臨使用前制備試劑。

3.3.1.4 過甲酸氧化

1. 準確稱取100–1000      mg研磨粉碎的待測樣品（精確至0.1 mg；相當于氮含量約10 mg），放入帶標記的水解試管中。使用上述計算方法確定要使用的實際樣品量。

2. 將磁力攪拌器放入各試管中，并將水解試管置于冰浴(0      °C)中。

3. 等待過甲酸和待測樣品冷卻至少15      min后，向每個水解試管中加入5 mL過甲酸試劑；塞緊所有試管或蓋上蓋子，攪拌15 min。

4. 將水解試管放回冰浴中，等待樣品氧化16 h。

5. 取下玻璃塞，加入約0.84      g焦亞硫酸鈉以分解過甲酸。攪拌15 min，釋放SO₂。

6. 現在樣品可進入酸水解階段。

3.3.1.5 水解步驟

1. 將50 mL 6 N HCl-苯酚溶液加入已稱重的樣品中，稍稍攪拌。向溶液中加入2–3塊沸石。

2. 在通風櫥中，使用平衡至110–120      °C溫度的加熱器或水浴，回流水解24 h。

3. 將水解試管從加熱裝置中取出，等待試管冷卻至室溫。

4. 使用移液管，將20      mL正亮氨酸內標溶液加入各待測溶液中。搖動燒瓶，將溶液混合。

5. 繼續下面的步驟(a-d)或(e-g)。

1. 使用燒結玻璃過濾器將水解產物過濾到帶標記的1000       mL圓底蒸發瓶中。

2. 將蒸發瓶連接至旋轉蒸發儀，并在40       °C真空條件下蒸發至0.5 mL，注：請勿將溶液蒸干。

3. 從蒸發儀中取出蒸發瓶。

4. 將50       mL檸檬酸鈉緩沖液加入蒸發后的水解產物中，充分混合，然后轉移至帶標記的50       mL聚乙烯瓶中。

5. 使用燒結玻璃過濾器將水解產物過濾到250       mL真空燒瓶中，然后將濾液轉移到250 mL燒杯中。

6. 將燒杯置于冰浴中。

7. 在攪拌的同時，使用約40       mL 7.5 M NaOH部分中和水解產物。（注：溫度不得超過40       °C。）使用2 M NaOH將pH調節至2.20。

     6.現在可對樣品進行衍生化處理。

3.3.2 基于MacDonald等人(1985)報道的方法，進行胱氨酸和蛋氨酸的過甲酸氧化和酸水解（方法2）

注：文獻中報道了許多有關該分析的不同參考資料，其中關于過甲酸和溴化氫的含量或蒸發溫度未達成一致。更改含量和/或溫度將影響步驟7中的蒸發時間。

3.3.2.1 材料

• 25 × 150 mm帶蓋試管

• 冰和冰浴

• 移液管

• 真空蒸發儀

• 潔凈的氮氣源

• 恒溫箱或加熱器

• 玻璃量具

• 過甲酸

• 過氧化氫

• 甲酸

• 超純水

• HBr溶液，48%（重量比）

3.3.2.2 過甲酸試劑

1. 將1體積的30%過氧化氫加入9體積的88%甲酸中。

2. 將混合物靜置1 h，頻繁搖動。

3. 將混合物置于冰浴中30      min，然后立即使用。

3.3.2.3 步驟

1. 稱取相當于約20      mg蛋白質（精確至mg）的樣品，放入25 × 150 mm試管中。

2. 將樣品置于冰浴中30      min。

3. 向樣品中加入10      mL冷過甲酸，輕輕搖動，然后使用Teflon墊片蓋密封。

4. 將樣品（仍處于大量冰中）置于冰箱中(0      °C)冷藏過夜(16 h)。

5. 16 h后，將樣品仍保存在0 °C條件下，加入3滴辛醇，然后加入3 mL冷卻的48% HBr，緩慢搖動樣品。請在通風櫥中完成該步驟。將樣品在0 °C下靜置30 min。

6. 使用真空蒸發儀在37      °C下將樣品蒸干。該過程需要1–2 h。

7. 向試管中加入5 mL的6 N HCl。使用氮氣吹掃30 s，然后立即封蓋。

8. 將樣品置于110      °C恒溫箱中加熱24 h。

9. 將樣品從恒溫箱中取出，等待樣品冷卻。

10. 加入10      mL工作內標(5.0 μmol/mL)，并充分混勻。注：應計算所用內標的實際濃度，以使進樣至儀器的樣品量相同。

11. 將樣品定量轉移至250      mL容量瓶中，用HPLC級水沖洗樣品試管，并用沖洗液定容。

12. 使用0.45      μm樣品過濾器過濾步驟12中的樣品約1 mL。如果沒有立即進行衍生化處理，請將加蓋的樣品儲存于冰箱中。注：離心可代替該過濾步驟。離心以產生澄清的上清液。

3.4 通過堿水解分析飼料中的色氨酸

在標準酸水解條件下，色氨酸(Trp)不穩定，無法進行有效分析。因此，將堿水解用作飼料中該氨基酸釋放和分析的替代方法。此方法使用4.2 M NaOH水解蛋白質。它的一個優勢在于，完成后無需進行衍生化步驟。只需進行UV檢測(280 nm)的儀器分析即可。

此處介紹的步驟改編自AOAC方法988.15“食品以及食品和飼料成分中的色氨酸“。

3.4.1 設備和材料

• 改良微量凱氏燒瓶（Kjeldahl      flask，可從Ace Glass, Inc.訂購）- 25 mL微量凱氏燒瓶，內徑12 mm，頸長15 cm。頸部收縮至內徑約6 mm，在燒瓶球部上方5 cm。

• 真空泵

• 膜式過濾器和0.45      μm過濾器

• 干冰

• 水浴

• 水浴用乙醇

• 移液管和玻璃器皿

• pH計

3.4.2 試劑

• 經Milli-Q系統(Millipore Corp.)純化的水，或同等級水

• 4.2 M NaOH

• 1-辛醇

• pH 4.25檸檬酸鈉緩沖溶液

• HCl

• 色氨酸標準品溶液

• 儲備液 -       1 mg/mL。將250 mg L-色氨酸溶于100 mL水中（其中添加有六滴HCl）中。用水稀釋至250 mL。

• 工作溶液I -       0.1 mg/mL。用水將10 mL儲備液稀釋至100 mL。

• 工作溶液II       - 0.04 mg/mL。用水將4       mL儲備液稀釋至100 mL。

• 不使用時，請冷藏標準品溶液。請每月制備新鮮溶液。

3.4.3 制備待測樣品

1. 在配備1 mm篩網的離心式磨機中研磨實驗室樣品；充分混合。

2. 稱取包含100      mg蛋白質的待測樣品，放入改良微量凱氏燒瓶中。

3. 對于脂質含量      > 5%的待測樣品：

1. 在燒瓶中，將10       mL石油醚加到已稱重的待測樣品中。

2. 輕輕搖動混合，并超聲處理20       min。靜置。必要時離心。

3. 盡可能多地吸出石油醚，小心地避免吸出任何固體。

4. 在溫和的氮氣流下蒸發剩余的石油醚。繼續進行水解。

4. 對于脂質含量      < 5%的待測樣品：繼續進行水解。

3.4.4 堿水解步驟

1. 通過氮氣鼓泡10      min，從4.2 M NaOH中除去氣泡。

2. 將10 mL排除氣泡的4.2 M NaOH加入各燒瓶中。

3. 加入三滴1-辛醇。

4. 立即在干冰/乙醇浴中冷凍處理后的溶液。然后從干冰/乙醇浴中取出燒瓶并且抽真空至10 mm。

5. 關閉真空并密封燒瓶。

6. 將密封的燒瓶置于室溫下裝有水的燒杯中，直至待測溶液融化。

7. 將燒瓶置于110      °C恒溫箱中加熱20 h。

8. 等待燒瓶冷卻至室溫。

9. 用1 mL pH 4.25的檸檬酸鈉緩沖溶液沖洗燒瓶頸部，將沖洗液收集到燒杯中。

10. 將水解產物定量轉移至同一50      mL燒杯中，用兩份pH 4.25的檸檬酸鈉緩沖液沖洗燒瓶。

11. 用3.5 mL HCl中和溶液并用力攪拌。將pH調節至4.25 ± 0.05。

12. 將溶液定量轉移至25      mL容量瓶中，用水定容。

13. 將溶液倒入40      mL離心管中，并在1150 G下離心20 min。

14. 使用玻璃纖維濾紙(Whatman      GF/A)過濾上清液。

15. 將濾液轉移到離心管中，并在23,000      G下離心10 min。

注：此時可以取上清液等分試樣進行UV (289 nm)分析，無需衍生化處理。