为了*大限度地从纤维素中释放葡萄糖,以便进行后续发酵或化学转化,木质纤维素生物质的预处理是先决条件。一种主要的预处理方法是在高温(140 至 200 °C)下使用稀酸(例如 0.3 – 2% 的硫酸),并根据不同的保温时间和生物质/酸负载量进行处理1。该工艺的缺点是木质素(一种多酚大分子)会部分降解为较小的酚类物质,这些酚类物质会与糖类一起释放到所谓的水解产物中。这些酚类化合物对微生物具有毒性,并且是潜在的发酵抑制剂2-5。
在优化预处理或解 毒方法以*大程度降低抑制剂水平或培育更具抵抗力的微生物时,分析这种酚类化合物的谱图至关重要。在广泛使用的样品制备和净化步骤中,酚类化合物会使用有机溶剂(例如乙酸乙酯)进行液-液萃取,然后通过气相色谱/质谱联用 (GC/MS) 进行分析。
液液萃取虽然有效,但耗时较长,需要4次独立萃取和多次离心步骤。为了减少时间和样品处理步骤,我们采用了 Novum SLE 简化液体萃取 (SLE) 技术,节省了大量时间,并减少了所需的移液和样品瓶处理步骤。
材料和方法
采用两种不同的方法制备木质纤维素生物质:传统液-液萃取法和简化液相萃取法 (SLE),使用 Novum SLE MAX 96 孔板(部件号 8E-S138-5GA)。在每种萃取方法之前,样品均按以下方式进行预处理:
预处理:
将来自巨型芒草(Miscanthus X giganteus)的稀酸预处理水解液(1.5% 硫酸,190 °C 加热 1 分钟,25% 生物质负载量)用 0.45 µm 聚醚砜 (PES) 滤膜过滤,并加入 20 µg/mL 异丙基苯酚作为内标 (IS)。然后采用液-液萃取或单层萃取 (SLE) 法(见下文)对预处理后的样品进行萃取。
液-液萃取步骤:
取预处理步骤中加标的水解产物1 mL,用0.5 mL乙酸乙酯萃取4次。每次萃取后,进行离心(1500 g,1分钟)以进行相分离。合并各样品的萃取液,用硫酸钠6干燥(样品A)。
简化液相萃取 (SLE) 程序:
将预处理步骤中加标的水解产物 400 µL 上样至 Novum SLE MAX 96 孔板的孔中。样品在吸附剂中浸泡 5 分钟,然后用乙酸乙酯洗脱目标分析物。采用三种不同体积来确定*有效的洗脱体积。使用短脉冲真空,分别加入 1x 0.4 mL(样品 B)、1x 0.8 mL(样品 C)或 2x 0.4 mL(样品 D)乙酸乙酯。洗脱后无需进一步干燥乙酸乙酯。GC/MS 条件:在进行GC 分析之前,将 100 µL 提取物(样品 A - D)与 50 µL BSTFA 在 70 °C 下孵育 30 分钟,然后进行 GC/MS6 分析。所有萃取均重复进行三次,并按以下顺序进行重复(1-3):样品 A1 – D1,然后 A2 – D2,然后 A3 – D3,以避免由于运行时间较长(67 分钟)导致未处理样品的成分发生变化而产生任何偏差。以不分流模式将 1 µL 注入 5 ms 毛细管气相色谱柱(30 mx 0.25 mm x 0.25 µm)。
使用7890A 气相色谱仪与 5975C 单四极杆质谱仪联用进行分析,分析参数如下:进样口和传输线温度 280 °C,载气:氦气,流速 1 mL/min,升温程序:75 °C 恒温 3 分钟,以 5 °C/min 升至 150 °C,以 0.5 °C/min 升至 160 °C,以 2 °C/min 升至 190 °C,以 5 °C/min 升至 240 °C,以 70 °C/min 升至 325 °C,恒温 3 分钟。采用全扫描模式检测 m/z 35-500 离子。
结果与讨论
图 1 显示了使用 3 种洗脱程序(0.4 mL、0.8 mL 和 2x 0.4 mL)从 Novum SLE MAX 96 孔板洗脱的水解产物中 25 种选定的酚类化合物的相对回收率,与通过传统液-液萃取获得的值(代表图上为 100%)相比。
总体而言,Novum SLE 萃取法的回收率与传统液-液萃取法相当,且所需时间仅为后者的一小部分(样品制备时间减少了五倍)。0.4 mL 乙酸乙酯洗脱的分析物回收率普遍低于 0.8 mL 和 2x 0.4 mL 体积萃取法。例外情况是 4-羟基-3-甲氧基肉桂醛(图 1,分析物 9),所有洗脱体积的回收率几乎相同(分别为 95% 和 93%),而芥子醛(图 1,分析物 12)在 0.4 mL 萃取体积下的回收率 (93%) 高于其他萃取体积(分别为 89% 和 85%)。然而,0.4 mL 萃取体积通常被认为不是*佳选择。将洗脱体积增加到 0.8 mL 可提高回收率,大多数回收率达到 90% 以上。 4-羟基苯甲醛 (87%)(图 1,分析物 1)和香兰素 (89%)(图 1,分析物 2)的产量略低。只有同系物 2-愈创木酰乙醛(图 1,分析物 14)和 2-丁香乙醛(图 1,分析物 16)的回收率较低,分别为 75-76% 和 73-75%。将 0.8 mL 洗脱液分两步(2x 0.4 mL)加入,与单次 0.8 mL 洗脱相比,回收率并未提高。TN-0082 第 2 页,共 4 页 应用