基于定量薄层色谱(TLC)的方法,用于检测复杂混合物中的脲酶抑制剂

《Analytica Chimica Acta》:Quantitative TLC-based assay for the detection of urease inhibitors in complex mixtures

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月31日 来源:Analytica Chimica Acta 6.1

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  摘要背景尿素酶抑制剂在农业和食品化学领域越来越重要,因为尿素酶的活性会影响氮的利用效率、氨的排放、微生物的存活以及食品的质量。尽管有许多基于溶液的检测方法,但迄今为止尚未有报道利用薄层色谱(TLC)生物自显色的方法来直接检测和定位复杂混合物中的尿素酶抑制剂。本研究旨在开发并验证一

  

摘要

背景

尿素酶抑制剂在农业和食品化学领域越来越重要,因为尿素酶的活性会影响氮的利用效率、氨的排放、微生物的存活以及食品的质量。尽管有许多基于溶液的检测方法,但迄今为止尚未有报道利用薄层色谱(TLC)生物自显色的方法来直接检测和定位复杂混合物中的尿素酶抑制剂。本研究旨在开发并验证一种适用于食品相关基质效应定向分析的定量TLC生物自显色检测方法。

结果

该检测方法结合了色谱分离、在琼脂层中固定尿素酶以及通过Berthelot反应检测氨,从而能够定量显示尿素酶抑制区域,同时避免了基于pH指示剂检测时可能出现的假阳性结果。验证结果显示,在0.47–15 μg/斑点的范围内,硫脲的浓度与检测结果呈线性关系(R2?>?0.999),检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别为0.15?±?0.08和0.46?±?0.25 μg/斑点,板内和日内相对标准偏差分别为7.6–11.8%和9.9%。对精油进行平行筛选有助于快速比较尿素酶抑制活性,而通过对活性色谱区域的直接气相色谱-质谱分析,无需预先分离即可鉴定出丁香酚作为主要活性成分。

意义

本研究首次提出了基于TLC的尿素酶抑制剂定量生物自显色检测方法,并建立了一个将定量活性定位与直接分子鉴定相结合的集成效应定向分析工作流程。该方法为在复杂的食品和农业相关基质中筛选和表征尿素酶抑制剂提供了一个简单且成本效益高的平台,有助于发现具有潜在应用价值的生物活性化合物,如在食品保鲜、质量控制及可持续农业实践中的应用。

引言

尿素酶(尿素酰胺水解酶;酶委员会编号EC 3.5.1.5)是一种依赖镍的金属酶,可催化尿素分解为氨和二氧化碳,这一反应在生物系统中的氮循环中起着核心作用[1,2]。在农业系统中,尿素快速转化为氨会导致大量氮通过挥发而流失,从而降低氮的利用效率,并加剧与氨排放和硝酸盐渗漏相关的环境问题[[3], [4], [5], [6]]。微生物产生的尿素酶在致病微生物中也起着重要作用[[7], [8], [9], [10]],并通过产生氨对食品质量产生不良影响[11]。在动物营养学中,尿素酶的活性会通过胃肠道消化过程中的快速氨释放影响氮的吸收[12]。在人类健康方面,尿素酶对幽门螺杆菌在酸性胃环境中存活并定植胃部起着关键作用,这使得该酶成为抑制剂研究的重要目标[[13], [14], [15], [16], [17]]。因此,不同类别的尿素酶抑制剂仍在持续被研究,以应用于农业和生物医学领域[18]。
天然产物是尿素酶抑制剂的重要来源[9]。对它们的研究也与人们对天然、可生物降解和清洁标签食品相关替代品日益增长的兴趣相一致[[19], [20], [21]]。在天然产物中,精油(EOs)是一种化学成分多样且尚未得到充分探索的具有潜在尿素酶抑制活性的化合物来源[[22], [23], [24]]。这些复杂的混合物主要由萜类和苯丙素类化合物组成[25,26],在食品行业中被广泛用作调味剂和抗菌剂[27]。它们的化学多样性使其成为抑制剂发现的有吸引力的目标,而其复杂性则为直接检测多组分样品中的活性成分提供了挑战。
基于TLC的生物检测方法为复杂混合物中生物活性化合物的分析提供了一种快速且低消耗的策略[28,29]。当色谱分离与酶活性检测相结合时,可以在单个色谱区域定位抑制效应,而不仅仅是测量样品的整体反应。这种效应定向的方法已成功应用于酶-抑制剂的研究,并且还可以与生物筛选直接结合[30]。将基于TLC的效应定向检测与质谱分析相结合,进一步实现了无需预先分离即可为活性区域提供结构信息[31]。因此,已经开发出了针对多种酶目标的可用于TLC生物自显色和效应定向酶检测的方法[[32], [33], [34]]。
Shi等人之前报道了一种用于检测尿素酶抑制剂的TLC生物自显色方法[35]。在该方法中,通过酚红作为pH指示剂,利用氨生成引起的pH升高来可视化尿素酶活性。尽管这种方法能够定位TLC板上的尿素酶抑制剂化合物,但该方法尚未经过分析验证。此外,基于pH的检测方法容易受到酸性化合物的干扰,可能导致假阳性抑制结果。因此,仍需要一种经过分析验证的、能够避免pH相关干扰的TLC生物自显色方法。
在这项研究中,我们描述了一种基于TLC的尿素酶抑制检测方法的开发和验证,该方法通过结合色谱分离、基于凝胶的尿素酶生物自显色、基于Berthelot的氨检测和密度计量定量来克服这些限制。该方法被应用于精油的效应定向筛选,随后通过GC–MS分析活性色谱区域,以支持其生物活性成分的鉴定。

章节片段

材料

化学试剂和酶均从商业来源购买,除非另有说明,否则无需进一步纯化即可使用。溶剂为分析级或在使用前通过标准程序进行了纯化。尿素酶活性使用Urea Color 2R试剂盒(Wiener Lab,罗萨里奥,阿根廷)中的Reagent C(尿素酶≥ 75 U/mL的甘油溶液)进行评估。Urea RA(Anedra)从Research AG(布宜诺斯艾利斯,阿根廷)购买。硫脲(Carlo Erba)也从...

TLC表面的酶促颜色生成

Shi等人在分析Magnolia officinalis提取物时,在TLC板上可视化了尿素酶活性[35]。在提取物的色谱分离后,先后用含尿素的水溶液和添加了pH指示剂酚红的缓冲尿素溶液喷雾板面。尿素酶的酶促水解导致板面局部碱化,产生低对比度和相对模糊的颜色变化

结论

开发并验证了一种基于TLC的尿素酶抑制剂定量生物自显色检测方法,这是首次报道的能够在TLC生物自显色格式下实现定量检测的方法。该方法依赖于在TLC板上沉积的凝胶层内的酶促氨生成,随后使用Berthelot反应进行检测,从而能够灵敏且选择性地可视化抑制区域。该方法表现出良好的分析性能

CRediT作者贡献声明

Paul E. Cotacachi-Latacumba:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原始草案,方法学设计,实验研究。Mario O. Salazar:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原始草案,监督,资源协调,项目管理,方法学设计,实验研究,资金获取,概念构思。I. Ayelen Ramallo:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原始草案,数据可视化,验证,实验研究,形式分析。Ricardo L.E. Furlan:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原始文本

funding sources

本研究的资金支持来自FONCYT(PICT-2019-02232和PICT-2021-1034)、CONICET(PIP11220200102423CO)、ASACTEI(PEIC-ID-2022-181和PEIC-A-2022-052)以及UNR(80020180300114UR和80020220600048UR)。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢Wiener Lab(罗萨里奥,阿根廷)提供本研究中使用的Urea Color 2R试剂盒。P. Cotacachi Latacumba感谢阿根廷国家科学技术促进局(ANPCyT)提供的博士生奖学金。M. O. Salazar、I. A. Ramallo和R. L. E. Furlan是CONICET的研究人员。
Paul E. Cotacachi-Latacumba|Mario O. Salazar|I. Ayelen Ramallo|Ricardo L.E. Furlan
阿根廷罗萨里奥国立大学生物化学与药学学院
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