Národní referenční laboratoř Strana 1 STANOVENÍ OBSAHU AMINOKYSELIN 1 Rozsah a účel Tato metoda specifikuje podmínky pro stanovení aminokyselin kyseliny asparagové, threoninu, serinu, kyseliny glutamové, prolinu, glycinu, alaninu, valinu, isoleucinu, leucinu, tyrosinu, fenylalaninu, histidinu, lysinu, argininu, cystinu a methioninu v krmivech a premixech. Mez stanovitelnosti metody závisí na matrici vzorku stejně jako na použitém přístroji. 2 Princip Volné, nejčastěji do premixů a doplňkových krmných směsí přidané aminokyseliny, se ze vzorku vyextrahují roztokem kyseliny chlorovodíkové. Vázané aminokyseliny se nejprve hydrolyticky uvolní z bílkovinného řetězce. Pro většinu aminokyselin se používá zředěná kyselina chlorovodíková. Sirné aminokyseliny cystin a methionin se nejprve oxidují směsí kyseliny mravenčí a peroxidu vodíku a teprve poté se řetězec bílkoviny hydrolyzuje kyselinou chlorovodíkovou. Obsah aminokyselin se stanoví metodou ionexové chromatografie s postkolonovou derivatizací ninhydrinem. 3 Chemikálie Používají se chemikálie analytické čistoty, pokud není uvedeno jinak. 1 Kyselina chlorovodíková, HCl, min. 35%, ρ = 1,18 g/ml, c(hcl) = 11,4 mol/l. 2 Kyselina chlorovodíková, HCl, roztok, c(hcl) = 6 mol/l. Příprava: Do tmavé zásobní lahve se nalije 1 l vody (25) a poté se přidá 1 l HCl (1). 3 Kyselina chlorovodíková, roztok c(hcl) = 0,1 mol/l. Příprava: Do dvoulitrové odměrné baňky se nalije 1 l vody (25), přidá se 17,2 ml HCl (1) a poté se doplní vodou (25) po značku. Směs se pak převede do tmavé zásobní lahve. 4 Peroxid vodíku, H 2 O 2, c(h 2 O 2 ) = 30 %. 5 Kyselina mravenčí, HCOOH, c(hcooh) = (99 ± 1)%.
Národní referenční laboratoř Strana 2 6 Kyselina mravenčí, HCOOH, c(hcooh) = 85 %. Příprava: Ke 150 ml vody (25) se přidá 850 ml kyseliny mravenčí (5). 7 Ethanol čistý 96%. 8 Inertní plyn např. argon (čistoty 5.0) nebo dusík (< 10 ppm kyslíku). 9 Thiodiglykol, koncentrovaný. 10 Citronan sodný, dihydrát. 11 Hydroxid sodný, NaOH. 12 Hydrindantin 13 Kyselina citronová, monohydrát. 14 Chlorid sodný, NaCl. 15 Kyselina boritá, H 3 BO 3. 16 Azid sodný, NaN 3. 17 Ninhydrin. Příprava: Naváží se 20 g ninhydrinu (17), převede se do tmavé zásobní lahve a rozpustí se v 730 ml methylcellosolvu (18). Rozpouští se za stálého míchání nebo probublávání inertním plynem (8). Po rozpuštění se přidá 250 ml acetátového tlumivého roztoku (22). Po uzavření se roztok ještě nechá promíchávat asi 10 min nebo probublávat. Pokud se připravuje ninhydrin s přídavkem hydrindantinu, přidá se do směsi 0,625 g hydrindantinu (12) a nechá se probubláváním úplně rozpustit. Místo hydrindantinu lze použít i 0,4 g SnCl 2 (26). Celá příprava musí být co nejrychlejší, aby nedošlo ke znehodnocení ninhydrinového činidla. Pak se výstup ze zásobní lahve připojí k přístroji. Roztok ninhydrinu se volí podle druhu použitého analyzátoru aminokyselin. 18 Methylcellosolv. 19 Octan sodný, CH 3 COONa. 20 Kyselina octová, CH 3 COOH, 99%. 21 Acetátový tlumivý roztok, ph 5,5. Příprava: Naváží se 1088 g octanu sodného (19), převede se do 2litrové baňky, přidá se 200 ml kyseliny octové (20) a voda (25). Nechá se rozpustit, rozpouštění trvá okolo 14 dnů, po tuto dobu se postupně dolévá voda (25), aby se snížila hustota roztoku a usnadnilo se rozpouštění. Po dokonalém rozpuštění se vodou dolije po značku. Nakonec se tlumivý roztok přefiltruje přes filtrační nálevku (13). Roztok se také dodává komerčně, a tak je možné se vyhnout jeho zdlouhavé přípravě.
Národní referenční laboratoř Strana 3 22 Standardní roztoky aminokyselin s deklarovaným obsahem od výrobce, c = 0,25µmol/ml. 23 Tlumivý roztok, ph 2,2. Příprava: Naváží se 28 g kyseliny citronové (13), 23 g chloridu sodného (14) a 0,2 g azidu sodného (16). Vše se převede do 2litrové baňky. Přidá se 10 ml thiodiglykolu (9) a voda (25). Nechá se rozpustit a po dokonalém rozpuštění se doplní vodou (25) po značku. Nakonec se tlumivý roztok přefiltruje přes filtrační nálevku (13). 24 Oxidační směs. Příprava: Smíchá se peroxid vodíku (4) a kyselina mravenčí (6) v poměru (1 : 9) a nechá se odstát při laboratorní teplotě 30 min. Poté se umístí do mrazáku na dobu 5 min nebo se ihned po smíchání umístí do chladničky na dobu 1 h. Do každého vzorku se pak přidává 5 ml této směsi. Množství připravované směsi závisí na počtu zpracovávaných vzorků. 25 Voda (deionizovaná, demineralizovaná nebo destilovaná). 26 Chlorid cínatý SnCl 2. 27 Isopropanol, roztok 12%. 4 Přístroje a pomůcky 1 Automatický analyzátor aminokyselin. 2 Termostat (sušárna) s automatickou regulací teploty a nucenou cirkulací vzduchu nebo olejová lázeň. 3 Topná deska s automatickou regulací teploty. 4 Rotační vakuová odparka. 5 Vývěva. 6 Váhy analytické. 7 Předvážky. 8 Hydrolyzační nádobka teflonová nebo skleněná s teflonovým uzávěrem, 100 ml. 9 Baňka s kulatým dnem, se zábrusem (dále jen NZ) 29/32, 1000 ml. 10 Erlenmayerova baňka s NZ 29/32, 250 ml. 11 Chladič zpětný vzdušný s NZ 29/32 délky nejvýše 70 cm. 12 Filtrační nálevka se skleněnou fritou S3. 13 Laboratorní mlýn.
Národní referenční laboratoř Strana 4 14 Filtrační papíry řídké. 15 Filtrační papír střední hustoty. 5 Postup 5.1 Úprava a hydrolýza vzorku 5.1.1 Úprava vzorku Vzorky s obsahem vlhkosti vyšším než 15 % se musejí předsušit 12 h při teplotě, která nepřesáhne 50 C. Vzorky s obsahem tuku vyšším než 100 g/kg se odtuční. Vzorky se upraví mletím (13) tak, aby prošly sítem s velikostí ok 0,5 mm. 5.1.2 Extrakce přidaných aminokyselin Do Erlenmayerovy baňky (10) se odváží 2 g premixu nebo doplňkového krmiva s přesností na 0,0001 g a extrahuje se 100 ml kyseliny chlorovodíkové (3) na třepačce po dobu (30 60) min. Suspenze se zfiltruje nejlépe přes řídký filtr (14) a pak znovu přes filtr střední hustoty (15). Výrazně se tím urychlí rychlost filtrace. Po naředění tlumivým roztokem (23) se obsah aminokyselin stanoví na analyzátoru dle bodu 5.2. 5.1.3 Hydrolýza v kyselém prostředí Odváží se takové množství vzorku s přesností na 0,0001 g, aby obsahovalo alespoň 25 mg dusíku. Pro běžné krmivo s obsahem lysinu cca 10 g/kg je to 0,5 g vzorku. Kyselá hydrolýza probíhá v hydrolyzačních nádobkách s uzávěrem (8). Vzorky lze přímo navažovat i do hydrolyzační nádobky (8). Vzorek se zakápne třemi kapkami ethanolu (6), aby se lépe smáčel a přidá se dostatečný objem kyseliny chlorovodíkové (2), tj. 50 ml na 0,5 g navážky vzorku. Při nalévání kyseliny je nutno dát pozor na to, aby na stěnách neulpěly částice vzorku. Pro usnadnění hydrolýzy vzorku je možno suspenzi na 10 minut zahřívat na vodní lázni při mírném varu a následně ochladit. Probubláváním obsahu hydrolyzační nádobky inertním plynem (8) se odstraní vzduch rozpuštěný v suspenzi i vzduch obsažený v této nádobce. Pak se hydrolyzační nádobka uzavře a umístí do termostatu nebo olejové lázně (2), kde po dosažení teploty 110 C probíhá hydrolýza po dobu 23 h. Adekvátní výtěžky aminokyselin poskytuje také hydrolýza při 145 o C po dobu 4 h. Po ukončení hydrolýzy se obsah hydrolyzační nádobky kvantitativně vodou (25) převede přes filtrační papír (14) nebo přes fritu (12) do odpařovací baňky (9). Filtrát se odpaří na rotační vakuové odparce (4) za použití vývěvy (5). Odpařování probíhá při teplotě 50 C. Pro kyselou hydrolýzu je možno použít vyšší teplotu odpařování, a to 60 C. Při odpaření do sucha vznikají ztráty jednak rozstřikem do trubice odparky a jednak degradací
Národní referenční laboratoř Strana 5 samotných aminokyselin, proto se odpařuje jen do sirupovité konzistence. Do baňky se sirupovitým odparkem se nastříkne cca 10 ml vody (25) nebo isopropanolu (27) a znovu se odpaří. To se opakuje ještě jednou. Promytí vodou je důležité zvláště u oxidativní hydrolýzy (až 3 10 ml), protože dělení na analyzátoru je velmi závislé na ph hydrolyzátu. Odparek se kvantitativně převede tlumivý roztokem (23) do definovaného objemu (50 ml) a před nástřikem do analyzátoru se případně ředí a dále se postupuje dle bodu 5.2. Jestliže hydrolyzát není analyzován v den přípravy, je nutno ho uchovávat v chladničce. 5.1.4 Oxidativní hydrolýza Sirné aminokyseliny se oxidují oxidační směsí (24). Do Erlenmayerovy baňky (10) se odváží takové množství vzorku s přesností na 0,0001 g, aby obsahovalo alespoň 25 mg dusíku. Pro běžné krmivo s obsahem methioninu cca 4 g/kg je to 0,5 g vzorku. Podle obsahu aminokyselin se přidá 5 ml až 15ml oxidační směsi (24) a po opatrném rozmíchání se vzduchotěsně uzavře a umístí do chladničky na dobu 16 h. Nezreagovaný peroxid vodíku se odstraní přidáním přebytku kyseliny chlorovodíkové - k oxidovanému vzorku se přidá opatrně 1 ml kyseliny chlorovodíkové (1). Je nutno pracovat v digestoři, protože z reakční směsi uniká chlor. Po jeho vyšumění se přidá dalších (80 150) ml kyseliny chlorovodíkové (2). Hydrolýza může probíhat buď na topné desce (3) pod zpětným chladičem (11) po dobu 23 h, kdy je topná deska nastavena na (160 170) C nebo v olejové lázni (2) pod zpětným chladičem při 110 C a opět po dobu 23 h, ale vždy tak, aby se obsah mírně vařil. Po 23 h se baňky odstaví a chladiče se opláchnou vodou (25). Hydrolyzát se po ochlazení kvantitativně převede do 100ml odměrné baňky, doplní se po značku vodou (25) a poté se obsah přefiltruje přes filtrační papír (15) nebo přes fritu (12) do Erlenmayerovy baňky (10). Podle obsahu aminokyselin ve vzorku lze převést celý objem hydrolyzátu pomocí vody (25) do odpařovací baňky nebo do odpařovací baňky odpipetovat odpovídající množství hydrolyzátu, např. 50 ml nebo 25 ml. 5.2 Stanovení aminokyselin ve vzorku Obsah jednotlivých aminokyselin se stanoví metodou ionexové chromatografie na analyzátoru aminokyselin (1). Podmínky analýzy, jsou uvedeny v tabulkách č. 1 a 2. Uvedené podmínky jsou doporučené, mohou být použity i jiné podmínky za předpokladu, že poskytnou rovnocenné výsledky. Objem nastříknutý do analyzátoru je stabilně 100 μl. Podle typu analyzátoru se provádí jednobodová kalibrace.
Národní referenční laboratoř Strana 6 Tabulka 1 Program pro stanovení kyselých hydrolyzátů KH2 Čas Teplota kolony Tlumivý roztok Příkaz Poznámka (min) ( C) 0 50 1 Insert ph = 2,80 4 50 1 10 55 1 Zero 12 65 2 ph = 3 29 65 3 ph = 4,25 43 74 4 ph = 7,9 70 74 4 StrartEquil. 72 74 6 0,2M NaOH 76 74 6 80 74 1 91 74 1 Load 92 50 1 None 96 50 1 AcqStop 97 50 1 Tabulka 2 - Program pro stanoveni oxidativních hydrolyzátů OXI1 Čas Teplota kolony Tlumivý roztok Příkaz Poznámka (min) ( C) 0 54 2 Insert ph = 3,00 1 54 2 StartEquil. 4 54 2 Zero 6 54 6 None 0,2M NaOH 13 54 2 None 18 54 2 H 2 O 25 54 2 Load 28 54 2 NHD 33 54 2 AcqStop
Národní referenční laboratoř Strana 7 6 Výpočet a vyjádření výsledků Plocha píků vzorku a standardu se měří pro každou jednotlivou aminokyselinu a vypočítá se množství (X) aminokyseliny v g/kg vzorku, pro výpočet v procentech se vypočtená hodnota dělí 10. kde X = A c M V B m 1000 A B M c m V je plocha píku hydrolyzátu nebo extraktu, plocha píku kalibračního standardního roztoku, molekulární hmotnost stanovované aminokyseliny, koncentrace standardu v µmol/ml, hmotnost navážky vzorku v g, korigovaná na původní hmotnost, pokud je vzorek vysušen nebo odtučněn, celkový objem hydrolyzátu v ml nebo celkový objem zředěného extraktu. Cystin a cystein se v hydrolyzátech oxidovaného vzorku stanovují jako kyselina cysteová, ale vypočítávají se jako cystin (C 6 H 12 N 2 O 4 S 2, Mr = 240,30 g/mol) s použitím Mr = 120,15 g/mol (= 0,5 240,30 g/mol) Methionin se v hydrolyzátech oxidovaného vzorku stanovuje jako methioninsulfon, ale vypočítává se jako methionin s použitím Mr = 149,21 g/mol. 7 Opakovatelnost 10 % rel.