采用HPAEC-PAD分析糖，色譜柱的選擇非常重要。對於多糖的分析，通常選擇CarboPak PA100或CarboPak PA200。相對於CarboPak PA100，CarboPak PA200色譜柱的固定相樹脂直徑由8.5μm降至5.5μm，離子交換容量雖然有所下降，但可提供更高的分離度。澱粉糖行業中最常見的多糖為液化液，采用HPLC分析時，按照聚合度（DP）分離通常所能得到的最大聚合度為10，而采用HPAEC-PAD法分析商品糊精，按聚合度分離時，最大可達到40，在分析自製的液化液時，可檢測到DP達17的多糖，但以DP1到DP8的糖為主。與HPLC法相比，HPAEC-PAD法可以提供更加詳細的信息，並且通過調整洗脫梯度還可將α-1,4和α-1，6結構的多糖分離。但與HPLC相比，HPAEC-PAD法對糖類的分析存在著定量問題。采用HPLC分析時，由於所使用的示差折光檢測器對不同糖的響應幾乎沒有區別，並且使用的碳水化合物分析柱對糖並沒有無法洗脫的吸附，因此多采用麵積歸一化法而非外標定量法進行分析。而脈衝安培檢測器對於糖的響應實際上是與糖本身的氧化能力相關，因此不僅相對分子質量會對響應有所影響，即使是對於相同相對分子質量的糖的同分異構體，由於糖苷鍵鍵型不同其對檢測器的響應也不同。有文獻綜合總結了多人研究PAD對澱粉多糖響應的結果，研究結果顯示檢測器的響應在DP1～18內總體上呈現隨DP增加而增加的趨勢。但如果是基於—CHOH的響應因子在DP13以內基本為1，此後隨著DP增加而減少，但對常用的質量響應因子則隨DP增加呈遞減趨勢。Franco在研究PAD檢測器對多糖響應因子時結合了多種方法，先采用凝膠過濾色譜得到分級的多糖，同時結合質譜及其他檢測方式，研究了PAD檢測器對葡聚糖的響應因子，發現當聚合度低於18，各糖的摩爾響應因子相同，但之後摩爾響應因子減少，特別是當聚合度高於30～35後，摩爾響應因子迅速下降。雖然采用HPAEC-PAD分析液化液可以獲得更詳盡的聚合度信息，但正是由於響應的複雜性，如何通過其數據獲得液化液實際的組成信息還需進一步研究。
HPAEC-PAD法分析糖的優勢在對同分異構體的分離上。低聚異麥芽糖是一種非常重要的由澱粉製得的功能性低聚糖，產品成分中含有異麥芽糖和麥芽糖、潘糖和異麥芽三糖等同分異構體。采用HPLC分析時如果使用雙柱法，則產品中的同分異構體組分的分離是通過氨基柱實現，再結合離子交換柱對低聚異麥芽糖按照聚合度進行分離，根據兩根色譜柱的結果得到產品中各組分的含量。雙柱法通過分析同一樣品在兩根色譜柱上的信息得到準確的結果，但分析時間較長；而在單柱法中，氨基鍵合柱會吸附聚合度較高的糖造成分析結果不準。而使用HPAEC-PAD，可實現低聚異麥芽糖中葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、異麥芽糖、異麥芽三糖、潘糖、異麥芽四糖、異麥芽五糖、異麥芽六糖、異麥芽七糖、海藻糖、麥芽酮糖、曲二糖、黑曲黴糖的分離及檢測，分析方法具有較高的靈敏度。此方法所使用的色譜柱為CarboPak PA10色譜柱，此色譜柱適合於單糖及二糖同分異構體的分離，因此對於聚合度較高的糖需要更長的洗脫時間及梯度。CarboPak PA200雖然是為多糖的分離設計的，但筆者采用此色譜柱，調整了梯度之後，獲得了更好的分離度，並且可以分離麥芽七糖，同時分析時間也由80min縮短至45min。
在糖化過程中，使用HPLC監測糖化產物快捷方便，但其對於具體的逆反應產物分析能力較弱。糖化酶催化產生的逆反應產物主要有異麥芽糖、麥芽糖、黑曲黴糖、曲二糖、海藻糖、異麥芽三糖、潘糖等。這些糖大多是同分異構體，僅糖苷鍵的連接類型不同，使用HPLC分析時，通常無法獲得良好的分離。在HPAEC-PAD法中，隻要這些糖存在電離度上的差異，就可以通過調節洗脫液濃度進行分離。Catali使用Cabopak PA1色譜柱在15min中內實現了3種二糖，7種單糖的分離。Guignard使用Cabopak PA10色譜柱實現了15種糖的分離，其中包括5種二糖。傑能科生物精煉實驗室使用Carbopak PA200色譜柱，實現了7種主要逆反應產物及8種低聚糖的分離，且采用此方法可以實現麥芽酮糖和其他二糖的基線分離。此方法的特性，不僅適合於分析澱粉類降解產物，也能同時分析原料中的非澱粉多糖，如纖維降解產物的分析。
（三）離子色譜應用於發酵產物分析
在發酵行業中對發酵液成分的分析很重要，分析結果不僅可以了解發酵的運行情況，也可以為工藝優化提供數據支持。通常對於發酵液的分析可分為兩大方麵，一方麵是發酵主產物和副產物，另一方麵是殘糖分析。殘糖包括兩個部分，一個是微生物可以利用的碳源，如葡萄糖、麥芽糖等；另一部分則是非發酵性糖，根據發酵菌種的不同，種類有所不同，主要有異麥芽糖、潘糖等。殘糖對於發酵非常重要，它不僅是發酵終點判斷的重要指標，同時對發酵產品的下遊精製也有影響。在生產現場通常分析殘還原糖和殘總糖，殘還原糖主要采用菲林滴定，殘總糖的測定則是酸解後再采用菲林滴定，這種方法可以快速地給出糖濃度信息，很適合現場監控。對於殘糖種類的分析，HPLC通常給出的以聚合度為劃分的一糖到四糖的信息，並不能有力地判斷其中的非發酵性糖，且存在DP4定量不準的問題，而離子色譜則非常適合分析殘糖種類。采用HPAEC-PAD分析殘糖種類的方法與分析逆反應產物的方法相同，對於發酵液並不需要特別的處理，稀釋過濾後可直接進樣分析。筆者在分析不同客戶的發酵樣品後發現，殘糖中超過50%以上為非發酵性糖，而產品不同，其中最主要的非發酵性糖也不同，例如，在檸檬酸發酵中，最主要的非發酵性糖為異麥芽糖，而酒精發酵則為異麥芽糖和潘糖。
離子色譜分析發酵產物所能提供的信息也遠遠超過HPLC方法。以酒精發酵為例，發酵液的分析通常采用Bio-rad公司或Phenomen公司的有機酸分析柱，這種色譜柱同時使用示差和紫外兩種檢測器，一次分析就可以獲得發酵液中四糖、三糖、二糖、葡萄糖、果糖、檸檬酸、琥珀酸、乳酸、酒石酸、甘油、乙酸、焦穀氨酸、甲醇和乙醇的信息。使用離子色譜並不能通過一次分析就獲得糖、醇類及有機酸的信息。糖類和醇類分析采用HPAEC-PAD的方法，通常使用CarboPak MA1色譜柱。此色譜柱是CarboPak係列色譜柱中離子交換容量最大的，大大增強了分析醇類這種弱保留物質的能力。采用此色譜柱可以分離乙醇發酵過程中產生的2，3-丁二醇、甲醇、乙醇、赤丁四醇、甘油、阿拉伯糖醇、山梨糖醇、半乳糖醇、甘露糖醇，同時還可以檢測葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、乳糖、核酸糖、蔗糖、鼠李糖和麥芽糖。但相對而言，PAD檢測器對於甲醇、乙醇的響應要比對糖類的響應低很多，檢測限僅有0.7g/L和0.03g/L，因此並不十分適合發酵初期樣品的分析。此外其對甘油的響應較高，因此對與甘油保留時間接近的肌醇的準確定量有一定影響。
有機酸的分析則使用抑製型電導檢測法和相應的陰離子分析柱。抑製型電導檢測法是在電導檢測器前增加一個抑製器，使用至今已經曆了樹脂填充型抑製器、管狀纖維膜抑製器、平板微膜抑製器和目前最先進的自動再生抑製器四代產品。抑製器的作用是降低淋洗液的背景電導，提供檢測器對被測離子的信噪比，同時消除係統峰對弱保留離子的影響。由於陰離子種類多，性質差異大，色譜公司針對不同的應用領域推出了不同的色譜柱，用戶需要根據自己的樣品選擇合適的色譜柱。對於酒精發酵液而言，糖在經過酵母代謝之後，產生了酒精和多種有機酸，同時在配料過程中還會引入其他一些離子，如Cl-、SO2-4等。樣品中的離子十分複雜，因此首選親水性較強的高容量分離柱，使用KOH或NaOH梯度洗脫。此外，為了改善某些陰離子的分離，還可以在流動相中加入一定量的有機溶劑改善分離度。使用此方法分析酒精發酵液不僅能獲得HPLC方法中的有機酸，還可以檢測到丙酮酸、草酸、戊酸、蘋果酸、丙二酸、馬來酸、異檸檬酸及其他無機陰離子，共25種離子，能夠詳細地了解酵母代謝狀況。需要注意的是，甲酸、乙酸、丙酸和乳酸是保留較弱的陰離子，在濃度高時會形成拖尾峰並彼此重疊，分析時可以通過增加稀釋度來改善它們的分離。
離子色譜對於氨基酸也有強大的分析能力，其分析原理和分析過程與糖類分析類似，但需使用專門的氨基酸分析電極和分析柱，無需衍生，可以在45min實現21種氨基酸的分離，並且可以同時檢測樣品中的糖含量，適合於氨基酸發酵液的成分分析。
四、毛細管電泳（CE）在過程檢測及產品分析中的應用
（一）毛細管電泳分離原理
毛細管電泳又稱為高效毛細管電泳或毛細管電分離法，是以毛細管為電分離通道，以高壓電流為驅動力的新型分離技術。其分離模式多樣，包括毛細管區帶電泳、毛細管等速電泳、毛細管等電聚焦、膠束電動毛細管色譜、毛細管凝膠電泳等。物質在毛細管電泳中的分離行為主要與兩種行為有關，即電泳和電滲。電泳是指帶電離子在電場中的遷移行為，電滲則是毛細管中的溶液在外加電場的作用下整體朝一個方向運動的現象。電滲的產生是由於常用的玻璃毛細管、石英毛細管或聚四氟乙烯管的表麵存在著矽羥基或羧基，在大多數溶液中形成負電層，會吸引溶液中的正電荷聚集在周圍從而形成雙電層。雙電層的形成會導致在靠近管壁的溶液層中形成高出溶液本體的自由離子（陽離子），在外加電場的作用下通過碰撞等作用對溶劑分子施加單向推力，形成朝向負極的電滲。電滲的速度大於電泳速度，可以實現正負離子的同時分離，分離順序為正離子、中性分子、負離子，而中性分子由於與電滲速度相同從而得不到分離。毛細管電泳的應用範圍較廣，既能夠分離大分子物質，如蛋白質，也能分離無機金屬離子。與HPLC相比，分析時間短，分辨率和靈敏度更高，分離使用的緩衝溶液少。但由於毛細管容量小，不適合於製備分離。
（二）毛細管電泳分析糖類
穀物加工中產生的糖主要為中性糖，不能直接通過電泳法進行分析，需要通過配位、解離或是衍生等方法使其帶電，從而實現其在電場中的分離。在眾多使糖帶電的方法中，適當的衍生方法不但能夠使中性糖帶電，還能提高檢測靈敏度。許多芳香胺類化合物既有紫外吸收又能夠發射熒光，是一類非常好的衍生試劑。其中采用9-氨基芘-1，4，6-三磺酸（APTS）對糖進行衍生，具有獨特的優勢，同時采用激光誘導熒光檢測器（LIF）檢測，是非常靈敏的分析方法。APTS含有三個磺酸基，使其既能在堿性也能在酸性條件下電離。在堿性條件下電離，能夠區分糖的結構差異，適合於同分異構體的分離；而酸性條件則能按照相對分子質量進行分離。采用此種方法分析木糖基多糖最大聚合度可達17，α-1，4鍵合的多糖為18。傑能科穀物應用實驗室以10mmol/L、pH 2.9的磷酸緩衝液為分離緩衝液用於分析糊精APTS衍生物，可在25min之內完成聚合度達到45的多糖分析。CE-LIF也可以分析糖的同分異構體，澱粉水解過程中的逆反應產物異麥芽糖、潘糖、曲二糖、黑曲黴糖及纖維素降解產物纖維二糖、龍膽二糖等都可以用APTS衍生進行分析。但由於此方法是APTS與糖的還原端進行衍生化反應，因此並不適合於非還原糖如海藻糖的檢測。此外一些研究也發現，APTS對果糖的衍生效率遠低於對其他糖，因此當樣品中含有少量果糖時，其很難被檢測到。除了果糖外，筆者在分析過程中發現，含有果糖基的麥芽酮糖、水蘇糖也存在此問題。在進行同分異構體分離時，如利用CE法分析低聚異麥芽糖，如采用α-萘胺對低聚異麥芽糖進行衍生，使用75mmol/L的硼砂（pH10.5）為分離緩衝液，進行紫外檢測，可以檢測到樣品中含有葡萄糖、麥芽糖、異麥芽糖、麥芽三糖和潘糖。傑能科穀物應用實驗室以50mmol/L的硼砂（pH9.6）為分離緩衝液對低聚異麥芽糖的APTS衍生物進行分離，可在30min內實現葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、異麥芽糖、異麥芽三糖、潘糖、異麥芽四糖、異麥芽五糖、異麥芽六糖、異麥芽七糖、曲二糖、黑曲黴糖的分離。
（三）毛細管電泳分離小分子物質
除了分析糖組分，CE也非常適合於小分子物質的分離，如分析發酵過程及產品中各種陽離子、陰離子、有機酸的變化。采用CE可在5min內完成鈉離子、銨離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子及鋰離子的分析，也可在10min內完成15種陰離子、脂肪酸、有機酸的分析。采用CE分離無機離子，檢測方式可分為直接檢測和間接檢測兩種。采用直接檢測時，除了某些價態的金屬離子外，通常通過適當的配合物生成有紫外吸收的金屬配合離子進行檢測。而間接紫外檢測則是使用淌度較大的背景試劑，樣品離子可以置換背景試劑中的離子，從而使背景吸收下降而實現待測離子的檢測。對於陽離子，通常使用芳香胺或銨作為背景試劑，而對於陰離子則可使用鉻酸鹽、芳香酸或磺酸作為背景試劑。采用間接檢測時，背景試劑不能同時兼顧正負離子，因此不適合於陰陽離子的同時分離檢測。
1.果葡糖漿生產中的鈣、鎂離子檢測
葡萄糖液中鈣離子含量對果糖的生產具有重要的意義，鈣離子的存在不但會抑製異構酶的活力，也會縮短其壽命。作者所在實驗室采用毛細管電泳法測定了來自於不同客戶的樣品中鈣離子的含量。毛細管電泳法分離鈣離子是基於帶電粒子在電場中泳動行為的不同進行分離，其優點是所需樣品量少，分離緩衝液為水溶液，無毒且用量少，毛細管易再生，分析速度快，通常可以在數分鍾內分離幾十種陽離子。為采用毛細管電泳在5min內分離6種陽離子標樣的色譜圖。
通過毛細管電泳分析發現所測樣品中的鈣離子含量從0.28～12.38mg/kg不等。這些樣品均采集於離子交換柱出口，其中3個樣品鈣離子濃度低於3mg/kg，其餘樣品中鈣離子濃度均超過5mg/kg，最大鈣離子濃度超過12mg/kg。
樣品中的鈣離子主要來源於澱粉液化工段。雖然采用現代生物技術生產的α-澱粉酶已不需要額外添加鈣離子，但為了澱粉酶能夠正常工作，采用自來水進行澱粉調漿工作，鈣離子即是來源於此。轉化過程中所使用的葡萄糖異構酶隻有在低聚體形式下且需要鎂離子、錳離子等二價陽離子的存在才有活力，而鈣離子是一種很強的競爭性抑製離子，它與異構酶的結合常數是鎂離子與異構酶結合常數的5倍，當糖液中存在鈣離子時，鈣離子會優先與異構酶結合，從而降低酶的催化活力。因此在進入異構柱之前，糖漿需要通過離子交換盡可能除去其中的鈣離子，通常建議將糖液中的鈣離子降至5mg/kg以下。同時為了使葡萄糖異構酶能夠正常工作，還需加入鎂離子，並使鎂、鈣離子的比例能夠保持在20以上。因此知道糖液中鈣離子的準確濃度不但能判斷離子交換工序的工作狀態，還能指導鎂離子的添加量，避免多加以造成後續離子交換的負擔，或是少加而削弱異構酶的表現。