谷朊粉水解物微波辅助螯合锌工艺研究

高红梅，丁志刚，杨 婷

(安徽科技学院 食品药品学院,安徽 凤阳 233100)

谷朊粉水解物微波辅助螯合锌工艺研究

高红梅，丁志刚，杨 婷

(安徽科技学院 食品药品学院,安徽 凤阳 233100)

为优化谷朊粉水解物与锌的螯合工艺，以谷朊粉水解物为原料，七水硫酸锌作为锌源，通过单因素实验与正交实验研究了谷朊粉水解物与锌离子质量比、微波螯合时间、微波螯合功率、反应液pH对螯合反应的影响。经研究确定最佳螯合条件为：微波螯合功率为350W，微波螯合时间为8min，谷朊粉水解物与锌离子质量比为3∶1，反应液pH为8.0，该条件下螯合率为74.2%。

谷朊粉水解物；锌；微波；螯合

谷朊粉是以小麦为原料，经过深加工提取的一种淡黄色粉状的天然谷物蛋白，含有人体必需的多种氨基酸[1]。谷朊粉中脂肪、糖含量较低，钙、磷、铁含量均较高，尤其是钙含量远远大于鸡蛋、牛肉等食品，完全符合人们对健康膳食结构的要求[2]。锌是人体必需的微量元素之一，它参与人体内三百余种酶和功能蛋白的组成，对代谢活动起着重要的调节作用，与人体的生长发育、智力发育、免疫功能、脂质代谢等有着密切关系。虽然自然界中锌源十分丰富，但由于锌在人体内吸收代谢受种种因素的限制，人类膳食中锌相对缺乏并不罕见，婴幼儿、老人、妊娠期妇女的锌缺乏已被广泛研究[3]。朱璘[4]等人研究表明，有机螯合锌能增强免疫低下小鼠的非特异免疫功能和特异性细胞免疫及体液免疫功能，与无机锌相比有机锌吸收利用率更高。氨基酸螯合锌是第三代微量元素添加剂，由锌离子与氨基酸按一定的物质的量比形成的共价化合物，它是一类具有独特环状结构的螯合物，集氨基酸与锌元素于一体,是一种类似动物体内吸收形式和生物功能形式的锌元素添加剂[5-6]。本研究在碱性蛋白酶的水解下得到谷朊粉水解物，并加入七水硫酸锌得到螯合物，以螯合物和螯合率为指标通过试验得到微波辅助的最佳螯合工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

谷朊粉 江苏徐州得隆生物科技有限公司；碱性蛋白酶 200000U/g，中国医药集团上海试剂公司；七水硫酸锌 AR国药集团化学试剂有限公司；硫化钠 AR,上海统亚化工科技发展有限公司；乙二氨四乙酸二钠 BR，国药集团化学试剂有限公司；其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

KDL-20低速离心机 科大创新股份有限公司中佳分公司；HH-6数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；79-1磁力加热搅拌器 江苏金坛市金城国盛实验仪器厂；WD700G型微波炉 佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司；KQ5200DB 数控超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司。

1.3 研究方法

1.3.1 谷朊粉水解物的制备 称取50g谷朊粉用蒸馏水溶解并定容至1000mL→在200W功率下超声作用20min(形成悬浮液)→90℃水浴20min→冷却至60℃→调节pH值为8.5→加碱性蛋白酶水解(期间用0.1mol/L的NaOH和0.1mol/L的HCL维持pH稳定)→灭酶活(沸水浴5min)→冷却→离心分离(3500r/min离心10min)→取上清液→浓缩干燥→谷朊粉水解物[7-8]。

1.3.2 螯合物的制备工艺 称取一定量的谷朊粉水解物于500mL大烧杯中→用蒸馏水溶解→加入一定量的硫酸锌溶液→调节pH值→微波辅助作用→离心分离(3500r/min离心15min)→获得沉淀→无水乙醇洗涤抽滤2～3次→少量乙醚洗涤抽滤→100℃烘干→螯合物。

1.3.3 试验设计 以螯合率为指标，分别考察谷朊粉水解物与锌离子质量比(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)、微波螯合时间(4min、6min、8min、10min、12min)、微波螯合功率(70W、210W、350W、560W、700W)和pH(6.0、7.0、8.0、9.0、10.0)4个因素对螯合物制备的影响，找出各因素的最佳作用范围。进行单因素试验时拟定基础条件为水解物与锌离子质量比3∶1、微波螯合时间8min、微波螯合功率350W和pH7.0。在研究相关单因素时只改变此因素水平值，其他因素按基础条件值固定不变，在研究下一单因素时，已研究的单因素取最优值进行试验。

在单因素试验的基础上，选择对螯合率影响较大的因素，利用L9(34)正交试验，确定最佳螯合工艺条件。

1.3.4 螯合率的测定 准确移取谷朊粉水解物螯合液5mL于50mL容量瓶中，定容，摇匀，用EDTA络合滴定法测定锌离子的总量；另移取螯合液5mL于烧瓶中浓缩至近干，加入15mL无水乙醇离心分离，将所得沉淀用水溶解定容在50mL容量瓶中，定容，摇匀。用EDTA络合滴定法测定螯合态锌离子的含量[9-10]。EDTA络合滴定：准确移取20mL试液于锥形瓶中，加两滴二甲酚橙指示剂，滴加质量分数为20%的六亚甲基四胺至溶液呈现稳定的紫红色，再加4mL六亚甲基四胺。用EDTA滴定，当溶液由紫红色转变为黄色时为滴定终点。鳌合率按下式计算：

V1——滴定螯合态锌离子所消耗的EDTA溶液体积(mL)；

V0——滴定全部锌离子所消耗的EDTA溶液体积(mL)。

1.3.5 数据处理方法 正交试验及方差分析用Microsoft Excel 2003。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 谷朊粉水解物与锌离子质量比对螯合率的影响 水解若不充分则对后面的实验有较大的影响。本实验在谷朊粉水解时用的是碱性蛋白酶，因为经查找资料显示碱性蛋白酶水解效果明显[11-12]，所以为了使试验的有较明显的鳌合率采用了碱性蛋白酶来水解。

按照方法1.3.3中基础条件，研究谷朊粉水解物与锌离子质量比为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1时对螯合率的影响，结果如图1所示。

由图1可知，谷朊粉水解物与锌离子质量比对螯合反应的影响很大。若比值过大，谷朊粉水解物的利用率下降，造成原料浪费；比值过小时，螯合率较高，但螯合物得率较低。当谷朊粉水解物与锌离子质量比为3∶1时，螯合率最大，故确定后续单因素试验中谷朊粉水解物与锌离子质量比为3∶1。

2.1.2 微波鳌合时间对鳌合反应的影响 按照方法1.3.3中基础条件，研究微波螯合时间为4min、6min、8min、10min、12min时对螯合率的影响，结果如图2所示。

由图2可知，随着微波鳌合时间的增加螯合率呈增加趋势，当螯合时间增加到8min时螯合率达到最大值。随后微波处理时间延长螯合率反而出现降低，这可能是由于微波能量过高时，导致反应体系内部过热，而不能及时散失的热量使螯合物发生解离，从而使螯合率出现下降。鉴于此，在反应中应合理控制微波处理时间，以达到较好的螯合效果。

2.1.3 微波鳌合功率对鳌合反应的影响 按照方法1.3.3中基础条件，研究微波螯合功率为70W、210W、350W、560W、700W时对螯合率的影响，结果如图3所示。

由图3可知，在一定功率范围内，随着微波功率的提高螯合率也会随之增加，当功率增大到350W时，螯合率达最大值。当功率再继续增加时，螯合率反而下降，这主要是由于螯合反应所需能量足够时，再增加能量会导致反应体系热能过高，不利于稳定体系的形成。因此，综合考虑采用350W的微波功率进行螯合时，效果最佳，产物也最稳定。

2.1.4 不同pH对鳌合反应的影响 按照方法1.3.3中基础条件，研究反应体系pH为6.0、7.0、8.0、9.0、10.0是对螯合率的影响，结果如图4所示。

由图4可知，在所选pH范围内，pH对微波鳌合反应有一定的影响，随着pH的增加有助于提高鳌合率，但当pH增加到一定值时，鳌合率则随之减少。其原因可能是在酸性条件下，氨基酸的α-氨基带正电荷，导致无电子对与锌离子配位而使螯合率较低；而当体系呈碱性时，导致锌离子易生成氢氧化锌沉淀，而使得多肽螯合所需的锌严重不足，影响了螯合反应的进行，螯合率过低。随着pH的改变螯合物得率的改变范围不大故确定螯合反应的最佳pH为8.0，后续的正交试验将不再做为因素进行研究。

2.2 正交试验结果

通过单因素试验结果，选取谷朊粉水解物与锌离子质量比、微波鳌合时间和微波鳌合功率三个因素进行正交试验。设计正交试验因素水平组合如表1所示。正交试验结果如表2所示。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交实验结果

由表2结果可知，影响螯合物得率的因素主次顺序为A>C>B，即谷朊粉水解物与锌离子质量比对螯合率的影响最大，微波鳌合功率对螯合率的影响次之，微波鳌合时间对螯合率的影响最小。正交试验理论最佳螯合条件为A3C2B2组合，此组合在正交试验中并未出现,因此进行相应验证试验。经验证试验得A3C3B2试验条件下产物螯合率为72.8；A3C2B2试验条件下产物螯合率为74.2，故确定A3C2B2组合为最佳试验条件，即谷朊粉水解物与锌离子质量比为3∶1，微波鳌合时间为8min，微波鳌合功率为350W。

3 结论

经研究确定，谷朊粉碱性蛋白酶水解物与七水硫酸锌在微波下辅助作用下进行鳌合，可保持较高的螯合率，相比于其它保温螯合工艺可明显缩短生产时间，提高生产效率，为谷朊粉水解物螯合锌的制备奠定了理论基础。最佳螯合工艺条件为：谷朊粉水解物与锌离子质量比为3∶1,微波鳌合时间为8 min，微波鳌合功率为350W，反应液pH为8.0，螯合率达74.2%。

[1]徐颖,汪璇,刘小丹,等.谷朊粉的功能特性及应用现状[J].粮食与饲料工业,2010(10):29-32.

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[4]朱璘,颜天华,王秋娟.有机螯合锌对环磷酰胺模型小鼠免疫功能的影响[J].微量元素与建康研究,2002,1(4):7-9.

[5]杜亚丽,李静,吕晓敏,等.氨基酸螯合锌的特点制备方法及其在动物生产中的应用[J].饲料与营养,2012(8):42-43.

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(责任编辑：李孟良)

Research of Chelating Process of Gluten Flour Hydrolysates with Zinc under Microwave Radiation

GAO Hong-mei, DING Zhi-gang, YANG Ting

(College of Food and Drug Engineering，Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100,China)

The chelation process of gluten hydrolyzate with zinc was optimized by single factor design and orthogonal experiment.The effect of the mass ratio of gluten flour hydrolysates to zinc ,reaction time, microwave power, and pH value on chelate reaction was investigated. The optimum condition was obtained as follows: microwave power was 350 W, radiation time was 8 min, the mass ratio of gluten flour hydrolysates to zinc was 3∶1, the pH value was 8.0, and the chelated percent was 74.2 % under the reaction condition.

Gluten flou hydrolyses; Zinc; Microwave;Chelation

2014-11-13

安徽省教育厅科研课题(KJ2013Z043；KJ2012B060)。

高红梅(1978-)，女，黑龙江省双城市人，硕士，实验师，主要从事食品营养与加工研究。

TS201.2+1

A

1673-8772(2015)01-0039-05