活性炭吸咐玉米肽中芳香族氨基酸的應(yīng)用研究

趙晨霞，劉新華，李治龍，張德欣，王 輝

(1.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院園藝系，北京100024;2.塔里木盆地生物資源保護(hù)利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300;3.新疆塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300;4.安徽阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽阜陽236031)

活性炭吸咐玉米肽中芳香族氨基酸的應(yīng)用研究

趙晨霞1，劉新華2，李治龍3，*，張德欣4，王 輝1

(1.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院園藝系，北京100024;2.塔里木盆地生物資源保護(hù)利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300;3.新疆塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300;4.安徽阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽阜陽236031)

通過活性炭初步純化玉米肽工藝條件進(jìn)行研究。結(jié)果表明，最優(yōu)工藝條件為在pH為3，吸附溫度為30℃，吸附劑用量為1∶10，吸附時間為2h。通過該研究可對酶解所得玉米肽進(jìn)行初步分離純化，并為選擇較好的脫苦脫色吸附劑提供理論參考。

活性炭，純化，玉米肽

玉米蛋白粉進(jìn)行酶解后可生成分子量很小但活性很高的短肽分子，這些短肽分子具有高溶解性、高濃度、低黏度等特點(diǎn)［1］，而且還具有許多生理活性，如保肝［2］、降血壓［3］、抗疲勞［4］、抗氧化［5］、醒酒［6］等。但在玉米肽的制備過程中，隨著玉米蛋白粉的水解，可溶性蛋白增加，酮、醛、醇等揮發(fā)性風(fēng)味化合物同時釋放［7］，而玉米蛋白粉中的黃色素和堿性蛋白酶的顏色，也會隨著水解顏色逐漸加深。另一方面，由于蛋白質(zhì)酶解過程中會產(chǎn)生一些疏水性氨基酸，其暴露在外面的寡肽與人體的味蕾作用會產(chǎn)生苦味［8］。為了純化產(chǎn)品，必須降低玉米肽的苦味，即去除水解過程中的芳香族氨基酸。目前分離氨基酸的方法很多，如離子交換法、膜分離法、凝膠過濾法、高效液相層析法、滲透蒸發(fā)技術(shù)、親和層析法等［9］。但這些方法成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)，而活性炭法則是一種低成本純化方法［10］。據(jù)報道，活性炭去除芳香族氨基酸的能力主要與固液比、溫度、吸附時間和pH有關(guān)。本文采用活性炭去除玉米肽中的芳香族氨基酸，探討了上述因素對玉米肽純化的影響，并對其最佳純化條件進(jìn)行了摸索。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米蛋白粉 北京市畜牧研究所提供;玉米肽實(shí)驗(yàn)室自制;活性炭(100目) 上海興長活性炭有限公司，食品級。

數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;離心機(jī) Gppendorf－Centrifuge 5804R;高速萬能粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司;電子天平 Acenlab Sartorius Group;水浴鍋 精科華瑞;冷凍干燥機(jī) 上海精密科學(xué)技術(shù)儀器;Cary－100型紫外可見分光光度計 美國瓦里安;燒杯，玻璃棒。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 玉米肽的制備 參見文獻(xiàn)［11］。

1.2.2 吸附效果的檢測 由于玉米肽混合物中，高支鏈氨基酸在220nm處有最大吸收峰，芳香族氨基酸在280nm處有特征性的最大吸收峰，而其它氨基酸對此波長的紫外線無吸收，故用紫外分光光度計檢測，分別檢測吸附前后的OD值作比較，一般認(rèn)為對支鏈氨基酸吸附少且對芳香族氨基酸吸附多者吸附效果越好。

1.3 吸附方案的確定

據(jù)資料研究表明［6］，活性炭去除芳香族氨基酸的能力受多種因素的影響，起決定作用的是活性炭用量，當(dāng)用量一定的情況下，吸附溫度對吸附效果的影響也是非常重要的，其次是吸附介質(zhì)的pH。因此在此實(shí)驗(yàn)過程中，安排單因素實(shí)驗(yàn)的順序是先進(jìn)行活性炭用量的選擇性實(shí)驗(yàn)，在確定其最佳用量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行最佳吸附溫度的實(shí)驗(yàn)，最后確定pH。具體方法為取堿性蛋白酶水解玉米蛋白粉后的水解液(離心后的上清液)，在一定的溫度下保溫，調(diào)節(jié)上清液的pH，按照一定的固液比加入一定量的活性炭吸附，吸附一定時間后進(jìn)行離心(6000r/min離心10min)后，取上清液，測定其OD280和OD220。

1.4 正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素結(jié)果對吸附條件進(jìn)行優(yōu)化，選擇溫度(A)、pH(B)、底物濃度(C)、吸附時間(D)作為實(shí)驗(yàn)因子，以O(shè)D220/OD280為指標(biāo)，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計，對活性炭吸附玉米肽芳香族氨基酸條件進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)方案見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)方案

2 結(jié)果與分析

為了選擇一種對芳香族氨基酸吸附容量大且對支鏈氨基酸吸附容量小的活性炭，本實(shí)驗(yàn)對活性炭吸附條件進(jìn)行了篩選，以吸附后溶液的吸光度為指標(biāo)。活性炭吸附前水解液支鏈氨基酸的 OD220為2.747，芳香族氨基酸的OD280為0.715。

2.1 活性炭用量的確定

由圖1可知，從吸附后的OD280的值可以看出，當(dāng)活性炭與物料比為1∶16時，活性炭對芳香族氨基酸吸附量較多，但同時吸附的支鏈氨基酸也較多;當(dāng)活性炭與物料比為1∶6時，活性炭吸附的支鏈氨基酸很少，同時對芳香族氨基酸的吸附量也較少。通常以O(shè)D220/OD280值作為評價指標(biāo)，此值越大則說明吸附效果越好，因此本實(shí)驗(yàn)綜合考慮產(chǎn)品的特點(diǎn)，選擇了活性炭與物料比1∶10作為最佳活性炭的固液比。

2.2 吸附溫度的選擇

吸附體系的不同溫度對芳香族氨基酸吸附的影響見圖2。由圖2可知，當(dāng)固液比為1∶10時，不同溫度條件下，吸附效果差別較大，雖然在溫度30℃時值最大，但是與25℃相差不大，由于25℃為室溫，容易達(dá)到，從生產(chǎn)效率和節(jié)約能源的角度考慮，本實(shí)驗(yàn)確定25℃為最佳吸附溫度。

圖1 不同濃度固液比對活性炭吸附效果的影響

圖2 不同溫度對活性炭吸附能力的影響

2.3 吸附pH的選擇

本實(shí)驗(yàn)研究了吸附體系在不同的pH條件下，活性炭吸附芳香族氨基酸的效果，結(jié)果見圖3。由圖3可知，pH對活性炭去除芳香族氨基酸的能力有很大的影響，在pH小于3或者大于3時，都會使支鏈氨基酸的吸附量增加，而使芳香族氨基酸的吸附量減少，綜合考慮到我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕且コ渲械姆枷阕灏被幔_定最佳吸附pH為3。

圖3 不同pH對活性炭吸附能力的影響

2.4 吸附時間的選擇

本實(shí)驗(yàn)研究了吸附體系在不同的吸附時間條件下，活性炭吸附芳香族氨基酸的效果，結(jié)果見圖4。由圖4可知，在吸附時間低于2h時，主要吸附的是芳香族氨基酸，隨著吸附時間的延長，雖然會進(jìn)一步吸附芳香族氨基酸，但是吸附幅度不大，而對支鏈氨基酸的吸附則迅速增長，因此，為了保證最大限度吸附芳香族氨基酸的同時，盡可能的保留支鏈氨基酸，我們選擇活性炭的吸附時間為2h。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素結(jié)果對吸附條件進(jìn)行優(yōu)化，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計，對活性炭吸附玉米肽芳香族氨基酸條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表2。

圖4 不同吸附時間對活性炭吸附能力的影響

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

從表2可以看出，影響活性炭吸附芳香族氨基酸進(jìn)行脫苦脫臭脫色實(shí)驗(yàn)的因素的影響主次關(guān)系為C>D>A>B，其中最佳水平組合是A3B2C3D3，但是通過單因素實(shí)驗(yàn)得到最佳底物濃度為1∶10，對組合A3B2C1D3和 A3B2C3D3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果證明A3B2C1D3(OD220/OD280為69.67)吸附效果優(yōu)于A3B2C3D3(OD220/OD280為69.07)，即最佳吸附條件為吸附劑用量為1∶10，吸附溫度為30℃，吸附pH為3，吸附時間為2h。

3 討論

綜上所述，采用活性炭法處理對玉米肽脫苦脫色有顯著的作用?；钚蕴康挠昧繉ξ叫Ч哂休^大的影響，這主要是由于一定量的活性炭其吸附量是一定的，所以隨著活性炭用量的增加，吸附效果明顯增強(qiáng)，而當(dāng)活性炭用量超過一定量時，它對芳香族氨基酸吸附量增加的同時，對支鏈氨基酸的吸附量也顯著增加，因此活性炭的最佳用量為料液比為1∶10;考慮吸附時間對吸附效果的影響，在一定的條件下，隨著時間的延長，吸附效果剛開始變化比較明顯，但當(dāng)達(dá)到一定的吸附效果后，其變化不是很大，因此，考慮到經(jīng)濟(jì)價值，確定最佳的吸附時間為2h;溫度對吸附效果的影響也較明顯，這可能是因?yàn)殡S著溫度的變化，分子間的運(yùn)動也相應(yīng)地發(fā)生了改變，從而影響了吸附效果;其中活性炭吸附的pH對吸附效果的影響可能是因?yàn)椴煌陌被岬牡入婞c(diǎn)不同的緣故，當(dāng)pH在其等電點(diǎn)附近其穩(wěn)定性最高，因此，在不同的pH，其吸附效果也會發(fā)生較大的變化。

通過實(shí)驗(yàn)，我們得到吸附效果為:吸附劑的用量>吸附時間>吸附溫度>吸附條件的pH;最佳吸附pH為3，最佳吸附溫度為30℃，最佳吸附劑用量為1∶10，最佳吸附時間為 2h。

［1］Fischer J E.The utilization of BCAA in the treatment of hepatic coma［A］.In:Capocaccia L，F(xiàn)ischer J E，Rossi－fanelli F.Hepatic Encephalopathy in Chronic Liver Failure.［C］.New York:Plenum，1984(3):11－21.

［2］Shin－ya T，et al.Enzymatic modification of zein to produce a non－bitter peptide fraction with a very high fischer ratio for patients with hepatic encephalopathy［J］.A Biol Chem，1991，55(4):1119－1123.

［3］金宏，許志勤，王先遠(yuǎn)，等.支鏈氨基酸提高大鼠游泳耐力作用探討［J］.營養(yǎng)學(xué)報，2001，23(1):48－50.

［4］王梅，谷文英.高F值寡肽混合物的制備及抗疲勞與抗氧作用［J］.糧油食品科技，1999(3):6－7.

［5］孫冀平，谷文英.蛋白肽飲料的醒酒機(jī)理和制備工藝的探討［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，1999，25(4):64－66.

［6］戴自英.臨床抗菌藥物學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，1985:219－223.

［7］翟瑞文，李燕群，陳子林，等.玉米肽的制備、特性與應(yīng)用［J］.食品工業(yè)科技，1998(3):31－33.

［8］王梅，谷文英.活性炭色譜法制備高F值寡肽混合物［J］.無錫輕工大學(xué)學(xué)報，199(4):41－45.

［9］韓繼福，任建波.活性炭吸附芳香族氨基酸制備高F值寡肽混合物的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)人學(xué)學(xué)報，2005(1):77－80.

［10］王梅.酶解玉米蛋白粉制備高F值寡肽混合物［D］.1996:70.

［11］劉新華，李治龍，趙晨霞，等.中型蛋白酶水解玉米蛋白粉制備可溶性肽最佳條件的研究［J］.食品科學(xué)，2009(7):194－197.

Study on application of the adsorption aromatic amino acid of active carbon from corn peptides

ZHAO Chen－xia1，LIU Xin－h(huán)ua2，LI Zhi－long3，*，ZHANG De－xin4，WANG Hui1
(1.Department of Horticulture，Beijing Vocation College of Agriculture，Beijing 100024，China;2.Xinjiang Production＆Construction Corps Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin，Ala’er 843300，China;3.College of Life Science，Tarim University，Ala’er 843300，China;4.Department of Chemistry and Bioengineering，Anhui Fuyang Vocational College，F(xiàn)uyang 236031，China)

Corn peptides were purified by active carbon absorption method.The experiment results indicated that active carbon absorption could get a good purification.The optimal purification condition was as follows:pH value was 3，the absorption temperature was 30℃，the active carbon content was 1∶10 and the absorption time was 2h.From the study of the corn peptides purification，the better clearing bitterness and color sorbent could be gotten.Key words:activate carbon;purification;corn peptide

TS210.1

B

1002－0306(2011)06－0244－03

2010－06－01 *通訊聯(lián)系人

趙晨晨(1958－)，女，教授，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品精細(xì)加工。

北京市教委科技計劃面上項(xiàng)目(KM201000005004)。