谷朊粉水解物螯合锌的制备工艺研究

目录摘要………………………………………………………………………………………………1关键词……………………………………………………………………………………………1前言………………………………………………………………………………………………11材料与方法……………………………………………………………………………………11.1试剂与仪器…………………………………………………………………………………11.1.1原料………………………………………………………………………………………11.1.2试剂………………………………………………………………………………………11.1.3仪器………………………………………………………………………………………11.2方法…………………………………………………………………………………………31.2.1谷朊粉水解物的制备工艺………………………………………………………………31.2.2螯合物的制备工艺………………………………………………………………………31.2.3指标的测定方法…………………………………………………………………………31.2.4螯合物制备条件的优化…………………………………………………………………41.2.5螯合物的鉴定方法………………………………………………………………………42.结果与分析…………………………………………………………………………………42.1单因素试验结果分析………………………………………………………………………42.1.1谷朊粉水解物制备方法对螯合反应的影响……………………………………………42.1.2pH值对螯合反应的影响…………………………………………………………………52.1.3谷朊粉水解物与锌离子质量比对螯合反应的影响……………………………………62.2正交试验结果分析…………………………………………………………………………72.3螯合物的鉴定………………………………………………………………………………83.讨论…………………………………………………………………………………………83.1影响螯合反应的因素………………………………………………………………………83.2指标的分析…………………………………………………………………………………83.3试验可以改进的方面………………………………………………………………………83.4谷朊粉水解物螯合锌的研究前景…………………………………………………………84.结论………………………………………………………………………………………9致谢………………………………………………………………………………………………9参考文献…………………………………………………………………………………………9英文翻译………………………………………………………………………………………10食品药品学院本科毕业论文1谷朊粉水解物螯合锌的制备工艺研究食品质量与安全：指导老师：摘要：优化谷朊粉水解物与锌的螯合工艺。以谷朊粉为原料，氯化锌作为锌源，通过单因素试验研究谷朊粉水解物与锌离子质量比、谷朊粉水解物的制备方法、pH值对螯合反应的影响，并采用正交试验对螯合工艺进行优化，化学方法对螯合物进行初步鉴定。最佳的螯合工艺条件为：谷朊粉水解物的制备方法为碱性蛋白酶法，pH值为8.0，谷朊粉水解物与锌离子质量比为4:1；该条件下螯合物得率为50.3%；螯合率为85.3%。关键词：谷朊粉；锌；螯合物前言谷朊粉又称活性面筋，蛋白质含量高达75%以上，主要是麦谷蛋白和麦醇溶蛋白。其氨基酸较均衡，通过与其他食物性蛋白按比例混合，还可以弥补赖氨酸含量较缺乏的缺点，在食用中充分保证营养。另外，谷朊粉中脂肪、糖较低，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[1]。因此，谷朊粉很早便被应用于食品中，例如传统食品中的烤麸、古老肉、素鸡、素鸭、素肠、油面筋等。在现代食品中，谷朊粉通常作为食品添加剂、品质改良剂，甚至可以作为某些食品的替代品。因为谷朊粉其具有特殊的黏弹性和拉伸性，作为一种纯天然的食品添加剂，所以用来改善面粉的品质，有着无可比拟的优势。对面条专用粉，添加谷朊粉能提高面条的抗挤压力、抗弯曲力和抗拉应力。尤其是对通心面效果更为显著，有效地减少了蒸煮损失和防止变细，提高了筋力和其罐装产品中的耐热性面团的弹性、持气性[2]，面团发酵时间缩短，延缓面包的老化，面包的烘焙特性变好，使面包颜色加深、香味浓，效果更好[3-4]。目前谷朊粉在固体型食品中得到广泛应用，但在液体类食品(如饮料、乳制品)中研究受到很多限制，主要是谷朊粉含有较多的疏水性氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解度小，往往不能满足食品加工的需要。因此，改善谷朊粉功能性质对拓宽其应用范围具有重要意义[5]。近年来利用鱼类蛋白螯合金属离子以提高其在人体的利用率的研究较多，而谷朊粉生产量大、价格低廉，可作为一种较好的螯合基资源加以利用，以提高产品的附加值。锌是人体必需的微量元素之一，其含量仅次于铁。它参与人体内300余种酶和功能蛋白的组成，对代谢活动起重要的调节作用。它与人体的生长发育、智力发育、免疫功能、脂质代谢等有着密切的关系。虽然自然界中锌源十分丰富，但由于锌在人体内的吸收代谢受种种因素的限制，人类膳食中锌的相对缺乏并不罕见，婴幼儿、老人、妊娠期妇女的锌缺乏已被广泛研究[6]。据北京、杭州、郑州等20多个城市调查发现，约有40～60%的儿童缺锌[7]。我国有300多万先天愚型的儿童，经遗传、免疫和临床研究，均显示和缺锌有关。婴幼儿、儿童、青少年，生长发育速度较快，对锌营养的需求量很高，但往往饮食搭配不食品药品学院本科毕业论文2合理，造成锌摄入量不足。锌主要存在于动物性食品中，我国家庭中多以植物性食物为主，而且植物性食品中的草酸、植酸等严重干扰锌的吸收。为什么北方人个头比南方人高？有研究表明，主食是造成这种情况的重要原因。习惯吃馒头的北方人长得比较高，而习惯吃米饭的南方人则相对矮一些，这是因为在米面中存在植酸，它能够与锌元素结合，形成化合物，使得人体无法正常吸收，导致缺锌。不过，存在于米面中的植酸也有一个特点，如果把它发酵，植酸就会减少，不再对锌的吸收产生影响。另据调查，吃面包的西方人，缺锌状况就相对较少[8]。除了食物固有因素带来的吸收问题，朱璘[9]等人研究了有机锌对小鼠免疫功能的影响，结果表明：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。早在20世纪60～70年代人们就已经发现氨基酸和小肽具有促进锌吸收的作用，且氨基酸和肽的金属复合体如Fn、Zn和Mn的生物学利用率比无机盐高，且无毒副作用[10-11]。因此在日常饮食中合理添加有机锌是一条预防缺锌切实可行而有效的途径，但由于现在的有机锌价格都比较昂贵，而不利于强化普及使用。本项目将谷朊粉的精深加工利用与营养强化剂研制（螯合锌）相结合，可有效降低有机螯合锌的成本、提高谷朊粉的附加产值。对于食品强化锌制剂的开发具有积极意义，可有效提高强化食品中锌的吸收、利用率，对锌需要量较大的儿童、孕妇、乳母等特殊人群具有重要意义。1材料与方法1.1试剂与仪器1.1.1原料谷朊粉(江苏睢宁科泰小麦蛋白科技有限公司)。1.1.2试剂胃蛋白酶（BR，中国医药集团上海试剂公司）；胰蛋白酶（BR，中国医药集团上海试剂公司）；碱性蛋白酶（BR，中国医药集团上海试剂公司）；氯化锌(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）。1.1.3仪器79-1磁力加热搅拌器江苏金坛市金城国胜实验仪器厂SHB-Ш循环水式多用真空泵郑州长城科工贸易有限公司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PHS-3D精密PH计上海精科公司101C-3B型电热鼓风干燥箱黄石力恒丰医疗器械有限公司食品药品学院本科毕业论文31.2方法1.2.1谷朊粉水解物的制备工艺分别称取50g谷朊粉于1000mL大烧杯中→用蒸馏水定容→在90℃水浴20min→冷却→调节pH值→调节温度→加酶水解（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[12]。各制备方法具体见表1。表1谷朊粉水解物的制备Table1Preparationofglutenflour制备方法pH值加酶量（E/S）温度（℃）反应时间（h）胰蛋白酶8.50.01475胃蛋白酶2.00.01373碱性蛋白酶8.50.016031.2.2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→加入一定量的氯化锌溶液→调节pH值→在水浴50℃1h→离心分离（4500r/min离心10min）→获得沉淀→无水乙醇洗涤抽滤2～3次→少量乙醚洗涤抽滤→100℃左右烘干→螯合物[13]。1.2.3指标的测定方法1.2.3.1螯合物得率的测定螯合物得率按下式计算：%100%0WW）螯合物得率（W0——反应物总重量（g）；W——螯合物总重量（g）。1.2.3.2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；另移取谷朊粉水解物螯合液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。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。%100%100%01VV锌离子的总量螯合态锌离子的含量）螯合率（V1——滴定螯合态锌离子所消耗的EDTA溶液体积（mL）；食品药品学院本科毕业论文4V0——滴定全部锌离子所消耗的EDTA溶液体积（mL）。1.2.4螯合物制备条件的优化1.2.4.1单因素试验在其他条件都相同的情况下，以螯合物得率和螯合率为指标，分别考察谷朊粉水解物的制备方法（胰蛋白酶法、胃蛋白酶法、碱性蛋白酶法)、pH值（6、7、8、9）、谷朊粉水解物与锌离子质量比（3:1、4:1、5:1、6:1）3个因素对螯合物制备的影响。1.2.4.2正交试验在单因素试验的基础上，选择水平进而设计L9(33)正交试验，以螯合物得率和螯合率为指标，优选最佳螯合工艺。1.2.5螯合物的鉴定方法采用Na2S化学鉴定法对制备的螯合物进行定性分析。取一定量纯化后的螯合物样品，加入50mL蒸馏水溶解，再加入茚三酮试剂5～8滴，在电炉上加热沸腾2～3min，溶液颜色不变。另取一定量纯化后的氨基酸螯合物样品，加入25mL蒸馏水溶解，再加入过量的硫化钠，用玻璃棒搅匀，静置一段时间后得到黄色溶液，在溶液中再加入茚三酮试剂5～8滴，在电炉上加热沸腾2～3min，溶液由黄色变为紫红色则里面含有游离氨基酸。即样品中含有氨基酸螯合物。2.结果与分析2.1单因素试验2.1.1谷朊粉水解物制备方法对螯合反应的影响在谷朊粉水解物与锌离子质量比为4:1，pH值为8.0条件下，制备方法对螯合反应的影响见图1。注：1.胰蛋白酶法；2.碱性蛋白酶法；3.胃蛋白酶法。0102030405060708090123谷朊粉水解物制备方法螯合物得率(%)螯合率(%)螯合物得率螯合率图1谷朊粉水解物制备方法对螯合反应的影响Fig.1Effectsofpreparationmethodsglutenflourhydrolysateonchelationreaction食品药品学院本科毕业论文5由图1可知，谷朊粉水解物的制备方法对螯合反应影响较明显，不同的谷朊粉水解物由于制备时采用的蛋白酶不同，因此谷朊粉的水解度不同，