超聲波提取植酸的研究

超聲波提取植酸的研究

種植酸是一種含有6個醇和6個磷酸酯的環(huán)己六醇酯。它存在于谷物、豆類和油籽等農(nóng)產(chǎn)品中。植酸是植物種子內(nèi)有機(jī)磷儲存的重要倉庫,當(dāng)種子發(fā)芽時(shí),植酸可釋放出磷酸,形成ATP,促進(jìn)種子發(fā)芽,為生長提供充足能量。但植酸與鈣、鎂、鐵、鋅、鉀等許多金屬離子形成不溶性螯合物,嚴(yán)重影響人體對必需礦物元素的生物利用;植酸與蛋白質(zhì)結(jié)合,會降低蛋白質(zhì)的生物效價(jià)和功能特性,減少人體對植物蛋白質(zhì)的攝取;植酸能抑制淀粉酶、胰蛋白酶的活性,破壞體內(nèi)正常的生理活動。因此,在食品生產(chǎn)中,一般視其為營養(yǎng)阻礙劑而將其去除,并且測定食品中植酸的含量也成為較受關(guān)注的問題。現(xiàn)在對植酸的測定方法有很多種,如硝酸釷滴定法、測鐵分光光度法、測磷分光光度法和高效液相色譜法、離子交換法、近紅外反射光譜法、31P-核磁共振等,但沒有統(tǒng)一的檢測標(biāo)準(zhǔn)。離子交換法對使用樹脂的要求較高,且要經(jīng)過幾次洗脫過程,操作繁瑣,特別是提取液中的氯離子對測定結(jié)果干擾很大。高效液相色譜法操作簡便,準(zhǔn)確度及靈敏度高,但設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)物價(jià)格昂貴。近紅外反射光譜法、31P-核磁共振法等也需昂貴的設(shè)備;分光光度法需要昂貴的標(biāo)準(zhǔn)物。因此,在基層檢驗(yàn)中需要建立簡便、快速、廉價(jià)的植酸測定方法。植酸有很強(qiáng)的絡(luò)合三價(jià)鐵離子的能力,即使在pH值較低時(shí),植酸與鐵形成的絡(luò)合物仍很穩(wěn)定。因此可用標(biāo)定的三氯化鐵溶液滴定樣品的植酸浸提液,以10%磺基水楊酸為指示劑,當(dāng)Fe3+稍過量時(shí),即與磺基水楊酸生成紫紅色化合物而顯示終點(diǎn)。近年來超聲波被廣泛應(yīng)用于植物中各種成分的提取。超聲波所有的應(yīng)用基礎(chǔ)基本上都源于超聲波的空化作用。即液體介質(zhì)在一定強(qiáng)度的超聲作用下,由于交替受正負(fù)壓的作用,當(dāng)某一區(qū)域處于負(fù)壓時(shí),介質(zhì)中如果液體分子間相互作用強(qiáng)度不足以對抗超聲波的負(fù)壓,就會在液體內(nèi)部形成空化泡?？栈菀坏┊a(chǎn)生,一般不會立即消失,而是隨著超聲場的相位變化而長大或壓縮,甚至塌陷。這種由超聲引起的空化氣泡在介質(zhì)中產(chǎn)生﹑塌陷或消失的現(xiàn)象叫做空化作用。超聲空化產(chǎn)生的超聲微沖流,能有效打破邊界層,使擴(kuò)散速度增加,有效提高浸提效率。本實(shí)驗(yàn)以麥麩為研究材料,對三氯化鐵滴定法測定植酸含量的方法進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn)研究,并將超聲技術(shù)引入植酸浸提,以期達(dá)到提高植酸浸提量及縮短浸提時(shí)間的目的,從而建立一種適合基層采用、簡便、快速、廉價(jià)的植酸測定方法。1材料和方法1.1材料和試劑麥麩(過40目篩)、濃鹽酸、磺基水楊酸鈉、三氯化鐵、EDTA標(biāo)樣等。1.2tgl-3g型采用HHS型電熱恒溫水浴鍋中國上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;TGL-16G型臺式離心機(jī)中國上海安亭科學(xué)儀器制造廠;JY92-Ⅱ型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中國寧波海曙科生超聲設(shè)備有限公司。1.3方法1.3.1超聲波處理植酸浸提通過鹽酸濃度、時(shí)間、水浴溫度做單因素試驗(yàn)優(yōu)化植酸浸提條件;再在植酸浸提過程中加入超聲波處理。在20~25kHz范圍內(nèi),對超聲波處理時(shí)間、功率進(jìn)行單因素試驗(yàn),對超聲波處理時(shí)間、鹽酸浸提時(shí)間和功率進(jìn)行正交試驗(yàn),得到植酸超聲浸提最佳條件。1.3.2植酸含量%準(zhǔn)確稱取麥麩2.0g于100ml錐形瓶中,采用鹽酸為浸提液,在實(shí)驗(yàn)所得最佳條件下浸提,離心(15000r/min,15min),取上清液2ml,用蒸餾水定容至10ml。加入10%磺基水楊酸溶液2滴,用EDTA標(biāo)樣標(biāo)定了濃度的三氯化鐵溶液滴定至紫色不褪。按下式計(jì)算植酸的含量。植酸含量(%)=(20C×V×0.2357/W)×100式中:C為三氯化鐵溶液濃度(mol/L);V為滴定耗去三氯化鐵溶液的體積(ml);W為樣品干基重(g);0.2357為每分子植酸可絡(luò)合2.8個Fe3+,1mol三氯化鐵相當(dāng)于0.2357g植酸。2結(jié)果與分析2.1植物酸測定的單因素試驗(yàn)和提取物條件試驗(yàn)2.1.1鹽酸濃度及植酸含量順序采用不同濃度鹽酸,50℃水浴浸提2h后,測定結(jié)果見表1。由表1可見,植酸含量隨浸提鹽酸濃度的增加而增加。鹽酸濃度由0.4mol/L增加到1.2mol/L時(shí),植酸含量依次增加0.4433%、0.2796%、0.1403%、0.0394%?？梢姰?dāng)鹽酸濃度增加至0.8mol/L以后,增加趨勢不明顯。因此,確定提取植酸的最佳濃度為0.8mol/L。2.1.2植酸含量測定采用0.8mol/L鹽酸,在不同水浴溫度浸提2h后,植酸含量測定結(jié)果見表2。從表2可見,水浴溫度50℃時(shí)提取植酸含量最高,故以50℃為最佳水浴浸提溫度。2.1.3不同浸提時(shí)間對植酸提取量的影響采用0.8mol/L鹽酸、在50℃水浴下浸提不同時(shí)間,植酸含量測定結(jié)果見表3。從表3可以看出,植酸提取量隨浸提時(shí)間的增加而增加。從2~5h,植酸含量依次增加0.1431%、0.2095%、0.1161%,0.0481%、0.0458%,但超過5h后,植酸含量增加不多。因此,可采用5h作為浸提時(shí)間。2.2超聲處理植酸單因素實(shí)驗(yàn)在0.8mol/L鹽酸、50℃水浴浸提5h后,采用20~25kHz超聲波,在不同功率、不同作用時(shí)間下進(jìn)行超聲波處理,以期進(jìn)一步提高植酸的提取量。2.2.1超聲功率對植酸含量測定的影響在0.8mol/L鹽酸、50℃水浴浸提5h后,采用超聲波頻率20~25kHz,在不同功率下超聲處理100s植酸含量測定結(jié)果見表4。從表4可見,增加超聲處理后,植酸含量測定結(jié)果明顯高于未超聲處理的結(jié)果,與表3中未超聲處理5h對比,在300W就增加了0.3940%,且隨超聲功率的增大而增大。但600W之后增加不明顯。2.2.2不同超聲處理對植酸測定結(jié)果在0.8mol/L鹽酸、50℃水浴浸提5h后,采用頻率20~25kHz、功率600W超聲波處理,在不同超聲處理時(shí)間條件下植酸測定結(jié)果見表5。從表5可見,植酸提取量隨時(shí)間增加而增加,但15min之后增加不明顯。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,加入超聲波處理,植酸提取量明顯增加。2.3超聲時(shí)間及超聲功率對植酸浸提量的影響為了充分利用超聲空化作用,提高浸提效率,尤其是縮短浸提時(shí)間,為此根據(jù)單因素浸提條件結(jié)果,用0.8mol/L鹽酸,采用先20~25kHz超聲波處理,再50℃水浴浸提的方法,通過對超聲處理功率、時(shí)間及浸提時(shí)間進(jìn)行正交試驗(yàn),達(dá)到縮短浸提時(shí)間的目的。正交試驗(yàn)結(jié)果及分析見表6。由表6可知,在鹽酸濃度為0.8mol/L、水浴溫度50℃條件下,采取先超聲波處理再浸提的方式,三因素的最優(yōu)組合為A3B3C2,即浸提時(shí)間1.5h,超聲波處理時(shí)間15min、功率700W,在此條件下測得的植酸含量為6.6341%。從R值分析可見,影響植酸浸提量的主次因素為:超聲時(shí)間>浸提時(shí)間>超聲功率。在未加入超聲波處理之前,水浴浸提5h得到的植酸含量為5.5049%,而加入超聲波處理(700W,15min,20~25kHz)之后,再浸提1.5h植酸含量達(dá)到6.6341%,說明超聲波處理不僅提高了植酸浸提量,還大大縮短了浸提時(shí)間,