超声波提取植酸的研究

超声波提取植酸的研究

种植酸是一种含有6个醇和6个磷酸酯的环己六醇酯。它存在于谷物、豆类和油籽等农产品中。植酸是植物种子内有机磷储存的重要仓库,当种子发芽时,植酸可释放出磷酸,形成ATP,促进种子发芽,为生长提供充足能量。但植酸与钙、镁、铁、锌、钾等许多金属离子形成不溶性螯合物,严重影响人体对必需矿物元素的生物利用;植酸与蛋白质结合,会降低蛋白质的生物效价和功能特性,减少人体对植物蛋白质的摄取;植酸能抑制淀粉酶、胰蛋白酶的活性,破坏体内正常的生理活动。因此,在食品生产中,一般视其为营养阻碍剂而将其去除,并且测定食品中植酸的含量也成为较受关注的问题。现在对植酸的测定方法有很多种,如硝酸钍滴定法、测铁分光光度法、测磷分光光度法和高效液相色谱法、离子交换法、近红外反射光谱法、31P-核磁共振等,但没有统一的检测标准。离子交换法对使用树脂的要求较高,且要经过几次洗脱过程,操作繁琐,特别是提取液中的氯离子对测定结果干扰很大。高效液相色谱法操作简便,准确度及灵敏度高,但设备及标准物价格昂贵。近红外反射光谱法、31P-核磁共振法等也需昂贵的设备;分光光度法需要昂贵的标准物。因此,在基层检验中需要建立简便、快速、廉价的植酸测定方法。植酸有很强的络合三价铁离子的能力,即使在pH值较低时,植酸与铁形成的络合物仍很稳定。因此可用标定的三氯化铁溶液滴定样品的植酸浸提液,以10%磺基水杨酸为指示剂,当Fe3+稍过量时,即与磺基水杨酸生成紫红色化合物而显示终点。近年来超声波被广泛应用于植物中各种成分的提取。超声波所有的应用基础基本上都源于超声波的空化作用。即液体介质在一定强度的超声作用下,由于交替受正负压的作用,当某一区域处于负压时,介质中如果液体分子间相互作用强度不足以对抗超声波的负压,就会在液体内部形成空化泡。空化泡一旦产生,一般不会立即消失,而是随着超声场的相位变化而长大或压缩,甚至塌陷。这种由超声引起的空化气泡在介质中产生﹑塌陷或消失的现象叫做空化作用。超声空化产生的超声微冲流,能有效打破边界层,使扩散速度增加,有效提高浸提效率。本实验以麦麸为研究材料,对三氯化铁滴定法测定植酸含量的方法进行优化及改进研究,并将超声技术引入植酸浸提,以期达到提高植酸浸提量及缩短浸提时间的目的,从而建立一种适合基层采用、简便、快速、廉价的植酸测定方法。1材料和方法1.1材料和试剂麦麸(过40目筛)、浓盐酸、磺基水杨酸钠、三氯化铁、EDTA标样等。1.2tgl-3g型采用HHS型电热恒温水浴锅中国上海博讯实业有限公司;TGL-16G型台式离心机中国上海安亭科学仪器制造厂;JY92-Ⅱ型超声波细胞粉碎机中国宁波海曙科生超声设备有限公司。1.3方法1.3.1超声波处理植酸浸提通过盐酸浓度、时间、水浴温度做单因素试验优化植酸浸提条件;再在植酸浸提过程中加入超声波处理。在20~25kHz范围内,对超声波处理时间、功率进行单因素试验,对超声波处理时间、盐酸浸提时间和功率进行正交试验,得到植酸超声浸提最佳条件。1.3.2植酸含量%准确称取麦麸2.0g于100ml锥形瓶中,采用盐酸为浸提液,在实验所得最佳条件下浸提,离心(15000r/min,15min),取上清液2ml,用蒸馏水定容至10ml。加入10%磺基水杨酸溶液2滴,用EDTA标样标定了浓度的三氯化铁溶液滴定至紫色不褪。按下式计算植酸的含量。植酸含量(%)=(20C×V×0.2357/W)×100式中:C为三氯化铁溶液浓度(mol/L);V为滴定耗去三氯化铁溶液的体积(ml);W为样品干基重(g);0.2357为每分子植酸可络合2.8个Fe3+,1mol三氯化铁相当于0.2357g植酸。2结果与分析2.1植物酸测定的单因素试验和提取物条件试验2.1.1盐酸浓度及植酸含量顺序采用不同浓度盐酸,50℃水浴浸提2h后,测定结果见表1。由表1可见,植酸含量随浸提盐酸浓度的增加而增加。盐酸浓度由0.4mol/L增加到1.2mol/L时,植酸含量依次增加0.4433%、0.2796%、0.1403%、0.0394%。可见当盐酸浓度增加至0.8mol/L以后,增加趋势不明显。因此,确定提取植酸的最佳浓度为0.8mol/L。2.1.2植酸含量测定采用0.8mol/L盐酸,在不同水浴温度浸提2h后,植酸含量测定结果见表2。从表2可见,水浴温度50℃时提取植酸含量最高,故以50℃为最佳水浴浸提温度。2.1.3不同浸提时间对植酸提取量的影响采用0.8mol/L盐酸、在50℃水浴下浸提不同时间,植酸含量测定结果见表3。从表3可以看出,植酸提取量随浸提时间的增加而增加。从2~5h,植酸含量依次增加0.1431%、0.2095%、0.1161%,0.0481%、0.0458%,但超过5h后,植酸含量增加不多。因此,可采用5h作为浸提时间。2.2超声处理植酸单因素实验在0.8mol/L盐酸、50℃水浴浸提5h后,采用20~25kHz超声波,在不同功率、不同作用时间下进行超声波处理,以期进一步提高植酸的提取量。2.2.1超声功率对植酸含量测定的影响在0.8mol/L盐酸、50℃水浴浸提5h后,采用超声波频率20~25kHz,在不同功率下超声处理100s植酸含量测定结果见表4。从表4可见,增加超声处理后,植酸含量测定结果明显高于未超声处理的结果,与表3中未超声处理5h对比,在300W就增加了0.3940%,且随超声功率的增大而增大。但600W之后增加不明显。2.2.2不同超声处理对植酸测定结果在0.8mol/L盐酸、50℃水浴浸提5h后,采用频率20~25kHz、功率600W超声波处理,在不同超声处理时间条件下植酸测定结果见表5。从表5可见,植酸提取量随时间增加而增加,但15min之后增加不明显。从以上实验结果可知,加入超声波处理,植酸提取量明显增加。2.3超声时间及超声功率对植酸浸提量的影响为了充分利用超声空化作用,提高浸提效率,尤其是缩短浸提时间,为此根据单因素浸提条件结果,用0.8mol/L盐酸,采用先20~25kHz超声波处理,再50℃水浴浸提的方法,通过对超声处理功率、时间及浸提时间进行正交试验,达到缩短浸提时间的目的。正交试验结果及分析见表6。由表6可知,在盐酸浓度为0.8mol/L、水浴温度50℃条件下,采取先超声波处理再浸提的方式,三因素的最优组合为A3B3C2,即浸提时间1.5h,超声波处理时间15min、功率700W,在此条件下测得的植酸含量为6.6341%。从R值分析可见,影响植酸浸提量的主次因素为:超声时间>浸提时间>超声功率。在未加入超声波处理之前,水浴浸提5h得到的植酸含量为5.5049%,而加入超声波处理(700W,15min,20~25kHz)之后,再浸提1.5h植酸含量达到6.6341%,说明超声波处理不仅提高了植酸浸提量,还大大缩短了浸提时间,