毛玉濤 王明力 張 洪 和 岳
(1.貴州大學化學與化工學院,貴州 貴陽 550003;2.貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點實驗室,貴州 貴陽 550003;3.貴州大學喀斯特山地果樹研究所,貴州 貴陽 550003)
豆?jié){中含有豐富的植物蛋白,磷脂,維生素B1、B2,煙酸和鐵、鈣等礦物質[1],長期以來備受國人青睞,被譽為21世紀“餐桌明星”,在歐美享有“植物奶”的美譽[2]。盡管豆?jié){和豆制品屬于高營養(yǎng)低價位的食物,但患有消化性潰瘍和痛風病的患者[3]卻因大豆中嘌呤含量較高(180mg/100g左右)而不宜長期食用[4,5],因為嘌呤有促進胃液分泌的作用,且在人體內(nèi)最終代謝為尿酸,若嘌呤代謝紊亂使得過多尿酸沉積在體內(nèi)就會引起痛風及其并發(fā)癥。因此去除豆?jié){中的嘌呤類物質,使其適合特殊人群食用,具有重要的研究意義。
嘌呤是一類帶堿性有兩個相鄰碳氮環(huán)的含氮有機大分子物質,含有極性基團,可被某些吸附劑作用[6]。食品工業(yè)中常見的吸附劑有硅藻土、活性炭、沸石、殼聚糖和分子篩等。前人[7-9]曾分別成功應用活性炭和殼聚糖吸附飼料和啤酒中的嘌呤類物質,取得了較為顯著的成果。但是對于豆?jié){中嘌呤物質脫除的研究卻未見報道。本試驗比較了不同的吸附劑對嘌呤物質的吸附性能,篩選出效果最佳的吸附劑,并深入研究其對豆?jié){中嘌呤類物質的吸附效果。
黃豆:產(chǎn)地安徽蚌埠;
腺嘌呤標樣、鳥嘌呤標樣、黃嘌呤標樣、次黃嘌呤標樣:色譜純,鼎國生化試劑有限公司;
食品級硅膠、硅藻土、尼龍66(聚己二酰己二胺)、PVPP(交聯(lián)聚維酮)、活性炭、殼聚糖、分子篩及人造沸石:天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心;
甲酸、三氟乙酸、氫氧化鉀、磷酸:分析純,天津市光復精細化工研究所;
甲醇、異丙醇:色譜純,天津市登科化學試劑有限公司;
高效液相色譜儀:Agilent 1100,美國 Applied Biosystems公司;
超聲波清洗器:SG2200HPT,上海冠特超聲儀器有限公司;
豆?jié){機:JYL-B050,九陽豆?jié){機有限公司;
恒溫磁力攪拌器:CJJ-781,江蘇省金壇市恒豐儀器廠;
電子精密天平:AL204,奧豪斯儀器有限公司;
精密酸度計:PHS-25B,上海大普儀器有限公司;
數(shù)顯恒溫水浴鍋:DF-101S,金壇市正基儀器有限公司;
離心機:TDL-40B型,上海安亭科學儀器廠。
1.2.1 吸附劑的篩選 分別精確稱量50mg腺嘌呤、鳥嘌呤、黃嘌呤和次黃嘌呤標準品溶于溶于1 000mL 0.1mol/L的鹽酸溶液中,取上述各溶液100mL,加入100mg吸附劑,振蕩均勻,靜置一定時間,過濾,比較不同吸附劑對4種嘌呤物質的吸附效果。選出效果最佳的吸附劑對豆?jié){進行嘌呤吸附的研究。
1.2.2 豆?jié){中嘌呤物質的脫除工藝 取50mL研磨好的豆?jié){于100mL燒瓶中,加入一定量的吸附劑,攪拌均勻,在一定的pH下吸附一段時間,冷卻后離心(2 500r/min),過濾,待分析。
分別考察吸附劑添加量、吸附時間、吸附溫度及反應pH值對豆?jié){嘌呤物質吸附率的影響,并通過正交試驗優(yōu)化工藝條件。
1.2.3 分析方法 利用高效液相色譜[10,11]對豆?jié){中嘌呤的含量進行測定。色譜分離條件:Zorbax C18反相柱(4.6mm×250mm,5.0μm)色譜柱,以0.02mol/L磷酸二氫鉀緩沖液(pH 3.6)作為流動相,流速0.8mL/min,柱溫25℃,進樣量10μL,檢測波長 (λ1)為254nm[11,12]。
取10mL樣品于50mL燒瓶中,加入10mL三氟乙酸與甲酸1∶1的混合液,在98~101℃油浴鍋中水解1h,然后冰浴冷卻,并用15mol/L KOH溶液中和,直至pH調(diào)至7,再用H3PO4調(diào)pH至3,定容至50mL,用0.22μm濾膜過濾,在254nm波長處測定,根據(jù)標準曲線求出嘌呤的含量[13-16]。
根據(jù) GB 5009.5——2010《食品中蛋白質測定方法》,利用半微量凱氏定氮法分別對吸附處理前后的豆?jié){進行蛋白質含量的測定,并與QB/T 2132——2008《植物蛋白飲料 豆奶(豆?jié){)和豆奶飲料》標準進行對照。
1.2.4 嘌呤吸附率的計算 據(jù)報道[3]大豆中含腺嘌呤0.732 3mg/g,鳥嘌呤0.821 2mg/g,黃嘌呤0.020 2mg/g,次黃嘌呤0.031 8mg/g。由此可見大豆中的嘌呤物質主要以腺嘌呤和鳥嘌呤為主,黃嘌呤和次黃嘌呤的含量微乎極微,因此本試驗主要考察處理前后腺嘌呤和鳥嘌呤的含量變化。
吸附處理前后腺嘌呤和鳥嘌呤含量總和的變化量稱為嘌呤吸附率。根據(jù)樣品中腺嘌呤和鳥嘌呤的峰面積,從標準曲線上查出其濃度,豆?jié){中嘌呤物質的吸附率按式(1)計算:
式中:
X——豆?jié){中嘌呤物質的吸附率,%;
C0—— 處理前豆?jié){中嘌呤的濃度,mg/mL;
C——處理后豆?jié){中嘌呤的濃度,mg/mL。
8種吸附劑對4種嘌呤的吸附效果見表1。
表1 不同吸附劑對4種嘌呤的吸附效果Table 1 Different types of sorbments on the removal of purine /%
由表2可知,8種吸附劑對4種嘌呤都具有一定的吸附效果,活性炭的吸附效果尤其顯著,特別是對黃嘌呤和次黃嘌呤的吸附效果更加明顯,吸附效果次于活性炭的是殼聚糖。其它6種吸附劑對4種嘌呤物質的吸附效果都不理想。故選擇活性炭作為豆?jié){嘌呤物質的吸附劑,進行深入研究。
活性炭的添加量對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響見圖1。
圖1 活性炭的添加量對豆?jié){中嘌呤脫除率的影響Figure 1 Effect of removal yield of purine in Soya bean milk on the addition of activated carbon
由圖1可知,隨著活性炭加入量的不斷增大,嘌呤的去除率逐漸增大,當活性炭濃度達到1.5g/L時,去除效果達到最大。
反應溫度對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響見圖2。
圖2 反應溫度對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響Figure 2 Effect of removal yield of purine in Soya bean milk on temperature
由圖2可知,隨著溫度的不斷升高,豆?jié){中嘌呤的去除率呈現(xiàn)先增加后減少的狀態(tài),在70℃時達到最高,繼續(xù)升高溫度,吸附率反而下降。這是由于活性炭吸附為物理吸附,吸附過程是放熱過程,溫度過高反而不利于吸附,因此,70℃時吸附效果最好。
反應pH對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響見圖3。
圖3 反應pH對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響Figure 3 Effect of removal yield of purine in Soya bean milk on pH
由圖3可知,隨著pH的逐漸增大,嘌呤的吸附率先增大后減小,在pH為8時達到最大,但趨勢并不是很明顯,考慮到豆?jié){本身的pH為6.8左右,與最大值間差距不大,因此在深入活性炭對豆?jié){嘌呤進行去除的探索中,可維持反應pH值在豆?jié){本身pH值(6.8)左右來進行研究。
反應時間對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響見圖4。
由圖4可知,隨著反應時間的增加,嘌呤吸附率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在50min時達到最大。
選擇活性炭作為豆?jié){嘌呤物質的吸附劑,分別考察活性炭的添加量、反應溫度、pH值和反應時間4個因素對豆?jié){中嘌呤物質吸附率的影響。根據(jù)單因素試驗結果,確定各因素對應水平見表2。
根據(jù)表2確定的各個因素,進行正交試驗,得到結果見表3。
圖4 反應時間對豆?jié){中嘌呤吸附率的影響Figure 4 Effect of removal yield of purine in Soya bean milk on time
表2 因素水平表Table 2 Different Levels of Fators
表3 正交試驗結果與分析Table 3 Orthogonal experiment and results analysis
由表3可知,影響豆?jié){中嘌呤去除率的因素主次為D>A>B>C,最佳配比為A3B1C1D3,但由單因素試驗可知,當活性炭的添加量大于1.5g/L時,嘌呤吸附率的增加趨勢已不明顯,且考慮到活性炭濃度越高,其對豆?jié){的品質影響也越大,所以確定最佳添加量為1.5g/L,pH值為6.0,60℃恒溫靜置60min。在此條件下進行3次驗證實驗,最終得到豆?jié){中嘌呤的平均去除率為48.878%。經(jīng)過凱氏定氮測得未經(jīng)處理的豆?jié){蛋白質含量為6.826%,處理過的豆?jié){蛋白質含量為5.122%,僅降低了1.135%。
通過吸附作用的機理,采用不同的吸附劑對4種嘌呤物質進行吸附,活性炭的吸附效果遠遠大于其它吸附劑。選擇活性炭作為吸附劑,對豆?jié){中的嘌呤類物質進行吸附研究。結果表明,在活性炭添加濃度為1.5g/L,pH值為6.0,60℃恒溫靜置60min時,能有效去除豆?jié){中的嘌呤物質,吸附率達到48.878%。經(jīng)過凱氏定氮測得處理過的豆?jié){蛋白質含量僅降低了1.135%??煽紤]采用該方法,為痛風及其并發(fā)癥患者研制低嘌呤保健豆?jié){,并擴大豆制品的消費市場,創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。
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