活性炭吸咐玉米肽中芳香族氨基酸的应用研究

赵晨霞，刘新华，李治龙，张德欣，王 辉

(1.北京农业职业学院园艺系，北京100024;2.塔里木盆地生物资源保护利用兵团重点实验室，新疆阿拉尔843300;3.新疆塔里木大学生命科学学院，新疆阿拉尔843300;4.安徽阜阳职业技术学院，安徽阜阳236031)

活性炭吸咐玉米肽中芳香族氨基酸的应用研究

赵晨霞1，刘新华2，李治龙3，*，张德欣4，王 辉1

(1.北京农业职业学院园艺系，北京100024;2.塔里木盆地生物资源保护利用兵团重点实验室，新疆阿拉尔843300;3.新疆塔里木大学生命科学学院，新疆阿拉尔843300;4.安徽阜阳职业技术学院，安徽阜阳236031)

通过活性炭初步纯化玉米肽工艺条件进行研究。结果表明，最优工艺条件为在pH为3，吸附温度为30℃，吸附剂用量为1∶10，吸附时间为2h。通过该研究可对酶解所得玉米肽进行初步分离纯化，并为选择较好的脱苦脱色吸附剂提供理论参考。

活性炭，纯化，玉米肽

玉米蛋白粉进行酶解后可生成分子量很小但活性很高的短肽分子，这些短肽分子具有高溶解性、高浓度、低黏度等特点［1］，而且还具有许多生理活性，如保肝［2］、降血压［3］、抗疲劳［4］、抗氧化［5］、醒酒［6］等。但在玉米肽的制备过程中，随着玉米蛋白粉的水解，可溶性蛋白增加，酮、醛、醇等挥发性风味化合物同时释放［7］，而玉米蛋白粉中的黄色素和碱性蛋白酶的颜色，也会随着水解颜色逐渐加深。另一方面，由于蛋白质酶解过程中会产生一些疏水性氨基酸，其暴露在外面的寡肽与人体的味蕾作用会产生苦味［8］。为了纯化产品，必须降低玉米肽的苦味，即去除水解过程中的芳香族氨基酸。目前分离氨基酸的方法很多，如离子交换法、膜分离法、凝胶过滤法、高效液相层析法、渗透蒸发技术、亲和层析法等［9］。但这些方法成本高，不适合大规模生产，而活性炭法则是一种低成本纯化方法［10］。据报道，活性炭去除芳香族氨基酸的能力主要与固液比、温度、吸附时间和pH有关。本文采用活性炭去除玉米肽中的芳香族氨基酸，探讨了上述因素对玉米肽纯化的影响，并对其最佳纯化条件进行了摸索。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玉米蛋白粉 北京市畜牧研究所提供;玉米肽实验室自制;活性炭(100目) 上海兴长活性炭有限公司，食品级。

数显鼓风干燥箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;离心机 Gppendorf－Centrifuge 5804R;高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;电子天平 Acenlab Sartorius Group;水浴锅 精科华瑞;冷冻干燥机 上海精密科学技术仪器;Cary－100型紫外可见分光光度计 美国瓦里安;烧杯，玻璃棒。

1.2 实验方法

1.2.1 玉米肽的制备 参见文献［11］。

1.2.2 吸附效果的检测 由于玉米肽混合物中，高支链氨基酸在220nm处有最大吸收峰，芳香族氨基酸在280nm处有特征性的最大吸收峰，而其它氨基酸对此波长的紫外线无吸收，故用紫外分光光度计检测，分别检测吸附前后的OD值作比较，一般认为对支链氨基酸吸附少且对芳香族氨基酸吸附多者吸附效果越好。

1.3 吸附方案的确定

据资料研究表明［6］，活性炭去除芳香族氨基酸的能力受多种因素的影响，起决定作用的是活性炭用量，当用量一定的情况下，吸附温度对吸附效果的影响也是非常重要的，其次是吸附介质的pH。因此在此实验过程中，安排单因素实验的顺序是先进行活性炭用量的选择性实验，在确定其最佳用量的基础上，进行最佳吸附温度的实验，最后确定pH。具体方法为取碱性蛋白酶水解玉米蛋白粉后的水解液(离心后的上清液)，在一定的温度下保温，调节上清液的pH，按照一定的固液比加入一定量的活性炭吸附，吸附一定时间后进行离心(6000r/min离心10min)后，取上清液，测定其OD280和OD220。

1.4 正交实验优化实验

根据单因素结果对吸附条件进行优化，选择温度(A)、pH(B)、底物浓度(C)、吸附时间(D)作为实验因子，以OD220/OD280为指标，采用L9(34)正交实验设计，对活性炭吸附玉米肽芳香族氨基酸条件进行优化，实验方案见表1。

表1 正交实验方案

2 结果与分析

为了选择一种对芳香族氨基酸吸附容量大且对支链氨基酸吸附容量小的活性炭，本实验对活性炭吸附条件进行了筛选，以吸附后溶液的吸光度为指标。活性炭吸附前水解液支链氨基酸的 OD220为2.747，芳香族氨基酸的OD280为0.715。

2.1 活性炭用量的确定

由图1可知，从吸附后的OD280的值可以看出，当活性炭与物料比为1∶16时，活性炭对芳香族氨基酸吸附量较多，但同时吸附的支链氨基酸也较多;当活性炭与物料比为1∶6时，活性炭吸附的支链氨基酸很少，同时对芳香族氨基酸的吸附量也较少。通常以OD220/OD280值作为评价指标，此值越大则说明吸附效果越好，因此本实验综合考虑产品的特点，选择了活性炭与物料比1∶10作为最佳活性炭的固液比。

2.2 吸附温度的选择

吸附体系的不同温度对芳香族氨基酸吸附的影响见图2。由图2可知，当固液比为1∶10时，不同温度条件下，吸附效果差别较大，虽然在温度30℃时值最大，但是与25℃相差不大，由于25℃为室温，容易达到，从生产效率和节约能源的角度考虑，本实验确定25℃为最佳吸附温度。

图1 不同浓度固液比对活性炭吸附效果的影响

图2 不同温度对活性炭吸附能力的影响

2.3 吸附pH的选择

本实验研究了吸附体系在不同的pH条件下，活性炭吸附芳香族氨基酸的效果，结果见图3。由图3可知，pH对活性炭去除芳香族氨基酸的能力有很大的影响，在pH小于3或者大于3时，都会使支链氨基酸的吸附量增加，而使芳香族氨基酸的吸附量减少，综合考虑到我们的实验目的主要是要去除其中的芳香族氨基酸，确定最佳吸附pH为3。

图3 不同pH对活性炭吸附能力的影响

2.4 吸附时间的选择

本实验研究了吸附体系在不同的吸附时间条件下，活性炭吸附芳香族氨基酸的效果，结果见图4。由图4可知，在吸附时间低于2h时，主要吸附的是芳香族氨基酸，随着吸附时间的延长，虽然会进一步吸附芳香族氨基酸，但是吸附幅度不大，而对支链氨基酸的吸附则迅速增长，因此，为了保证最大限度吸附芳香族氨基酸的同时，尽可能的保留支链氨基酸，我们选择活性炭的吸附时间为2h。

2.5 正交实验结果与分析

根据单因素结果对吸附条件进行优化，采用L9(34)正交实验设计，对活性炭吸附玉米肽芳香族氨基酸条件进行优化，结果见表2。

图4 不同吸附时间对活性炭吸附能力的影响

表2 正交实验结果分析表

从表2可以看出，影响活性炭吸附芳香族氨基酸进行脱苦脱臭脱色实验的因素的影响主次关系为C>D>A>B，其中最佳水平组合是A3B2C3D3，但是通过单因素实验得到最佳底物浓度为1∶10，对组合A3B2C1D3和 A3B2C3D3进行实验验证，结果证明A3B2C1D3(OD220/OD280为69.67)吸附效果优于A3B2C3D3(OD220/OD280为69.07)，即最佳吸附条件为吸附剂用量为1∶10，吸附温度为30℃，吸附pH为3，吸附时间为2h。

3 讨论

综上所述，采用活性炭法处理对玉米肽脱苦脱色有显著的作用。活性炭的用量对吸附效果具有较大的影响，这主要是由于一定量的活性炭其吸附量是一定的，所以随着活性炭用量的增加，吸附效果明显增强，而当活性炭用量超过一定量时，它对芳香族氨基酸吸附量增加的同时，对支链氨基酸的吸附量也显著增加，因此活性炭的最佳用量为料液比为1∶10;考虑吸附时间对吸附效果的影响，在一定的条件下，随着时间的延长，吸附效果刚开始变化比较明显，但当达到一定的吸附效果后，其变化不是很大，因此，考虑到经济价值，确定最佳的吸附时间为2h;温度对吸附效果的影响也较明显，这可能是因为随着温度的变化，分子间的运动也相应地发生了改变，从而影响了吸附效果;其中活性炭吸附的pH对吸附效果的影响可能是因为不同的氨基酸的等电点不同的缘故，当pH在其等电点附近其稳定性最高，因此，在不同的pH，其吸附效果也会发生较大的变化。

通过实验，我们得到吸附效果为:吸附剂的用量>吸附时间>吸附温度>吸附条件的pH;最佳吸附pH为3，最佳吸附温度为30℃，最佳吸附剂用量为1∶10，最佳吸附时间为 2h。

［1］Fischer J E.The utilization of BCAA in the treatment of hepatic coma［A］.In:Capocaccia L，Fischer 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，许志勤，王先远，等.支链氨基酸提高大鼠游泳耐力作用探讨［J］.营养学报，2001，23(1):48－50.

［4］王梅，谷文英.高F值寡肽混合物的制备及抗疲劳与抗氧作用［J］.粮油食品科技，1999(3):6－7.

［5］孙冀平，谷文英.蛋白肽饮料的醒酒机理和制备工艺的探讨［J］.食品与发酵工业，1999，25(4):64－66.

［6］戴自英.临床抗菌药物学［M］.北京:人民卫生出版社，1985:219－223.

［7］翟瑞文，李燕群，陈子林，等.玉米肽的制备、特性与应用［J］.食品工业科技，1998(3):31－33.

［8］王梅，谷文英.活性炭色谱法制备高F值寡肽混合物［J］.无锡轻工大学学报，199(4):41－45.

［9］韩继福，任建波.活性炭吸附芳香族氨基酸制备高F值寡肽混合物的研究［J］.安徽农业人学学报，2005(1):77－80.

［10］王梅.酶解玉米蛋白粉制备高F值寡肽混合物［D］.1996:70.

［11］刘新华，李治龙，赵晨霞，等.中型蛋白酶水解玉米蛋白粉制备可溶性肽最佳条件的研究［J］.食品科学，2009(7):194－197.

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

ZHAO Chen－xia1，LIU Xin－hua2，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，Fuyang 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 *通讯联系人

赵晨晨(1958－)，女，教授，研究方向:农产品精细加工。

北京市教委科技计划面上项目(KM201000005004)。