酶法降低糙米植酸含量的影响因素

农业机械学报

第37卷第8期

酶法降低糙米植酸含量的影响因素3

卢敏　殷涌光　王春利

　　【摘要】　以糙米为研究对象,借助超声波强化传质过程,利用外源植酸酶降低糙米植酸的含量,研究底物浓度、温度、pH值和水分活度等因素对酶反应的影响,并对反应机理进行了初步探讨。研究结果表明:在该试验条件下,植酸酶的最适温度为50℃,最适pH值为6,底物浓度117mmol󰃗L,水分活度Aw>018。

关键词:糙米　植酸　植酸酶中图分类号:TS20111

文献标识码:A

StudyonEffectFactorsofUsingPhytasetoDecreaseContent

ofPhyticAcidinBrownRice

LuMin　YinYongguang　WangChunli

(JilinUniversity)

AbstractThebrownricewasusedasaresearchtarget.Usingthetechnologyofultrasonictostrengthenmasstransferringandusingphytasetoreducecontentofphyticacidinbrownrice.Theeffectsofliquid2solidratio,temperature,pH,andAwtophytaseandmechanismofdecreasingcontentofphyticacidhavebeenstudied.Theresultsshowedthatthemostpropertemperatureofphytasewas50℃,

themostproperpHofphytasewas6,

thesubstrate

concentration117mmol󰃗L,andAw>018inthetest.

Keywords　Brownrice,Phyticacid,Phytase

　　引言

糙米是植酸含量较高的谷物,主要集中在皮层和胚部[1]。尽管糙米是一种富含多种营养素和生物活性成分的食品及食品原料,但是较高的植酸含量是糙米的最大营养缺陷,在某种程度上限制了糙米的食用。植酸是谷物等的天然组分,是具有重要生理功能的内源物质。然而,对人类营养而言,植酸是一种抗营养物质,是导致以植物性食品为主食的人群,多种营养素利用率下降和钙铁锌等缺乏的重要原因[2～3]。同时,摄入高植酸含量的食物,还会增加粪便中磷的含量,从而增加环境中磷的积累,最终导致生态环境被严重污染和破坏[4]。

在我国,从分子水平上对糙米进行的研究起步较晚,因此关于糙米植酸含量的研究报道甚少,利用米糠为原料生产植酸的研究报道较多。本文以糙米为研究对象,借助超声波强化传质过程,利用外源植酸酶降低糙米植酸的含量,改善糙米的营养缺陷。

1　试验材料和方法

111　材料与仪器

材料:吉林粮食集团提供糙米样品(植酸质量

比:1112mg󰃗g)。

试剂:盐酸014mol󰃗L,硝酸,植酸酶(诺维信公司),钒钼酸铵显色试剂,磷标准溶液,植酸酶工作液等。

收稿日期:20060327

3吉林省教育厅资助课题(项目编号:吉教科合字[2003]第57号)

卢　敏　吉林大学生物与农业工程学院　博士生　教授(长春大学),130025　长春市殷涌光　吉林大学生物与农业工程学院　教授　博士生导师王春利　吉林大学生物与农业工程学院　硕士生

124农　业　机　械　学　报2006年　

仪器:721型分光光度仪(上海第三分析仪器厂),PHS2型酸度仪,LD510型离心机(北京医用离心机厂),THZ82型恒温振荡器(上海跃进医疗器械四厂),实验室用样品粉碎机或研钵,孔径0145mm(40目)分样筛,水分活度仪,50mL具塞比色管,感量010001g分析天平等。112　试验方法

(1)量取100mL的植酸酶工作液放入三角瓶,

磷含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。

(7)植酸酶工作液的制备:称取植酸酶5g,加入50mL、4℃、pH值为515的乙酸缓冲液,磁力搅拌15min左右,以中速定性滤纸过滤,制得植酸酶储备液;吸取储备液015mL于100mL容量瓶,在4℃条件下,用pH值515乙酸缓冲液定容,配成含植

分别加入不同质量的糙米样品,置于超声场中(5W,30min,28kHz),室温下调溶液pH值为5,底物浓度(mmol󰃗117、211、218、412。L)分别为:114、

然后离心进行有机磷(植酸磷)的测定,每个试样称取2个平行样进行测定,取其算术平均值。

(2)分别称取5g糙米放入三角瓶中,各加入100mL植酸酶工作液,置于超声场中(5W,30min,28kHz),调溶液的pH值为5,温度分别为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。然后离心进行有机磷(植酸磷)的测定,每个试样称取2

酸酶约10U󰃗mL的中间液,与储备液一同保存于0～4℃冰箱中。使用时再移取2mL中间液于100mL容量瓶中,用pH值515乙酸缓冲液稀释成含植酸酶014U󰃗mL的工作液。

2　结果与讨论

211　底物浓度对酶反应的影响

底物浓度对酶反应的影响如图1所示。由图1可知,当底物浓度小于117mmol󰃗L时,样品有机磷的变化率随底物浓度的增加而增加,可见,当底物足够,并且酶促反应过程不受其他因素影响的情况下,酶反应的速度与底物浓度成正比。这可能是底物的激活作用,一个底物分子结合到酶的活性部位导致正常的产物形成,第二个底物分子结合到酶的另一个部位,可能不会导致底物分子转变成产物,但是它能提高在活性部位结合的底物分子转变成产物的速度。如图1所示,当底物浓度过高时,反应速度会随着浓度的进一步增加而下降。原因可能是:①反应物浓度过高时,反应体系中分子的扩散和运动受到抑制而使反应速度下降。②过量的底物和酶的激活剂结合,降低激活剂的有效浓度而使反应速度下降。③一定的底物分子与酶分子中一定的活性部位结合,并形成不稳定的中间产物,过量的底物分子聚集在酶分子上,有可能生成无活性的中间产物,而且生成的中间产物不能分解成反应产物。其中最重要的可能是底物浓度下降和终产物对酶的抑制作用[7]。

个平行样进行测定,取其算术平均值。

(3)分别称取5g糙米放入三角瓶中,pH值分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。然后各加入100mL植酸酶工作液,室温下置于超声场中(5W,30min,28kHz)处理,然后离心进行有机磷(植酸磷)的测定,每个试样称取2个平行样进行测定,取其算术平均值。

(4)磷的测定:由于糙米中近80%的有机磷以植酸磷形式存在,因此糙米中的植酸磷(有机磷)含量可以采用总磷与无机磷差值法计算[5～6]。无机磷测定时样品无需消化处理,可直接进行磷的测定,而总磷的测定须经消化处理。植酸酶降解植酸释放出磷,可通过比色法测定糙米样品的有机磷(植酸磷)含量的变化。

(5)钒钼酸铵显色试剂:称取1125g钒钼酸铵,加入250mL硝酸;另取25g钼酸铵,加入400mL水溶解,在冷却条件下,将此溶液倒入上溶液,调成1000mL,避光保存,如有沉淀生成则不能使用。

(6)磷标准溶液:将磷酸二氢钾在105℃干燥1h,置于干燥器中冷却后,称取012195g,溶解于水

中定量转入1000mL容量瓶中,加硝酸3mL,用水稀释至刻度,制成质量浓度为50mg󰃗L的磷标准溶液。

标准曲线绘制:准确移取磷标准溶液0、1、2、4、6、10、12mL于50mL容量瓶中,各加入钒钼酸铵显色试剂10mL。用水稀释至刻度,摇匀,放置10min以上,以0mL溶液为参比,用10mm比色皿,在420nm波长下用分光光度计测定各个溶液吸光度。以

图1　底物浓度对酶反应的影响曲线

Fig.1　Effectonsubstrateconcentration

toenzymereaction

212　温度对酶反应的影响

温度是酶反应的重要影响因素之一,温度对酶反应的影响如图2所示。当温度低于45℃时,随温度的上升,反应速度增加,直至最大速度为止;当温度高于55℃时,温度再升高,反应速度随温度的升高而

　第8期卢敏等:酶法降低糙米植酸含量的影响因素125

降低,高温时酶反应速度降低,这可能是酶本身变性所致。在一定条件下,酶在某一温度下才表现出最大活力,这一温度称为该酶的最适温度[8]。不同的酶,最适温度也不同。但一种酶的最适温度并不是—个恒定的值,受多种因素影响而有所改变。通常作用时间长,最适温度降低,反之则较高。植酸酶在该反应条件下的最适温度为50℃。

水解植酸的反应必须有水分子参加才能进行。植酸酶水解反应不仅与体系内水分含量有关,更重要的是反应体系中水的可利用性[10]。水分活度直接影响水解的结果。以酶为催化剂的酶促反应,水除了具有底物作用外,还能作为输送介质,并且通过水化促使酶和底物活化。当水分活度值低于018时,植酸酶的活力就受到抑制;若水分活度值降到015以下,植酸酶将受到强烈的抑制或丧失活力。

图2　温度对酶反应的影响曲线

Fig.2　Effectontemperaturetoenzymereaction

图4　水分活度对酶反应的影响曲线Fig.4　EffectonAwtoenzymereaction

213　pH值对酶反应的影响

酶蛋白肽链pH值对酶反应的影响如图3所示。

上有许多不同的极性基团,在酸碱环境中都会影响

这些极性基团的电性状态,同时也影响底物的带电状态,从而影响酶与底物的结合[9]。每一种酶只能在一定的pH值范围内活动,且有一个活性最大的pH值,即最适pH值。对于植酸酶在该反应条件下,最适pH值为6。在最适pH值时,酶的催化作用最强,可能有以下几种原因:①氢离子与氢氧离子浓度对作用基团的解离有影响,而且它还能控制活性中心和酶的构象中有关区域的变化。②pH值能对酶与底物的亲和力发生影响。③pH值能影响酶分子结构的稳定性。

3　结论(1)底物浓度对植酸酶反应速度具有激活和抑制双重影响,当底物浓度小于117mmol󰃗L时,样品有机磷的变化率随底物浓度的增加而增加,酶反应的速度与底物浓度成正比,底物浓度对酶反应速度具有激活作用。在本试验条件下,当底物浓度大于117mmol󰃗L时,反应速度会随着浓度的增加而下降,底物浓度对酶反应具有抑制作用。

(2)温度是植酸酶反应的重要影响因素之一,温度对植酸酶反应的影响是双重的:一方面,随温度的上升,反应速度增加,直至最大速度为止;另一方面,当植酸酶反应达到最大速度时,反应速度随温度的升高而降低。在本试验条件下,植酸酶的最适温度为50℃。

(3)溶液pH值影响植酸酶反应的速度,在本试验条件下,植酸酶的最适pH值为6。

(4)水分活度影响着植酸酶的反应,在本试验条件下,当水分活度值低于018时,植酸酶的活力就受到抑制;若水分活度值降到015以下,植酸酶将受到强烈的抑制或丧失活力。水分活度值为018以上时,可促进酶反应进行。

文

献

图3　pH值对酶反应的影响曲线

Fig.3　EffectonpHtoenzymereaction

214　水分活度对酶反应的影响

水分活度对酶反应的影响如图4所示。植酸酶　　

参

考

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(下转第119页)

　第8期朱文学等:牡丹花护形干制工艺研究119

易发生脆裂脱落。

花材吸湿软败和脆裂脱落是两个相互对立、相互矛盾的状态,但在干花的制作中两种现象都出现了,只是出现的时间早晚的不同。在对干花进行护形处理时,也总是以牺牲一方面作为代价来保全另一方面,也就是说,就现有的处理方法中,在提高干花刚性的同时会在一定程度上影响到干花的韧性,反之亦然。如何在提高干花刚性的同时也改善或保持干花的韧性,使二者之间达到平衡,进一步改善干花制品的品质,这是在今后的干花护形研究中一个迫切需要解决的问题。

214　3种方法护形效果对比

分别挑出在3类试验中护形效果较佳的干花制品包埋干燥③、液相处理④和③、化学溶液后处理③和④,通过综合对比,发现对于牡丹花这种大花型的花材,试验方案表液相处理④得到的干花制品的品质较佳,利用液相替代技术的逐步替代的方法对牡

参

考

丹干花起到了最佳的护形效果。

3　结束语

利用干燥剂包埋牡丹花,对牡丹干花起到了一定的护形作用。袋装精制食盐是比较理想的包埋用护形干燥剂。将食盐与变色硅胶混合包埋鲜花,能使干燥速度与护形效果达到平衡,得到比较好的干花制品,是一种较好的干燥方式。

有机液剂A是本次试验中理想的液相替代剂。可在干花表面形成一层保护膜,有效防止干花吸湿后软败变形。液相替代过程中,保持替代物与被替代物的平衡交换的逐步替代是整个替代过程能否对花材达到理想护形效果的关键。试验中利用液相替代技术达到了对牡丹干花的最佳的护形效果。

控制浸泡干花花茎的甘油水溶液的含量和温度,是使干花达到理想软化效果的有效措施。

文献1　朱文学,董铁有,张玉先,等.牡丹花真空冷冻干燥试验[J].农业机械学报,2005,36(9):68～70.2　吴秀丽.部分干花素材(枝、叶)的制作与应用[D].北京:北京林业大学,1995.

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(上接第125页)

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