ICP-AES分析植酸酶對(duì)制麥過(guò)程中游離態(tài)金屬離子含量的變化

張善飛，董 亮，欒 南，周薇薇，尹亞輝，趙長(zhǎng)新

（大連工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，遼寧大連 116034）

ICP-AES分析植酸酶對(duì)制麥過(guò)程中游離態(tài)金屬離子含量的變化

張善飛，董 亮，欒 南，周薇薇，尹亞輝，趙長(zhǎng)新*

（大連工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，遼寧大連 116034）

運(yùn)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）考察了外源添加植酸酶對(duì)大麥發(fā)芽過(guò)程中游離態(tài)K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+含量的變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：添加外源植酸酶能提高發(fā)芽過(guò)程中游離態(tài)金屬離子的含量，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+含量同比可提高10.7%、23.4%、16.3%、8.0%、75.5%。通過(guò)比較金屬離子含量的變化可以為制定合理的制麥工藝提供參考。

大麥，植酸酶，金屬離子，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

在大麥種子中，植酸是金屬離子的貯藏庫(kù)。植酸以植酸鈣鎂鉀鹽的形式廣泛存在于植物種子內(nèi)，并且對(duì)絕大多數(shù)金屬離子有極強(qiáng)的絡(luò)合能力，絡(luò)合力與EDTA相似。大麥萌發(fā)時(shí)在植酸酶的作用下，植酸被解離，金屬離子得以釋放，用于滿(mǎn)足種子萌發(fā)過(guò)程中代謝活動(dòng)的需要[1]。研究發(fā)現(xiàn)，在制麥過(guò)程中金屬離子對(duì)制麥酶系的酶活力有明顯的激活或抑制作用，而酶的活性對(duì)麥芽的質(zhì)量和制麥周期都有很大的影響[2-4]。如鈣離子和鎂離子能增強(qiáng)麥芽的蛋白酶活性而鋅離子和鐵離子卻抑制麥芽中的蛋白酶活性，蛋白酶活力的大小和麥芽的庫(kù)爾巴哈值有著直接的關(guān)系，對(duì)麥芽的溶解和制麥周期有很大的影響。另外，麥芽中金屬離子的種類(lèi)和含量對(duì)麥汁、酵母以及發(fā)酵過(guò)程都有很大的影響，從而影響啤酒的質(zhì)量和風(fēng)味[5-6]。楊立華[7]等對(duì)大麥發(fā)芽過(guò)程中金屬離子含量變化進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，建立了測(cè)定大麥中金屬離子的新方法。郭建華等[8]運(yùn)用原子發(fā)射光譜法對(duì)大麥發(fā)芽過(guò)程中的總金屬離子和游離態(tài)金屬離子含量進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)總的離子含量一般呈現(xiàn)出單調(diào)的變化，而游離態(tài)的離子含量隨發(fā)芽時(shí)間的不同呈現(xiàn)出波動(dòng)變化。鑒于此本文通過(guò)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）檢測(cè)外源植酸酶對(duì)大麥發(fā)芽過(guò)程中游離態(tài)金屬離子含量的變化，進(jìn)一步明確大麥的發(fā)芽機(jī)理以及植酸酶對(duì)麥芽的影響，為制定更加合理的制麥工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大麥 schooner，中糧麥芽（大連）有限公司提供；鉀、鈉、鈣、鎂、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心，1000μg/m L，分析純。

TJA IRIS Advantage全譜電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 美國(guó)熱電公司；ZPS－250H智能恒溫恒濕培養(yǎng)箱 黑龍江東拓儀器制造有限公司；GTL－16A離心機(jī) 上海浦東物理光學(xué)儀器廠(chǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 麥芽的制備 將一定量的大麥按照W 6－D16－W 5－D3，浸麥30h，發(fā)芽96h，發(fā)芽溫度為16℃，濕度為100%的工藝進(jìn)行發(fā)芽，培養(yǎng)時(shí)間共計(jì)126h。樣品大麥在浸麥期間添加一定量的植酸酶，并且設(shè)置對(duì)照樣，即不添加任何藥品且保持相同工藝條件。原麥記為發(fā)芽0h，浸麥結(jié)束后，每隔24h取樣，用去離子水反復(fù)沖洗3遍，用濾紙吸干表皮水分，液氮研磨備用。

1.2.2 游離態(tài)金屬離子的樣品制備 準(zhǔn)確稱(chēng)取3g備用粉碎麥芽，置于糖化杯中，加入50m L去離子水浸泡2h，然后于40℃水浴保溫1h。將溶液倒入離心管內(nèi)，4000r/m in離心30m in，取上清備用。

1.2.3 多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液制備 準(zhǔn)確吸取10m L Ca2+，Mg2+，2m L Zn2+和20m L K+，Na+標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于100m L容量瓶中，分別配制成100，100，20，200，200μg/m L混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。將混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋一定的倍數(shù)配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，硝酸為（1+9）介質(zhì)。由于待測(cè)元素含量變化相差較大，本文配制的工作曲線(xiàn)范圍較寬，測(cè)定中可根據(jù)待測(cè)元素的含量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液酌情稀釋繪制工作曲線(xiàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同金屬離子標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程、相關(guān)系數(shù)及線(xiàn)性范圍Table 1 Linear equation，correlation coefficientand linear range of differentmetal ions

1.2.4 儀器工作參數(shù) 功率：1.25kW；冷卻氣：14L/m in；輔助氣：0.5L/m in；觀測(cè)高度：15mm；霧化氣壓力：24psi；蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速：120r/min；積分時(shí)間：Low WL range 20s；High WL range 10s。

2 結(jié)果與討論

2.1 精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)選定一份樣品分別進(jìn)行9次連續(xù)測(cè)定，計(jì)算各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 回收率實(shí)驗(yàn)

將一定量標(biāo)準(zhǔn)元素加入復(fù)合試樣中，測(cè)得回收率為95.1%～102.3%，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.3 外源添加植酸酶對(duì)制麥過(guò)程中游離態(tài)金屬離子含量的變化

表2 不同金屬離子測(cè)定方法精密度實(shí)驗(yàn)Table2 Precision testofdifferentmethodsofmetal ionsdetection

表3 不同金屬離子回收率測(cè)定Table 3 Detection of recovery rate of differentmetal ions

2.3.1 制麥過(guò)程中游離態(tài)K+、Na+含量測(cè)定結(jié)果 由圖1、圖2可知，制麥過(guò)程中外源添加植酸酶對(duì)鉀離子和鈉離子具有同樣的變化趨勢(shì)，但是漲幅程度有所不同。添加植酸酶的大麥中的金屬離子含量略微高于對(duì)照大麥，K+含量最大達(dá)到2956μg/g，同比提高10.7%；Na+含量達(dá)到172.5μg/g，同比提高23.4%。在大麥發(fā)芽的前30h內(nèi)，鉀離子和鈉離子含量都出現(xiàn)驟降的趨勢(shì)，隨后慢慢上升，并且鉀離子的增長(zhǎng)速率高于鈉離子。

圖1 制麥過(guò)程中游離態(tài)鉀離子含量的變化Fig.1 Change of dissociative K ion duringmalting process

圖2 制麥過(guò)程中游離態(tài)鈉離子含量的變化Fig.2 Change of dissociative Na ion duringmalting process

大麥在制麥的前30h內(nèi)處于浸麥階段，沒(méi)有進(jìn)入快速發(fā)芽階段，此時(shí)，大麥代謝不需要過(guò)多的鉀離子和鈉離子，但是本身內(nèi)部卻含有過(guò)多的鉀離子和鈉離子，所以大麥主要是排除內(nèi)部多余的鉀離子和鈉離子，所以發(fā)芽前30h離子含量出現(xiàn)驟降現(xiàn)象。當(dāng)浸麥結(jié)束，大麥進(jìn)入快速發(fā)芽階段，各種水解酶開(kāi)始表現(xiàn)出較高的活性，開(kāi)始降解胚乳中的大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)，淀粉等。鉀離子和鈉離子在大麥體內(nèi)大部分和植酸、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)結(jié)合，這些金屬離子在水解酶的作用下被降解出來(lái)，所以離子含量慢慢回升。另外，外源添加的植酸酶降解大麥內(nèi)部的植酸鹽，使鉀離子和鈉離子含量略高于對(duì)照大麥。

2.3.2 制麥過(guò)程中游離態(tài)Ca2+、Mg2+、Zn2+含量測(cè)定結(jié)果 由圖3可知，制麥過(guò)程中未添加植酸酶的大麥中鈣離子含量呈現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象。在發(fā)芽40h達(dá)到最高點(diǎn)，含量達(dá)到355μg/g。添加植酸酶的大麥鈣離子含量上升速率較快，變化曲線(xiàn)呈現(xiàn)波動(dòng)變化，并且在24～72h一直處于較高濃度。在發(fā)芽126h時(shí)添加植酸酶的Ca2+含量達(dá)到172μg/g，比未添加植酸酶提高了近16.3%。

圖3 制麥過(guò)程中游離態(tài)鈣離子含量的變化Fig.3 Change of dissociative Ca ion duringmalting process

由圖4可知，制麥過(guò)程中鎂離子變化不如鈣離子波動(dòng)大，添加植酸酶的大麥和對(duì)照相比變化趨勢(shì)一致，都呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象。但是添加植酸酶的大麥在發(fā)芽24h就開(kāi)始出現(xiàn)回升的現(xiàn)象，并且在72h增長(zhǎng)速率明顯提高，而對(duì)照樣直到48h才開(kāi)始出現(xiàn)回升趨勢(shì)，增長(zhǎng)速率緩慢。在發(fā)芽126h時(shí)添加植酸酶的大麥中Mg2+含量達(dá)到900.8μg/g，相對(duì)于對(duì)照樣提高了8.0%。

圖4 制麥過(guò)程中游離態(tài)鎂離子含量的變化Fig.4 Change of dissociative Mg ion duringmalting process

由圖5可知，未添加植酸酶的大麥中鋅離子含量呈現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象，在發(fā)芽24h就出現(xiàn)下降趨勢(shì)，一直持續(xù)到72h才開(kāi)始回升。而添加植酸酶的大麥卻出現(xiàn)很大的差別，在發(fā)芽前72h一直處于升高的狀態(tài)，而后降低，并且整個(gè)發(fā)芽過(guò)程中鋅離子含量一直明顯高于對(duì)照大麥，尤其在發(fā)芽78h時(shí)，Zn2+的含量達(dá)到7.8μg/g，提高近75%。

大麥體內(nèi)分解和合成是同時(shí)存在的，各種水解酶分解植酸鹽、蛋白質(zhì)、淀粉等各種大分子物質(zhì)，同時(shí)大麥利用分解的金屬離子和有機(jī)物質(zhì)結(jié)合儲(chǔ)存起來(lái)，使得游離態(tài)金屬離子一直在波動(dòng)變化。浸麥階段，外源添加的植酸酶隨著水溶液通過(guò)珠孔進(jìn)入大麥內(nèi)部，分解大麥糊粉層的植酸，植酸鹽被解離，金屬離子得以釋放，離子含量升高。另外外源添加的植酸酶有可能刺激大麥內(nèi)源激素的分泌，通過(guò)激素的提高來(lái)提高大麥內(nèi)部植酸酶活力，使植酸鹽的降解速率提高，因此游離態(tài)金屬離子含量升高速率高于未添加植酸酶的大麥。

圖5 制麥過(guò)程中游離態(tài)鋅離子含量的變化Fig.5 Change of dissociative Zn ion duringmalting process

3 結(jié)論

通過(guò)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法考察了外源添加植酸酶對(duì)大麥發(fā)芽過(guò)程中游離態(tài)金屬離子含量的變化。研究得出：外源植酸酶能提高發(fā)芽過(guò)程中游離態(tài)鉀、鈉、鈣、鎂、鋅離子的含量，激活大麥水解酶活性，加快麥芽溶解，縮短制麥周期，為新的制麥工藝提供參考。

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[2]趙長(zhǎng)新，竇少華，孫付保.國(guó)產(chǎn)懇?。?號(hào)大麥制麥酶系的影響因素[J].無(wú)錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（3）：78－84.

[3]張春玲，趙長(zhǎng)新，董亮．關(guān)于添加金屬離子對(duì)國(guó)產(chǎn)大麥芽酶系酶活力影響的研究[J].食品科學(xué)，2006，27（11）：195－199.

[4]張春玲，趙長(zhǎng)新，董亮，等．大麥發(fā)芽過(guò)程中金屬離子對(duì)大麥酶系中淀粉酶活力影響研究[J].食品工業(yè)科技，2005，26（8）：75－81.

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Study on the content changes of dissociative metal ion by ICP-AES during barley malt production added phytase

ZHANG Shan-fei，DONG Liang，LUAN Nan，ZHOUW ei-wei，YIN Ya-hui，ZHAO Chang-xin*
（College of Biological Engineering，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034，China）

Inductively Coup led Plasma Atom ic Em ission Spectrometry（ICP-AES）was adop ted for studying the content changes of dissociative metal ion K+，Na+，Ca2+，Mg2+，Zn2+，influenced by exogenous phytase in the p rocess of the barley sp rout.The experiment found that add ing exogenous phytase could im p rove the contents of the d issociative metal ion in the germ ination p rocess and the contents of K+，Na+，Ca2+，Mg2+，Zn2+could be increased up to 10.7%，23.4%，16.3%，8.0%，75.5%.It p rovided a reference to formulate a reasonab le method ofwheatmalting by the comparison of the content changes ofmetal ions.

barley；phytase；metal ions；Inductively Coup led Plasma Atom ic Em ission Spectrometry（ICP-AES）

TS207.3

A

1002-0306（2012）09-0384-03

2011－08－08 *通訊聯(lián)系人

張善飛（1988-），男，在讀碩士研究生，研究方向：大麥發(fā)芽機(jī)理的研究。