猪血多肽铁螯合盐的制备工艺＊

汪学荣,郑炯,阚建全

1(西南大学动物科学系,重庆,402460) 2(西南大学食品科学学院,重庆,400715)

猪血多肽铁螯合盐的制备工艺＊

汪学荣1,郑炯2,阚建全2

1(西南大学动物科学系,重庆,402460) 2(西南大学食品科学学院,重庆,400715)

研究了猪血多肽与铁盐进行螯合反应的条件,并测定了猪血多肽铁螯合盐的成分。试验表明:氯化亚铁适合作为多肽与铁进行螯合反应的铁源,猪血多肽铁螯合盐的最佳制备工艺条件为,pH值5、多肽与亚铁盐质量比4∶1、多肽溶液浓度3.0%,猪血多肽铁螯合盐的主要成分是多肽和铁,其质量分数分别为70.02%和12.23%。

猪血多肽,铁,螯合盐,制备

铁是生物体必需的重要营养元素,缺铁会产生多种疾病。WHO报道,世界上男性缺铁性贫血的平均发病率为10%,女性为20%,孕妇达40%,儿童高达52%。我国各类人群缺铁性贫血的平均发病率为20%,其中妇女和儿童的发病率较高,育龄妇女缺铁性贫血的发病率高达35%,儿童为30%～50%。为了防止缺铁性贫血的发生,就需要经常从食物中补铁。目前补铁剂主要有无机铁、有机铁、氨基酸铁和生物铁四类。早在20世纪70年代,有研究者发现氨基酸和小肽具有促进铁吸收的作用[1-2],并且氨基酸和肽的金属螯合物具有吸收率高,口感好,无铁锈味,无胃肠道刺激,添加到食品中不影响食品性质,而且不易分解等优点,因此研究具有双重功能的补铁剂——多肽铁螯合盐具有十分重要的意义。有研究者对脱脂豆粕多肽、酪蛋白酶解多肽、低值鱼蛋白多肽与铁离子进行螯合制备多肽铁螯合盐进行过报道[3-4],本文以猪血多肽为原料,研究其与铁盐制备猪血多肽铁螯合盐的工艺条件,筛选出最佳的制备工艺参数,以期为猪血多肽铁螯合盐的工业化制造提供有益借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 原辅料

猪血多肽粉,实验室自制。

氯化亚铁、硫酸亚铁、抗坏血酸、无水乙醇、邻菲罗啉、盐酸羟胺、氢氧化钠、HCl,均为分析纯试剂。

1.2 主要仪器与设备

752型紫外分光光度计,上海精密科学仪器有限公司;SHZ-Ⅲ循环水真空泵,上海亚荣生化仪器厂;HH-S数显恒温水浴锅,江苏省金坛市富华仪器有限公司;DZF-6021型真空干燥箱,上海齐欣科学仪器有限公司;ESJ120-4型电子分析天平,沈阳龙腾电子有限公司;PHS-3C+智能酸度计,四川成都世纪方舟科技仪器有限公司离心机。

1.3 试验方法

1.3.1 测试指标

(1)铁含量:邻菲罗啉比色法[5]。

(2)铁螯合率/%=(m1/m0)×100

式中:m1,螯合物中铁的量(mg);m0,加入反应体系中铁的总量(mg)。

式中:m1,多肽铁螯合盐总量(mg);m0,反应物总重量(mg)。

(4)水分:直接干燥法[6]。

(5)多肽:微量凯氏定氮法[7]。

(6)氯化钠:容量法[8]。

1.3.2 猪血多肽铁的螯合方法

(1)分别准确称取3.0 g猪血多肽于5个锥形瓶中,将其配制成溶液浓度为30g/L,待多肽完全溶解后,加入1.0%的抗坏血酸,然后加入1.0 g氯化亚铁(多肽与铁的质量比为3∶1),用质量分数20%的NaOH或HCl溶液分别调pH值至3、4、5、6、7,充N2,于室温下混合反应10 min,冷却后将反应液在4000 r/min下离心20 min,上清液用无水乙醇处理得到沉淀,抽滤,收集滤渣,并反复洗涤抽滤2～3次,最后真空干燥得多肽螯合铁,测定铁含量。以上试验重复3次,取算术平均值。

(2)分别准确称取猪血多肽1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g于5个锥形瓶中,加蒸馏水溶解,使多肽溶液浓度为3.0%,待多肽完全溶解后,加入1.0%的抗坏血酸,然后分别加入1.0 g氯化亚铁,使多肽与铁的质量比分别为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1,用质量分数20%的 H Cl溶液调 p H值为5,充 N2,于室温下混合反应10 min,冷却后将反应液在4000 r/min的转速离心20 min,上清液用无水乙醇处理得到沉淀,抽滤,收集滤渣,并反复洗涤抽滤2～3次,最后真空干燥得多肽螯合铁,测定铁含量。以上试验重复3次,取平均值。

(3)分别准确称取3.0 g猪血多肽于5个锥形瓶中,加蒸馏水溶解,使多肽溶液浓度分别为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%,待多肽完全溶解后,加入1.0%的抗坏血酸,然后分别加入1.0 g亚铁盐(多肽与亚铁盐质量比为3∶1),用质量分数20%的 H Cl溶液调 p H值为5,充 N2,于室温下混合反应10 min,冷却后将反应液在4000 r/min的转速离心20 min,上清液用无水乙醇处理得到沉淀,抽滤,收集滤渣,并反复洗涤抽滤2～3次,最后真空干燥得多肽螯合铁,测定铁含量。以上试验重复3次,取平均值。

(4)分别准确称取3.0 g猪血多肽于5个锥形瓶中,加蒸馏水溶解,使多肽溶液浓度为3.0%,待多肽完全溶解后,加入1.0%的抗坏血酸,然后分别加入1.0 g氯化亚铁,用20%的 H Cl溶液调 p H值为5,充N2,分别在15、25、35、45、55℃下混合反应10 min,冷却后将反应液在4000 r/min的转速下离心20 min,上清液用无水乙醇处理得到沉淀,抽滤,收集滤渣,并反复洗涤抽滤2～3次,最后真空干燥得多肽螯合铁,测定铁含量。以上试验重复3次,取平均值。

(5)分别准确称取3.0 g猪血多肽于5个锥形瓶中,加蒸馏水溶解,使多肽溶液浓度为3.0%,待多肽完全溶解后,加入1.0%的抗坏血酸,然后分别加入1.0 g氯化亚铁,用20%的 H Cl溶液调 p H值为5,充氮气,于25℃下混合反应10、20、30、40、50 min,冷却后将反应液在4000 r/min的转速下离心20 min,上清液用无水乙醇处理得到沉淀,抽滤,收集滤渣,并反复洗涤抽滤2～3次,最后真空干燥得多肽螯合铁,测定铁含量。以上试验重复3次,取平均值。

2 结果与分析

2.1 亚铁盐种类的选择

多肽螯合铁在乙醇等有机溶剂中的溶解度极小,如果选择能够溶解于有机溶剂中的亚铁盐作为铁源与多肽进行螯合反应,反应完成后用有机溶剂进行处理,剩余的游离铁和多肽就能够溶解于有机溶剂中,而生成的多肽螯合铁则从有机溶剂中沉淀析出,这样就可以使螯合铁和游离铁分离,从而得到纯净的多肽螯合铁。室温下,比较了硫酸亚铁和氯化亚铁在不同体积分数乙醇溶液中的溶解情况,结果见表1。

表1 两种亚铁盐在乙醇溶液中的溶解情况

从表1中可看出,硫酸亚铁在体积分数40%～50%的乙醇溶液中只有部分溶解,在60%～100%的乙醇溶液中,硫酸亚铁的溶解度几乎完全不溶解。因此,若将硫酸亚铁作为铁源用于合成多肽螯合铁,螯合反应完成后不能使游离金属离子和螯合物分离。由于氯化亚铁能完全溶于不同浓度的乙醇溶液中,同时试验研究表明三氯化铁也能溶于乙醇溶液中,因此可以用乙醇处理反应液,游离的Fe2+或Fe3+溶解在乙醇中,而多肽螯合铁在乙醇溶液中沉淀析出。因此,将氯化亚铁作为铁源,可以实现有机铁和无机铁的分离,进而提高产品纯度。

2.2 猪血多肽铁螯合盐的制备工艺研究

2.2.1 pH值对螯合反应效果的影响

以铁螯合率和多肽铁螯合盐得率为测试指标,研究pH值对螯合反应效果的影响,结果见图1。

图1 pH值对螯合反应效果的影响

由图1可知,随着pH值的升高,铁螯合率和多肽铁螯合盐得率均先增加后降低,当pH值为5时,二者均达到最大值。这是因为在pH较低的酸性条件下,H+将与金属离子竞相争夺供电子基团,从而不利于金属螯合物的形成;随着pH的升高,意味着溶液中OH-增加,游离铁离子与OH-结合形成羟合Fe2+(氢氧化亚铁)的机会增加,也不利于螯合铁盐的生成[9]。因此可初步确定螯合反应的较适pH为5。

2.2.2 猪血多肽与亚铁盐质量比对螯合反应效果的影响

以铁螯合率和多肽铁螯合盐得率为测试指标,研究猪血多肽与亚铁盐质量比对螯合反应效果的影响,结果见图2。

图2 猪血多肽与亚铁盐质量比对螯合反应效果的影响

猪血多肽与亚铁盐的质量比是影响螯合反应的一个重要因素,质量比太小,不能形成稳定的环状结构,螯合物不稳定;质量比太大,会造成多肽的浪费[10]。从图2可看出,随着猪血多肽与亚铁盐质量比的增加,铁螯合率和多肽铁螯合盐得率均先增加后降低。因此可初步确定猪血多肽与亚铁盐的较适质量比为3∶1。

2.2.3 猪血多肽溶液浓度对螯合反应效果的影响

以铁螯合率和多肽铁螯合盐得率为测试指标,研究多肽溶液浓度对螯合反应效果的影响(见图3)。

图3 猪血多肽溶液浓度对螯合反应效果的影响

由图3可知,随着猪血多肽溶液浓度的升高,铁螯合率和多肽铁螯合盐得率均逐渐升高,但是当多肽溶液浓度大于3.0%时,铁螯合率和多肽铁螯合盐得率有所降低,这可能是随着多肽溶液浓度的升高,多肽溶液的溶解性降低,从而导致铁螯合率和多肽铁螯合盐得率降低。因此,多肽溶液浓度以3.0%为宜。

2.2.4 温度对螯合反应效果的影响

以铁螯合率和多肽铁螯合盐得率为测试指标,研究温度对螯合反应效果的影响,结果见图4。

图4 温度对螯合反应效果的影响

从图4可以看出,不同温度条件下,铁螯合率和多肽铁螯合盐得率基本相同,说明反应温度对螯合反应效果的影响不大,多肽与铁的螯合反应在室温条件下就可以完成。此结果与文献[11]的报道一致。因此,螯合反应在25℃(室温)条件下反应即可。

2.2.5 时间对螯合反应效果的影响

以铁螯合率和多肽铁螯合盐得率为测试指标,研究时间对螯合反应效果的影响,结果见图5。

图5 时间对螯合反应效果的影响

由图5可知,不同的反应时间,铁螯合率和多肽铁螯合盐得率基本相同,说明时间对螯合反应效果的影响不大,多肽与铁盐的螯合反应是一个快速反应。此结果与文献[12]的报道一致。因此,选取反应时间为30 min。

2.2.6 猪血多肽铁螯合盐制备工艺条件的优化

在上述单因素试验的基础上,以pH值、多肽与亚铁盐质量比和多肽溶液浓度为试验因素,以铁螯合率为测试指标,拟通过L9(34)正交试验筛选出猪血多肽铁螯合盐制备的最佳工艺参数,因素水平见表2,正交试验结果与极差分析见表3,方差分析见表4。

表2 因素水平表

由表3极差分析可知,对螯合反应效果影响因数由主至次依次为pH值,多肽与亚铁盐质量比,多肽溶液浓度,猪血多肽铁螯合盐制备的最佳工艺参数为pH值5,多肽与亚铁盐质量比4∶1,多肽溶液浓度3.0%。从表4方差分析可看出,pH值对螯合反应效果有极显著影响,多肽与亚铁盐质量比对螯合反应效果有显著影响,多肽溶液浓度对螯合反应效果无显著影响。

表3 L9(34)正交试验结果与极差分析表

表4 方差分析表

2.3 猪血多肽铁螯合盐的成分分析

对以上试验确定的最佳制备工艺条件下制得的猪血多肽铁螯合盐进行成分分析,分析结果见表5。

表5 猪血多肽铁螯合盐的成分

从表5可以看出,实验所制得的猪血多肽铁螯合盐中主要成分是多肽和铁,但是其中还有较多的钠盐存在,这主要是由于调节pH值时加入的NaOH或HCl所致,在后续研究中可以通过透析、超滤等方法进一步纯化产品。

3 结论

(1)通过硫酸亚铁和氯化亚铁在不同体积分数乙醇中溶解性的比较得知,氯化亚铁更适合作为多肽与铁进行螯合反应的铁源。

(2)猪血多肽铁螯合盐的最佳制备工艺条件为:pH值5,多肽与亚铁盐质量比4∶1,多肽溶液浓度3.0%。

(3)猪血多肽铁螯合盐的主要成分是多肽和铁,其质量分数分别为70.02%和12.23%。

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ABSTRACTThe chelating reaction condition was studied be tween pig blood polypeptide andmolysite.The ingredients of pig blood polypeptide-iron were also determined.The results showed that ferric chloride was suitable as iron source in chelatingwith pig blood polypeptide;the best condition was pH 5,the ratio of polypeptide and iron was 4∶1,solution concentration of polypeptide was 3.0%.The main contents of pig blood polypeptide-iron were polypeptide and iron with mass percents 70.02%and 12.23%,respectively.

Key wordspig blood polypeptide,iron,chelation,preparation

Study on Preparation of Pig Blood Polypeptide-iron

Wang Xue-rong1,Zheng Jiong2,Kan Jian-quan2
1(Animal Science Department of RongChang Campas of SouthwestUniversity Chongqing 402460,China)
2(Food Science Institute of SouthwestUniversity,Chongqing 400715,China)

博士,副教授(阚建全教授为通讯作者)。

＊现代农业产业技术体系建设专项资金资助;西南大学博士基金资助(09BSr07)

2009-12-18,改回日期:2010-04-13