ICP-AES分析植酸酶对制麦过程中游离态金属离子含量的变化

张善飞，董 亮，栾 南，周薇薇，尹亚辉，赵长新

（大连工业大学生物工程学院，辽宁大连 116034）

ICP-AES分析植酸酶对制麦过程中游离态金属离子含量的变化

张善飞，董 亮，栾 南，周薇薇，尹亚辉，赵长新*

（大连工业大学生物工程学院，辽宁大连 116034）

运用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）考察了外源添加植酸酶对大麦发芽过程中游离态K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+含量的变化。实验发现：添加外源植酸酶能提高发芽过程中游离态金属离子的含量，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+含量同比可提高10.7%、23.4%、16.3%、8.0%、75.5%。通过比较金属离子含量的变化可以为制定合理的制麦工艺提供参考。

大麦，植酸酶，金属离子，电感耦合等离子体原子发射光谱法

在大麦种子中，植酸是金属离子的贮藏库。植酸以植酸钙镁钾盐的形式广泛存在于植物种子内，并且对绝大多数金属离子有极强的络合能力，络合力与EDTA相似。大麦萌发时在植酸酶的作用下，植酸被解离，金属离子得以释放，用于满足种子萌发过程中代谢活动的需要[1]。研究发现，在制麦过程中金属离子对制麦酶系的酶活力有明显的激活或抑制作用，而酶的活性对麦芽的质量和制麦周期都有很大的影响[2-4]。如钙离子和镁离子能增强麦芽的蛋白酶活性而锌离子和铁离子却抑制麦芽中的蛋白酶活性，蛋白酶活力的大小和麦芽的库尔巴哈值有着直接的关系，对麦芽的溶解和制麦周期有很大的影响。另外，麦芽中金属离子的种类和含量对麦汁、酵母以及发酵过程都有很大的影响，从而影响啤酒的质量和风味[5-6]。杨立华[7]等对大麦发芽过程中金属离子含量变化进行跟踪监测，建立了测定大麦中金属离子的新方法。郭建华等[8]运用原子发射光谱法对大麦发芽过程中的总金属离子和游离态金属离子含量进行了比较，发现总的离子含量一般呈现出单调的变化，而游离态的离子含量随发芽时间的不同呈现出波动变化。鉴于此本文通过电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）检测外源植酸酶对大麦发芽过程中游离态金属离子含量的变化，进一步明确大麦的发芽机理以及植酸酶对麦芽的影响，为制定更加合理的制麦工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大麦 schooner，中粮麦芽（大连）有限公司提供；钾、钠、钙、镁、锌标准储备液 国家钢铁材料测试中心，1000μg/m L，分析纯。

TJA IRIS Advantage全谱电感耦合等离子体发射光谱仪 美国热电公司；ZPS－250H智能恒温恒湿培养箱 黑龙江东拓仪器制造有限公司；GTL－16A离心机 上海浦东物理光学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 麦芽的制备 将一定量的大麦按照W 6－D16－W 5－D3，浸麦30h，发芽96h，发芽温度为16℃，湿度为100%的工艺进行发芽，培养时间共计126h。样品大麦在浸麦期间添加一定量的植酸酶，并且设置对照样，即不添加任何药品且保持相同工艺条件。原麦记为发芽0h，浸麦结束后，每隔24h取样，用去离子水反复冲洗3遍，用滤纸吸干表皮水分，液氮研磨备用。

1.2.2 游离态金属离子的样品制备 准确称取3g备用粉碎麦芽，置于糖化杯中，加入50m L去离子水浸泡2h，然后于40℃水浴保温1h。将溶液倒入离心管内，4000r/m in离心30m in，取上清备用。

1.2.3 多元素混合标准溶液制备 准确吸取10m L Ca2+，Mg2+，2m L Zn2+和20m L K+，Na+标准储备溶液于100m L容量瓶中，分别配制成100，100，20，200，200μg/m L混合标准储备溶液。将混合标准储备液稀释一定的倍数配制标准工作溶液，硝酸为（1+9）介质。由于待测元素含量变化相差较大，本文配制的工作曲线范围较宽，测定中可根据待测元素的含量对标准溶液酌情稀释绘制工作曲线，结果见表1。

表1 不同金属离子标准曲线方程、相关系数及线性范围Table 1 Linear equation，correlation coefficientand linear range of differentmetal ions

1.2.4 仪器工作参数 功率：1.25kW；冷却气：14L/m in；辅助气：0.5L/m in；观测高度：15mm；雾化气压力：24psi；蠕动泵转速：120r/min；积分时间：Low WL range 20s；High WL range 10s。

2 结果与讨论

2.1 精密度实验

对选定一份样品分别进行9次连续测定，计算各元素相对标准偏差，结果见表2。

2.2 回收率实验

将一定量标准元素加入复合试样中，测得回收率为95.1%～102.3%，结果见表3。

2.3 外源添加植酸酶对制麦过程中游离态金属离子含量的变化

表2 不同金属离子测定方法精密度实验Table2 Precision testofdifferentmethodsofmetal ionsdetection

表3 不同金属离子回收率测定Table 3 Detection of recovery rate of differentmetal ions

2.3.1 制麦过程中游离态K+、Na+含量测定结果 由图1、图2可知，制麦过程中外源添加植酸酶对钾离子和钠离子具有同样的变化趋势，但是涨幅程度有所不同。添加植酸酶的大麦中的金属离子含量略微高于对照大麦，K+含量最大达到2956μg/g，同比提高10.7%；Na+含量达到172.5μg/g，同比提高23.4%。在大麦发芽的前30h内，钾离子和钠离子含量都出现骤降的趋势，随后慢慢上升，并且钾离子的增长速率高于钠离子。

图1 制麦过程中游离态钾离子含量的变化Fig.1 Change of dissociative K ion duringmalting process

图2 制麦过程中游离态钠离子含量的变化Fig.2 Change of dissociative Na ion duringmalting process

大麦在制麦的前30h内处于浸麦阶段，没有进入快速发芽阶段，此时，大麦代谢不需要过多的钾离子和钠离子，但是本身内部却含有过多的钾离子和钠离子，所以大麦主要是排除内部多余的钾离子和钠离子，所以发芽前30h离子含量出现骤降现象。当浸麦结束，大麦进入快速发芽阶段，各种水解酶开始表现出较高的活性，开始降解胚乳中的大分子物质如蛋白质，淀粉等。钾离子和钠离子在大麦体内大部分和植酸、蛋白质等大分子物质结合，这些金属离子在水解酶的作用下被降解出来，所以离子含量慢慢回升。另外，外源添加的植酸酶降解大麦内部的植酸盐，使钾离子和钠离子含量略高于对照大麦。

2.3.2 制麦过程中游离态Ca2+、Mg2+、Zn2+含量测定结果 由图3可知，制麦过程中未添加植酸酶的大麦中钙离子含量呈现出先升高后降低的现象。在发芽40h达到最高点，含量达到355μg/g。添加植酸酶的大麦钙离子含量上升速率较快，变化曲线呈现波动变化，并且在24～72h一直处于较高浓度。在发芽126h时添加植酸酶的Ca2+含量达到172μg/g，比未添加植酸酶提高了近16.3%。

图3 制麦过程中游离态钙离子含量的变化Fig.3 Change of dissociative Ca ion duringmalting process

由图4可知，制麦过程中镁离子变化不如钙离子波动大，添加植酸酶的大麦和对照相比变化趋势一致，都呈现先降低后升高的现象。但是添加植酸酶的大麦在发芽24h就开始出现回升的现象，并且在72h增长速率明显提高，而对照样直到48h才开始出现回升趋势，增长速率缓慢。在发芽126h时添加植酸酶的大麦中Mg2+含量达到900.8μg/g，相对于对照样提高了8.0%。

图4 制麦过程中游离态镁离子含量的变化Fig.4 Change of dissociative Mg ion duringmalting process

由图5可知，未添加植酸酶的大麦中锌离子含量呈现先降低后升高的现象，在发芽24h就出现下降趋势，一直持续到72h才开始回升。而添加植酸酶的大麦却出现很大的差别，在发芽前72h一直处于升高的状态，而后降低，并且整个发芽过程中锌离子含量一直明显高于对照大麦，尤其在发芽78h时，Zn2+的含量达到7.8μg/g，提高近75%。

大麦体内分解和合成是同时存在的，各种水解酶分解植酸盐、蛋白质、淀粉等各种大分子物质，同时大麦利用分解的金属离子和有机物质结合储存起来，使得游离态金属离子一直在波动变化。浸麦阶段，外源添加的植酸酶随着水溶液通过珠孔进入大麦内部，分解大麦糊粉层的植酸，植酸盐被解离，金属离子得以释放，离子含量升高。另外外源添加的植酸酶有可能刺激大麦内源激素的分泌，通过激素的提高来提高大麦内部植酸酶活力，使植酸盐的降解速率提高，因此游离态金属离子含量升高速率高于未添加植酸酶的大麦。

图5 制麦过程中游离态锌离子含量的变化Fig.5 Change of dissociative Zn ion duringmalting process

3 结论

通过电感耦合等离子体原子发射光谱法考察了外源添加植酸酶对大麦发芽过程中游离态金属离子含量的变化。研究得出：外源植酸酶能提高发芽过程中游离态钾、钠、钙、镁、锌离子的含量，激活大麦水解酶活性，加快麦芽溶解，缩短制麦周期，为新的制麦工艺提供参考。

[1]任学良，舒庆尧.低植酸作物的研究进展及展望[J].核农学报，2004，18（6）：438－442.

[2]赵长新，窦少华，孙付保.国产恳啤－2号大麦制麦酶系的影响因素[J].无锡轻工大学学报，2004，23（3）：78－84.

[3]张春玲，赵长新，董亮．关于添加金属离子对国产大麦芽酶系酶活力影响的研究[J].食品科学，2006，27（11）：195－199.

[4]张春玲，赵长新，董亮，等．大麦发芽过程中金属离子对大麦酶系中淀粉酶活力影响研究[J].食品工业科技，2005，26（8）：75－81.

[5]孙付保，任洪艳，窦少华，等.离子与啤酒酵母生理代谢相关性的初步研究[J].中国酿造，2004（8）：12－15.

[6]PIRONCHEVA GL.The effectofmagnesium ions during beer fermentation[J].Cytobios，1998，94：135－139.

[7]杨立华，张明辉，李承华.大麦发芽过程中金属离子含量变化的跟踪监测[J].啤酒科技，2005（8）：25－30.

[8]郭建华，赵长新，李林勇，等.原子发射光谱法测定大麦发芽时金属离子的代谢[J].中国酿造，2006（5）：41－44.

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 *通讯联系人

张善飞（1988-），男，在读硕士研究生，研究方向：大麦发芽机理的研究。