氨基酸原料中游離氨基酸測定及風險評估

呂樂福　趙旭東　張紅衛　劉強林　高翔　杜建光

摘要：利用氨基酸自動分析儀對氨基酸原料進行氨基酸種類和含量測定分析，采用原子吸收分光光度計和可見光分光光度計測定了Pb、Cd、Cr和As有害元素含量并進行分析比較。結果表明：氨基酸原料A1、A2和A3樣品中均含有17種氨基酸，其總含量分別為51.63%、46.29%和61.90%。該測定方法精密度和準確度高，平均回收率為96.23%～100.77%，相對偏差RSD為0.67%～2.15%。三種氨基酸原料中有害元素Pb、Cd、Cr和As含量分別為6.46～91.41、4.35～13.21、7.53～13.12mg/kg和1.34～2.08mg/kg，在含氨基酸肥料生產中，氨基酸原料經過稀釋后可以達到國家相關標準限量值要求，但仍需加強監管。

關鍵詞：肥料；氨基酸；重金屬；風險評估

中圖分類號：S146⁺.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2016）04-0129-05

氨基酸是含有氨基和羧基的一類有機化合物的統稱，在農業上有著重要作用。一方面氨基酸分子可以被植物直接吸收利用，提高植物的產量和品質；另一方面對土壤酶活性和有機氮礦化也有直接影響。正是由于上述特性，使得含氨基酸葉面肥料、水溶性肥料和有機肥料迅速發展壯大，且在農業領域廣泛應用。氨基酸原料大多是利用廢棄動植物蛋白質資源經酸解、堿解、酶解或微生物發酵提取的，由于有機廢棄物中成分復雜、雜質多，且生產過程和濃縮步驟繁瑣，稍有不慎就可能造成產品質量差，甚至殘留部分有害物質。因此，有必要對氨基酸原料進行檢測和評估，確保肥料生產的安全。

氨基酸原料中主要成分為游離氨基酸，對于氨基酸的分析多采用柱后衍生離子交換色譜法、柱前衍生反相高效液相色譜法、陰離子交換色譜一脈沖積分安培法、超高壓色譜法、毛細管電泳法和凱氏定氮法等。然而這些方法中有些操作復雜且儀器不普及，或試劑昂貴、或分離效率低，甚至有些方法不能夠同時測定多種氨基酸。考慮到上述因素，結合實際情況，本研究選擇操作簡單、重現性好、靈敏度高的氨基酸自動分析儀法對氨基酸原料中的游離氨基酸進行分析和評價。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗材料購自臨沂市轄區內肥料生產企業，三個樣品均為固態粉末狀，顏色棕黃色，分別記為：A1、A2和A3。主要試劑包括：混合氨基酸標準液（2.5μmol/mL），購自美國Sigma公司；緩沖液（B1、B2、B3和B4）和再生液（RG），購自三菱化學株式會社；顯色液（R1和R2），由日本和光純藥工業株式會社生產；鹽酸、硝酸、硫酸均為優級純，市售；氫氧化鈉、檸檬酸鈉、EDTA、磺基水楊酸等均為分析純，市售。實驗用水全部為去離子水。無磷濾紙，三水牌（φ11cm），濰坊檢驗技術研究所生產。

1.2 儀器與設備

電子天平（0.0001g），AL204型，梅特勒-托利多儀器公司；全自動氨基酸分析儀（色譜柱-日立專用離子交換樹脂#2622SC，4.6mm×60mm），Hitachi L8900型，日本日立高新技術株式會社；原子吸收分光光度計（配有空氣-乙炔燃燒器），安捷倫AA240型，美國安捷倫科技有限公司；高速臺式離心機，TGL-15B型，上海安亭科學儀器廠；數顯恒溫水浴鍋，HH-4型，上海藍凱儀器儀表有限公司；電熱板，SY-2型，金壇市晶玻實驗儀器廠；可見分光光度計，722G型，上海精密科學儀器有限公司；往復式振蕩機，HY-4KS型，金壇市新航儀器廠；酸度計，PHS-3C型，上海精密科學儀器有限公司；數字電導率儀，DDS-11A型，上海雷磁創益儀器儀表有限公司；電熱恒溫干燥箱，202型，山東濰坊醫療器械廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 氨基酸測定方法 參照GB/T17419-1998《含氨基酸葉面肥料》中規定的方法測定樣品中的游離氨基酸。具體步驟為：準確稱取2.000g樣品，置于250mL容量瓶中，定容一搖勻后放置過夜，第二日用移液管吸取2mL上清液置于10mL硬質離心管中，隨后加入2mL濃度5%的磺基水楊酸溶液，搖勻，靜置1h，再加入1mL濃度1%的EDTA溶液和1mL0.06mol/L HCl溶液，混勻后，用高速離心機以4500r/min離心15min，用移液管吸取1mL上清液于10mL玻璃試驗管中，水浴蒸干。最后用2mL pH2.2的檸檬酸鈉緩沖溶液溶解結晶沉淀，用注射器將溶解液打人測試瓶中，待測。將上述250mL容量瓶中剩余上清液分別倒入3個50mL燒杯中，用pH計和電導率儀分別測定溶解液的pH值和EC值。同時做空白處理（去離子水），記為DW，下同。

加標回收方案具體為：分別移取上述250mL容量瓶中上清液1.0mL和0.1n mol/μL混合氨基酸標準液1mL于10mL硬質離心管中，后續處理同上。

氨基酸自動分析儀參數設置：柱溫設為57℃；反應溫度設為135℃；自動進樣器沖洗不少于3次；用外標法定量，進樣量20μL。

1.3.2 重金屬測定方法 重金屬（Cd、Cr、Pb和As）測定參考GB/T23349-2009《肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態指標》中規定方法。具體為：準確稱取5.000g樣品于400mL高型燒杯中，在通風櫥里分別向燒杯內加入30mL鹽酸和10mL硝酸，蓋上表面皿，靜置10min，在可調式電熱板上慢慢加熱，待激烈反應結束后，移開表面皿，繼續加熱至近干。稍微冷卻后，加入50mL鹽酸溶液（1+5）并加熱溶解，冷卻至室溫后定容到250mL容量瓶中，搖勻，用定量濾紙干過濾，濾液待測備用。其中，Cd、Cr和Pb用空氣-乙炔燃燒-原子吸收分光光度法進行測定；As采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定。

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2007軟件、SPSS 18.0軟件和OrigiPro 8.0進行計算分析。

2 結果與分析

2.1 混合氨基酸標準樣品測定分析

采用保留時間法對樣品中氨基酸定性，即在相同色譜分析條件下，樣品中的氨基酸色譜峰與氨基酸標準色譜峰保留時間相同或者相近，那么就認為樣品中含有此種氨基酸。圖1為去離子水空白處理和17種氨基酸混合標準樣品衍生化后的色譜分析圖。從圖1a可以看出，空白處理僅有一個小小的NH₃峰，因此不含有任何氨基酸，說明在試驗操作過程中不存在引入外源氨基酸而影響檢測結果的可能性。圖1b可知，17種氨基酸混合標準樣品按照分離時間依次為：Asp、Thr、Ser、Glu、Pro、Gly、Ala、Cys、Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His、Arg。各氨基酸峰的基部沒有黏連或重合部分較少，說明儀器工作正常，分離度較高，可以滿足檢驗檢測的要求。

2.2 不同樣品氨基酸測定分析

氨基酸常為兼性離子態存在，其本身既是酸又是堿。按照氨基酸性質可大致分為酸性氨基酸（Asp和Glu）、堿性氨基酸（Lys、His和Arg）、中性氨基酸（Thr、Ser、Pro、Gly、Ala、Val、Ile、Leu、Tyr和Phe）和含硫氨基酸（Cys和Met）四類。由表1可知，不同樣品中氨基酸的含量不同。其中，去離子水空白處理（DW）不含任何氨基酸，檢測結果值均為0，這與圖1a顯示的結果一致。樣品A1中Glu含量最高，為8.48%；Met含量最低，為0.50%。樣品A2中Ala含量最高，為10.68%；Ser含量最低，為0.47%。樣品A3中Glu含量最高為10.22%；Met含量最低，為0.47%。根據氨基酸l生質來區分，A1、A2和A3三個樣品中酸性氨基酸、堿性氨基酸、中性氨基酸、含硫氨基酸含量分別為：12.26%、6.58%、30.96和1.83%；3.09%、2.80%、37.08%和3.32%；14.67%、7.91%、37.44%和1.88%。三個樣品中氨基酸含量構成從大到小均呈現為：中性氨基酸>酸性氨基酸>堿性氨基酸>含硫氨基酸。從總量上看，樣品A3含量最高（61.90%），其次為樣品A1（51.63%），樣品A2含量最低（46.29%）。

從表1還可以看出，各氨基酸平均回收率在96.23%～100.77%之間，變異系數RSD除Leu外均小于2%，說明測定方法和儀器狀態均可滿足分析研究的需要，對氨基酸原料中游離氨基酸的提取具有較好的適用性和可靠性。

2.3 浸提液pH值與EC值

從圖2可知，與去離子水空白處理（DW）相比，各氨基酸樣品浸提液均呈酸性，pH值較DW處理降低了5.80%～24.64%。三個氨基酸樣品中，浸提液pH值從小到大依次為：A1+