北極甜蝦廢棄物多肽鉬螯合物的制備工藝研究

摘要：以北極甜蝦蝦殼多肽為原料，與三氧化鉬螯合生成多肽鉬螯合物。實(shí)驗(yàn)探索了北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比、螯合時(shí)間、螯合溫度、螯合pH這4個(gè)因素對(duì)螯合率的影響，以確定最佳單一因素；再通過正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定北極甜蝦蝦殼多肽鉬螯合物的最佳制備工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：北極甜蝦蝦殼多肽鉬螯合物的最佳制備工藝條件為：北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比為1∶5，螯合反應(yīng)溫度為55 ℃，螯合反應(yīng)pH為6，螯合反應(yīng)時(shí)間為120 min。

關(guān)鍵詞：北極甜蝦蝦殼多肽；三氧化鉬；單因素實(shí)驗(yàn)；正交實(shí)驗(yàn)

鉬在人體內(nèi)以有機(jī)螯合鉬的形式存在，鉬缺乏易引起腎結(jié)石和尿道結(jié)石，導(dǎo)致缺鐵性貧血發(fā)生，可使體內(nèi)的能量代謝過程發(fā)生障礙，致使心肌缺氧而出現(xiàn)灶性壞死［12］，因此，研究多肽鉬螯合物有重要的價(jià)值。很多水產(chǎn)市場(chǎng)和公司由于加工蝦類等水產(chǎn)品從而形成大量的廢棄物，如果將蝦殼等廢棄物加工成多肽，并進(jìn)一步合成多肽金屬螯合物，可以形成高附加值產(chǎn)品，因其具有較高的抑菌性和抗氧化性，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等行業(yè)，同時(shí)能夠做到廢物利用，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

1材料與方法

1.1材料與試劑

北極甜蝦蝦殼，山東榮信水產(chǎn)食品集團(tuán)股份有限公司提供；木瓜蛋白酶（800 μ/mg，生化試劑），山東卡貝因生物科技有限公司；無(wú)水乙醇（分析純），山東德彥化工有限公司；磷酸氫二鈉（分析純），廊坊市金海化工有限公司；鹽酸（分析純），濟(jì)南競(jìng)宇新材料技術(shù)有限公司；考馬斯亮藍(lán)G250，沈陽(yáng)晟達(dá)化工有限公司；磷酸（85%，分析純），濟(jì)寧市旭力化工有限公司；牛血清蛋白（生化試劑），西安澤邦生物科技有限公司；三氧化鉬（分析純），天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；氨水（分析純），天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；氯化銨（分析純），天津市化學(xué)試劑供銷公司；氫氧化鈉（分析純），天津市永大化學(xué)試劑有限公司；EDTA（分析純），天津市福晨化學(xué)試劑廠；氧化鋅（分析純），天津市天成錦業(yè)國(guó)際貿(mào)易有限公司；鉻黑T（分析純），天津市歐博凱化工產(chǎn)品銷售有限公司；氯化鎂（分析純），天津市鑫大宇化工有限公司；鹽酸羥胺（分析純），重慶市茂榮化工貿(mào)易有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

FA1004B電子分析天平，上海佑科儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)，滄州晶碩試驗(yàn)儀器有限公司；304中藥粉碎機(jī)，邢臺(tái)博泉機(jī)械科技有限公司；pH計(jì)，煙臺(tái)凱米斯儀器有限公司；HH6恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DT56低速臺(tái)式離心機(jī)，北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司；UV1601紫外分光光度計(jì)，北京北分瑞利分析儀器（集團(tuán)）公司。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1北極甜蝦蝦殼多肽的制備

洗凈北極甜蝦殼，并在烤箱中干燥約4 h后取出，用研磨機(jī)壓碎以制成蝦殼粉［3］。取適量蝦殼粉，用無(wú)水乙醇脫色，過濾后留取濾渣，濾渣用去離子水洗滌2～3次后，加入木瓜蛋白酶溶液進(jìn)行酶解制取多肽，同時(shí)用磷酸氫二鈉緩沖溶液和鹽酸調(diào)節(jié)pH，提取制備一段時(shí)間后放進(jìn)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行離心分離，取上清液放進(jìn)烘箱進(jìn)行烘干，即得蝦殼多肽。

1.3.2北極甜蝦蝦殼多肽鉬螯合物的制備工藝研究

按照下面的工藝流程進(jìn)行多肽鉬螯合物的制備。

多肽→按比例加入三氧化鉬→調(diào)整螯合條件→乙醇沉淀（乙醇含量達(dá)到90%以上，靜置沉淀3 h）→抽濾→干燥→產(chǎn)品。

影響該制備工藝的主要因素有螯合溫度、螯合pH、多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比值、螯合時(shí)間等［45］，通過進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)探索北極甜蝦多肽鉬螯合物制備的最佳工藝。運(yùn)用絡(luò)合滴定與反滴定法計(jì)算螯合率。

螯合率（%）＝（反應(yīng)體系中鉬的含量-游離鉬含量）/反應(yīng)體系中鉬的含量 ×100%

2結(jié)果與討論

2.1影響多肽鉬螯合物制備的因素

2.1.1螯合溫度對(duì)多肽鉬螯合物螯合率的影響

在螯合pH為7、螯合時(shí)間為60 min、北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比為1∶3條件下，分別在溫度為30、35、45、55、65、75 ℃下進(jìn)行北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬的螯合反應(yīng)。從圖1中可以看出，溫度從30 ℃增加到75 ℃時(shí)，螯合率先逐漸升高后緩慢降低，其中在螯合溫度為45 ℃時(shí)，螯合率最高，可達(dá)到90.39％。

2.1.2螯合pH對(duì)產(chǎn)物螯合率的影響

在溫度為45 ℃、時(shí)間60 min、蝦殼多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比為1∶3時(shí)，分別在pH為4、5、6、7、8時(shí)進(jìn)行螯合反應(yīng)。從圖2中可以看出，其他條件恒定時(shí)，當(dāng)pH為4至6時(shí)，螯合速率持續(xù)增加，而當(dāng)pH為6～8時(shí)逐漸減少。pH超過6以后，氫氧根離子和給電子基團(tuán)競(jìng)爭(zhēng)鉬離子優(yōu)先結(jié)合形成氫氧化鉬沉淀，不溶于水和堿。pH為6時(shí)螯合率最高，為84.08%，故pH選擇6為宜。

2.1.3多肽與三氧化鉬質(zhì)量比對(duì)產(chǎn)物螯合率的影響

溫度為45 ℃，時(shí)間60 min，pH為7，分別在多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6時(shí)進(jìn)行螯合反應(yīng)。從圖3中可以看出，其他條件恒定，隨著北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬質(zhì)量比值逐漸增加，螯合率明顯增加，當(dāng)質(zhì)量比值為1∶4時(shí)，螯合反應(yīng)的螯合率最高，為83.71%，當(dāng)質(zhì)量比值繼續(xù)升高時(shí)，螯合率逐漸下降，當(dāng)質(zhì)量比值超過一定比值會(huì)造成藥品浪費(fèi)，并對(duì)環(huán)境造成污染。故選擇北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬質(zhì)量比值為1∶4左右為適宜。

2.1.4螯合反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物螯合率的影響

當(dāng)溫度在45 ℃，pH為7，多肽與三氧化鉬質(zhì)量比為1∶3時(shí)，分別在30、45、60、90、120、150 min內(nèi)進(jìn)行螯合反應(yīng)，螯合率如圖4所示。當(dāng)其他條件恒定時(shí)，隨著螯合時(shí)間的增加，螯合率逐漸增加，但是當(dāng)時(shí)間超過90 min時(shí)，螯合率曲線急劇下降。螯合時(shí)間為90 min時(shí)，螯合率最高，為90.30％，因此最佳螯合時(shí)間應(yīng)為90 min。

2.2正交實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步優(yōu)化螯合工藝，選擇pH、北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比、螯合反應(yīng)時(shí)間、螯合反應(yīng)溫度進(jìn)行4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，見表1。

由表1可知，從極差R值看，北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬制備螯合物的主要影響因素是Bgt;Cgt;Agt;D，即影響因素依次是螯合pH、北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬質(zhì)量比、螯合溫度、螯合時(shí)間。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)還可以得到，多肽鉬螯合的最佳制備工藝為：A3B2C3D3，即制備北極甜蝦殼多肽鉬螯合物的最佳工藝組合是螯合55 ℃，螯合pH為6，而北極甜蝦殼三氧化鉬的質(zhì)量比為1∶5，螯合時(shí)間為120 min。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)北極甜蝦廢棄物進(jìn)行多肽鉬螯合物的制備，可以有效利用蝦殼類廢物，助力水產(chǎn)企業(yè)節(jié)能減排，為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益，并可提供更多的就業(yè)崗位。通過研究，可得出如下結(jié)論。

（1） 經(jīng)過單因素實(shí)驗(yàn)可知：螯合溫度、螯合pH、多肽與三氧化鉬的質(zhì)量比、螯合時(shí)間都會(huì)影響螯合率。北極甜蝦多肽鉬螯合的最佳單因素分別為：螯合溫度45 ℃，螯合pH6，北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬質(zhì)量比1∶4，螯合時(shí)間90 min。

（2） 正交實(shí)驗(yàn)最佳工藝為A3B2C3D3，即制備北極甜蝦蝦殼多肽鉬螯合物的最佳工藝組合為：螯合溫度55 ℃，螯合pH 6，北極甜蝦蝦殼多肽與三氧化鉬質(zhì)量比1∶5，螯合時(shí)間120 min。

（3） 此次研究北極甜蝦蝦殼多肽鉬螯合物的制備工藝也存在一些問題，如果北極甜蝦蝦殼多肽不夠純，在絡(luò)合滴定法測(cè)螯合率過程中，滴定終點(diǎn)的判斷不夠準(zhǔn)確，也會(huì)使螯合率計(jì)算不準(zhǔn)確。參考文獻(xiàn)：

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