CN108801956A - 壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，包括配制天冬酰胺蔗糖溶液，接着加入壳聚糖后进行恒温水浴振荡，再接着离心取上清液，对上清液稀释后测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量等步骤。本发明主要采用茚三酮显色可见分光光度法对壳聚糖吸附天冬酰胺后的吸光度进行测定，针对水溶液体系和蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学模型进行拟合，同时也对其等温吸附模型进行了研究，在加强对蔗汁澄清和糖浆脱色的应用基础研究的同时，对促使广西蔗糖工业技术水平的提高具有重大的理论意义和应用价值。

Description

壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺
技术领域
本发明属于吸附技术领域，具体涉及一种壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺。
背景技术
广西作为我国蔗糖原产地之一，种蔗制糖的历史悠久，已成为全国最大的糖业生产基地，广西产糖量占全国总产糖量的60％，是广西重要经济来源中不可缺少的一部分，也是产业支柱的不可缺少的部分。而甘蔗汁中的含氮有机物主要有蛋白质、氨基酸、酰胺及其它含氮物质，对制糖过程是有很大影响的。因此，各种含氮物的成分及含量在制糖过程中可以作为判断原料及制品质量的极有价值的一项指标。
目前，壳聚糖作为吸附剂在水处理、食品及制糖行业方面得到很好的应用。壳聚糖是直链型的高分子聚合物，由于其分子中存在游离氨基，在稀酸溶液中会被质子化，从而使壳聚糖分子链上带上大量正电荷，成为一种典型的阳离子絮凝剂。这种絮凝剂兼有电中和絮凝和吸附絮凝的双重作用，对无机悬浮固体有很强的凝聚能力，在硬水处理中用作澄清助剂，澄清效果比传统使用的明矾和聚丙烯酰胺并用处理的效果更好，且不易产生絮凝恶化现象。壳聚糖可与蛋白质、氨基酸、脂肪酸等以氢键结合而形成复合物，对蛋白质、淀粉等有机物的絮凝作用也很强，可用来分离和回收食品加工厂废水中的蛋白质等有机物，使废水中的固形物减少70％～98％。Hong等把壳聚糖应用于水产品加工厂废水中氨基酸的回收中，尤其是天门冬氨酸、谷氨酸、色氨酸的回收与分离。用添加了壳聚糖的吸附剂回收食品厂废水中的蛋白质高达97％。
壳聚糖的聚糖环上的2位氨基具有特殊的化学活性，具有强烈水化作用，在含水溶液中可夺取一个质子，形成带正电荷的-NH3+，与带负电的有机物质有相结合的趋势。当加入蔗汁中，蔗汁带负电的胶体就被-NH3+离子吸附，从而使胶体颗粒表面电荷中和。这种中和作用，能大大降低胶体的Z电位，胶体表面电荷不但可以被降低到零，还导致胶体与水之间界面的改变，使其物理化学性能改变。因此，壳聚糖这种阳离子高分子物质，很适合于吸附絮凝处理蔗汁中的蛋白质、氨基酸、果胶、单宁、聚戊糖、色素以及类脂等非糖成分，对蔗汁具有较好的澄清脱色作用。早在1969年，Takeda和Tomida]就用甲壳素作薄层色谱来分离氨基酸。1978年，Muzzarelli等用螯合铜的壳聚糖研究了His、Cys、Glu、Gly、Asp、Trp、Ile、Ser等8种氨基酸的配位交换色谱。柯火仲和吕禹泽也用螯合铜的壳聚糖研究了对Asp、His和Leu的回收率与壳聚糖自由氨基含量的关系。林宝凤研究发现壳聚糖对复合氨基酸的吸附性能与时间、介质pH值、吸附剂相对量有关。实验表明，以壳聚糖和废液相对量为20mg/mL，在pH为6～7时，搅拌60min，壳聚糖对毛发水解液复合氨基酸达最佳的吸附效果。蒋挺大等研究了戊二醛交联的壳聚糖对酸性、中性、碱性氨基酸的吸附规律，并指出吸附量非但与通常注意到的几个因素有关，而且与溶液的起始浓度也有关。
壳聚糖对蔗汁中氨基酸的吸附是一个随着时间变化的动态过程，所以在实际应用中还必须了解吸附动力学及热力学，即达到吸附平衡的过程及速度问题。本发明针对蔗汁澄清过程中壳聚糖对天冬酰胺的吸附作用进行研究，考察壳聚糖对天冬酰胺的吸附能力及机理，建立吸附模型，研究壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附规律，对蔗汁澄清工艺的新技术具有理论指导意义和实际应用价值，同时对广西糖业技术水平的提升具有一定的促进作用。
发明内容
本发明提供一种壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，以解决达到吸附平衡的过程及速度等问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，包括配制天冬酰胺蔗糖溶液，接着加入壳聚糖后进行恒温水浴振荡，再接着离心取上清液，对上清液稀释后测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量。
进一步地，所述配制天冬酰胺蔗糖溶液如下：称取0.0500g(±0.0005)天冬酰胺固体与配好的10％蔗糖溶液互溶在200mL烧杯中，搅拌均匀后用10％蔗糖溶液将其定容至1000mL的容量瓶中。
进一步地，所述壳聚糖的制备如下：用电子天平称10.00g(±0.05)壳聚糖和用量筒量取200mL水同时倒入到500mL烧杯中使其混合，混合均匀后让其在室温下浸泡24h，然后将其进行抽滤，即得到实验所用壳聚糖。
进一步地，所述壳聚糖的加入量为0.15g。
进一步地，所述恒温水浴的温度为30℃。
进一步地，所述振荡的频率为120r/min，振荡时间为10～250min。
进一步地，所述离心的条件：4000r/min下离心10min。
进一步地，所述对上清液稀释后测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值如下：
向稀释后的中上清液加磷酸盐缓冲液1mL，显色剂2mL，加入蒸馏水，摇匀，置于沸水浴中显色25min，冷却5min，以相应溶剂作空白，用可见分光光度计在λ＝580nm处测定其吸光度，根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值。
进一步地，所述磷酸盐缓冲液由磷酸二氢钾1.7000g，氢氧化钠0.2362g，加蒸馏水250mL溶解，调节pH＝6.8制得。
进一步地，所述显色剂为质量浓度为2％的茚三酮溶液。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过实验得出氨基酸含量测定的最佳实验条件为：最大吸收波长580nm，磷酸盐缓冲液1mL，茚三酮显色剂2mL，沸水浴加热25min，此实验条件下，测定广西地区甘蔗汁中氨基酸的含量为0.1562mg/mL，该方法的平均加标回收率为101.1％，RSD为2.67％，具有操作简单、快速和重现性较好等优点。
(2)在水溶液体系和10％蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学皆符合准二级动力学方程，在天冬酰胺的初始质量浓度分别为50、100、150mg/L时，水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学符合准二级动力学方程，其方程拟合的相关系数R2值为0.9857～0.9932，吸附平衡时间为120min，吸附速率常数K值分别为0.003211、0.001220、0.001023g/(mg·min)，其动力学方程分别为：t/qt＝0.1334t+5.5419、t/qt＝0.0435t+1.5509、t/qt＝0.0296t+0.8566。其理论吸附量分别为7.4963、22.9885、33.7838mg/g，与实验值6.1089、19.2359、28.8252mg/g较为接近，当kp值越大时，吸附效果越好。
(3)与在水溶液体系中的动力学吸附实验相比，相同初始质量浓度条件下，10％蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学符合准二级动力学方程，其方程拟合的相关系数R2值为0.9839～0.9930，吸附平衡时间为120min，吸附速率常数K值分别为0.004477、0.002182、0.001254g/(mg·min)，其动力学方程分别为：t/qt＝0.1789t+7.1488、t/qt＝0.0690t+2.1823、t/qt＝0.0371t+1.0980，其理论吸附量分别为5.5897、14.4928、26.9542mg/g，与实验值4.5714、12.2222、23.2099mg/g较为接近，但都低于在水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附数据。
(4)壳聚糖在水溶液体系和10％蔗糖溶液体系中对天冬酰胺的吸附符合Langmuir等温吸附模型，其中：在水溶液体系中，其线性相关系数R2值、吸附方程和最大饱和吸附量分别为0.9788、Ce/qe＝0.0114Ce+1.7684和87.72mg/g；在10％蔗糖溶液体系中，其线性相关系数R2值、吸附方程和最大饱和吸附量分别为0.9473、Ce/qe＝0.012Ce+2.6081和83.33mg/g。
(5)在蔗汁清净过程中测定蔗汁中蛋白质和氨基酸等各种含氮物的成分及含量的变化，可以反映蔗汁清净效率的好坏，但目前国内外对蔗汁中氨基酸及含氮化合物方面的研究较少，尤其是对氨基酸吸附特性的研究鲜见报道，本发明对水溶液和10％蔗糖溶液体系中壳聚糖对小分子氨基酸类物质天冬酰胺的吸附能力进行了初步研究，得出的结果说明壳聚糖对天冬酰胺具有一定的吸附能力。
(6)甘蔗汁中的氨基酸及其它含氮物质，在制糖过程中可产生各种化学反应生成高分子的深色物质，对糖品质影响极大，本发明为广西糖业糖品质量控制提供了基础理论数据，同时对于进一步开发和提高蔗汁澄清工艺技术，充分利用甘蔗资源具有重要意义。
(7)本发明主要采用茚三酮显色可见分光光度法对壳聚糖吸附天冬酰胺后的吸光度进行测定，针对水溶液体系和蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学模型进行拟合，同时也对其等温吸附模型进行了研究，在加强对蔗汁澄清和糖浆脱色的应用基础研究的同时，对促使广西蔗糖工业技术水平的提高具有重大的理论意义和应用价值。
附图说明
图1为样品显色液可见区吸收光谱图；
图2为不同加热时间对吸光度的影响图；
图3为不同缓冲液用量对吸光度的影响图；
图4为不同显色剂用量对吸光度的影响图；
图5为L-天冬酰胺标准曲线图；
图6为蔗糖溶液体系中样品显色液可见区吸收光谱图；
图7为水溶液体系中L-天冬酰胺标准曲线图；
图8为水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学曲线图；
图9为水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺吸附动力学的粒内扩散方程拟合结果图；
图10为水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的准一级动力学方程拟合结果图；
图11为水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的准二级动力学方程拟合结果图；
图12为水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线图；
图13为水溶液体系中Langmuir等温方程线性拟合图；
图14为水溶液体系中Freudlich等温方程线性拟合图；
图15为蔗糖溶液体系中L-天冬酰胺标准曲线图；
图16为蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学曲线图；
图17为蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺吸附动力学的粒内扩散方程拟合结果图；
图18为蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的准一级动力学方程拟合结果图；
图19为蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的准二级动力学方程拟合结果图；
图20为蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线图；
图21为蔗糖溶液体系中Langmuir等温方程线性拟合图；
图22为蔗糖溶液体系中Freudlich等温方程线性拟合图。
具体实施方式
1吸附模型
1.1动力学吸附模型
吸附动力学是对吸附过程中吸附量和吸附时间的关系的理论研究，即对吸附速度快慢及吸附机理的研究。它与物质的传递现象及扩散速度的大小紧密相关，而传递现象和扩散速度又与吸附剂的性质(如大小、颗粒的形状、孔结构等)、吸附质的性质(分子或者离子)以及外界条件(如T、C等)有关。动力学方程的预测可作为一种能体现时间对吸附量的影响的评判标准。
为了能通过壳聚糖在水溶液体系和10％蔗糖溶液体系中对天冬酰胺吸附的实验，更好地去研究其动力学性质，从而找到最恰当的动力学模型来描述其吸附过程，分别对水溶液体系和10％蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学数据进行曲线拟合。对其吸附过程数据拟合的动力学方程可分为三种，分别为粒内扩散方程、准一级动力学方程和准二级动力学方程。具体的公式如下所示：其中粒内扩散为：
qt＝kpt0.5 (1)
式(1)中，t时刻被吸附物质的吸附量用的是qt表示；颗粒内扩散速率常数(mg/(g·min0.5))用的是kp表示；其吸附时间用的是t表示；
准一级动力学方程为：
ln(qe-qt)＝lnqe-k1t (2)
准二级动力学方程为：
式(2)、(3)中，qe与qt分别为平衡时刻和t时刻吸附剂对吸附质的吸附量(mg/g)；k1、k2分别为准一级、准二级动力学的吸附速率常数(min-1)。
M.A.Badawi等通过壳聚糖与单宁酸反应得到了三种改性壳聚糖生物聚合物，并采用FTIR和元素分析对其化学结构进行了表征。制备得到的生物聚合物用于吸附工业废水中的金属离子Al(III)和Pb(II)，实验发现随着生物吸附剂用量和pH的增加，其吸附效率会显著提高。结果表明其吸附动力学是遵循准二级动力学模型的，其吸附效率与吸附剂用量、介质的金属离子初始浓度和pH值的大小有关。改性的生物聚合物可作为高效的生物吸附剂从介质中吸附金属离子铅(II)和Al(III)。
孙兰萍等通过对壳聚糖吸附亚硒酸的吸附动力学研究，发现随温度的升高，吸附容量逐渐增大，表明壳聚糖吸附亚硒酸的过程是吸热的，并且其吸附动力学曲线符合质量作用定律和单分子层吸附机理的吸附动力学方程。
田玉红等对新生磷酸钙吸附没食子酸的的特性进行了实验研究，通过粒内扩散模型、准一级动力学模型和准二级动力学模型方程，得到一系列图表。其拟合结果表明，准二级动力学方程可以很完美地描述新生磷酸钙对没食子酸的吸附过程。当溶液pH为7.4左右时可以看出新生磷酸钙对没食子酸的摄取量达到最高。
袁菊红等人采用X射线衍射仪等仪器对烧烤竹炭的吸附性能进行了分析，并对其表面结构也进行了分析。通过分析结果可知竹炭是以微孔为主且包含多种官能团吸附剂的一种多孔吸附剂。在反应开始阶段，可以看出竹炭对铵态氮吸附的速率很快，随反应的进行，其吸附速率会逐渐开始减慢，最后达到了平衡。结果表明其吸附动力学是遵循准二级动力学模型的。
1.2等温吸附模型
吸附等温线可用于研究吸附质在吸附剂及其溶剂相上的分配情况。在蔗糖工业的污染水处理过程中描述水中含氮物质去除率效果，一般采用Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程这两种最常见的等温吸附模型。
Langmuir模型也称之为单分子层吸附模型，假设吸附剂表面是均一的，各处的吸附能力相同，吸附剂表面一个吸附位点只能接纳一个吸附质分子，在吸附剂的表面形成一单分子层，并且被吸附的分子之间无相互影响，吸附质在吸附剂表面上的各个吸附为点之间没有转移运动，在吸附速率和解吸速率相等的时候达到吸附饱和状态。Langmuir等温方程式为：
式(4)中，Ce、qe、b和k分别为吸附平衡时刻溶液中吸附质的浓度(mg/L)、平衡时刻吸附量(mg/g)、最大饱和吸附量(mg/g)和特征常数。
Freundlich模型是用于描述吸附质在能量分布不均一的吸附剂表面的吸附现象，不但能描述单分子层吸附，还能描述多分子层吸附。Freundlich等温方程式为：
lnqe＝lnk+nlnCe (5)
式(5)中，Ce、qe、k和n分别为吸附平衡时刻溶液中吸附质的浓度(mg/L)、平衡时刻吸附量(mg/g)和吸附特征常数。
G Mckay首次对壳聚糖吸附染料的性能和机理进行了较为详尽的研究，通过实验发现壳聚糖对酸性蓝25、酸性蓝158、媒染黄5和直接红84的吸附能力分别为186mg/g、222mg/g、51mg/g和354mg/g，而且它们的吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等温线。
W.H.Cheung等通过壳聚糖对酸性染料的吸附作用及其过程进行了实验研究，在采用Langmuir等温方程拟合的结果中可以发现到达吸附平衡时，壳聚糖对五种不同染料的吸附量分别为1.54、2.66、1.11、1.25和1.03mmol/g，其相关线性系数R2值分别为0.9812、0.9990、0.9997、0.9996和0.9999，实验结果表明壳聚糖对酸性染料的吸附更倾向于Langmuir等温吸附模型。
刘效兰等通过对甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸等4种氨基酸在粘土高岭石上吸附等温线的研究及金属铜离子对其等温线的影响研究表明，氨基酸吸附等温线应属Langmuir型等温线，金属铜离子存在及浓度增加可促进或增加各氨基酸在高岭石表面的吸附量，主要通过形成Ⅰ型三元表面络合物而增加吸附。
钱丹以甘氨酸(Gly)、赖氨酸(Lys)和丙氨酸(Ala)为吸附质，从静态法和动态法两方面综合研究了壳聚糖珠体的吸附性能。结果表明壳聚糖珠体对Gly、Lys和Ala具有很好的吸附效果，对上述氨基酸的静态吸附量分别达到89.2mg/g、63.7mg/g和55.8mg/g，而且吸附质溶液浓度越高、吸附时间越长，吸附效果就越好。吸附剂的静态等温吸附符合Langmuir和Freundlich吸附等温式，而且对氨基酸的吸附以物理吸附为主，伴随着化学吸附。吸附过程是吸热反应，由表面扩散和颗粒内扩散联合控制，以颗粒内扩散为主，且解吸效果良好，回收率高。
张宗恩对壳聚糖吸附水中邻氯酚进行了研究，结果表明壳聚糖对邻氯酚的吸附符合Langmuir吸附等温式，最大吸附容量达到6.9mg/g左右。壳聚糖在吸附去除饮用水中有害物质的同时，不吸附水中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 -等离子，不影响天然水体的本底浓度。
2实验试剂和仪器
2.1实验试剂
实验中所用到的主要药品和试剂见表1：
表1实验所用的试剂及药品
2.2实验仪器
实验中所用到的主要仪器见表2。
表2实验所用仪器
3实验主要试剂的配制
3.1茚三酮显色剂的配制
准确称取2g茚三酮粉末，用乙醇定容于100mL容量瓶中即得。
3.2磷酸盐缓冲液(pH＝6.8)的配制
准确称取磷酸二氢钾1.7000g，氢氧化钠0.2362g，加蒸馏水250mL溶解，备用。
3.3天冬酰胺水溶液的配制
50mg/L天冬酰胺水溶液的配制：准确称取0.0500g(±0.0005)天冬酰胺固体于200mL烧杯中，加入100mL蒸馏水溶解，搅拌均匀后用蒸馏水将其定容至1000mL的容量瓶中。
100mg/L天冬酰胺水溶液的配制：准确称取0.1000g(±0.0005)天冬酰胺固体于200mL烧杯中，加入100mL蒸馏水溶解，搅拌均匀后用蒸馏水将其定容至1000mL的容量瓶中。
150mg/L天冬酰胺水溶液的配制：准确称取0.1500g(±0.0005)天冬酰胺固体于200mL烧杯中，加入100mL蒸馏水溶解，搅拌均匀后用蒸馏水将其定容至1000mL的容量瓶中。
3.4蔗糖溶液(10％)的配制
用电子天平称取200.00g(±0.05)的蔗糖固体，量取1800mL的蒸馏水将其溶解在2000mL的烧杯中，搅拌均匀。
3.5天冬酰胺蔗糖溶液的配制
50mg/L天冬酰胺蔗糖溶液的配制：准确称取0.0500g(±0.0005)天冬酰胺固体与配好的10％蔗糖溶液互溶在200mL烧杯中，搅拌均匀后用10％蔗糖溶液将其定容至1000mL的容量瓶中。
100mg/L天冬酰胺蔗糖溶液的配制：准确称取0.1000g(±0.0005)天冬酰胺固体与配好的10％蔗糖溶液互溶在200mL烧杯中，搅拌均匀后用10％蔗糖溶液将其定容至1000mL的容量瓶中。
150mg/L天冬酰胺蔗糖溶液的配制：准确称取0.1500g(±0.0005)天冬酰胺固体与配好的10％蔗糖溶液互溶在200mL烧杯中，搅拌均匀后用10％蔗糖溶液将其定容至1000mL的容量瓶中。
4实验方法
4.1天冬酰胺的定量分析方法
4.1.1检测波长的确定
分别精确量取0.5mg/mL天冬酰胺标准溶液0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL于6个10mL的容量瓶中，加入蒸馏水稀释至刻度，再分别精确量取1mL于6只棕色试管中，加磷酸盐缓冲液1.0mL，显色剂2.0mL，加入蒸馏水定容至刻度，摇匀，置于100℃沸水浴中显色25min，取出后立即用冷水冷却5min，采用可见分光光度计在450～700nm进行扫描，吸收光谱见图1，图中，1-0.010mg/mL；2-0.015mg/mL；3-0.020mg/mL；4-0.025mg/mL；3-0.030mg/mL。
结果显示，样品显色液在580nm处有最大吸收，故选取580nm为最大吸收波长。
4.1.2加热时间的选择
精精确量取1.0mL质量浓度为0.02mg/mL的天冬酰胺标准溶液于7支10mL棕色试管中，加入磷酸盐缓冲液1.0mL和质量浓度为2％的茚三酮溶液2.0mL，加入蒸馏水定容到刻度，摇匀，于沸水浴中分别加热10、15、20、25、30、40、60min，取出后立即用冷水冷却5min，在580nm处测定其吸光度。测定的各显色体系的吸光度见图2。
结果显示，随着加热时间的增加，显色体系的吸光度值A也不断增大。当加热时间为20～25min时，吸光度值A变化较平缓，基本趋于稳定。从实验耗时和节省能耗方面考虑，故选择25min为最佳加热时间。
4.1.3磷酸盐缓冲液用量的考察
精确量取1mL质量浓度为0.02mg/mL的天冬酰胺标准溶液于7支10mL棕色试管中，分别加入0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL磷酸盐缓冲液，再各加入2.0mL质量浓度为2％的茚三酮溶液，加入蒸馏水定容至刻度，摇匀，置于沸水浴中显色25min，取出后立即用冷水冷却5min，在580nm处测定其吸光度。测定的各显色体系的吸光度见图3。
结果显示，当磷酸盐缓冲液用量为1.0mL时，吸光度值A最大，之后随着磷酸盐缓冲液用量的增加，吸光度值A逐渐变小。故选择1.0mL为最佳磷酸盐缓冲液用量。
4.1.4茚三酮显色剂用量的考察
精确量取1m L质量浓度为0.02mg/mL的天冬酰胺标准溶液于7支10mL棕色试管中，各加入1.0m L磷酸盐缓冲液1mL，再分别加入0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL质量浓度为2％的茚三酮溶液，加入蒸馏水定容至刻度，摇匀，置于沸水浴中显色25min，取出后立即用冷水冷却5min，在580nm处测定其吸光度。测定的各显色体系的吸光度见图4。
结果显示，随着显色剂用量的增加，吸光度值A不断最大。当显色剂用量为2.0mL时，吸光度值A接近最大值。从取样误差和节省显色剂方面考虑，故选择2.0mL为最佳2.0％茚三酮显色剂用量。
4.2甘蔗汁中氨基酸的含量测定
4.2.1标准曲线的绘制
分别精确量取0.5mg/mL天冬酰胺标准溶液0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL于6个10mL的容量瓶中，加入蒸馏水稀释至刻度。再分别精确量取1.0mL于6只棕色试管中，加磷酸盐缓冲液1.0mL，显色剂2.0mL，加入蒸馏水定容至刻度，摇匀，置于沸水浴中显色25min，冷却5min。以相应溶剂作空白，用可见分光光度计在λ＝580nm处测定其吸光度。根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值和天冬酰胺的质量浓度分别为Y坐标和X坐标，根据数据绘制出天冬酰胺标准曲线，结果见图2-5。
由实验可得，天冬酰胺标准曲线回归方程：Y＝34.9X-0.1716，相关系数为R2＝0.9985。结果表明，天冬酰胺溶液在浓度为10～30μg/mL范围内与吸光度值线性关系良好。
4.2.2甘蔗汁中氨基酸的含量测定
精确量取0.1mL供试品溶液于10mL带刻度的试管中，加入磷酸盐缓冲液1.0mL，显色剂2.0mL，用蒸馏水定容至刻度，摇匀，置于沸水浴中显色25min，冷却5min。用可见分光光度计在λ＝580nm处测定其吸光度，重复测定6次，含量取平均值。结果见表3。
表3甘蔗汁中氨基酸的含量
4.2.3方法学考察
4.2.3.1精密度试验
精确吸取0.4mL对照品溶液和0.1mL供试品溶液各6份，按2.4项下方法于580nm处重复测定6次吸光度值，结果对照品溶液吸光度RSD值为0.11％，供试品溶液吸光度RSD值为2.58％。试验结果表明该方法的精密度良好。结果见表4。
表4精密度试验结果(n＝6)
4.2.3.2稳定性试验
精确吸取0.2mL对照品溶液和0.1mL供试品溶液各6份，按2.4项下方法于580nm分别于0、5、10、20、30、50、80min测定吸光度值，结果对照品溶液吸光度RSD值为0.63％，供试品溶液吸光度RSD值为0.58％。试验结果表明样品液显色后在80min内稳定。结果见表5。
表5稳定性试验结果(n＝6)
4.2.3.3重复性试验
取同一批天冬酰胺标准品和甘蔗按2.2项下的方法分别制备对照品和供试品溶液各6份，分别精确吸取0.2mL对照品溶液和0.1mL供试品溶液，按2.4项下方法于580nm处测定其吸光度，结果对照品和供试品的RSD值分别为2.52％、4.15％。试验结果表明该方法的重复性良好。结果见表6。
表6重复性试验结果(n＝6)
4.2.3.4加标回收率试验
准确量取等体积的相同浓度甘蔗供试品溶液6份，分别加入0.1mL天冬酰胺标准溶液，按2.4项下方法于580nm处测定吸光度，按回收率＝(实测值-样品中氨基酸的含量)/天冬酰胺加入量×100％计算。结果见表7。
表7加标回收率试验结果(n＝6)
由表7计算得平均加标回收率为100.4％，RSD＝1.51％，结果表明该方法准确性较好，适于甘蔗汁总氨基酸含量测定。
4.3水溶液体系中天冬酰胺的分析检测方法
4.3.1标准曲线的绘制
用电子分析天平准确称取L-天冬酰胺0.0250g，用蒸馏水定容于50mL容量瓶中，即得0.5mg/mL天冬酰胺标准溶液。在得到的标准溶液中分别精确量取0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL于6个10mL的容量瓶中，加入蒸馏水稀释至刻度。再分别精确量取1mL于6只棕色试管中，加磷酸盐缓冲液1mL，显色剂2mL，加入蒸馏水定容至刻度，摇匀，置于沸水浴中显色25min，冷却5min。以相应溶剂作空白，用可见分光光度计在λ＝580nm处测定其吸光度。根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值和天冬酰胺的质量浓度分别为Y坐标和X坐标，根据数据绘制出天冬酰胺水溶液标准曲线。
4.4蔗糖溶液体系中天冬酰胺的分析检测方法
4.4.1检测波长的确定
分别精确量取0.5mg/mL天冬酰胺标准溶液0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL于6个10mL的容量瓶中，加入10％蔗糖溶液稀释至刻度，再分别精确量取1mL于6只棕色试管中，加磷酸盐缓冲液1.0mL，显色剂2.0mL，加入10％蔗糖溶液定容至刻度，摇匀，置于100℃沸水浴中显色25min，取出后立即用冷水冷却5min，采用可见分光光度计在450～700nm进行扫描，吸收光谱见图6。图中，1-0.010mg/mL；2-0.015mg/mL；3-0.020mg/mL；4-0.025mg/mL；3-0.030mg/mL
结果显示，样品显色液在570nm处有最大吸收，故选取570nm为最大吸收波长。
4.4.2标准曲线的绘制
用电子分析天平准确称取L-天冬酰胺0.0250g，用10％蔗糖溶液定容于50mL容量瓶中，即得0.5mg/mL天冬酰胺蔗糖标准溶液。在得到的标准溶液中分别精确量取0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL于6个10mL的容量瓶中，加入10％蔗糖溶液稀释至刻度。再分别精确量取1mL于6只棕色试管中，加磷酸盐缓冲液1mL，显色剂2mL，加入10％蔗糖溶液定容至刻度，摇匀，置于沸水浴中显色25min，冷却5min。以相应溶剂作空白，用可见分光光度计在λ＝570nm处测定其吸光度。根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值和天冬酰胺的质量浓度分别为Y坐标和X坐标，根据数据绘制出天冬酰胺蔗糖溶液标准曲线。
5壳聚糖的处理制备
用电子天平称10.00g(±0.05)壳聚糖和用量筒量取200mL水同时倒入到500mL烧杯中使其混合，混合均匀后让其在室温下浸泡24h，然后将其进行抽滤，即得到实验所用壳聚糖。
5.1水溶液体系中壳聚糖吸附天冬酰胺的研究
5.1.1水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学研究
用电子分析天平准确称取0.0500g、0.1000g、0.1500g(±0.0005)的天冬酰胺固体，将其分别用蒸馏水溶解在200mL的烧杯中，完全溶解后用蒸馏水将其分别定容至1000mL的容量瓶中得到50、100、150mg/L的天冬酰胺标准溶液。随后各量取100mL天冬酰胺标准溶液，将其分别置于一系列具塞的250mL的锥形瓶中，设置好时间梯度，在加入0.15g的壳聚糖后开始计时。在30℃、振荡频率为120r/min下分别振荡10、20、30、50、70、90、100、120、150、180、200、250min。振荡完毕后取出15mL溶液倒入离心管中用离心机离心10min后，取上清液，将上清液稀释至适当浓度，按照4.3.1法迅速测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量，以蒸馏水作为其空白对照。每组浓度的天冬酰胺水溶液做三组平行实验。
5.1.2水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线研究
用100mL的容量瓶分别配制25、50、100、150、200、250、300、400、500、600、800、1000、1200、1500mg/L浓度的天冬酰胺溶液。分别在一系列具塞的250mL的锥形瓶中倒入上述配制好的天冬酰胺溶液，并在加入0.15g的壳聚糖后开始计时，在30℃、振荡频率为120r/min下分别振荡120min。振荡完毕后取出15mL溶液倒入离心管中用离心机离心10min后，取上清液，将上清液稀释至适当浓度，按照4.3.1法迅速测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量，以蒸馏水作为其空白对照。每组浓度的天冬酰胺水溶液做三组平行实验。
6蔗糖溶液体系中壳聚糖吸附天冬酰胺的研究
6.1蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学研究
用电子分析天平准确称取0.0500g、0.1000g、0.1500g(±0.0005)的天冬酰胺固体，将其分别用10％蔗糖溶液溶解在200mL的烧杯中，完全溶解后用10％蔗糖溶液将其分别定容至1000mL的容量瓶中得到50、100、150mg/L的天冬酰胺标准溶液。随后各量取100mL天冬酰胺标准溶液，将其分别置于一系列具塞的250mL的锥形瓶中，设置好时间梯度，在加入0.15g的壳聚糖后开始计时。在30℃、振荡频率为120r/min下分别振荡10、20、30、50、70、90、100、120、150、180、200、250min。振荡完毕后取出15mL溶液倒入离心管中用离心机离心10min后，取上清液，将上清液稀释至适当浓度，按照2.3.4.2法迅速测定天冬酰胺在蔗糖溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量，以10％蔗糖溶液作为其空白对照。每组浓度的天冬酰胺蔗糖溶液做三组平行实验。
6.2蔗糖溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线研究
用100mL的容量瓶分别配制25、50、100、150、200、250、300、400、500、600、800、1000、1200、1500mg/L浓度的天冬酰胺蔗糖标准溶液(含10％蔗糖)。分别在一系列具塞的250mL的锥形瓶中倒入上述配制好的天冬酰胺蔗糖标准溶液，并在加入0.15g的壳聚糖后开始计时，在30℃、振荡频率为120r/min下分别振荡120min。振荡完毕后取出15mL溶液倒入离心管中用离心机离心10min后，取上清液，将上清液稀释至适当浓度，按照2.3.4.2法迅速测定天冬酰胺在蔗糖溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量，以10％蔗糖溶液作为其空白对照。每组浓度的天冬酰胺蔗糖溶液做三组平行实验。
7数据处理
(1)吸附量的计算
计算吸附量的公式为[45]：
式中：qe—天冬酰胺的饱和吸附量，mg/g；
C0—天冬酰胺溶液吸附前的质量浓度，mg/L；
C—天冬酰胺溶液吸附后的质量浓度，mg/L；
V—天冬酰胺溶液的体积，L；
m—壳聚糖的质量，g。
(2)动力学方程和等温吸附方程根据1.4可知，分别利用标准曲线计算其吸附量，然后根据对应的动力学方程和等温吸附方程进行绘图和拟合8结果与讨论
8.1水溶液体系中壳聚糖吸附天冬酰胺的研究
8.1.1天冬酰胺的标准曲线
根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值和天冬酰胺的质量浓度分别为Y坐标和X坐标，根据数据绘制出天冬酰胺标准曲线，计算得回归方程：Y＝34.9X-0.1716，相关系数为R2＝0.9985。结果表明，天冬酰胺溶液在浓度为10～30μg/mL范围内与吸光度值线性关系良好。结果见图7。
8.1.2水溶液中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学研究
在温度30℃，pH自然，天冬酰胺的初始浓度分别为50、100、150mg/L的情况下，壳聚糖对天冬酰胺吸附动力学曲线如图8所示。
从图8中可以看出，在吸附开始时，壳聚糖对天冬酰胺的吸附量随着吸附时间的延长而增加，当吸附时间达到120min时，壳聚糖对天冬酰胺的吸附达到平衡，其后随着反应时间的延长吸附量维持恒定。
分别采用粒内扩散模型、准一级动力学模型和准二级动力学模型对壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学曲线数据进行拟合，拟合结果见图9-11和表8。
表8壳聚糖对天冬酰胺的动力学模型拟合参数
由图9-11和表8的拟合参数可以看出，在3个实验质量浓度条件下，壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学数据采用粒内扩散模型、准一级动力学模型拟合的结果线性相关性较差，粒内扩散模型拟合的相关系数R2的范围为0.8150～0.8540，准一级动力学模型拟合的相关系数R2的范围为0.8707～0.8774。而用准二级动力学模型拟合结果的相关系数R2的范围为0.9857～0.9932，说明壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学符合准二级动力学模型。在上述实验条件下，当天冬酰胺的初始质量浓度分别为50、100、150mg/L时，由准二级动力学方程计算出壳聚糖对天冬酰胺的吸附速率常数分别为0.003211、0.001220、0.001023g/(mg·min)，其理论吸附量分别为7.4963、22.9885、33.7838mg/g，与实验值6.1089、19.2359、28.8252mg/g较为接近。
8.1.3水溶液中壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线研究
在温度为30℃、吸附时间100min、pH自然的条件下，壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线见图12。由图12可知，在天冬酰胺质量浓度较低的范围内，壳聚糖对天冬酰胺的吸附量随着平衡浓度的升高而迅速增大，当天冬酰胺的平衡浓度大于300mg/L时，吸附量增长变缓。当天冬酰胺的平衡浓度达到500mg/L时，壳聚糖对天冬酰胺的吸附量达到饱和，再继续增加天冬酰胺溶液的浓度，吸附量不再增加。
分别采用Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程式对壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线数据进行拟合，拟合结果见图13～图14和表9。
表9壳聚糖吸附天冬酰胺的等温线拟合结果
由表9的拟合结果可以看出，采用Langmuir吸附等温方程对吸附过程进行拟合的相关系数为0.9788，吸附方程为Ce/qe＝0.0114Ce+1.7684。采用Freundlich吸附等温方程对吸附过程进行拟合的相关系数为0.7980，吸附方程为lnqe＝1.4545+0.4350lnCe。
Langmuir吸附等温方程的相关系数较Freundlich吸附等温方程更接近于1，壳聚糖对天冬酰胺的吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型，根据Langmuir等温吸附模型的假定，认为壳聚糖对天冬酰胺的吸附呈单分子层吸附，饱和吸附量为87.72mg/g。
8.2蔗糖溶液体系中壳聚糖吸附天冬酰胺的研究
8.2.1天冬酰胺的标准曲线
根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值和天冬酰胺的质量浓度分别为Y坐标和X坐标，根据数据绘制出天冬酰胺标准曲线，计算得回归方程：Y＝37.8X-0.1934，相关系数为R2＝0.9995。结果表明，天冬酰胺溶液在浓度为10～30μg/mL范围内与吸光度值线性关系良好。结果见图15。
8.2.2蔗糖溶液中壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学研究
在温度30℃，pH自然，天冬酰胺的初始浓度分别为50、100、150mg/L的情况下，壳聚糖对天冬酰胺吸附动力学曲线如图16所示。
从图16中可以看出，在吸附开始时，壳聚糖对天冬酰胺的吸附量随着吸附时间的延长而增加，当吸附时间达到120min时，壳聚糖对天冬酰胺的吸附达到平衡，其后随着反应时间的延长吸附量维持恒定。
分别采用粒内扩散模型、准一级动力学模型和准二级动力学模型对壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学曲线数据进行拟合，拟合结果见图17～图19和表10。
表10壳聚糖对天冬酰胺的动力学模型拟合参数
由图17～图19和10的拟合参数可以看出，在3个实验质量浓度条件下，壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学数据采用粒内扩散模型、准一级动力学模型拟合的结果线性相关性较差，粒内扩散模型拟合的相关系数R2的范围为0.8242～0.8333，准一级动力学模型拟合的相关系数R2的范围为0.8437～0.8878。而用准二级动力学模型拟合结果的相关系数R2的范围为0.9839～0.9930，说明壳聚糖对天冬酰胺的吸附动力学符合准二级动力学模型，蔗糖分子的存在并不影响壳聚糖的吸附动力学模型。
与在水溶液体系中的吸附实验相比，在上述实验条件下，当天冬酰胺的初始质量浓度分别为50、100、150mg/L时，由准二级动力学方程计算出壳聚糖对天冬酰胺的吸附速率常数分别为0.004477、0.002182、0.001254g/(mg·min)，其理论吸附量分别为5.5897、14.4928、26.9542mg/g，与实验值4.5714、12.2222、23.2099mg/g较为接近，但都低于在水溶液体系中壳聚糖对天冬酰胺的吸附数据。主要原因是蔗糖增加了溶液的粘度，降低天冬酰胺的运动速度，使天冬酰胺到达壳聚糖表面的时间延长，故降低了吸附速率。
8.2.3蔗糖溶液中壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线研究
在温度为30℃、吸附时间100min、pH自然的条件下，壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线见图20。
由图20可知，在天冬酰胺质量浓度较低的范围内，壳聚糖对天冬酰胺的吸附量随着平衡浓度的升高而迅速增大，当天冬酰胺的平衡浓度大于300mg/L时，吸附量增长变缓。当天冬酰胺的平衡浓度达到500mg/L时，壳聚糖对天冬酰胺的吸附量达到饱和，再继续增加天冬酰胺溶液的浓度，吸附量不再增加。
分别采用Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程式对壳聚糖对天冬酰胺的吸附等温线数据进行拟合，拟合结果见图21～图22和表11。
表11壳聚糖吸附天冬酰胺的等温线拟合结果
由表21的拟合结果可以看出，采用Langmuir吸附等温方程对吸附过程进行拟合的相关系数为0.9473，吸附方程为Ce/qe＝0.012Ce+2.6081。采用Freundlich吸附等温方程对吸附过程进行拟合的相关系数为0.7464，吸附方程为lnqe＝0.8712+0.5071lnCe。
Langmuir吸附等温方程的相关系数较Freundlich吸附等温方程更接近于1，壳聚糖对天冬酰胺的吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型，根据Langmuir等温吸附模型的假定，认为壳聚糖对天冬酰胺的吸附呈单分子层吸附，饱和吸附量为83.33mg/。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (10)

1.一种壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，包括配制天冬酰胺蔗糖溶液，接着加入壳聚糖后进行恒温水浴振荡，再接着离心取上清液，对上清液稀释后测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值，并计算天冬酰胺的吸附量。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述配制天冬酰胺蔗糖溶液如下：称取0.0500g(±0.0005)天冬酰胺固体与配好的10％蔗糖溶液互溶在200mL烧杯中，搅拌均匀后用10％蔗糖溶液将其定容至1000mL的容量瓶中。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述壳聚糖的制备如下：用电子天平称10.00g(±0.05)壳聚糖和用量筒量取200mL水同时倒入到500mL烧杯中使其混合，混合均匀后让其在室温下浸泡24h，然后将其进行抽滤，即得到实验所用壳聚糖。
4.根据权利要求3所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述壳聚糖的加入量为0.15g。
5.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述恒温水浴的温度为30℃。
6.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述振荡的频率为120r/min，振荡时间为10～250min。
7.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述离心的条件：4000r/min下离心10min。
8.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述对上清液稀释后测定天冬酰胺在水溶液中被吸附后的吸光度值如下：
向稀释后的中上清液加磷酸盐缓冲液1mL，显色剂2mL，加入蒸馏水，摇匀，置于沸水浴中显色25min，冷却5min，以相应溶剂作空白，用可见分光光度计在λ＝580nm处测定其吸光度，根据比尔定律，以可见分光光度计测出的吸光度值。
9.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述磷酸盐缓冲液由磷酸二氢钾1.7000g，氢氧化钠0.2362g，加蒸馏水250mL溶解，调节pH＝6.8制得。
10.根据权利要求1所述的壳聚糖对蔗汁中天冬酰胺的吸附工艺，其特征在于，所述显色剂为质量浓度为2％的茚三酮溶液。
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