全自动氨基酸水解前处理研究

全自动氨基酸水解前处理研究

-上海港岸仪器技术有限公司-

一、背景介绍

蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质水解成氨基酸，氨基酸是含有碱性氨基和酸性羧基的有机化合物，化学式是RCHNH2COOH。羧酸碳原子上的氢原子被氨基取代后形成的化合物。经蛋白质水解后得到的氨基酸都是α-氨基酸，而且仅有二十二种，包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸(蛋氨酸)、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸，它们是构成蛋白质的基本单位。

氨基酸是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，比蛋白质更易于为动物消化系统吸收。因此食品中氨基酸的含量，是评价食品的品质的重要参数。对于某些特殊的群体，需要服用氨基酸功能食品或者药物来补充氨基酸，维持健康治疗疾病。

在氨基酸功能食品和药物的研究和生产过程中，需要测定氨基酸的含量，用来评价和保证食品或者药品的功能疗效。

测定蛋白质中的总氨基酸，必须先把蛋白质水解成游离氨基酸。蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应，中间产物是多肽，最后得到多种α-氨基酸，它是溶于水的。加盐酸的作用是使蛋白质的肽键断裂，从而形成氨基酸。水解的方法有：酸水解、碱水解和酶水解方法，其中以酸水解法的应用最为广泛。国标GB5009.124—2016对食品中氨基酸，GB/T18246-2019对饲料中总氨基酸和游离氨基酸进行测定,前处理都规定了先要对样品进行酸水解。

二、目前通常的做法有以下三种：

2.1 往水解管里面加入待测样品和试剂，充氮气，拧上盖。放入烘箱里面加热处理。水解后，使用氮吹浓缩仪或者平行蒸发仪进行浓缩或者减压蒸干。如下图：

2.2 特殊水解管带气阀和气体接口。将气管先后分别连接真空泵和氮气瓶，通过气阀控制防止空气流入水解管。然后再放入烘箱加热水解。水解后，使用氮吹浓缩仪或者平行蒸发仪进行浓缩或者减压蒸干。详情如下图： 

2.3利用酒精喷灯烧结水解管，同时先抽真空，后充氮气。再放入烘箱水解。水解完了后，切开水解管，转移，使用氮吹浓缩仪或者平行蒸发仪进行浓缩或者减压蒸干。如下图所示：

三、上述常用方法的缺陷

3.1 评价基础：

蛋白质水解过程中要抽真空充氮气，排除空气。因为空气中的氧气会对蛋白质造成负面影响。这种影响被称为共价键修饰。具体来说，就是破坏蛋白质的分子结构，修饰蛋白质氨基酸侧链，蛋白质多肽链断裂，蛋白质分子间交联聚合等，因而影响消化等。

水解过程是在高温（100~150℃）和强酸碱的环境下长时间（20~24小时）作用下进行的，以保证蛋白质在强酸碱的作用下充分水解成多肽片段并最终转化成溶于水的氨基酸产物。借以确保测试的结果准确。

水解结束后，还需要用到浓缩仪或者平行蒸发仪对样品进行抽干浓缩操作。

3.2 现在水解方法和设备评价：

·       残留氧气影响水解程度：方法一往水解管里面充氮气，势必有相当容量的氧气未被挤压出去。方法二插拔管接口和气管中残留了氧气，伴随着氮气注入了水解管。方法三也存在方法二相似的问题，酒精灯燃烧未必耗尽了水解管的氧气，可能有一定氧气残留量。如上所述，氧气会造成水解不充分，甚至失败。

·       加热不均匀影响水解程度：烘箱空间比较大，导致内部空间各点的温度有差异。引发水解管加热不均匀，导致水解不充分，甚至实验失败。

·       操作繁琐，效率不高：方法二和三，操作过程复杂，设计的设备众多。过程中按顺序需要插拔气管，开关气阀，控制真空泵开关，氮气开关，点灯，手持试管等。还要看气压参数。一个人难以独立完成，需要有人配合。

·       实验室及人身安全存在风险：频繁的插拔气管，开关阀门，使用明火，切开水解管取样等操作都存在危及实验室和人员安全的风险。烘箱的寿命，在长时间的高强度的使用中，有短路造成火灾的隐患。样品的安全也会受到威胁。

·       经济性探讨：水解处理中，要使用大量的设备：各种阀，专用水解管和烘箱的损耗，氮吹浓缩仪，旋转蒸发仪，平行蒸发仪等；人力资源的投入大，劳动强度大，风险系数高等。以上因素的综合影响，可能会导致成本高。

四、新技术的研发探讨

全自动氨基酸水解仪Hydrolyzer-20

本新技术主要实现了以下功能：

1、抽真空和充氮气的全自动地无缝地切换，从根本上确保了对于氧气干扰的彻底排除。

2、氨基酸水解管，及管盖的密封设计，使得各个管之间的并联密闭。氨基酸水解的整个过程，都在按压氮气的密封下进行。

3、加热腔体一体成型，同时可以处理20个样品。

4、温控设计，对功率进行了精确计算，保证安全和充分水解兼顾。

5、触摸屏界面，操作简便，易学易用。

6、整个水解处理的方法，完全符合国标的要求，较好地保证了结果的准确。

五、技术效果

1、样品充分加热水解：加热腔体的独特设计，底部球面加工，使得水解管底部侧壁充分均匀受热，对氨基酸水解管的全方位的包裹加热，确保样品的充分水解。

2、排除了氧气的干扰：真空系统的精心设计，使得全部水解管及抽、充、排气的内部空间形成了一个密封空间；这样的设计，就可以保证完全按照国标要求来抽真空抽氮气。彻底保证了样品在无氧环境下充分彻底地完成水解。

3、排除火灾风险：独特的温控设计，确保加热的温度可控；科学的加热块功率计算和设计，保证即使是加热块失控也不会发生火灾。彻底摒弃了明火烧结的方法，让水解实验室符合消防要求，杜绝了火灾的隐患。

4、全流程操作的简化：抽真空，充氮气，加热，抽干等步骤按设置参数全自动次第完成，一气呵成。较大地简化优化水解过程。

5、更加经济高效：该产品可以一机多用，替代了酒精灯，烘箱，氮吹或者旋转蒸发浓缩仪，平行蒸发仪等。节省设备采购维修费用。减少了劳动强度和人工的投入。水解过程的效率更高品质更好。

6、确保操作人员的安全：如上所述该设备规避了火灾隐患，不再需要对试管烧结破开，水解过程的全密闭无异味等。这些优势，能较好的避免出现人员遭受伤亡的情况发生。