响应面法联合提取紫菜蛋白、多糖和牛磺酸_陈炳屹.pdf
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1、2023 年第 4 期工程师园地紫菜(Porphyra),红毛藻科植物,作为一种生长于潮间带的海藻,外形呈紫红、褐绿或紫褐色,广泛分布于寒带至热带浅海海域,具有重要营养价值和经济价值1。紫菜可分为紫菜属和赤菜属,紫菜属包括条斑紫菜(Porphyra yezoensis)、坛紫菜(Pyropiahaitanensis)。目前,条斑紫菜和坛紫菜两大品种广泛应用于产业化人工养殖,国内外主要研究也聚焦在这两类品种。紫菜经常被称为“营养宝库”,因其富含蛋白质、多糖和牛磺酸酸等功能成分 2-4。其中蛋白含量突出,达 25%50%,天然牛磺酸含量也在海洋食品中占据前列。现代研究表明,因紫菜含有多糖、蛋白、牛
2、磺酸等功能成分,具有抑制肿瘤、降低血脂、抑制凝血、减缓衰老、免疫调节等多种生理功能5-7。长期食用有益于人身健康。因此,结合紫菜中的蛋白、多糖和牛磺酸的功能效果,充分利用其功效,开发一款紫菜功能性饮料具有很大的实用性 8,9。其中多糖、蛋白、牛磺酸都具有水溶性 10-12,具有联合提取的可能性。本文采用超声波辅助湿法提取工艺联合提取紫菜中的蛋白、多糖和牛磺酸等功能成分,分析了超声时间、超声功率、液料比 3 个因素对功能成分得率的影响,设计响应面法分析试验对紫菜功能成分联响应面法联合提取紫菜蛋白、多糖和牛磺酸*陈炳屹,张梦雪,周振,陈洋,盘赛昆(江苏海洋大学 食品科学与工程学院,江苏 连云港 2
3、22005)摘要:为了同时高效提取紫菜中 3 种功能成分:蛋白、多糖和牛磺酸,以干条斑紫菜为原料,采取超声波辅助提取工艺,针对单因素试验分析了超声时间、超声功率、液料比 3 个因素对条斑紫菜中蛋白、多糖和牛磺酸等功能成分提取效果的影响。以单因素实验结果为基础,设计响应面分析试验对紫菜活性物质提取工艺条件进行优化。通过试验结果得出最佳工艺参数为:液料比为 291(mL g)、超声时间为 79min、超声功率为 972W。在此条件下,紫菜蛋白、多糖、牛磺酸平均总得率为(20.511.5)%,接近模型预测值 20.63%(1%)。关键词:条斑紫菜;蛋白;多糖;牛磺酸;响应面法;超声波辅助同时提取中图
4、分类号:TS275.4文献标识码:ACombined extraction of laver protein,polysaccharide and taurine by response surface methodology*CHEN Bing-yi,ZHANG Meng-xue,ZHOU Zhen,CHEN Yang,PAN Sai-kun(School of Food Science and Engineering,Jiangsu Ocean University,Lianyungang 222005,China)Abstract:In order to simultaneously a
5、nd efficiently extract three active substances,protein,polysaccharideand taurine from Porphyra yezoensi,this artcle uses dried Porphyra yezoensis as material and ultrasonic-assistedextraction process to study the ectraction effects of three factors,ultrasonic time,ultrasonic power and liquid-solidra
6、tio on the extraction rate of protein,polysaccharide and taurine from Porphyra yezoensis.On the basis of singlefactor test results,the extraction conditions were optimized by response surface analysis and the best extraction process toextract active substance from Porphyra yezoensis was determined.T
7、he test results show that the optimalprocess parameters for ultrasonic-assisted extraction of protein,polysaccharide and taurine from Porphyra yezoensisare:liquid-solid ratio 291(mL g),ultrasonic time 79 min and ultrasonic power 972W.Under this conditions theaverage yield of protein,polysaccharide a
8、nd taurine from Porphyra yezoensis was(20.511.5)%,which was approach to the predicted value of the model 20.63%(1%).Key words:Porphyra yezoensis;protein;polysaccharide;taurine;response surface method;ultrasonic-assistedand simultaneous extractionDOI:10.16247/ki.23-1171/tq.20230498收稿日期:2022-05-12基金项目
9、:校企合作项目(HKK2021078);江苏省海洋生物技术重点实验室开放项目(HS16002);2021 年江苏省大学生创新创业训练计划项目作者简介:陈炳屹(1992-),男,汉族,硕士研究生在读,研究方向:食品加工与功能食品。通信作者:盘赛昆(1978-),男,瑶族,教授,博士研究生,研究方向:食品加工与功能食品。Sum 331 No.4化学工程师ChemicalEngineer2023 年第 4 期2023 年第 4 期1-1-1-120003111水平(A)超声时间/min(B)超声功率/W(C)液料比/mL g陈炳屹等:响应面法联合提取紫菜蛋白、多糖和牛磺酸合提取工艺进行优化,确定了为
10、紫菜功能成分联合提取的最佳技术工艺,并为利用紫菜功能成分制备功能性饮料提供理论依据和数据参考。1实验部分1.1材料与仪器干紫菜(条斑紫菜 江苏连云港);葡萄糖、2SO4、苯酚、考马斯亮蓝 G-250、90%乙醇、85%H3PO4、30%H2O2、抗坏血酸(Vc)等,均为国产分析纯。ZNC-701 型超微粉碎机(北京华仪高科技电气设备有限公司);CMD2000/4 型湿法超微粉碎机(切可(上海)机械设备有限公司);Seven Easy S20 型酸度计(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司);UDK132 型凯氏定氮仪(北京盈盛恒泰科技有限公司);SP-754 型紫外-可见分光光度计(上海光谱仪器
11、有限公司);DDL-5M 型大容量冷冻离心机(上海卢湘仪离心机仪器有限公司)。1.2实验方法1.2.1条斑紫菜提取市售干紫菜于 60干燥至恒重(前后质量差0.01g),粉碎,经过粗粉碎后的紫菜粉末置于超微粉碎机内,调整滚轮速度 25Hz,鼓风速度 18Hz,将紫菜碎全部进行超微粉碎,然后过 100 目筛(d=0.42mm),得紫菜粉原料。称取 10g紫菜粉原料,按比例混合纯水,在设定的超声时间、超声功率条件下进行提取,过滤。4000r min-1离心15min,取上清液,转移至 100mL 容量瓶中,纯水定容,即为紫菜提取液。1.2.2单因素实验(1)料液比的影响称取 10g 紫菜粉原料,固定
12、基准提取条件:超声时间 20min、超声功率 150W,依次考察液料比为 20 1、30 1、40 1、50 1、60 1(mL g)时,对紫菜多糖、紫菜蛋白、牛磺酸提取效果的影响。(2)超声功率的影响称取 10g 紫菜粉原料,固定基准提取条件:液料比60 1(mL g)、超声时间 20min,依次考察超声功率为 600、720、840、960、1080W时,对紫菜多糖、紫菜蛋白、牛磺酸提取效果的影响。(3)超声时间的影响称取 10g 紫菜粉原料,固定基准提取条件:液料比 60 1(mL g)、超声功率 150W,依次考察超声时间为 20、40、60、80、100min 时,对紫菜多糖、紫菜蛋
13、白、牛磺酸提取效果的影响。1.2.3Box-Bohnken 法优化紫菜活性物质提取工艺通过单因素实验确定对指标有显著影响的因素,采用 Design-Expert试验设计软件的 Box-Bohnken法设计 3 因素 3 水平的多因素试验方案,因素水平见表 1。注:超声时间、超声功率和液料比的 3 水平分别为 60、80、100min,840、960、1080W,20 1、30 1、40 1(mL g)。1.2.4葡萄糖标准品回归方程的建立及紫菜多糖得率的计算吸取 1000mg L-1葡萄糖溶液 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL 置于 50mL 容量瓶中,定容至 50mL。准确吸取各溶
14、液 2.0mL,分别置于具塞试管中,各加入 1.0mL 苯酚溶液。将溶液混合均匀,在冰水浴中加入H2SO45.0mL,静置 5min 后,于沸水浴上加热15min,冷却后将其于波长 490nm 处测得吸光度,绘制标准曲线,计算得到葡萄糖标准品回归方程:y=9.1707x+0.0084,R2=0.9988。多糖得率=100%1.2.5牛血清蛋白标准品回归方程的建立及紫菜蛋白得率的计算精确称得 100mg 牛血清蛋白,溶于100mL 蒸馏水中,得到 1000g mL-1的标准蛋白液。称得 100mg 考马斯亮蓝 G-250,溶于 50mL90%乙醇中,置入 85%的 H3PO4100mL,最后用蒸
15、馏水定容到1000mL,得到考马斯亮蓝试剂。吸取 1000g mL-1的标准蛋白液 0.02、0.04、0.06、0.08、0.10mL,加入蒸馏水至 1.0mL 分别置于具塞试管中,加入 5.0 mL 考马斯亮蓝试剂。塞住试管盖后,将每根试管溶液垂直倒置并混合均匀。静置 2min 后,采用 1cm 光径的比表 1响应面试验设计因素水平Tab.1Factors and levels of Box-Bohnken experiment0.000.020.040.060.080.101.000.800.600.400.200.00吸光度/nm葡萄糖/mg mL-1图 1紫菜多糖标准液吸光度曲线Fi
16、g.1Absorbance curveof porphyra polysaccharide standard solutiony=9.107x+0.0084R2=0.9988提取液中多糖的质量原料中多糖的质量992023 年第 4 期20181614121086420得率/%超声功率/W图 5超声功率对紫菜功能成分得率的影响Fig.5Effect of ultrasound poweron functional components rate of P.yezoensis60072084096010801200总得率/%牛磺酸得率多糖得率蛋白质得率总得率30282624222018161412
17、10图 4液料比对条斑紫菜功能成分得率的影响Fig.4Effect of liquid-material rationon funtional components rate of P.yezoensis1614121086420得率/%液料比/mL g10203040506070总得率/%牛磺酸得率多糖得率蛋白质得率总得率22201816141210陈炳屹等:响应面法联合提取紫菜蛋白、多糖和牛磺酸色杯在 595nm 波长下比色,并作吸光度的浓度标准曲线。计算得到牛血清蛋白标准品回归方程:y=0.0057x+0.0107,R2=0.9971。蛋白质得率=提取液中多糖的质量原料中多糖的质量100
18、%1.2.6牛磺酸标准品回归方程的建立及牛磺酸得率的计算配置牛磺酸标准液,在 405nm 处测定吸光度,结果见图 3。标准曲线方程:y=0.4934x-0.0004,相关系数 R2=0.998。1.3数据处理采用 Origin 9.0 软件进行数据处理和绘图,单因素方差分析利用 SPSS17.0 进行,显著性的判断标准为 p0.05 为差异显著,p0.01 为差异极显著。2.结果与讨论2.1单因素实验结果分析2.1.1料液比图 4 为料液比对紫菜功能成分得率的影响。由图 4 可见,(1)牛磺酸的得率在液料比低于40 1(mL g)时,随着液料比增大而迅速升高。当在液料比超过 40 1(mL g
19、)时,随着液料比增大而下降;(2)紫菜多糖的得率在液料比低于 30 1(mL g)时,随着液料比增加而迅速升高,当液料比高于301(mLg)时,随着液料比的增加,紫菜多糖得率降低,料液比增大有利于加大物料和溶剂水的接触面积,有益于紫菜多糖的浸出,但当料液比过大时,会因超声的空化效应和机械振动效果受到影响从而降低得率 8,9;(3)紫菜蛋白的得率在液料比低于50 1(mL g)时,随着液料比增大而迅速升高。当液料比高于 50 1(mL g)时,得率随着料液比增大而下降。当液料比小于 30 1(mL g)时,紫菜功能成分的总得率随着液料比增大而迅速升高。当液料比高于 30 1(mL g),紫菜功能
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