响应面分析法优化海带提取液制备工艺的研究

响应面分析法优化海带提取液制备工艺的研究 响应面分析法优化海带提取液制备工艺的 研究 食品与发酵,I4技 FoodandFermentationTechnology 第47卷(第1期)Vo1.47,No.J 响应面分析法优化海带提取液制备工艺的研究 逯慎杰,刘秀河,田宝兰 (山东轻工业学院食品与生物ZE程学院,济南250353) 摘要:选取复合酶添加量,复合酶配比,酶解温度,酶解时间四个因素进行中心组合设计,利用响应面法对海带提 取液制备进行了优化.利用DesignExpe~软件建立四个因素与表征水解程度的参数还原糖含量之间的二次多项式 数学模型.结果表明:复合酶添加量为5.79%0,复合酶配比为1:2,酶解温度为58~C,酶解时间为79min时最终还原糖 含量为4.83%,重复性良好. 关键词:海带提取液;响应面;优化 中图分类号:TS254.58文献标识码:A文章编号:1674—506X(2011)01-0053—0004 StudyonthePreparationofKelpExtractsbyResponseSurfaceAnalysis LUShen-jie.LIUXiu—heTIANBao—lan (CollegeofFoodandBiologicalEngtneering,ShandongInstituteofLightIndustry,Jinan250 353) Abstract:Selectthecontentoftheenzyme,theratioofcompositeenzyme,hydrolysistempera tureandhydrolysistimeas fourparameters,thentheywereinvestigatedbasedonathree-level,four-factorBox—Behnkendesignoptimizedwith responsesurfacemethodology.Aquadraticpolynomialmodelwasestablishedforreducedsu garcontentasafunctionofthe abovevariableswithDesignExpertsoftware.Theoptimumconditionsforpreparationofkelp extractswereobtainedas follows:thecontentoftheenzymeis5.79%o.theratioofcompositeenzymeis1:2.hydrolysist emperatureis58?and hydrolysistimeis79.thefinalreducedsugarcontentis4.83%whichwasgoodrepeatability. Keywords:kelpextracts;responsesurface;optimization doi:10.3969/j.issn.1674—506X.2011.01—013 海带提取液是以海带为原料,制成与海带原有 的营养成份相一致,但其有效成份含量却大大高于 海带的一种新型保健品,资料表明该液具有一定延 缓衰老及抗诱变的作用.近年来,以海带提取液为原 料,进一步深加工制成其他海带保健产品,如海带 酒,海带豆腐等,受到广大消费者的欢迎. 响应面法是一种新兴的优化方法,它是将体系 的响应作为一个或多个因素的函数,采用多元二次 回归方法作为函数估计工具,运用图形技术将这种 函数关系显示出来,通过直观的图像来选择试验设 计中的最优化条件『】.笔者曾运用响应面法对海带 银杏酒的生产工艺进行了优化,深知海带水解程度 收稿日期:2010一l1—27 作者简介:逯慎杰(1986一),男,研究生,研究方向:食品科学. 通讯作者:刘秀河(1965一),男,副教授. 对海带提取液质量具有重要影响,固本实验通过复 合酶添加量,纤维素酶和果胶酶配比,酶解温度和酶 解时间四因素对海带水解程度影响进行中心组合设 计,确定了最佳的制备工艺. 1材料与方法 1.1材料与仪器 盐渍海带下脚料山东俚岛海洋科技股份有 限公司 纤维素酶山东隆大生物工程有限责任公司 果胶酶山东隆大生物工程有限责任公司 无水葡萄糖河北高清环保科技有限公司 碳酸钠天津市河东区红岩试剂厂 食品与发酵科技2ol1年第1期 实验用水均为蒸馏水 CP1502电子天平奥豪斯仪器(上海)有限公司 CP114型分析天平豪斯仪器(上海)有限公司 电阻炉长清区归德镇新华电器厂 V1100D可见分光光度计上海美普达仪器有 限公司 低速台式离心机上海安亭科学仪器厂 数显恒温水浴锅金坛市金南仪器厂 1.2海带提取液制备 1.2.1工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 为了把海带中的有效成分尽可能多的提取出 来,本实验采取碱提与复合酶处理结合的方法对海 带进行了有效成分的提取实验.具体制备流程如下: 海带下脚料一匀浆一称重一脱盐一碱消化一酶 解一海带提取液半成品一离心一过滤一澄清一检 验一装瓶一贴标成品 1.2.2研究方法 1.2.2.1海带脱盐 通常情况下,盐渍海带含有大量的盐分,为了不 影响海带酒的口味,海带水解之前要进行脱盐,脱盐 可采用浸泡法,即将初洗后的海带在冷水中浸泡 50min. 1.2.2.2碱消化 脱盐后的海带中加入2倍I%NaCO,溶液,沸水 浴lh,使海带化为浆状液体. 1.2.2.3水解单因素实验 果胶酶的最适作用pH为3.5-4.0;纤维素酶的最 适作用pH为4.5,6.5.本实验选用酶解的pH值为 4.5.此外,由于表征水解程度的指标繁多,本文仅以 还原糖含量作为水解程度 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 进行优化,还原糖含量 的测定参见还原糖标准曲线法,具体不在赘述阎. (1)复合酶添加量对海带浆水解程度的影响 在50g调整pH为4.5的海带浆中,分别加入 1%e,2%o,3%e,4%0,5%o,6%o纤维素酶和果胶酶的复 合酶(1:1),在50?水解30rain后煮沸使酶失活,冷 却,测定还原糖含量. (2)纤维素酶和果胶酶配比对海带浆水解程度 的影响 在50g调整pH为4.5海带浆中,分别加入3%c 纤维素酶和果胶酶比例为1:3,1:2,1:1,3:2,2:l的复 合酶,在50?水解30min后煮沸使酶失活,冷却,测 定还原糖的含量. (3)酶解温度对海带浆水解程度的影响 在50g调整pH为4.5海带浆中,加入3‰纤维 素酶和果胶酶比例为1:2的复合酶,分别在4OcI=, 45~C,50?,55~C,60~C水解30rain后煮沸使酶失活, 冷却,测定还原糖含量. (4)酶解时间对海带浆水解程度的影响 在50g调整pH为4.5海带浆中,加入3%o纤维 素酶和果胶酶比例为1:2的复合酶,分别在50cI=水 解30min,45min,60min,75min,90min后煮沸使酶失 活,冷却,测定还原糖的含量. 1.2.2.4水解因素响应面优化 根据上述单因素实验,选取合适水平进行三水 平四因素响应面优化设计,得到最佳优化 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,并验 证,测还原糖含量. 2结果与讨论 2.1影响海带浆水解的单因素实验 对影响海带水解程度的主要因素进行单因素实 验,结果见图1,图2,图3,图4.从图1,图2,图3, 图4可以看出,在复合酶添加量5‰,纤维素酶和果 胶酶配比1:2,酶解温度5O?,酶解时间75min时效 果较好. 2.1.1复合酶添加量对海带浆水解程度的影响 在其他因素一定时,海带浆水解程度随复合酶 添加量升高而升高,当达到5%o时,水解程度基本不 变,测其还原糖含量为3.0%. 35 3 25 2 15 1 0.5 0 123456 图1复合酶添加量对海带浆还原糖含量的影响 Fig.1Effectsofthecontentofenzymeonreducedsugarcontent 2.1.2纤维素酶和果胶酶配比对海带浆水解程度的 影响 在其他因素一定时,海带浆水解程度随纤维素 酶和果胶酶配比升高先升高后降低,当达到1:2时, 水解效果最好,此时还原糖含量为3.1%. 3.5 3 2.5 2 15 1 05 0 图2纤维素酶和果胶酶配比对海带浆还原糖含量的影响 Fig.2Effectsoftheratioofcompositeenzymeonreducedsugarcontent 第47卷(慧第161期)逯慎杰等:响应面分析法优化海带提取液制备工艺的研究55 2.1_3水解温度对海带浆水解程度的影响 在其他因素一定时,海带浆水解程度随水解温 度升高先升高后降低,当达到50%时,水解效果最 好,此时还原糖含量为3.1%. 3.5 3 25 2 15 1 05 O 图3水解温度海带浆还原糖含量的影晌 Fig.3Effectsofhydrolysistemperatureonreducedsugarcontent 2.1.4酶解时间对海带浆水解程度的影响 在其他因素一定时,海带浆水解程度随酶解时 间延长而升高,当达到75min时,水解程度基本不 变,测其还原糖含量为4.3%. 3U436U/3托, 图4酶解时间对海带浆还原糖含量的影响 Fig.4EffectsofhydrolysistimeONreducedsugarcontent 2.2影响海带水解提取的响应面结果分析 通过多元回归方程所作响应面图及其等高线图 可以直观地反映试验条件对海带浆水解程度的影 响.根据Box—Benhnken的中心组合设计原理,结合 上述单因素实验结果,对复合酶添加量(A),纤维素 酶和果胶酶配比(B),酶解温度(C)和酶解时间(D)四 因素编码并进行了四因素三水平响应面分析试验, 试验因数水平选取及编码见表1. 表1试验因数水平及编码 Tab.1Factors,levelsandcodingsofthetest 编码值与真实值之间的关系为:x=X.一5,X2= (X2—0.5)x6,X3=(X3-50)/5,X4=(X4-75)/]5利用Design Expert软件对数据进行二次多元回归拟合,得到还 原糖含量的实测值对编码自变量A,B,C和D的二 次多项回归方程,试验设计与结果见表2. 拟合后得回归方程为:Y=4.62+0.58x+0.05Ox2一 表2响应面分析方案与试验结果 Tab,2Designandresultsofresponsesurfaceanalysis 方差来源自由度平方和均方F值P(F>Fa) 食品与发酵,PI-技2011年第1期 ? 寸? 辣 墒 {譬 纤维 00 %) 图5复合酶添加量和配比对还原糖含量影响响应面及等高线图 Fig.5Responsesurfaceandcontourmapforeffectsofthecontentoftheenzymeandthe ratioofcompositeenzymeOffreducedsugarcontent 图6复合酶添加量和水解温度对水解程度影响响应面及等高线图 Fig.6Responsesurfaceandcontourmapforeffectsofthecontentoftheenzymeand hydrolysistemperatureonreducedsugarcontent 1 0 E E 0 蔷 魅 *一 0 — 1 100—0500o0050100 复台添加量(%) 图7复合酶添加量和水解时间对水解程度影响响应面及等高线圈 Fjg.7Responsesurfaceandcontourmapforeffectsofthecontentoftheenzyme andhydrolysistimeonreducedsugarcontent Q123_0017x4--0.15xlx2+0.22xlX340.075x1x4 +0.075X2X3—0.025x2x4+0.15x3x4—0.41xl一 0.53x2z一0.34x3z一0.11)【42.其相关系数 R=12.20/13.19=92.5%,说明相应值的 变化有92.5%来源于所选变量,试验 值与预测值拟合效果良好. 从图5,图6,图7,图8,图9,图 10中我们能直观看出四种因素两两间 的协同效应,可以看出复合酶添加量 与酶解温度,复合酶添加量与复合酶 配比间的协同影响较大.回归方程相 关系数R=92.5%,可以较好地描述各 因素与响应值之间的真实关系.通过 designexpe~自带的分析功能我们得 到最佳的水解条件为:X=0.79,X2— 0.06,x3=0.16,x4=0.3l代入前述的变换 公式得到X1=5.79,X2=O.49,X3=58,X4= 79.即海带水解提取最佳工艺条件为: 复合酶添加量为5.79%0,复合酶配比 为1:2,酶解温度为58?,酶解时间为 79min. 按照最佳水解工艺进行实验验 证,重复实验3次,测得还原糖含量平 均为4.83%,表明该工艺稳定可行,重 复性好. 3结论 利用Box—Benhnken中心组合实 验设计和响应面分析法,借助design expe~统计软件能简便,可靠地进行优 化实验和数据分析.本研究应用这一 方法对海带水解提取工艺条件进行优 化,取得了较好的效果,实验表明:在 复合酶添加量为5.79%c,复合酶配比 为1:2,酶解温度为58?,酶解时间为 79min时最终还原糖含量为4.83%,达 到了水解优化的目的,具有操作方便, 重复性好,水解程度高等优点,稳定可 行. 图8配比和水解温度对水解程度影响响应面及等高线图 Fig.8Responsesurfaceandcontourmapforeffectsoftheratioofcompositeenzymeand参考 文献: hydrosi.lempeal他..duc酣.gac0nlenl[1】赵博 ,赵晓云,李志洲等.响应面分析法 优化微波辅助提取荷叶多酚的工艺研究 【J】.食品与发酵科技,(下转第64页) 食品与发酵,/4技2011隼第l期 (3):56-63 [32】ChenghuaDeng,MalcolmA.O'Neill,WilliamS.York. Selectivechemicaldepolvmerizati0nofrhamnogalacturo— nans[J].CarbohydrateResearch,2006,341(4):474—484 【33】YookyungKim,QuincyTeng,LouiseWicker.Actionpat— ternofValenciaorangePMEde—esterifieationofhigh methoxylpectinandcharacterizationofmodifiedDectins 【JJ.CarbohydrateResearch,2005,340:2620—2629 【34】HanneWinning,NannaViereck,LarsNorgaard,eta1. Quantificationofthedegreeofblockinessinpectinsus? ing1HNMRspectroscopyandchemometrics[J].FoodHy— drocolloids,?2007,21(2):256—266 【35】AnnaStrom,Marie-ChristineRalet,Jean—Fran?ois Thibauh,eta1.Capillaryelectrophoresisofhomogeneous pectinfractions【J1.CarbohydratePolymers,2005,60(4): 467-473 【36]H_-J.Zhong,M.A.K.Williams,R.D.Keenan,eta1. Separationandquantificationofpectinsusingcapillary electrophoresis:apreliminarystudy[J].CarbohydratePoly— mers,1997,32(1):27—32 【37】FlorenceGoubet,AnnaStr?m,PaulDupree,eta1.Anin— vestigationofpectinmethy1esterificationpatternsbytwo independentmethods:capillaryelectrophoresisand polysaccharideanalysisusingcarbohydrategelelec— trophoresis[JJ.CarbohydrateResearch,2005,340(6): 1193-1199 [38】Huijuan—J.Zhong,MartinA.K.Williams,DavidM. Goodall,eta1.Capillaryelectrophoresisstudiesofpectins 【J】.CarbohydrateResearch,1998,308:1-8 【39】S.E.Guillotina,E.J.Bakxa,P.Boulenguerb,eta1.Deter. minationofthedegreeofsubstitution,degreeofamidation anddegreeofblockinessofcommercialpectinsbyusing capillaryelectrophoresis【JJ.FoodHydrocolloids, 2007,21:444—451 [40】Chii—MingJiang,Shih—ChuanLiu,Min-ChangWu,eta1. Determinationofthedegreeofesterificationofalkaline de—esterifiedpectinsbycapillaryzoneelectrophoresis[J]. FoodChemistry,2005,91(3):551—555 【41】PietJ.H.Daas,PeterW.Arisz,HenkA.Schols,eta1. AnalysisofPartiallyMethyl—EsterifiedGalacturonieAcid OligomersbyHigh——PerformanceAnion——ExchangeChro-- matographyandMatrix-AssistedLaserDesorption/loniza— tionTime—of—FlightMassSpectrometry[J].AnalyticalBio— chemistry,1998,257:195—202 【42】Marie-ChristineRalet,Marie—JeanneCrrpeau,Estelle Bonnin.Evidenceforablockwisedistributionofacetyl groupsontohomogalacturonansfromacommercialsugar beet(Betavulgaris)pectin【J1_Phytochemistry,?2008,69 (9):1903—1909 [43]NergardCS,MatsumotoT,InngierdingenM,eta1.Struc— turalandimmunologicalstudiesofapectinandapectic arabinogalactanfromVernoniakotschyanaSch.Bip.ex Walp.[J]_CarbohydrRes,2005,340:115-130 【44】刘翠平,方积年.质谱技术在糖类结构分析中的应用fJJ. 分析化学,2001,29(6):716—720 (上接第56页)2010,46(2):85—88. 【2】逯慎杰,刘秀河,田宝兰等.响面法在 海带银杏酒发酵工艺中的应用[J].江苏 调味副食品,2010,27(1):14—17. 【3]沈其君主编.SAS统计分析【M].南京: 东南大学出版社,2001,95—124. 【4】杨文雄,高彦祥.响应面法及其在食品 工业中的应用『J].中国食品添加剂, 2005,(2):68—71. 【5】马耀宏.还原糖测定技术【JJ.发酵科技 通讯,2003,32(1):20—22. 兰 ? 厘 蔷 鞋 * 水解温度【?) 图9水解时间和水解温度对水解程度影响响应面及等高线图 Flgl9Responsesurfaceandcontourmapforeffectsofhydrolysistimeandhydrolysis temperatureofthesucroseonreducedsugarcontent 纤维素酶和臬胶酶配比 图10配比和水解时间对水解程度影响响应面及等高线圈 Fig.10Responsesurfaceandcontourmapforeffectsoftheratioofcompositeenzymeand hydrolysistimeonreducedsugarcontent