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文档简介
1、 290 农业工程学报 2013 年 的生产试验。 由表 4 发现,采用不加超声的传统提取方法提 取 88 min 时紫菜产品得率为(17.950.12)%,其 中 多 糖 得 率 为 ( 10.760.06 ) % , 蛋 白 得 率 为 (7.190.07)%。周存山等9也采用传统提取方法对 条斑紫菜中多糖进行了提取研究,获得的多糖得率 为 22.22%, 明显高于本文得到的数据, 这主要是因 为不同的提取条件和脱蛋白方法造成的。研究结果 还显示,传统提取方法获得的产品得率仅达到了交 替双频逆流超声辅助提取方法获得的产品得率的 37.26%;当达到传统提取得率时,交替双频逆流超 声辅助提取
2、方法仅花费了 32 min, 比传统提取时间 缩短了 56 min。由此得出,交替双频逆流超声辅助 提取方法与传统提取方法相比,产品得率增加了 168%, 生产时间缩短了 64%, 不论从产品得率还是 生产周期而言,交替双频逆流超声辅助提取方法均 显著优于传统提取方法。这是因为交替双频超声可 以看作为一种变相的脉冲作用,可以实现超声功率 短时间内的突变,随后又迅速返回其初始值,这种 脉冲冲击力可强化超声波对细胞壁的破坏作用和 传质效果11。 2.5 交替双频逆流超声辅助提取与单频逆流超声 辅助提取效果的比较 在单频逆流超声辅助提取的最优条件下,采用 单频逆流超声辅助提取方法进行紫菜蛋白和多糖
3、混合产品的生产试验。 由表 4 发现,单频逆流超声辅助提取方法获得 的紫菜产品得率为(32.140.16)%,其中蛋白得率 为(13.420.14)%,多糖得率为(18.720.03)%。 同样的,何荣海等8也采用单频超声辅助提取技术 提取条斑紫菜中的多糖,获得的多糖得率为 26.29%,显著高于本文得到的数据,这是因为他们 采用较高的超声功率和较长的超声时间造成的。马 海乐等 11 还利用单频超声辅助提取技术提取条斑 紫菜中的藻红蛋白, 得率为 3.249%。 研究结果还显 示,单频逆流超声辅助提取方法获得的产品得率仅 达到交替双频逆流超声辅助提取方法获得的产品 得率的 66.71%; 实现
4、传统提取得率, 单频逆流超声 辅助提取方法仅花费了 39 min, 比传统提取时间缩短 了 49 min。相关的研究报道也发现,与传统提取方法 相比, 超声辅助提取方法可以大大缩短提取时间2,11。 此外,研究还显示单频逆流超声辅助提取时间比交 替双频逆流超声辅助提取时间多了 7 min。由此得 出,交替双频逆流超声辅助提取方法与单频逆流超 声辅助提取方法相比,产品得率增加了 50%,提取 时间缩短了 18%,不论从产品得率还是生产周期而 言,交替双频逆流超声辅助提取方法显著优于单频 逆流超声辅助提取方法。这主要是因为紫菜蛋白和 多糖的结构及存在形式不同,单一频率的超声很难 取得理想的溶解效果
5、,而交替双频超声产生比单频 超声更强烈的空化效应22,更有利于改变物质的组 织结构和状态,促进紫菜中蛋白和多糖的溶解,提 高产品得率。 3 结 论 1)交替双频超声模式显著优于复合双频超声 模式,15 和 20 kHz 交替双频超声是最佳的双频超 声模式。料液比、提取时间和温度关键因素均对交 替双频逆流超声辅助提取效果产生显著影响。通过 中心组合设计响应面优化试验确定了交替双频逆 流超声辅助提取的最优工艺条件为:料液比 14 mg/mL、时间 88 min、温度 41、pH 值 9.0、 15 和 20 kHz 交替双频超声、 超声交替工作时间各 3 s、功率 200 W/L,在此最优条件下,
6、条斑紫菜蛋白 和多糖混合产品的生产能力最高,单位质量原料生 产出的产品得率为(48.180.08)%,其中蛋白得率 为(24.350.07)%,纯度为(45.610.33)%,多 糖得率为(23.830.02)%,纯度为(44.640.37) %。 2)从生产成本分析,交替双频逆流超声辅助 提取方法与传统提取方法相比,产品得率增加了 168%, 生产时间缩短了 64%; 与单频逆流超声辅助 提取方法相比,产品得率增加了 50%,提取时间缩 短了 18%。交替双频逆流超声辅助提取技术不仅可 以解决传统提取技术和现有单频超声辅助提取技 术的发展瓶颈,而且可以大大缩短生产周期,提高 产品得率,因此与
7、现有提取技术相比,该技术更适 合工业化生产,工业化推广价值更高,可应用于农 产品和食品中有效成分提取。 参 考 文 献 童冠文 . 条斑紫菜经济性状研究进展 J. 现代农业科 技,2010,(11:343345. 2 王婷,马海乐,曲文娟,等. 条斑紫菜蛋白和多糖的 逆流脉冲超声辅助提取技术研究J. 食品工业科技, 2012,(10:16. Wang Ting, Ma Haile, Qu Wenjuan,et al. Study on counter-current pulsed ultrasound-assisted extraction of protein and polysacchar
8、ide from Porphyra yezoensisJ. Science and Technology of Food Industry, 2012, (10:1 3 6. (in Chinese with English abstract Zhou Cunshan, Yu Xiaojie, Zhang Youzuo. Ultrasonic degradation, purification and analysis of structure and antioxidant activity of polysaccharide from Porphyra yezoensis UdeaJ. C
9、arbohydrate Polymers, 2012, 87(1: 20462051. 1 第1期 4 曲文娟等:交替双频逆流超声辅助提取条斑紫菜蛋白和多糖 291 杨旭东,张杰,林峰. 条斑紫菜多糖对糖尿病大鼠脑 组织的保护作用J.中国康复理论与实践, 2011, 17(8: 739741. Yang Xudong, Zhang Jie, Lin Feng. Protecting effect of porphyra yezoensis polysaccharide on cerebrum tissue of diabetic ratsJ. Chinese Journal of Rehabi
10、litation Theory and Practice, 2011, 17(8: 739741. (in Chinese with English abstract 时旭,蔡春尔,李春霞,等. 条斑紫菜藻胆蛋白对小 鼠免疫功能及抗氧化活性的影响J. 中国海洋药物杂 志,2011,30(2:4448. Shi Xu, Cai Chuner, Li Chunxia, et al. Effects of phycobiliprotein from porphyra yezoensis on the mice immunity and antioxidation activityJ. Chinese
11、 Journal of Marine Drugs, 2011, 30(2: 4448. (in Chinese with English abstract Qu Wenjuan, Ma Haile, Pan Zhongli. Preparation and antihypertensive activity of peptides from porphyra yezoensisJ. Food Chemistry, 2010, 123(1: 1420. 吕钟钟, 罗建光, 管华诗. 紫菜的生物活性研究进展J. 中国海洋大学学报,2009,39(增刊:4751. Lu Zhongzhong,Luo
12、 Jianguang,Guan Huashi. Progress on chemical constituents and biological activities of PorphyraJ. Periodical of Ocean University of China, 2009, 39(Supp.: 47 51. (in Chinese with English abstract 何荣海,马海乐,骆新峥. 条斑紫菜多糖超声提取及 其对 U937 细胞生长抑制影响的研究J. 农业工程学 报,2005,21(8:165168. He Ronghai, Ma Haile, Luo Xinzh
13、eng. Ultrasonic extraction of polysaccharides from porphyra yezoensis and their inhibition effects on U937 cell growthJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE, 2005, 21(8: 165168. (in Chinese with English abstract 14 13 6 15 7 8 16 17 9 声辅助提取J. 农业工
14、程学报, 2007, 23(1: 207210. Ma Haile, Xiao Haifang, Luo Lin. Optimization of the technology for pulse ultrasonic assistant extraction of phycoerythrin from porphyra yazoensisJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE, 2007, 23(1: 207210. (in Chinese wit
15、h English abstract Pingret D, Fabiano-Tixier A S, Le Bourvellec C, et al. Lab and pilot-scale ultrasound-assisted water extraction of polyphenols from apple pomaceJ. Journal of Food Engineering, 2012, 111(1: 7381. Xia Enqin, Yu Yingying, Xu Xiangrong, et al. Ultrasound-assisted extraction of oleanol
16、ic acid and ursolic acid from ligustrum lucidum AitJ. Ultrasonics Sonochemistry, 2012, 19(4: 772776. Xie Jianhua, Shen Mingyue, Xie Mingyong, et al. Ultrasonic-assisted extraction antimicrobial and antioxidant activities of cyclocarya paliurus (Batal. iljinskaja polysaccharidesJ. Carbohydrate Polyme
17、rs, 2012, 89(1: 177184. GalvandAlessandro L, Kriaa K, Nikov I, et al. Ultrasound assisted extraction of polyphenols from black chokeberryJ. Separation and Purification Technology, 2012, 93(1: 4247. Pan Zhongli, Qu Wenjuan, Ma Haile, et al. Continuous and pulsed ultrasound-assisted extractions of ant
18、ioxidants from pomegranate peelJ. Ultrasonics Sonochemistry, 2011, 18(5: 12491257. 18 曹雁平,程伟. 多频超声连续逆流浸取黄芩中的黄芩 苷J. 食品科学,2008,29(11:219222. Cao Yanping, Chen Wei. Multi-frequency ultrasonic continuous countercurrent extraction of baicalin from scutellaria rootJ. Food Science, 2008, 29(11: 219222. (in
19、 Chinese with English abstract 19 陈俊辉. 生物化学实验M. 北京:科学出版社,2008: 65. 20 丁钢强,于村. 食品多糖含量不同测定方法的研究J. 实用预防医学,2000,7(5:325327. Ding Gangqiang, Yu Cun. The Research of determination on food polysaccharide methodsJ. Practical Preventire Medicine, 2000, 7(5: 325 327. (in Chinese with English abstract 21 曹雁平,矫
20、庆泽. 超声功率、频率对姜黄素浸取的影 响与动力学模型J. 高校化学工程学报,2011,25(2: 212218. Cao Yanping, Jiao Qingze. Dynamic model of the ultrasound-assisted extraction of the curcumin from curcuma longa L and the effects of ultrasound intensity and frequency on the extractionJ. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universiti
21、es, 2011, 25(2: 212 218. (in Chinese with English abstract 22 崔莉,张培正,孙爱东 . 超声波辅助对红曲色素提 取的影响 J. 农业工程学报, 2009 , 25(1 : 159 163. 10 周存山,马海乐,胡文彬. 条斑紫菜多糖提取工艺的 优化J. 农业工程学报,2006,22(9:194197. Zhou Cunshan, Ma Haile, Hu Wenbin. Optimization of the technology for extracting polysaccharides from porphyra yezoe
22、nsisJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE, 2006, 22(9: 194197. (in Chinese with English abstract 11 刘青梅,杨性民,邓红霞,等. 采用微波技术提取紫 菜多糖的工艺研究J. 农业工程学报,2005,21(2: 153156. Liu Qingmei, Yang Xingmin, Den Hongxia. Technology for extraction of polysaccharide
23、 by using microwave technology from porphyra yezoensisJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE, 2005, 21(2: 153156. (in Chinese with English abstract 12 马海乐,肖海芳,骆琳. 条斑紫菜藻红蛋白的脉冲超 292 农业工程学报 2013 年 Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE,
24、2009, 25(1: 159 163. (in Chinese with English abstract Cui Li, Zhang Peizheng, Sun Aidong. Dynamic model of the effects of ultrasonic assist on extraction of monascus pigmentsJ. Transactions of the Chinese Society of Alternating two-frequency countercurrent ultrasonic-assisted extraction of protein
25、and polysaccharide from Porphyra yezoensis Qu Wenjuan1, Ma Haile1,2, Wang Ting1, Zheng Huihua3 (1. Department of Food & Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, 212013, China; 2. Jiangsu Key Lab of Physical Processing of Agricultural Product, Zhenjiang, 212013, China; 3. China Jiangsu
26、Alphay Biological Technology Co., Ltd, Nantong, 226009, China Abstract: Porphyra yezoensis is rich in high contents of protein and polysaccharide, while that have not been fully used and developed. In order to improve resource utilization rate of Porphyra yezoensis, a new technology of alternating t
27、wo-frequency countercurrent ultrasonic-assisted extraction is developed to produce high-yield protein and polysaccharide mixed products. The effects of two ultrasonic ways were investigated in this research: the composite working and the alternating working of two-frequency (two-frequency of A: 15 a
28、nd B: 20 kHz, A: 15 and C: 28 kHz, and B: 20 and C: 28 kHz, respectively referred to as the AB composition, AB alternation, AC composition, AC alternation, BC composition, and BC alternation, on the product yield (expressed as the total yields of protein and polysaccharide. The response surface opti
29、mization tests for three key factors of material to water ratio, extraction time, and temperature were conducted to optimize the extraction process, based on the central composite design (CCD. Moreover, in order to analyze the feasibility of alternating two-frequency countercurrent ultrasonic-assist
30、ed extraction technique, the extraction performance of the alternating two-frequency countercurrent ultrasonic-assisted extraction method was compared with those of the mono-frequency countercurrent ultrasonic-assisted extraction and the traditional extraction methods. The results showed that the al
31、ternating ultrasonic way was significantly better than the composite one and the alternating two-frequency of 15 and 20 kHz was the most effective. The factors: material to water ratio, extraction time, and temperature had significant effects on the extraction process. Therefore, the established opt
32、imum conditions of alternating two-frequency countercurrent ultrasonic-assisted extraction were as follows: the material to water ratio was 14 mg/mL, the extraction time was 88 min, the temperature was 41oC, the pH value was 9.0, the ultrasonic power was 200 W/L, the alternating two-frequency was 15 and 20 kHz, and an alternating working time of 3 s. Under these
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