海藻糖的提取与分离实验设计

1、目录海藻糖的提取与分离实验设计2前言 2关键词 21、海藻糖的理化性质21.1密度21.2熔点21.3溶解热21.4甜度21.5溶解性、晶体析出性21.6高玻璃化转变温度31.7低吸湿性和保水性31.8耐热、耐酸性31.9着色性32、海藻糖的功效作用32.1保护功能32.2抑制淀粉老化42.3防止蛋白质变性42.4抑制鱼腥味的产生42.5抑制脂质氧化变质52.6矫味作用53、海藻糖提取分离的原理和影响因素的预判53.1提取分离原理53.2海藻糖标准曲线的绘制原理63.3粉末活性炭脱色脱蛋白效果的表征73.4离子交换树脂脱盐脱色效果的表征73.5相关影响因素74、 海藻糖提取分离的实验设计84.

2、1实验原料与器材84.2海藻糖提取与分离工艺流程94.2.1实验流程94.2.2相关因素对海藻糖提取效率的影响94.2.3相关因素对粉末活性炭脱色脱蛋白效率的影响114.2.4相关因素对离子交换柱脱盐脱色效率的影响155、总结17参考文献18海藻糖的提取与分离实验设计化学132牟丽慧1301020414前言 海藻糖是由两个葡萄糖分子以,1,1-糖苷键构成的非还原性糖,广泛存在于海藻、酵母、霉菌、食用菌、虾、昆虫及生物体内，具有保湿性、抗寒抗旱性、耐热耐酸性等特殊的生物学功能，对生物大分子和生物体均有非特异性的保护作用。现如今，海藻糖已在生物制剂、化妆品、烘焙产品、水产畜产加工、米面制品、饮料和

3、糖果以及农林种植等各个行业广泛使用。因此对于海藻糖的提取与分离的研究格外重要，本文将介绍海藻糖的理化性质、功效作用以及应用现状，并阐述对酵母中海藻糖的提取与分离工艺的实验设计。关键词 酵母、海藻糖、性质、功能、提取分离1、海藻糖的理化性质1.1密度：结晶海藻糖1.512。1.2熔点：结晶海藻糖97,于130失水；无水海藻糖210.5。1.3溶解热：结晶海藻糖57.8KJ/mol，无水海藻糖53.4KJ/mol。1.4甜度：相当于蔗糖的45%，是一种甜味柔和的优质糖质。其温和的甜味比砂糖更为持久，可改善高砂糖含量食品的甜腻感，与其他的甜味料配合,能将食品素材特有的味感提升出来。1.5溶解性、晶体

4、析出性：海藻糖易溶于水、热乙醇、冰醋酸，不溶于乙醚、丙酮。海藻糖在水中的溶解度随温度变化较为明显。低温时在水中的溶解度比砂糖低，与麦芽糖相同。此外，海藻糖易于结晶，结晶性能良好。1.6高玻璃化转变温度：海藻糖具有双糖中最高的玻璃化转变温度，高达115，因而把海藻糖加入到其他的食品中时，能有效地提高其玻璃化转变温度，更容易形成玻璃化状态，可以发挥保持玻璃化，保持新鲜度的作用。1.7低吸湿性和保水性：二水结晶海藻糖在相对湿度92%以下无吸湿性，而无水海藻糖在相对湿度30%以上有吸湿性。这一性质使其既具有低吸湿性,又具有高保湿性功能。1.8耐热、耐酸性：于100加热24h海藻糖仍可保存99%以上。这

5、种特殊的分子结构赋予了海藻糖分子极强的稳定性，是天然二糖中最稳定的分子。1.9着色性：海藻糖不会引起美拉德反应。和甘氨酸于100反应90min不呈色，和聚蛋白胨120反应90min不呈色，有利于保持食品色泽，适合于须加热处理或高温保存的食品、饮料等1。2、海藻糖的功效作用2.1保护功能海藻糖的功能最特别的地方是其生物学特性，在很多生物体内海藻糖不仅以游离糖的成分存在，还是各种糖脂的重要组成部分。常年生活热带沙漠中的一些植物和昆虫，在阳光暴晒之下几乎完全脱水，但是仍然保持着生物活性，以极低的新陈代谢长期保持生存状态，一旦遇水就能恢复正常生命活动，就是因为体内存在着较高浓度的海藻糖。研究表明，许多

6、物种在极端条件下，比如高温、高压、冷冻等条件下，可以通过调节体内海藻糖来抵御外界的影响。此外海藻糖还具有酒精耐受性，并具有较强的抗辐射的功效。海藻糖除了具有出色的生活学功效之外，在食品应用中也具有众多的功效，比如抑制淀粉老化、防止蛋白质变性、抑制鱼腥味的产生、抑制脂质氧化变质、矫味作用等。2.2抑制淀粉老化海藻糖在抑制淀粉老化方面比蔗糖以及麦芽糖等要有明显的优势。研究发现在含有淀粉和白砂糖的溶液中，用海藻糖部分替代白砂糖，能有效延缓淀粉老化的进程。2.3防止蛋白质变性牛奶、豆制品、蛋类以及鱼虾等海鲜类产品，在产品加工过程中，由于加热、冷冻或者干燥等工序的影响，化学性质会发生变化，产生沉淀现象，

7、就是所谓的蛋白变性。实验证明，一些富含蛋白质的食品在添加海藻糖之后，有明显的防止蛋白变性的效果。2.4抑制鱼腥味的产生  在鱼类食品加工过程，尤其是在加热处理时会产生三甲胺，这就是鱼类食品令人不快的腥味的主要成分，在加热前加入海藻糖能抑制三甲胺的生成，降低不快臭味的产生，添加海藻糖，也能减轻鸡、鸭、鹅肉等怪味。2.5抑制脂质氧化变质  脂类物质氧化会产生过氧化物和挥发性醛等，使食品风味变差甚至失去食用价值，海藻糖对油脂构成成分中的脂肪酸分解具有很好的抑制作用。2.6矫味作用 少量添加一些物质调整食品口味和香味，这种现象叫做矫味、矫香作用。若把海藻糖少量添

8、加在食品材料里，就可起到广泛的矫味、矫香作用。3、海藻糖提取分离的原理和影响因素的预判3.1提取分离原理从活性干酵母中提取海藻糖的原理是在高温和乙醇或水的共同作用下使酵母细胞破碎，海藻糖从破碎的细胞中释放出来。同时，酵母细胞内的蛋白质、色素等杂质也释放出来，分散在提取剂中，因此需要对提取液进行脱色脱蛋白质处理。本实验设计选用粉末活性炭直接处理提取液，脱色脱蛋白同步完成，操作条件水浴振荡。pH、温度、活性炭用量、脱色脱蛋白时间、搅拌速度、是影响活性炭脱色脱蛋白质的因素。经活性炭处理过后的海藻糖提取液中含有大量的的盐类及少量色素，因此可以用离子交换树脂进一步处理以除去盐类及少量色素。离子交换树脂有

9、很强的离子交换能力,它能除去溶液中的阴阳离子杂质以及离子型的色素,尤其是大孔型离子交换树脂,不但能吸附离子型的杂质,还能吸附各种非离子型杂质，因此本实验设计选用大孔离子交换树脂并组成离子交换柱对海藻糖提取液进行脱盐脱色精制。3.2海藻糖标准曲线的绘制原理2要想比较不同条件下海藻糖提取的效率，必须要找到一个可以测出海藻糖含量的方法，本实验设计引用蒽酮法和海藻糖标准曲线来测海藻糖含量。(1)称取海藻糖标准样品l0mL，加蒸馏水定容至100mL得到标准液。分别取0.5mL，1mL，2mL,3mL,4mL,5mL, 6mL, 7mL, 8mL标准液置于己编号的l0mL容量瓶中，加蒸馏水定容。(2)称取

10、葱酮固体25mg加50mL浓硫酸配制成硫酸蕙酮溶液置于烧杯中(用时配制)。(3)分别从上述l0mL容量瓶中各取1mL海藻糖溶液置于编号的试管中，各加4mL蕙酮溶液，另外取一个试管加1mL蒸馏水和4mL蕙酮溶液作为参比液。将它们混合均匀后放入冷水中，然后置于沸水浴中煮l0min后立即取出放入冷水中迅速冷却，等到各管溶液达室温后，用lcm厚度的比色皿，以参比液为空白，迅速测定其余各管的光吸收值。(4)以各管海藻糖的浓度为横坐标(mg/mL)，吸光度(A620nm)为纵坐标，画出糖含量与A620nm值的相关标准曲线，用最小二乘法回归得标准曲线方程。3.3粉末活性炭脱色脱蛋白效果的表征4本实验用脱色率

11、来表示蛋白质和色素的脱除效果。脱色率用计算(A1为海藻糖提取液脱色脱蛋白前于420nm下测量的吸光度，A2为海藻糖提取液在用活性炭脱色脱蛋白后于420nm下测量的吸光度)。3.4离子交换树脂脱盐脱色效果的表征脱盐效果的表征：利用电导率法测定溶液中的总离子含量。因海藻糖提取液中离子种类繁多，所以采用复合电极测定溶液的电导率来表征溶液中离子的含量。脱色效果的表征：海藻糖提取液中的色素含量可用紫外分光光度法进行测定。3.5相关影响因素从液泡中释放出的海藻糖酶能将海藻糖水解为葡萄糖，本实验中海藻糖酶的活性是影响海藻糖提取率的关键因素，而乙醇能够抑制酶的活性，因此在本次实验设计中选择乙醇做提取剂。影响提

12、取率的具体因素有乙醇体积分数、料液比、提取温度、提取时间。影响脱色脱蛋白效率的因素有pH、温度、活性炭用量、脱色脱蛋白时间、搅拌速度。影响大孔离子交换树脂脱盐脱色的效率的因素有阴阳离子树脂的组装顺序、填充比例、提取液的流速(此时提取液的pH及温度取前面实验得到的最佳提取pH和提取温度)。明确实验原理和相关影响因素有助于下一步的实验设计。4、 海藻糖提取分离的实验设计4.1实验原料与器材实验试剂安琪活性干酵母（湖北安琪酵母股份有限公司）95%乙醇（天津化学试剂有限公司）98%硫酸（天津文达希贵试剂化工厂）蕙酮（分析纯,江苏石浦试剂厂）海藻糖标准品（上海恒信化学试剂有限公司）实验仪器旋转蒸发器RE

13、-52A型(上海亚荣生化仪器厂)LDZ-2型低速自动平衡离心机(北京医用离心机厂)PHSJ-4A型实验室pH计（哈尔滨市东联电子技术开发有限公司）FA1104电子天平(上海天平仪器厂)752紫外光栅分光光度计(上海分析仪器总厂)SHB-III循环水式真空泵(郑州长城科工贸有限公司)容量瓶(10ml,50ml,200ml,1000ml)量筒(50ml)移液管(5ml,1ml,0.25ml)锥形瓶、烧杯、试管若干、布什漏斗、抽滤瓶34.2海藻糖提取与分离工艺流程4.2.1实验流程：活性干酵母乙醇溶液高温提取离心上清液粉末活性炭脱色脱蛋白离子交换树脂脱盐脱色清液浓缩结晶过滤及干燥成品4.2.2相关因

14、素对海藻糖提取效率的影响4.2.2.1单因素实验乙醇浓度分别取10g活性干酵母依次加入体积分数为20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%的100ml乙醇溶液中，在80下于旋转蒸发器内搅拌提取1小时得到海藻糖提取液，然后以3000r/min的速度离心20分钟，倒出上清液，将上清液稀释到适当倍数，利用分光光度计在620nm下测吸光度并根据海藻糖标准曲线方程计算出海藻糖含量，并填入表一，然后比较分析。表一 海藻糖提取单因素实验（乙醇浓度）实验结果乙醇浓度20%30%40%50%60%70%80%90%100%吸光度海藻糖含量通过比较分析，可以得出最优提取乙醇浓度A。4

15、.2.2.2单因素实验料液比分别取0.5g活性干酵母与浓度A的乙醇溶液按料液比15、110、115、120、125、130、135、140、145、150混合，在80下于旋转蒸发器内搅拌提取1小时。将提取液以3000r/min离心20分钟，倾出上清液。将上清液稀释到适当的倍数，利用分光光度计在620nm下测吸光度并根据海藻糖标准曲线方程计算出海藻糖含量，并填入表二，然后比较分析。表二：海藻糖提取单因素实验（料液比）实验结果固液比15110115120125130145150吸光度海藻糖含量经过比较分析，可以得出最优料液配比为B。4.2.2.3单因素实验提取温度以料液比为B的比例混合海藻糖和乙醇

16、溶液，分别在50, 60，70, 80, 90下于旋转蒸发器内搅拌提取1小时，将提取液以3000r/min离心20分钟，倾出上清液。将上清液稀释到适当的倍数，利用分光光度计在620nm下测吸光度并根据海藻糖标准曲线方程计算出海藻糖含量，并填入表三，然后比较分析。表三：海藻糖提取单因素实验（提取温度）实验结果提取温度/5060708090吸光度海藻糖含量通过比较分析，得出最优提取温度为C。4.2.2.4单因素实验一提取时间以料液比为B的比例混合海藻糖和乙醇溶液，在C下于旋转蒸发器内分别搅拌提取0. 5小时，1小时，1.5小时，2小时，3小时。将提取液以3000r/min离心20分钟，倾出上清液。

17、将上清液稀释到适当的倍数，利用分光光度计在620nm下测吸光度并根据海藻糖标准曲线方程计算出海藻糖含量，并填入表四，然后比较分析。表四：海藻糖提取单因素实验（提取时间）实验结果提取时间0.5h1h1.5h2h3h吸光度海藻糖含量通过比较分析，得出最优提取时间为D。4.2.3相关因素对粉末活性炭脱色脱蛋白效率的影响前面已经提到，在用乙醇提取海藻糖的过程中，酵母细胞内的蛋白质、色素等杂质也释放出来，分散在提取剂中，因此需要对提取液进行脱色脱蛋白质处理。其中，pH、温度、活性炭用量、脱色脱蛋白时间、搅拌速度、是影响活性炭脱色脱蛋白质的因素。现设计实验研究上述各因素的最佳使用条件。实验仪器及试剂实验仪

18、器HZS-H水浴震荡器(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司);752紫外光栅分光光度计(上海分析仪器总厂)实验试剂海藻糖提取液(实验室制备);粉末活性炭(北京某活性炭厂);5 4.2.3.1单因素实验-pH分别将海藻糖提取液的pH调至3.0，3.2，3.5, 3.8, 4.1，4.5, 5.0，在420nm下测量的吸光度为A1,然后加入活性炭混合均匀，活性炭用量为1% (g/mL)，放入水浴振荡器中并将转速设为100r/min，时间为30分钟，温度40，再于420nm下测量吸光度为A2,记录在表一中，计算脱色率并分析实验结果。表一：海藻糖提取液脱色脱蛋白单因素实验（pH）实验结果pH3.03.2

19、3.53.84.14.55.0A1A2脱色率经过比较分析，得出最佳脱色脱蛋白的pH为E。4.2.3.2单因素实验一温度取六组海藻糖提取液，将pH调至E，在420nm下测量的吸光度为A1，加入活性炭混合均匀，活性炭用量为1% (g/mL )，放入水浴振荡器中并将转速设为100r/min，时间为30分钟，温度分别为20, 30, 40, 50, 60, 70，再于420nm下测量吸光度为A2,记录在表二中，计算脱色率并分析实验结果。表二：海藻糖提取液脱色脱蛋白单因素实验（温度）实验结果温度203040506070A1A2脱色率通过分析实验结果得出最佳脱色脱蛋白温度为F。 4.2.3.3单因素实验一

20、时间将海藻糖提取液的pH调至E，在420nm下测量的吸光度为A1，加入活性炭混合均匀，活性炭用量为1% (g/mL )，放入水浴振荡器中并将转速设为100r/min，温度为F，设定反应时间分别为10min, 15min, 20min, 30min, 40min，再于420nm下测量的吸光度为A2，记录在表三并计算脱色率。表三：海藻糖提取液脱色脱蛋白单因素实验（时间）实验结果时间/min1015203040A1A2脱色率 通过分析实验结果，得出最佳脱色脱蛋白的时间为G 4.2.3.4单因素实验一活性炭用量将海藻糖提取液的pH调至E，在420nm下测量的吸光度为A1，加入活性炭混合均匀，改变活性炭

21、用量为0. 5%. 1. 0%, 2. 0%, 2. 5%.3. 0%，放入水浴振荡器中并将转速设为100r/min,温度F，时间G，再于420nm下测量的吸光度为A2，记录在表四并计算脱色率。表四：海藻糖提取液脱色脱蛋白单因素实验（活性炭用量）实验结果活性炭用量/%0.5122.53A1A2脱色率 通过比较试验结果，得出活性炭最佳用量为H。4.2.3.5单因素实验一搅拌速度海藻糖提取液的pH调至E，在420nm下测量的吸光度为A1,加入活性炭，摇匀，活性炭用量为1% (g/mL)，放入水浴振荡器中并将转速分别调为50r/min, 80r/min, 100r/min, 120r/min, 14

22、0r/min，时间为G分钟，温度F，再于420nm下测量的吸光度为A2，记录于表五并计算脱色率。表五：海藻糖提取液脱色脱蛋白单因素实验（搅拌速度）实验结果搅拌速度/r/min5080100120140A1A2脱色率经过分析实验结果得出最佳搅拌速度为I。4.2.4相关因素对离子交换柱脱盐脱色效率的影响 前面已经提到，经活性炭处理过后的海藻糖提取液中含有大量的的盐类及少量色素，本实验设计使用大孔离子交换树脂对海藻糖提取液进行脱盐脱色处理，在用离子交换树脂精制海藻糖时，阴阳离子交换树脂不仅对阴阳离子等带电物质有很强的静电吸附作用，同时海藻糖也会受到树脂的吸附力(共价键、氢键等)的吸附，但其吸附作用较

23、前者弱，可以用蒸馏水洗脱。在吸附过程中，吸附量会受到阴阳离子树脂的组装顺序、填充比例、提取液的流速的影响，本次实验设计中，利用电导率法测定溶液中的总离子含量。因海藻糖提取液中离子种类繁多，所以采用复合电极测定溶液的电导率来表征溶液中离子的含量；海藻糖提取液中的色素含量可用紫外分光光度法进行测定实验准备1.实验材料： 海藻糖提取液(本实验提取并经活性炭脱色);D201大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂；D151大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。2. 实验仪器：DDSJ-308A型电导率仪(上海雷磁仪器厂)；752紫外光栅分光光度计(上海分析仪器总厂)量筒层析柱4.2.4.1单因素实验阴阳离子交换树脂组装顺序取D201树脂与D151树脂各50mL，分别以先阳离子交换柱后阴离子交换柱和先阴离子交换柱后阳离子交换两种方式组成串联式离子交换柱。控制恒流速使250mL海藻糖提取液以1mL/min-1.2mL/min流速匀速分别通过串联式离子交换柱，然后测量电导率和吸光度的值，记录在表一中并分析实验结果得出最佳方案。表一：阴阳离子交换柱组装顺序的影响顺序过柱前的电导率过柱后的电导率过柱前吸光度过柱后吸光度先阳离子后阴离