響應(yīng)面法優(yōu)化鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛」に嚨难芯?/h1>
2016-09-10 08:48:42張凌晶李鈺金雷桂英曹敏杰
食品工業(yè)科技 2016年12期
崔 璨,章 騫,張凌晶,,翁 凌,,李鈺金,雷桂英,曹敏杰,,*
(1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建廈門 361021;2.水產(chǎn)品深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,福建廈門 361021;3.泰祥集團山東省海洋食品營養(yǎng)研究院,山東榮成 264309)
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響應(yīng)面法優(yōu)化鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸提取工藝的研究
崔璨1,章騫2,張凌晶1,2,翁凌1,2,李鈺金3,雷桂英1,曹敏杰1,2,*
(1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建廈門 361021;2.水產(chǎn)品深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,福建廈門 361021;3.泰祥集團山東省海洋食品營養(yǎng)研究院,山東榮成 264309)
以鮑魚內(nèi)臟為原料,采用單因素及響應(yīng)面分析法(RSM)研究提取溫度、提取時間、液固比、提取次數(shù)4個因素及其交互作用對?；撬崽崛×康挠绊?并利用高效液相色譜法以及掃描電子顯微鏡(SEM)對純化的?；撬徇M行分析。建立各因素與?；撬崽崛×筷P(guān)系的數(shù)學(xué)回歸模型,確定最佳水提條件為:提取溫度94 ℃、提取時間140 min、固液比1∶4、提取次數(shù)4次。在此條件下,鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸提取量為(12.82±0.23)mg·g-1,與數(shù)學(xué)回歸模型的預(yù)測值13.00 mg·g-1基本一致,回歸模型能很好地預(yù)測鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸的提取量。采用最優(yōu)水提條件對鮑魚內(nèi)臟中?；撬徇M行水提,并經(jīng)乙醇抽提、蒸發(fā)濃縮、沉淀、活性炭處理、結(jié)晶等步驟制備得到?；撬峋w,經(jīng)高效液相色譜法檢測其純度為96.5%。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀測,天然?；撬峋w呈細(xì)針狀,表面較為粗糙。
?；撬?提取工藝,鮑魚內(nèi)臟,響應(yīng)面法,掃描電子顯微鏡
鮑魚,以其獨特的風(fēng)味、質(zhì)地及豐富的營養(yǎng)價值熱銷國內(nèi)外。我國是世界鮑魚養(yǎng)殖大國,2010年中國鮑魚養(yǎng)殖產(chǎn)量達5.65萬噸,占世界總產(chǎn)量的85%左右[1]。2014年全國鮑魚產(chǎn)量已超過11萬噸[2]。目前鮑魚主要以鮮銷和罐頭制品為主,隨著鮑魚產(chǎn)量的逐年增加和鮑魚加工業(yè)的發(fā)展,鮑魚的深加工顯得尤為重要。在鮑魚加工過程中,產(chǎn)生的大量湯汁和內(nèi)臟等副產(chǎn)物往往被丟棄,不僅造成資源浪費還帶來環(huán)境污染。另一方面,隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人們對健康意識的提高,天然保健食品的需求量也越來越大。研究表明:鮑魚內(nèi)臟中含有豐富的?；撬醄3],其不僅對人體具有增加細(xì)胞抗氧化[4]、抗自由基損傷、抗病毒侵害[5]、增強視力[6]、促進大腦發(fā)育[7]、解除疲勞、降低膽固醇等[8]功效,還對畜禽的生長發(fā)育[9]、增長繁殖[10]及免疫力[11]有促進、改善作用。據(jù)報道[12],目前市場上天然?；撬岬膬r格是合成?；撬岬募s100倍。因此,以鮑魚加工副產(chǎn)物內(nèi)臟為原料來制備天然?；撬?不僅具有良好的經(jīng)濟前景,而且能減少環(huán)境污染。
在前期的研究中,報道了利用鮑魚內(nèi)臟提取天然牛磺酸的方法,但未對該方法的提取工藝作優(yōu)化[13]。響應(yīng)面分析法(Response Surface Methodology,RSM)是一種以多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間函數(shù)關(guān)系的一種統(tǒng)計方法[14]。通過此方法可以清晰的觀察到各擬合因素之間的交互作用對響應(yīng)面值的影響,該優(yōu)化方式具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、實驗數(shù)量少[15]等優(yōu)點。因此,本文擬以響應(yīng)面法優(yōu)化鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬奶崛」に?旨為大規(guī)模天然牛磺酸生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ),并在減少環(huán)境污染的同時獲得最大經(jīng)濟效益。
1 材料與方法
1.1材料與儀器
新鮮皺紋盤鮑內(nèi)臟由福州日興水產(chǎn)食品有限公司提供;?；撬針?biāo)準(zhǔn)品美國Sigma公司;Milli-Q超純水美國Millipore公司;HPLC級甲醇美國 Fisher Scientific公司;鄰苯二甲醛等化學(xué)試劑國藥集團化學(xué)試劑有限公司。
臺式掃描電鏡Phenom ProX荷蘭Phenom-worldB.V公司;高壓液相色譜儀美國Agilent Technologies 公司;色譜柱Discovery C18Supelco,美國;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)上海泉杰儀器有限公司;恒溫水浴鍋德國Memmert公司;組織搗碎機Kinematica,瑞士;pH計Sartorius,德國;電子天平上海精科天平,中國。
1.2實驗方法
1.2.1鮑魚內(nèi)臟中?；撬崴峁に嚋?zhǔn)確稱取鮑魚內(nèi)臟60.0 g置于300 mL三角瓶中,加入一定質(zhì)量比的蒸餾水將其搗碎,于恒溫水浴鍋中一定溫度下進行水提,提取一定時間后將其冷卻過濾,得到鮑魚內(nèi)臟牛磺酸提取液[13]。
1.2.2?；撬崽崛×康臏y定
1.2.2.1色譜條件色譜柱:Discovery C18(250 mm×4.6 mm,5 μL);流動相:甲醇-0.05 mol/L 乙酸鈉緩沖液(pH5.3)(v/v,50∶50);進樣量:20 μL,流速:1 mL/min;檢測波長:330 nm;柱溫:室溫[13]。
1.2.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制使用牛磺酸標(biāo)準(zhǔn)品分別配制成2、5、10、20、50、100 μg·mL-1的?；撬針?biāo)準(zhǔn)溶液,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后置于自動進樣瓶,經(jīng)OPA柱前衍生反應(yīng)后注入Agilent 1260 高壓液相色譜儀測定。實驗平行測定3次。以?；撬針?biāo)準(zhǔn)濃度為橫坐標(biāo)(X),峰面積為縱坐標(biāo)(Y),制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.2.2.3?；撬崽崛×康臏y定取一定體積的鮑魚內(nèi)臟?；撬崽崛∫?稀釋100倍后,利用HPLC法[12]測定提取液中牛磺酸的峰面積,并將峰面積值帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程,計算得到提取液中?；撬豳|(zhì)量濃度X(μg·mL-1)。按下式計算鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×?mg·g-1)。
式中,Z:?；撬岬奶崛×?mg·g-1);X:由標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到的?；撬豳|(zhì)量濃度(μg·mL-1);A:所得鮑魚內(nèi)臟牛磺酸提取液體積(mL);60:鮑魚內(nèi)臟的質(zhì)量(g)。
1.2.3鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸水提工藝單因素實驗
1.2.3.1固液比 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟6份,在提取溫度90 ℃下,分別按照固液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的比例水提2 h,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.3.2提取溫度 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟7份,按固液比1∶3分別在提取溫度為40、50、60、70、80、90、100 ℃下水提2 h,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.3.3提取時間 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟6份,在提取溫度90 ℃、固液比1∶3下,分別水提30、60、90、120、150、180 min,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.3.4提取次數(shù) 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟6份,在提取溫度90 ℃、提取時間120 min、固液比1∶3下,分別水提1、2、3、4、5、6次,對濾渣重復(fù)提取后合并提取液,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.4響應(yīng)面優(yōu)化分析鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬乃峁に嚥捎肈esign-Expert.V.8.0.6.1軟件進行Box-Behnken實驗。根據(jù)1.2.3節(jié)單因素實驗結(jié)果,選取固液比、提取溫度、提取時間、提取次數(shù)4個因素為自變量,以?；撬崽崛×繛轫憫?yīng)值,考察4個因素對?；撬崽崛×康挠绊?設(shè)計了一個四因素三水平的實驗。實驗因素及水平見表1。
表1 響應(yīng)面法實驗因素及水平
1.2.5?；撬岬闹苽鋮⒖颊买q等[13]鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸的制備方法,精確稱取鮑魚內(nèi)臟1.0 kg,采用1.2.4得到的最優(yōu)水提條件對鮑魚內(nèi)臟中?；撬徇M行水提,并經(jīng)乙醇抽提、蒸發(fā)濃縮、沉淀、活性炭處理、結(jié)晶、重結(jié)晶等步驟制備?；撬帷?/p>
1.2.6?；撬岬募兌葴y定分別稱取按照1.2.5方法制備的牛磺酸樣品和?；撬針?biāo)準(zhǔn)品各1.0 g,配制成50.00 μg·mL-1的溶液,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后置于自動進樣器的樣品瓶中,柱前衍生反應(yīng)后注入Agilent 1260高壓液相色譜儀進行測定。記錄峰面積,根據(jù)所制得的標(biāo)準(zhǔn)曲線,采用峰面積歸一化方法計算牛磺酸樣品的純度[13]。
1.2.7牛磺酸晶體的掃描電子顯微鏡分析稱取按照1.2.5方法制備的?；撬峋w0.5 g,經(jīng)干燥后將其用導(dǎo)電膠粘在樣品臺上,噴金后觀察并照相記錄。
1.3數(shù)據(jù)處理
運用Excel 2007統(tǒng)計軟件和Design Expert.V 8.0.6.1響應(yīng)面分析軟件處理實驗數(shù)據(jù)。
2 結(jié)果與分析
2.1牛磺酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
由圖1 可知,?；撬嵩谫|(zhì)量濃度0～100 μg·mL-1的范圍內(nèi),與其峰面積呈良好的線性關(guān)系,且在此范圍內(nèi)的線性回歸方程為Y=127.43X+75.287,R2=0.9996。
圖1 ?；撬針?biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Scandard curve of taurine
2.2單因素實驗
2.2.1固液比對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D2所示,在不同固液比條件下,牛磺酸含量隨著固液比的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在固液比為1∶3時出現(xiàn)?；撬崽崛×康淖畲笾怠＿@說明水溶性的?；撬嵩诩铀壤_到一定值時,提取量已經(jīng)達到了飽和值,若再增加固液比,產(chǎn)量也不會有所增加,反而因為固液比的增加導(dǎo)致后續(xù)濃縮成本增大。因此,本實驗的最佳固液比為1∶3。
圖2 固液比對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.2 Effects of solid-to-liquid ratio on taurine yield
2.2.2提取溫度對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D3所示,?；撬崽崛×吭谔崛囟葟?0 ℃升高至50 ℃的過程中呈現(xiàn)快速增加的趨勢,從50 ℃升高到90 ℃的過程中呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢,但是當(dāng)提取溫度為100 ℃時,牛磺酸提取量反而有所下降,這可能是因為溫度過高使得蛋白質(zhì)凝固時與?；撬峁渤恋?導(dǎo)致在后續(xù)的過濾過程中?；撬岬膿p失增大。因此,本實驗選取提取溫度90 ℃。
圖3 提取溫度對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.3 Effect of extraction temperature on taurine yield
2.2.3提取時間對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D4所示,在120 min之前,?；撬崽崛×侩S著時間的延長而增加,120 min后隨著時間的延長提取量反而降低?？赡茉蚴翘崛r間過長使得內(nèi)臟中其他大分子雜質(zhì)大量溶出,包裹住了?；撬?在過濾過程中使牛磺酸的損失反而增多。因此,本實驗采用提取時間120 min。
圖4 提取時間對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.4 Effects of extraction time on taurine yield
2.2.4提取次數(shù)對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D5所示,牛磺酸提取量隨著提取次數(shù)的增多而增加,但是在提取次數(shù)為3次之后,?；撬崽崛×康脑黾于厔轀p緩,考慮到能耗等成本因素,本實驗選用提取次數(shù)為3次。
圖5 提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.5 Effect of extraction times on taurine yield
2.3響應(yīng)面分析法優(yōu)化實驗
2.3.1模型的建立及方差分析在單因素實驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)1.2.4節(jié)設(shè)計方案,采用Box-Behnken設(shè)計方法,對鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸的水提工藝進行優(yōu)化,結(jié)果見表2。
表2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化實驗設(shè)計及結(jié)果
利用Design-Expert.V.8.0.6.1軟件對表2中的實驗數(shù)據(jù)進行分析,得擬合二次多項式方程:?；撬崽崛×?11.62+0.82A+0.33B+0.55C+0.45D-0.21AB-0.16AC+0.090AD-0.054BC+0.27BD+0.23CD-1.00A2-0.40B2-0.59C2+0.33D2
對二次響應(yīng)面回歸模型進行方差分析結(jié)果見表3?？梢钥闯?回歸模型p值<0.01,模型極顯著。失擬項=0.2221>0.05,失擬項不顯著,說明模型對本實驗擬合程度良好,即可用該數(shù)學(xué)模型推測實驗結(jié)果。分析模型中各項系數(shù)的p值,A、B、C、D、AB、AC、BD、CD、A2、B2、C2、D2項的影響極顯著,而AD、BC影響不顯著,說明提取溫度與提取次數(shù)、提取時間與固液比之間不存在交互作用。剔除不顯著項,將擬合方程修正為:?；撬崽崛×?11.62+0.82A+0.33B+0.55C+0.45D-0.21AB-0.16AC+0.27BD+0.23CD-1.00A2-0.40B2-0.59C2+0.33D2。由于F值可反映各因素對響應(yīng)值的影響程度，且F值越大，表面該因素對響應(yīng)值的影響越大。因此，由F值可知，各因素對?；撬崽崛×康挠绊懘涡驗椋禾崛囟?固液比>提取次數(shù)>提取時間。
2.3.2響應(yīng)面交互作用分析為了能夠直觀反映出兩個因素間交互作用的顯著程度，通過Design-Expert.V.8.0.6.1軟件繪制了提取溫度、提取時間、固液比以及提取次數(shù)在?；撬崽崛×可蟽蓛上嗷ビ绊懗潭鹊捻憫?yīng)面。結(jié)果如圖6～圖9所示。
圖6為提取溫度與提取時間對?；撬崽崛×康挠绊?。從圖6中可以看出，提取時間與提取溫度之間的交互作用存在最優(yōu)值(曲面頂點)，并且當(dāng)提取時間一定時，?；撬崽崛×侩S著提取溫度的升高而升高，在93 ℃左右出現(xiàn)最高值后?；撬崽崛×块_始有一定程度的下降；同樣，當(dāng)提取溫度一定時，?；撬崽崛×侩S著提取時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。因此，可以清晰的看出提取時間與提取溫度交互作用極顯著。
圖6 提取溫度和提取時間對?；撬崽崛×康捻憫?yīng)面圖Fig.6 Response surface methodology of temperature and time to the extraction of taurine
圖7為提取溫度與固液比對牛磺酸提取量的影響。如圖所示，當(dāng)提取溫度不變時，隨著固液比從1∶2到1∶3.5時，?；撬崽崛×烤徛黾?，之后?；撬崽崛×炕颈３址€(wěn)定；當(dāng)固液比一定時，?；撬崽崛×吭?0～95 ℃的提取時間范圍內(nèi)迅速增加，之后的?；撬崽崛×恐饾u降低。所以，提取溫度與固液比交互作用極顯著。
表3 二次響應(yīng)面回歸模型的方差分析
圖7 提取溫度和液固比對?；撬崽崛×康捻憫?yīng)面圖Fig.7 Response surface methodology of temperature and liquid-to-solid ratio to the extraction of taurine
注:**表示極顯著,p<0.01;*表示顯著,p<0.05。
圖8為提取時間與提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊?。當(dāng)提取時間不變時(以提取時間為150 min為例)，隨著提取次數(shù)的增多，牛磺酸提取量存在上升的趨勢；當(dāng)提取次數(shù)不變時(以4次提取次數(shù)為例)，提取時間在90～120 min之間，?；撬崽崛×垦杆僭黾樱瑥?20～150 min時，?；撬崽崛×枯^為穩(wěn)定。說明提取次數(shù)與提取時間對?；撬崽崛×康挠绊戯@著。
圖8 提取時間和提取次數(shù)對牛磺酸提取量的響應(yīng)面圖Fig.8 Response surface methodology of extraction time and duration to the extraction of taurine
圖9為固液比與提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊憽Ｓ蓤D9可知，當(dāng)提取次數(shù)不變時，?；撬崽崛×侩S著固液比的增大逐漸增加，在固液比為1∶3.5時出現(xiàn)最大值；當(dāng)固液比不變時(以1∶4的固液比為例)，隨著提取次數(shù)的增多，牛磺酸提取量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。說明固液比與提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊懨黠@。
圖9 固液比和提取次數(shù)對?；撬崽崛×康捻憫?yīng)面圖Fig.9 Response surface methodology of solid-to-liquid ratio and duration to the extraction of taurine
由表3中的F值可知,影響鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康囊蛩卮笮№樞驗樘崛囟?固液比>提取次數(shù)>提取時間。
2.3.3最優(yōu)條件的驗證實驗通過軟件分析計算得出理論最佳提取工藝:提取溫度93.4 ℃、提取時間138.8 min、固液比1∶3.6、提取次數(shù)4次。在實際應(yīng)用上,將最佳工藝修正為:提取溫度94 ℃、提取時間140 min、固液比1∶4、提取次數(shù)4次。在此條件下,重復(fù)3次實驗,得到?；撬崽崛×繛?12.82±0.23) mg·g-1,與理論值12.96 mg·g-1基本相吻合,說明該方程與實際情況的擬合性良好,通過響應(yīng)面分析法得到的鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬乃峁に噮?shù)真實可靠,具有一定的實用價值。
2.4牛磺酸的制備及純度測定
采用1.2.5方法從1 kg鮑魚內(nèi)臟中獲得?；撬峋w3.02 g。圖10(a)表示標(biāo)準(zhǔn)牛磺酸的色譜圖,圖10(b)表示從鮑魚內(nèi)臟中提取的天然?；撬岬纳V圖。由圖10可知,標(biāo)準(zhǔn)?；撬岬某龇鍟r間為6.717 min,從鮑魚內(nèi)臟中提取的?；撬岜Ａ魰r間為6.956 min,兩者基本一致。經(jīng)過峰面積歸一化方法計算得知,鮑魚內(nèi)臟中?；撬針悠芳兌冗_到96.5%,說明此工藝可制備得到高純度的天然牛磺酸。
圖10 ?；撬崛芤荷V圖Fig.10 HPLC chromatogram of taurine solutionextracted from abalone visceral
2.5天然?；撬峋w的掃描電子顯微鏡分析
對天然?；撬徇M行顯微鏡觀察分析,可以發(fā)現(xiàn)其晶體形態(tài)為細(xì)針狀結(jié)晶性粉末。圖11中的(a)、(b)分別表示放大倍數(shù)為500倍與3000倍的天然?；撬峋w。從圖11(a)可以明顯看出天然牛磺酸晶體粒度較小,形態(tài)以細(xì)長針狀為主,直徑為48 μm左右;并從圖11(b)中可清晰觀察到其表面較為粗糙,棒狀顆粒表面有類似于晶粒的結(jié)構(gòu)。
圖11 天然牛磺酸的掃描電鏡圖Fig.11 SEM pictures of native taurine
3 結(jié)論
建立了以提取溫度、提取時間、固液比、提取次數(shù)為自變量,?；撬崽崛×繛轫憫?yīng)值的數(shù)學(xué)回歸模型,分析得出鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬淖罴阉峁に嚍?提取溫度94 ℃、提取時間140 min、固液比1∶4、提取次數(shù)4次。在此條件下可得到鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×繛?12.82±0.23)mg·g-1,與回歸模型的預(yù)測值
12.96 mg·g-1基本一致。依據(jù)最優(yōu)水提工藝參數(shù),可從鮑魚內(nèi)臟中進一步純化得到純度高達96.5%的天然?；撬帷呙桦娮语@微鏡的結(jié)果顯示,天然?；撬峋w呈細(xì)針狀,且表面粗糙。
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[13]章騫,鄭福來,翁凌,等.鮑魚內(nèi)臟中天然?；撬岬奶崛∨c檢測[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報,2014,5(1):70-76.
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Optimized extraction technology of taurine fromHaliotisdiscushannaivisceral by response surface methodology
CUI Can1,ZHANG Qian2,ZHANG Ling-jing1,2,WENG Ling1,2,LI Yue-jin3,LEI Gui-ying1,CAO Min-jie1,2,*
(1.College of Food and Biological Engineering,Jimei University of Fujian Province,Xiamen 361021,China;2.National and Local Joint Engineering Research Center of Processing Technology for Aquatic Products,Xiamen 361021,China;3.Taixiang Group Company,Marine Food Nutrition Research Institute,Rongcheng 264309,China)
Using abalone viscera as raw materials,analysis of single factor and response surface method(RSM)combining 4 factors of extraction temperature,extraction time,liquid to solid ratio,extraction times and their interaction effects on the extraction of taurine were investigated,followed by HPLC and scanning electron microscopy(SEM)to identify purification of taurine. A mathematical regression model was established based on the effect of each factor and taurine extraction. Optimal extraction conditions were determined as following:temperature at 94 ℃,duration for 140 min,solid-to-liquid ratio of 1∶4,extraction of 4 times. Under these conditions,the extraction rate of taurine from abalone viscera was(12.82±0.23)mg·g-1,which agreed well with the predicted value of 13.00 mg·g-1from the regression model. This result indicated that the regression model could well predict the amount of extraction of taurine from abalone viscera. Using optimum extraction conditions,followed by ethanol extraction,evaporation,precipitation,carbon treatment,and crystallization,taurine was effectively extracted from abalone viscera and its crystal was obtained. The purity of acquired taurine was 96.5% as detected by HPLC. Scanning electron microscopy(SEM)assay showed that taurine mainly forms fine-needle-shaped crystals with rough surface.
taurine;extraction technology;abalone viscera;response surface methodology;scanning electron microscopy(SEM)
2015-11-09
崔璨(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：水產(chǎn)品深加工，E-mail：rainbowcuican@163.com。
曹敏杰(1964-)，男，博士，教授，研究方向：水產(chǎn)品深加工與蛋白質(zhì)化學(xué)，E-mail：mjcao@jmu.edu.cn。
國家自然科學(xué)基金資助項目(31471640)；海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201305015)；福建省海洋高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項項目([2013]22號)。
TS254.1
B
1002-0306(2016)12-0272-06
10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.043
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崔 璨,章 騫,張凌晶,,翁 凌,,李鈺金,雷桂英,曹敏杰,,*
(1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建廈門 361021;2.水產(chǎn)品深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,福建廈門 361021;3.泰祥集團山東省海洋食品營養(yǎng)研究院,山東榮成 264309)
?
響應(yīng)面法優(yōu)化鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸提取工藝的研究
崔璨1,章騫2,張凌晶1,2,翁凌1,2,李鈺金3,雷桂英1,曹敏杰1,2,*
(1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,福建廈門 361021;2.水產(chǎn)品深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,福建廈門 361021;3.泰祥集團山東省海洋食品營養(yǎng)研究院,山東榮成 264309)
以鮑魚內(nèi)臟為原料,采用單因素及響應(yīng)面分析法(RSM)研究提取溫度、提取時間、液固比、提取次數(shù)4個因素及其交互作用對?；撬崽崛×康挠绊?并利用高效液相色譜法以及掃描電子顯微鏡(SEM)對純化的?；撬徇M行分析。建立各因素與?；撬崽崛×筷P(guān)系的數(shù)學(xué)回歸模型,確定最佳水提條件為:提取溫度94 ℃、提取時間140 min、固液比1∶4、提取次數(shù)4次。在此條件下,鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸提取量為(12.82±0.23)mg·g-1,與數(shù)學(xué)回歸模型的預(yù)測值13.00 mg·g-1基本一致,回歸模型能很好地預(yù)測鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸的提取量。采用最優(yōu)水提條件對鮑魚內(nèi)臟中?；撬徇M行水提,并經(jīng)乙醇抽提、蒸發(fā)濃縮、沉淀、活性炭處理、結(jié)晶等步驟制備得到?；撬峋w,經(jīng)高效液相色譜法檢測其純度為96.5%。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀測,天然?；撬峋w呈細(xì)針狀,表面較為粗糙。
?；撬?提取工藝,鮑魚內(nèi)臟,響應(yīng)面法,掃描電子顯微鏡
鮑魚,以其獨特的風(fēng)味、質(zhì)地及豐富的營養(yǎng)價值熱銷國內(nèi)外。我國是世界鮑魚養(yǎng)殖大國,2010年中國鮑魚養(yǎng)殖產(chǎn)量達5.65萬噸,占世界總產(chǎn)量的85%左右[1]。2014年全國鮑魚產(chǎn)量已超過11萬噸[2]。目前鮑魚主要以鮮銷和罐頭制品為主,隨著鮑魚產(chǎn)量的逐年增加和鮑魚加工業(yè)的發(fā)展,鮑魚的深加工顯得尤為重要。在鮑魚加工過程中,產(chǎn)生的大量湯汁和內(nèi)臟等副產(chǎn)物往往被丟棄,不僅造成資源浪費還帶來環(huán)境污染。另一方面,隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人們對健康意識的提高,天然保健食品的需求量也越來越大。研究表明:鮑魚內(nèi)臟中含有豐富的?；撬醄3],其不僅對人體具有增加細(xì)胞抗氧化[4]、抗自由基損傷、抗病毒侵害[5]、增強視力[6]、促進大腦發(fā)育[7]、解除疲勞、降低膽固醇等[8]功效,還對畜禽的生長發(fā)育[9]、增長繁殖[10]及免疫力[11]有促進、改善作用。據(jù)報道[12],目前市場上天然?；撬岬膬r格是合成?；撬岬募s100倍。因此,以鮑魚加工副產(chǎn)物內(nèi)臟為原料來制備天然?；撬?不僅具有良好的經(jīng)濟前景,而且能減少環(huán)境污染。
在前期的研究中,報道了利用鮑魚內(nèi)臟提取天然牛磺酸的方法,但未對該方法的提取工藝作優(yōu)化[13]。響應(yīng)面分析法(Response Surface Methodology,RSM)是一種以多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間函數(shù)關(guān)系的一種統(tǒng)計方法[14]。通過此方法可以清晰的觀察到各擬合因素之間的交互作用對響應(yīng)面值的影響,該優(yōu)化方式具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、實驗數(shù)量少[15]等優(yōu)點。因此,本文擬以響應(yīng)面法優(yōu)化鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬奶崛」に?旨為大規(guī)模天然牛磺酸生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ),并在減少環(huán)境污染的同時獲得最大經(jīng)濟效益。
1 材料與方法
1.1材料與儀器
新鮮皺紋盤鮑內(nèi)臟由福州日興水產(chǎn)食品有限公司提供;?；撬針?biāo)準(zhǔn)品美國Sigma公司;Milli-Q超純水美國Millipore公司;HPLC級甲醇美國 Fisher Scientific公司;鄰苯二甲醛等化學(xué)試劑國藥集團化學(xué)試劑有限公司。
臺式掃描電鏡Phenom ProX荷蘭Phenom-worldB.V公司;高壓液相色譜儀美國Agilent Technologies 公司;色譜柱Discovery C18Supelco,美國;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)上海泉杰儀器有限公司;恒溫水浴鍋德國Memmert公司;組織搗碎機Kinematica,瑞士;pH計Sartorius,德國;電子天平上海精科天平,中國。
1.2實驗方法
1.2.1鮑魚內(nèi)臟中?；撬崴峁に嚋?zhǔn)確稱取鮑魚內(nèi)臟60.0 g置于300 mL三角瓶中,加入一定質(zhì)量比的蒸餾水將其搗碎,于恒溫水浴鍋中一定溫度下進行水提,提取一定時間后將其冷卻過濾,得到鮑魚內(nèi)臟牛磺酸提取液[13]。
1.2.2?；撬崽崛×康臏y定
1.2.2.1色譜條件色譜柱:Discovery C18(250 mm×4.6 mm,5 μL);流動相:甲醇-0.05 mol/L 乙酸鈉緩沖液(pH5.3)(v/v,50∶50);進樣量:20 μL,流速:1 mL/min;檢測波長:330 nm;柱溫:室溫[13]。
1.2.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制使用牛磺酸標(biāo)準(zhǔn)品分別配制成2、5、10、20、50、100 μg·mL-1的?；撬針?biāo)準(zhǔn)溶液,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后置于自動進樣瓶,經(jīng)OPA柱前衍生反應(yīng)后注入Agilent 1260 高壓液相色譜儀測定。實驗平行測定3次。以?；撬針?biāo)準(zhǔn)濃度為橫坐標(biāo)(X),峰面積為縱坐標(biāo)(Y),制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.2.2.3?；撬崽崛×康臏y定取一定體積的鮑魚內(nèi)臟?；撬崽崛∫?稀釋100倍后,利用HPLC法[12]測定提取液中牛磺酸的峰面積,并將峰面積值帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程,計算得到提取液中?；撬豳|(zhì)量濃度X(μg·mL-1)。按下式計算鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×?mg·g-1)。
式中,Z:?；撬岬奶崛×?mg·g-1);X:由標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到的?；撬豳|(zhì)量濃度(μg·mL-1);A:所得鮑魚內(nèi)臟牛磺酸提取液體積(mL);60:鮑魚內(nèi)臟的質(zhì)量(g)。
1.2.3鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸水提工藝單因素實驗
1.2.3.1固液比 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟6份,在提取溫度90 ℃下,分別按照固液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的比例水提2 h,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.3.2提取溫度 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟7份,按固液比1∶3分別在提取溫度為40、50、60、70、80、90、100 ℃下水提2 h,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.3.3提取時間 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟6份,在提取溫度90 ℃、固液比1∶3下,分別水提30、60、90、120、150、180 min,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.3.4提取次數(shù) 精確稱取60 g鮑魚內(nèi)臟6份,在提取溫度90 ℃、提取時間120 min、固液比1∶3下,分別水提1、2、3、4、5、6次,對濾渣重復(fù)提取后合并提取液,經(jīng)過紗布過濾,收集濾液,記錄體積,采用HPLC進行含量測定。實驗平行3次。
1.2.4響應(yīng)面優(yōu)化分析鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬乃峁に嚥捎肈esign-Expert.V.8.0.6.1軟件進行Box-Behnken實驗。根據(jù)1.2.3節(jié)單因素實驗結(jié)果,選取固液比、提取溫度、提取時間、提取次數(shù)4個因素為自變量,以?；撬崽崛×繛轫憫?yīng)值,考察4個因素對?；撬崽崛×康挠绊?設(shè)計了一個四因素三水平的實驗。實驗因素及水平見表1。
表1 響應(yīng)面法實驗因素及水平
1.2.5?；撬岬闹苽鋮⒖颊买q等[13]鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸的制備方法,精確稱取鮑魚內(nèi)臟1.0 kg,采用1.2.4得到的最優(yōu)水提條件對鮑魚內(nèi)臟中?；撬徇M行水提,并經(jīng)乙醇抽提、蒸發(fā)濃縮、沉淀、活性炭處理、結(jié)晶、重結(jié)晶等步驟制備?；撬帷?/p>
1.2.6?；撬岬募兌葴y定分別稱取按照1.2.5方法制備的牛磺酸樣品和?；撬針?biāo)準(zhǔn)品各1.0 g,配制成50.00 μg·mL-1的溶液,經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后置于自動進樣器的樣品瓶中,柱前衍生反應(yīng)后注入Agilent 1260高壓液相色譜儀進行測定。記錄峰面積,根據(jù)所制得的標(biāo)準(zhǔn)曲線,采用峰面積歸一化方法計算牛磺酸樣品的純度[13]。
1.2.7牛磺酸晶體的掃描電子顯微鏡分析稱取按照1.2.5方法制備的?；撬峋w0.5 g,經(jīng)干燥后將其用導(dǎo)電膠粘在樣品臺上,噴金后觀察并照相記錄。
1.3數(shù)據(jù)處理
運用Excel 2007統(tǒng)計軟件和Design Expert.V 8.0.6.1響應(yīng)面分析軟件處理實驗數(shù)據(jù)。
2 結(jié)果與分析
2.1牛磺酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
由圖1 可知,?；撬嵩谫|(zhì)量濃度0～100 μg·mL-1的范圍內(nèi),與其峰面積呈良好的線性關(guān)系,且在此范圍內(nèi)的線性回歸方程為Y=127.43X+75.287,R2=0.9996。
圖1 ?；撬針?biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Scandard curve of taurine
2.2單因素實驗
2.2.1固液比對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D2所示,在不同固液比條件下,牛磺酸含量隨著固液比的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在固液比為1∶3時出現(xiàn)?；撬崽崛×康淖畲笾怠＿@說明水溶性的?；撬嵩诩铀壤_到一定值時,提取量已經(jīng)達到了飽和值,若再增加固液比,產(chǎn)量也不會有所增加,反而因為固液比的增加導(dǎo)致后續(xù)濃縮成本增大。因此,本實驗的最佳固液比為1∶3。
圖2 固液比對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.2 Effects of solid-to-liquid ratio on taurine yield
2.2.2提取溫度對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D3所示,?；撬崽崛×吭谔崛囟葟?0 ℃升高至50 ℃的過程中呈現(xiàn)快速增加的趨勢,從50 ℃升高到90 ℃的過程中呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢,但是當(dāng)提取溫度為100 ℃時,牛磺酸提取量反而有所下降,這可能是因為溫度過高使得蛋白質(zhì)凝固時與?；撬峁渤恋?導(dǎo)致在后續(xù)的過濾過程中?；撬岬膿p失增大。因此,本實驗選取提取溫度90 ℃。
圖3 提取溫度對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.3 Effect of extraction temperature on taurine yield
2.2.3提取時間對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D4所示,在120 min之前,?；撬崽崛×侩S著時間的延長而增加,120 min后隨著時間的延長提取量反而降低?？赡茉蚴翘崛r間過長使得內(nèi)臟中其他大分子雜質(zhì)大量溶出,包裹住了?；撬?在過濾過程中使牛磺酸的損失反而增多。因此,本實驗采用提取時間120 min。
圖4 提取時間對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.4 Effects of extraction time on taurine yield
2.2.4提取次數(shù)對鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康挠绊懭鐖D5所示,牛磺酸提取量隨著提取次數(shù)的增多而增加,但是在提取次數(shù)為3次之后,?；撬崽崛×康脑黾于厔轀p緩,考慮到能耗等成本因素,本實驗選用提取次數(shù)為3次。
圖5 提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊慒ig.5 Effect of extraction times on taurine yield
2.3響應(yīng)面分析法優(yōu)化實驗
2.3.1模型的建立及方差分析在單因素實驗的基礎(chǔ)上,根據(jù)1.2.4節(jié)設(shè)計方案,采用Box-Behnken設(shè)計方法,對鮑魚內(nèi)臟中牛磺酸的水提工藝進行優(yōu)化,結(jié)果見表2。
表2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化實驗設(shè)計及結(jié)果
利用Design-Expert.V.8.0.6.1軟件對表2中的實驗數(shù)據(jù)進行分析,得擬合二次多項式方程:?；撬崽崛×?11.62+0.82A+0.33B+0.55C+0.45D-0.21AB-0.16AC+0.090AD-0.054BC+0.27BD+0.23CD-1.00A2-0.40B2-0.59C2+0.33D2
對二次響應(yīng)面回歸模型進行方差分析結(jié)果見表3?？梢钥闯?回歸模型p值<0.01,模型極顯著。失擬項=0.2221>0.05,失擬項不顯著,說明模型對本實驗擬合程度良好,即可用該數(shù)學(xué)模型推測實驗結(jié)果。分析模型中各項系數(shù)的p值,A、B、C、D、AB、AC、BD、CD、A2、B2、C2、D2項的影響極顯著,而AD、BC影響不顯著,說明提取溫度與提取次數(shù)、提取時間與固液比之間不存在交互作用。剔除不顯著項,將擬合方程修正為:?；撬崽崛×?11.62+0.82A+0.33B+0.55C+0.45D-0.21AB-0.16AC+0.27BD+0.23CD-1.00A2-0.40B2-0.59C2+0.33D2。由于F值可反映各因素對響應(yīng)值的影響程度，且F值越大，表面該因素對響應(yīng)值的影響越大。因此，由F值可知，各因素對?；撬崽崛×康挠绊懘涡驗椋禾崛囟?固液比>提取次數(shù)>提取時間。
2.3.2響應(yīng)面交互作用分析為了能夠直觀反映出兩個因素間交互作用的顯著程度，通過Design-Expert.V.8.0.6.1軟件繪制了提取溫度、提取時間、固液比以及提取次數(shù)在?；撬崽崛×可蟽蓛上嗷ビ绊懗潭鹊捻憫?yīng)面。結(jié)果如圖6～圖9所示。
圖6為提取溫度與提取時間對?；撬崽崛×康挠绊?。從圖6中可以看出，提取時間與提取溫度之間的交互作用存在最優(yōu)值(曲面頂點)，并且當(dāng)提取時間一定時，?；撬崽崛×侩S著提取溫度的升高而升高，在93 ℃左右出現(xiàn)最高值后?；撬崽崛×块_始有一定程度的下降；同樣，當(dāng)提取溫度一定時，?；撬崽崛×侩S著提取時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。因此，可以清晰的看出提取時間與提取溫度交互作用極顯著。
圖6 提取溫度和提取時間對?；撬崽崛×康捻憫?yīng)面圖Fig.6 Response surface methodology of temperature and time to the extraction of taurine
圖7為提取溫度與固液比對牛磺酸提取量的影響。如圖所示，當(dāng)提取溫度不變時，隨著固液比從1∶2到1∶3.5時，?；撬崽崛×烤徛黾?，之后?；撬崽崛×炕颈３址€(wěn)定；當(dāng)固液比一定時，?；撬崽崛×吭?0～95 ℃的提取時間范圍內(nèi)迅速增加，之后的?；撬崽崛×恐饾u降低。所以，提取溫度與固液比交互作用極顯著。
表3 二次響應(yīng)面回歸模型的方差分析
圖7 提取溫度和液固比對?；撬崽崛×康捻憫?yīng)面圖Fig.7 Response surface methodology of temperature and liquid-to-solid ratio to the extraction of taurine
注:**表示極顯著,p<0.01;*表示顯著,p<0.05。
圖8為提取時間與提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊?。當(dāng)提取時間不變時(以提取時間為150 min為例)，隨著提取次數(shù)的增多，牛磺酸提取量存在上升的趨勢；當(dāng)提取次數(shù)不變時(以4次提取次數(shù)為例)，提取時間在90～120 min之間，?；撬崽崛×垦杆僭黾樱瑥?20～150 min時，?；撬崽崛×枯^為穩(wěn)定。說明提取次數(shù)與提取時間對?；撬崽崛×康挠绊戯@著。
圖8 提取時間和提取次數(shù)對牛磺酸提取量的響應(yīng)面圖Fig.8 Response surface methodology of extraction time and duration to the extraction of taurine
圖9為固液比與提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊憽Ｓ蓤D9可知，當(dāng)提取次數(shù)不變時，?；撬崽崛×侩S著固液比的增大逐漸增加，在固液比為1∶3.5時出現(xiàn)最大值；當(dāng)固液比不變時(以1∶4的固液比為例)，隨著提取次數(shù)的增多，牛磺酸提取量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。說明固液比與提取次數(shù)對?；撬崽崛×康挠绊懨黠@。
圖9 固液比和提取次數(shù)對?；撬崽崛×康捻憫?yīng)面圖Fig.9 Response surface methodology of solid-to-liquid ratio and duration to the extraction of taurine
由表3中的F值可知,影響鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×康囊蛩卮笮№樞驗樘崛囟?固液比>提取次數(shù)>提取時間。
2.3.3最優(yōu)條件的驗證實驗通過軟件分析計算得出理論最佳提取工藝:提取溫度93.4 ℃、提取時間138.8 min、固液比1∶3.6、提取次數(shù)4次。在實際應(yīng)用上,將最佳工藝修正為:提取溫度94 ℃、提取時間140 min、固液比1∶4、提取次數(shù)4次。在此條件下,重復(fù)3次實驗,得到?；撬崽崛×繛?12.82±0.23) mg·g-1,與理論值12.96 mg·g-1基本相吻合,說明該方程與實際情況的擬合性良好,通過響應(yīng)面分析法得到的鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬乃峁に噮?shù)真實可靠,具有一定的實用價值。
2.4牛磺酸的制備及純度測定
采用1.2.5方法從1 kg鮑魚內(nèi)臟中獲得?；撬峋w3.02 g。圖10(a)表示標(biāo)準(zhǔn)牛磺酸的色譜圖,圖10(b)表示從鮑魚內(nèi)臟中提取的天然?；撬岬纳V圖。由圖10可知,標(biāo)準(zhǔn)?；撬岬某龇鍟r間為6.717 min,從鮑魚內(nèi)臟中提取的?；撬岜Ａ魰r間為6.956 min,兩者基本一致。經(jīng)過峰面積歸一化方法計算得知,鮑魚內(nèi)臟中?；撬針悠芳兌冗_到96.5%,說明此工藝可制備得到高純度的天然牛磺酸。
圖10 ?；撬崛芤荷V圖Fig.10 HPLC chromatogram of taurine solutionextracted from abalone visceral
2.5天然?；撬峋w的掃描電子顯微鏡分析
對天然?；撬徇M行顯微鏡觀察分析,可以發(fā)現(xiàn)其晶體形態(tài)為細(xì)針狀結(jié)晶性粉末。圖11中的(a)、(b)分別表示放大倍數(shù)為500倍與3000倍的天然?；撬峋w。從圖11(a)可以明顯看出天然牛磺酸晶體粒度較小,形態(tài)以細(xì)長針狀為主,直徑為48 μm左右;并從圖11(b)中可清晰觀察到其表面較為粗糙,棒狀顆粒表面有類似于晶粒的結(jié)構(gòu)。
圖11 天然牛磺酸的掃描電鏡圖Fig.11 SEM pictures of native taurine
3 結(jié)論
建立了以提取溫度、提取時間、固液比、提取次數(shù)為自變量,?；撬崽崛×繛轫憫?yīng)值的數(shù)學(xué)回歸模型,分析得出鮑魚內(nèi)臟中?；撬岬淖罴阉峁に嚍?提取溫度94 ℃、提取時間140 min、固液比1∶4、提取次數(shù)4次。在此條件下可得到鮑魚內(nèi)臟中?；撬崽崛×繛?12.82±0.23)mg·g-1,與回歸模型的預(yù)測值
12.96 mg·g-1基本一致。依據(jù)最優(yōu)水提工藝參數(shù),可從鮑魚內(nèi)臟中進一步純化得到純度高達96.5%的天然?；撬帷呙桦娮语@微鏡的結(jié)果顯示,天然?；撬峋w呈細(xì)針狀,且表面粗糙。
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Optimized extraction technology of taurine fromHaliotisdiscushannaivisceral by response surface methodology
CUI Can1,ZHANG Qian2,ZHANG Ling-jing1,2,WENG Ling1,2,LI Yue-jin3,LEI Gui-ying1,CAO Min-jie1,2,*
(1.College of Food and Biological Engineering,Jimei University of Fujian Province,Xiamen 361021,China;2.National and Local Joint Engineering Research Center of Processing Technology for Aquatic Products,Xiamen 361021,China;3.Taixiang Group Company,Marine Food Nutrition Research Institute,Rongcheng 264309,China)
Using abalone viscera as raw materials,analysis of single factor and response surface method(RSM)combining 4 factors of extraction temperature,extraction time,liquid to solid ratio,extraction times and their interaction effects on the extraction of taurine were investigated,followed by HPLC and scanning electron microscopy(SEM)to identify purification of taurine. A mathematical regression model was established based on the effect of each factor and taurine extraction. Optimal extraction conditions were determined as following:temperature at 94 ℃,duration for 140 min,solid-to-liquid ratio of 1∶4,extraction of 4 times. Under these conditions,the extraction rate of taurine from abalone viscera was(12.82±0.23)mg·g-1,which agreed well with the predicted value of 13.00 mg·g-1from the regression model. This result indicated that the regression model could well predict the amount of extraction of taurine from abalone viscera. Using optimum extraction conditions,followed by ethanol extraction,evaporation,precipitation,carbon treatment,and crystallization,taurine was effectively extracted from abalone viscera and its crystal was obtained. The purity of acquired taurine was 96.5% as detected by HPLC. Scanning electron microscopy(SEM)assay showed that taurine mainly forms fine-needle-shaped crystals with rough surface.
taurine;extraction technology;abalone viscera;response surface methodology;scanning electron microscopy(SEM)
2015-11-09
崔璨(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：水產(chǎn)品深加工，E-mail：rainbowcuican@163.com。
曹敏杰(1964-)，男，博士，教授，研究方向：水產(chǎn)品深加工與蛋白質(zhì)化學(xué)，E-mail：mjcao@jmu.edu.cn。
國家自然科學(xué)基金資助項目(31471640)；海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201305015)；福建省海洋高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項項目([2013]22號)。
TS254.1
B
1002-0306(2016)12-0272-06
10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.043
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