全 文 ：ScienceandTechnologyofFoodIndustry
工 艺 技 术
2007年第02期
食品工业科技
[14]高福成.食品工程原理[M].北京:中国轻工业出版社,614～
615.
[15]AMAfanasev6,IAKonyagin6,VKMikhailov66,BN
Siplivyi6.InternalMechanicalStressesinHotAirDrying[J].
TheoreticalFoundationsofChemicalEngineering,2005,39(1):
92～97.
超声波辅助
提取螺旋藻藻胆蛋白的工艺探讨
郝 俊,王建中*,呼晓姝
(北京林业大学生物科学与技术学院,北京100083)
摘 要:以鄂尔多斯螺旋藻为原料,用正交实验法优化了鄂尔多斯
螺旋藻藻胆蛋白的超声波提取工艺,考察了超声波作用
时间、超声波功率和液料比三个因素对螺旋藻藻胆蛋白
提取的影响,确立了螺旋藻藻胆蛋白超声波提取的优化
工艺条件:溶剂为磷酸缓冲液,超声波功率为900W,料液
比为1∶8.5(w∶v下同),超声提取时间25min。结果表明,超
声波提取螺旋藻藻胆蛋白的提取率为18.8%。同时对超声
波提取进行了数学模拟,模拟值与实验结果吻合良好。
关键词:鄂尔多斯螺旋藻,藻胆蛋白,超声波提取
The supersonic wave extraction techniques of
phycobiliprotein from Arthrospira pekingens were
investigatedbyorthogonalmethod.Threefactors,
namely working time of supersonic wave,
supersonicwavepowerandsolidtoliquidratiowere
considered in the experiment. The optimized
conditionsfortheextractionofphycobiliproteinfrom
Arthrospirapekingenswereasfolows:withphosphate
buferasthesolvent,supersonicwavepowerwas
900W,solidtoliquidratiowas1︰8.5 (w︰v,the
folowing as the same),working time was 25
minutes.Underabove conditions,the extraction
ratio ofphycobiliprotein was 18.8% .Then the
mathematic simulation was conducted,and the
resultwasconsistentwiththeexperimentresult.
Keywords:Arthrospirapekingens;phycobiliprotein;supersonic
waveextraction
中图分类号:TS201.2+1 文献标识码:A
文 章 编 号 :1002-0306(2007)02-0170-03
收稿日期:2006-05-26*通讯联系人
作者简介:郝俊(1981-),男,硕士生,研究方向:油脂与蛋白质工程。
基金项目:国家现代农业、生物技术产业化专项资助 (计高技[2002]
1113号)。
螺旋藻是蓝藻门段殖体目颤藻科螺旋藻属的低
等浮游植物,具有蛋白含量高、繁殖速度快等特点[1]。
鄂尔多斯螺旋藻(Arthrospirapekingensis)是在内蒙
古鄂尔多斯市巴彦淖尔湖发现的国内新种,是在国
际上继钝顶螺旋藻、极大螺旋藻之后增加的一个新
的产业化的藻种。
藻胆蛋白是存在于红藻、蓝绿藻和隐藻的藻胆
体(Phycobilisomes,PBS)中的捕光色素蛋白,能把捕
获的光能高效的传递给叶绿素,从而使藻体的光合作
用得以进行。藻胆蛋白约占藻体干重的10%～25%[2],
主要包 括 藻 蓝 蛋 白 (Phycocyanin)、 藻 红 蛋 白
(Phycoerythrim)和别藻蓝蛋白(Alphycocyanin)三
类[3]。藻胆蛋白具有强烈的荧光性,发橙红色荧光,
而其本身则呈红色、紫色或蓝色等,故为有色多肽[4]。
据报道,藻胆蛋白可提高人体免疫机能、增强造血功
能,可用作肿瘤、贫血等疾病的辅助治疗药剂[5]。藻类
可作为功能因子用于保健食品和功能食品,也可用
作鱼、虾、贝等海产品的特殊饲料[6]。2000年 Karen
H.Wiltshire等以 80W的超声功率提取绿藻中的色
素和脂肪酸时,提取率是不使用超声波辅助提取时
的3倍。
1材料与方法
1.1材料与仪器
鄂尔多斯螺旋藻干粉 内蒙古鄂尔多斯市企业
提供;所用试剂 均为分析纯。
超声波细胞粉碎机 JAC-4济宁市奥波超声电
气有限公司;BS210S型电子天平 德国 Sartorius公
司;GL-20G-Ⅱ型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪
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Abstract:
170
2007年第02期
Vol.28,No.02,2007
工 艺 技 术
食品工业科技
器厂;722S分光光度计 上海棱光技术有限公司;
95-I磁力搅拌器 上海司乐仪器有限公司;SHB-Ⅲ
循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司。
1.2实验方法
1.2.1螺旋藻藻胆蛋白样品溶液的制备 精确称取藻
粉若干份,每份1.0g,分别加一定量的磷酸缓冲液用
磁力搅拌器进行溶解,对溶液进行抽真空,超声波破
碎、离心、去沉淀,上清液即为藻胆蛋白粗提液。
1.2.2螺旋藻藻胆蛋白含量的测定及计算 取适量藻
胆蛋白粗提液,稀释后测定 A615和 A650值,依照经验
公式[7]计算藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白的浓度,藻胆蛋白
总浓度等于前两者浓度和,并计算藻胆蛋白百分比[8]。
1.2.3单因素实验 固定料液比为1∶10,超声提取时
间为30min,超声功率为600、700、800、900、1000W;
固定功率为800W,超声提取时间为30min,料液比为
1∶8、1∶10、1∶12、1∶14、1∶16;固定超声功率为800W,料
液比为1∶10,超声提取时间为0、10、20、30、40min。
1.2.4螺旋藻藻胆蛋白超声波提取工艺的正交实验
设计 根据预实验结果,以磷酸缓冲液溶解藻粉,分
别以超声波功率、液料比和超声提取时间为影响因
素,以螺旋藻藻胆蛋白提取率为考察指标,进行L9(33)
正交实验。
2结果与讨论
2.1单因素实验结果
2.1.1超声波功率对藻胆蛋白提取率的影响 从图1
可以看出,超声波功率在 600～800W时,螺旋藻藻胆
蛋白提取率随之增加,800W时达到最大;功率超过
800W,藻胆蛋白的提取率随之逐渐减少。
2.1.2料液比对藻胆蛋白提取率的影响 从图 2中
看出,固定功率为800W,超声提取时间为30min,螺旋
藻藻胆蛋白提取率最初随料液比的增加而提高,1∶12
时达到最高,而后有所下降,但降幅不是很大。
2.1.3超声波提取时间对藻胆蛋白提取率的影响 在
保持其它条件不变,改变超声时间时,藻胆蛋白提取
率随时间的变化如图3所示。从图3可以看到,其变
化趋势在0～30min范围内,随着时间的延长藻胆蛋
白提取率在增高。藻粉不经超声波破碎,而直接进行
15
10
5
0
藻
胆
蛋
白
提
取
率
( %
)
功率(W)
600 700 800 900 1000
图1超声波功率对藻胆蛋白提取率的影响
20
15
10
5
0藻
胆
蛋
白
提
取
率
( %
)
料液比(w∶v)
1∶8 1∶10 1∶12 1∶14 1∶16
图2料液比对藻胆蛋白提取率的影响
16
14
12
10
8
6
4
2
0藻
胆
蛋
白
提
取
率
( %
)
时间(min)
0 10 20 30 40 50
图3超声提取时间对藻胆蛋白提取率的影响
试管号
因素
A615 A650 藻胆蛋白提取率(%)
A功率(W) B料液比(w/v) C提取时间(min)
1 1(600) 1(1∶8) 1(10) 0.75 0.53 13.42
2 1 2(1∶10) 2(20) 0.61 0.44 13.66
3 1 3(1∶12) 3(30) 0.47 0.33 12.57
4 2(800) 1 2 0.91 0.67 16.42
5 2 2 3 0.54 0.40 12.18
6 2 3 1 0.46 0.34 12.49
7 3(1000) 1 3 0.79 0.60 14.33
8 3 2 1 0.56 0.41 12.68
9 3 3 2 0.50 0.37 13.55
K1 39.65 44.17 41.59
K2 41.09 38.52 43.63
K3 40.56 38.61 39.08
k1 13.22 14.72 13.86
k2 13.70 12.84 14.54
k3 13.52 12.87 13.03
R 0.48 1.88 1.68
表1L9(33)正交实验结果
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因素 自由度 平方和 均方 F Fα
A 2 0.354 0.177 0.336 F0.05=19.00
B 2 6.983 3.492 6.626 F0.01=99.01
C 2 5.149 2.575 4.886
误差 2 1.054 0.527
表2因素方差分析
下一步提取时,藻胆蛋白提取率最低。说明超声波破
碎细胞壁是必要的。
2.2最佳工艺条件的确定
在单因素实验的基础上选取超声波功率、料液
比、超声提取时间进行正交实验,考察这三个因素对
藻胆蛋白提取率的影响。正交实验结果极差分析、方
差分析和显著性检验分别见表1、表2。
2.3正交实验结果分析
由表 1的极差和表 2的方差分析结果可以看
出,三种因素对超声波提取结果影响大小依次为
B>C>A,即料液比>超声时间>超声波功率。在实验设
计的范围内,最好的实验方案为 A2B1C2,即超声波功
率 800W,料液比 1∶8,作用时间 20min。方差分析表
明,A、B、C三种因素对结果均无显著性影响。
2.4螺旋藻藻胆蛋白超声波提取的数学模拟
对超声波提取的实验结果进行二次响应面分
析,此方法是优化工艺条件、配方等的一种非常有效
的方法,得到回归方程:
Y=16.32-5.96X1-13.96X2+17.03X3+1.49X12+
3.20X1X2+2.96X22-4.04X1X3-3.64X2X3
式中:X1-超声波功率,W;X2-料液比,w∶v;X3-超
声波作用时间,min;Y-藻胆蛋白提取率,%。从计算
结果可以看出,模拟值与实验值拟合良好,说明数学
模拟是成功的。根据方程对最佳提取条件进行预测,
结果见表3。
从表3可以看出,拟合的方程预测的最优解与
正交实验极差和方差的分析结果基本一致。综合考
虑工艺成本,最终确定最佳工艺条件为:超声波功率
900W,料液比为1∶8.5,作用时间25min。为了确认拟
合方程预测的最优组合的再现性,进行了优化组合
的验证实验,测得螺旋藻藻胆蛋白提取率为18.8%,
螺旋藻藻胆蛋白的实际提取率与方程的预测值接
近,重复实验相对偏差为2.87%,说明超声波提取优
化条件重现性良好。
3结论
3.1 超声波提取螺旋藻藻胆蛋白的最佳工艺条件
为:溶剂为磷酸缓冲液,超声波功率为900W,料液比
为 1∶8.5(w∶v),超声提取时间 25min。在该工艺条件
下,螺旋藻藻胆蛋白的提取率为18.8%。与不经超声
提取相比,超声辅助提取方法藻胆蛋白提取率提高
了 4.6倍,且提取时间短、效率高、方法简便,对优化
操作条件具有重要意义。
3.2超声波作用时间越长,反应液温度越高,因温度
高于40℃对藻胆蛋白活性有影响,可采用外加冰浴
降温的方法,同时应尽量缩短超声波破壁时间。
3.3通过逐步回归对螺旋藻藻胆蛋白超声波提取的
过程进行了数学模拟,其回归方程能较好地模拟实
际提取过程,可以对未知提取过程进行预测。
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1563.
项目 取值范围 最优解
X1超声波功率(W) 600～800 900
X2料液比(w∶v) 1∶8～1∶12 1∶8.5
X3超声波作用时间(min) 10～30 25
Y藻胆蛋白提取率(%) 19.60
表3最优解预测
172