白金金学年论文肉苁蓉超声提蛋白质文档格式.docx
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白金金
学号:
201174050101
指导教师:
张继
简短
评语
成绩:
指导教师签字:
响应面法优化超声提取肉苁蓉蛋白质工艺研究
白金金
指导教师:
张继
(西北师范大学生命科学学院,甘肃兰州730070)
摘要:
为优化肉苁蓉蛋白质的超声浸提工艺,采用响应面法对肉苁蓉蛋白质提取工艺进行了优化.采用4因素3水平的响应面分析法,4因素分别为液料比、提取时间、超声清洗仪作用功率和温度。
建立了一个肉苁蓉蛋白质得率与影响因子的多元二次回归方程,得到肉苁蓉蛋白质的最佳提取工艺条件:
料液比1:
20,提取时间44min,温度60℃,超声清洗仪作用功率90%,实际测得的肉苁蓉蛋白质得率为19.12%。
关键词:
肉苁蓉;
蛋白质;
响应面分析;
超声浸提
OptimizationofMicrowave-waterextractionofproteinfromdried
HerbaCistancheusingresponsesurfacemethodology
Baijin-jin
Guidanceteacher:
Zhangji
(CollegeofLifeScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou,Gansu,China,730070)
Abstract:
Microwave-watertechniquewasappliedforproteinextractionfromdriedHerbaCistancheandtheeffectsofprocessingparametersonextractionefficiencywasoptimizedusingresponsesurfacemethodology(RSM).Fourindependentvariableswereinvestigated,includingtheratioofwatertorawmaterial(mL/g),extractiontime(min),Microwavepower(%)andtemperature(℃).Aquadraticpolynomialmathematicalmodelwithgoodcorrelationwasconstructedandemployedtotheoptimization.Theoptimiaedextractionconditionsweredeterminedas:
theratioofwatertorawmaterialas20:
1,extractiontimeof44min,andtemperatureof60℃,underwhichtheexperimentalextractionyieldofcrudeHerbaCistancheproteinwas19.12%.
Keywords:
HerbaCistanche;
protein;
responsesurfacemethodology(RSM);
Microwave-waterextraction
1.前言
肉苁蓉(HerbaCistanche)为列当科(Orobanchaceae)植物肉苁蓉(CistanchedeserticolaY.C.Ma)的带鳞片的干燥肉质茎,又名苁蓉、大芸、金笋、地精[1]。
肉苁蓉属于寄生植物,全世界约有二十种,中国有六种及一个变种。
肉苁蓉适合生长在荒漠地区的盐碱地和沙漠中,主要分布在亚洲的中国西北部新疆、甘肃、内蒙古、宁夏等地及前苏联、阿富汗、内蒙[2]。
肉苁蓉具有很多药用价值,例如增强机体免疫功能,抗衰老作用,通便作用,抗动脉粥样硬化作用以及对神经系统和性功能的影响。
全面了解肉苁蓉的研究进展,对我国当前开发西部、培育、利用我国西部特有的中药资源有十分重要的意义[3]。
据分析化验肉苁蓉的营养成分有:
总糖23-26%,油脂含量0.65-0.66%,蛋白质为20.6-19.3%,五氧化二磷每100克含160-133毫克,灰分5.1-57.5%,同时含有硅、锰、锶、锗、锌、钙等23种矿物质及微量元素[2]。
这些矿物质及微量元素对于人体的健康极为有益,因此肉苁蓉在营养保健方面也具有很大的开发利用价值。
在测定粗提液中可溶性蛋白质的总含量时,由于植物粗提液中含有许多其他物质,如酚类物质、核酸等,而且蛋白质的含量比较低,因而诸如Folin-酚法,双缩脉法,紫外吸收法等的应用受到了一定的限制,而考马斯亮蓝法灵敏度高,操作简便,特异性强,快速,且不受酚类物质的影响,因而常常在对植物组织粗提液中可溶性蛋白质含量的测定时被采用[4]。
超声波是指频率高于2×
104Hz的声波,是可在弹性介质中传播的一种机械波.从微观上讲,超声波可以与介质分子相互作用;
宏观上,超声波可在流体中产生空化作用、热效应、冲击力等综合效应。
超声波现已广泛用于高分子化合物的降解、有机合成、提取分离等方面,如从青蒿中提取青蒿素、从盐藻中提取胡萝卜素[5]。
响应面方法(responsesurfX1cemethodology,RSM)是Box在20世纪50年代提出的,利用合理的试验设计并通过实验得到的一定数据,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数,解决多变量问题的一种统计方法。
较传统的正交分析法更为简便、直观,是目前工艺条件优化的重要方法之一[3]。
近年来发展起来一些新型提取技术,如微波辅助浸提、超声波辅助浸提等,这些方法能大幅度提高产品得率。
本文使用超声波辅助浸提法对传统肉苁蓉蛋白质提取工艺加以优化,以期为肉苁蓉蛋白质提取工艺提供参考依据。
1.试验材料与方法
1.1试验材料
肉苁蓉购自内蒙古,自然晾干,然后粉碎。
牛血清蛋白(13SX1)为华美生物工程公司的进口分装,考马斯亮蓝G-250(为上海医药集团公司进口分装),95%乙醇,85%磷酸等均为分析纯。
1.2试验设备
TU-1901双光束紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;
KQ-250DE数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;
DD-5M湘仪离心机,湖南星科科学仪器有限公司;
真空干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司。
1.3试验方法
1.3.1肉苁蓉蛋白质浸提工艺流程
肉苁蓉→整理去杂→粉碎→超声浸提→离心取上清液→抽滤→浓缩→干燥→多糖、蛋白质
1.3.2蛋白质含量的测定
采用考马斯亮蓝比色法,以牛血清蛋白为标准品[6]。
1.3.2.1蛋白质标准溶液的制备
精确称取牛血清白蛋白100.00mg,用少量蒸馏水溶解定容至100mL,即为1.0mg/mL蛋白质标准液,4℃~5℃冰箱中保存备用.
1.3.2.2考马斯亮蓝G-250溶液的制备
精密称取考马斯亮蓝G-250100.00mg加入95%乙醇50mL,再加入85%磷酸100mL,最后用蒸馏水定容至1000mL,最终试剂含0.01%考马斯亮蓝G-250,4.7%乙醇,8.5%磷酸,置于棕色瓶中备用。
1.3.2.3供试品溶液的制备
精确称取多糖10.00mg,加蒸馏水溶解定容至10mL,即为1mg/mL供试品溶液。
1.3.2.4标准曲线的制作
分别精密吸取标准蛋白质溶液0.0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mL于10mL试管中,各管加水至1mL,加入考马斯亮蓝G-250溶液5mL,混匀,放置10min,于595nm处测定其吸光值。
得其线性回归方程Y=4.6632x+0.0617(R2=0.9926)。
图1蛋白质标准曲线
Fig.1Calibrationcurveofthechlorellaprotein
1.3.2.5样品蛋白质含量的测定
取供试品溶液各1mL,以空白试剂为参比,按上述标准曲线的测定法,分别测定其吸光度值,计算样品中蛋白质的含量。
2.结果与分析
2.1单因素试验结果
2.1.1时间对蛋白质提取率的影响
料液比(g:
mL)1∶20,热水作用温度50℃,超声清洗仪作用功率10%,考察热水作用时间15、30、60、90、120、150min,对肉苁蓉蛋白质提取率的影响,结果如图2
图2时间对蛋白质提取率的影响
Fig.2EffectsofdifferenttimeonextractionrateofHerbaCistancheprotein
从图2可以看出随着提取时间的增长,蛋白质得率逐渐提高,并且提取时间60min和提取时间90min的得率相同,在时间增长至90min后,得率突然降低,这说明提取时间太长,会破坏蛋白质,使得提取率降低。
2.1.2温度对蛋白质提取率的影响
料液比(g:
mL)1∶20,热水作用时间1h,超声清洗仪作用功率10%,考察热水作用温度30、40、50、60、70、80℃,对肉苁蓉蛋白质提取率的影响,结果如图3
图3温度对蛋白质提取率的影响
Fig.3EffectsofdifferenttemperatureonextractionrateofHerbaCistancheprotein
由图3可知,在30℃~70℃范围内随着温度的升高,蛋白质得率逐渐升高,70℃后,随着温度的升高,蛋白质得率降低,这说明蛋白质的提取温度不能太高,温度太高会导致蛋白质变性以及一些其它反应的发生,最终导致蛋白质得率降低。
2.1.3料液比对蛋白质提取率的影响
超声浸提时间60min,温度50℃,超声清洗仪作用功率100%,考察料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25对肉苁蓉蛋白质提取率的影响,结果如图4
图4料液比对蛋白质提取率的影响
Fig.4EffectsofdifferentratiosofwatertorawmaterialonextractionrateofHerbaCistancheprotein
由图4可知,随着料液比的增加,蛋白质得率呈增高的趋势,在料液比大于1∶20时有所降低,这说明提取蛋白质时,料液比不能太低也不能太高。
2.1.4超声清洗仪作用功率对蛋白质提取率的影响
mL)1∶20,热水作用时间60min,温度50℃,考察超声清洗仪作用功率40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%对肉苁蓉蛋白质提取率的影响,结果如图5
图5超声功率对蛋白质提取率的影响
Fig.5EffectsofdifferentmicrowavepoweronextractionrateofHerbaCistancheprotein
由图可知,随着超声作用功率的增加,蛋白质得率先降低后增加,但是当功率达到90%时又明显下降,这说明肉苁蓉蛋白质的最佳提取功率具有一定的范围,功率过低会造成蛋白质的提取不充分过高会导致蛋白质被破坏,从而致使得率的降低。
2.2响应面设计试验结果
2.2.1响应面设计与结果
根据单因素试验结果,同时考虑到操作方便、节省溶剂及能耗,从而确定选择超声作用时间(X1)超声清洗仪作用功率(