崔青曼，袁春營(yíng)，孫會(huì)芳，白鴻達(dá)

（天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津300457）

響應(yīng)面法優(yōu)化脈紅螺?；撬崽崛」に囇芯?/p>

崔青曼，袁春營(yíng)，孫會(huì)芳，白鴻達(dá)

（天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津300457）

采用三元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，研究在自然pH條件下料液比、提取時(shí)間、乙醇濃度對(duì)脈紅螺牛磺酸得率的影響，建立各因子與牛磺酸得率關(guān)系的數(shù)學(xué)回歸模型，確定最佳提取條件為料液比1∶3（g/mL）、提取時(shí)間2 h、乙醇濃度70%。經(jīng)驗(yàn)證，在此條件下?；撬岬寐蕿?.7307%，與理論計(jì)算值0.73782%基本一致。回歸模型能較好地預(yù)測(cè)脈紅螺中?；撬岬牡寐剩f(shuō)明響應(yīng)面分析法得到的脈紅螺?；撬崽崛」に噮?shù)真實(shí)可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

脈紅螺；牛磺酸；提取工藝；響應(yīng)面法

Abstract:The effects of ratio of solvent to material,treatment time and ethanol concentration on the yield of taurine were investigated at natural pH by using quadratic orthogonal rotary composite design.The mathematical regression model of the relationships between the studied factors and the yield of taurine was constructed and the optimum extraction conditions of taurine were got that were ratio of material to solvent 1∶3(g/mL),treatment time 2 h and ethanol concentration 70%.Under these conditions,the yield of taurine was 0.7307%,which was close to the estimated value 0.73782%attained by using regression model.As the model for the yield of taurine had better prediction effects,the parameters of taurine extraction for Pulse venosa obtained by response surface methodology were true and reliable which had some practical value.

Key words：Pulse venosa;taurine;extraction technicque;response surface methodology

牛磺酸,化學(xué)名2-氨基乙磺酸，白色晶體，因從牛膽汁中首次分離而得名，它具有廣泛的生物學(xué)活性，是維持機(jī)體正常生理功能所必需的一種氨基酸。最新研究表明?；撬嵩诖竽X的發(fā)育、糖尿病的防治、心血管系統(tǒng)的保護(hù)以及延緩衰老等方面均有一定的作用[1-3]。迄今為止，國(guó)內(nèi)外?；撬嵘a(chǎn)大多采用化學(xué)合成，但存在原料危害大、工藝復(fù)雜、回收率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，而國(guó)際市場(chǎng)上天然提取的?；撬岬膬r(jià)格遠(yuǎn)高于合成品，因此探索從生物中提取天然?；撬嵋殉蔀槿藗冄芯康臒狳c(diǎn)，據(jù)報(bào)道海洋生物中?；撬岬暮枯^陸地生物更加豐富[4]。脈紅螺（Pulse venosa）是我國(guó)豐富的海產(chǎn)貝類(lèi)之一，其肉中富含蛋白質(zhì)、核黃素、尼克酸、VE等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及多種微量元素，有很好的食用和藥用價(jià)值，在對(duì)其軟體部牛磺酸粗提的基礎(chǔ)上[5]，進(jìn)一步優(yōu)化脈紅螺牛磺酸提取的工藝條件，為脈紅螺的高值化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試樣

脈紅螺：購(gòu)自塘沽農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，殼長(zhǎng)（65.09±3.29）mm，殼寬（51.35±2.74）mm，殼高（49.34±2.82）mm，體重（42.34±3.45）g。

1.1.2 主要儀器

RE-3000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；GL-16M高速冷凍離心機(jī)：湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；DS-A組織搗碎機(jī)：上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 方法

1.2.1 牛磺酸的提取與純化

將脈紅螺清洗，去殼，取軟體部分，準(zhǔn)確稱(chēng)取一定質(zhì)量，加入少量的蒸餾水,于組織搗碎機(jī)中制備勻漿，取勻漿液，加入一定體積蒸餾水，置于100℃的水浴中提取1 h，雙層紗布過(guò)濾后剩余殘?jiān)俜庞跓崴薪? h，過(guò)濾后合并2次濾液，濾液用6 mol/L HCl調(diào)至pH 3，以除去酸性蛋白質(zhì)，以10000 r/min離心25 min，清液以6 mol/L NaOH調(diào)至pH 10，10000 r/min離心25 min后，濾液再用4 mol/L三氯乙酸調(diào)至pH 4～5，以10000 r/min離心25 min，將提取液調(diào)節(jié)pH=5，經(jīng)H+型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱去除其它氨基酸和部分色素，用蒸餾水洗脫，接收pH=3～5的流出液，將收集到的洗脫液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，濃縮液加入無(wú)水乙醇，置于4℃冰箱，直至?；撬峋w析出。

1.2.2 ?；撬崽崛」に嚨捻憫?yīng)面設(shè)計(jì)

采用Design Expert軟件，進(jìn)行了響應(yīng)面法中的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)（三因素三水平），以料液比、提取時(shí)間及乙醇濃度為自變量，以?；撬岬寐蕿轫憫?yīng)值，考察3個(gè)因素對(duì)提取工藝的影響，并對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)因素與設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。得率計(jì)算如下：

?；撬岬寐?晶體?；撬豳|(zhì)量/樣品濕重×100%

表1 因素水平編碼表Table 1 Test code and correspondingly origin level

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SAS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方差分析

表2 三元二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 The quadratic orthogonal rotary composite experimental design and experimental result

表3 二次響應(yīng)面回歸模型的方差分析Table 3 Analysis of variance of the regression model of quadratic response surface

按照表1方案進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

從表3中二次應(yīng)面回歸模型的方差分析看，此模型的P＜0.01，表明得率模型在99%水平上極顯著。各項(xiàng)系數(shù)的P值越小，說(shuō)明該項(xiàng)越顯著[6]，因此對(duì)于該模型來(lái)說(shuō) X1、X2、X3、X12、X22、X32是最為顯著的 6 項(xiàng)。失擬檢驗(yàn)可以用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)觀察數(shù)據(jù)描述的準(zhǔn)確性。失擬的P值（0.761472）越小，說(shuō)明失擬越顯著，模型越不準(zhǔn)確。對(duì)于一個(gè)預(yù)測(cè)模型來(lái)說(shuō)，一般要求其失擬值大于0.05，即失擬在95%水平上不顯著[7]。因此，該模型的失擬結(jié)果較好。

運(yùn)用SAS軟件對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行整理分析，得到如下回歸方程預(yù)測(cè)模型：

X1、X2、X3、X12、X22、X32均在 P＜0.01 水平上影響顯著，P＞0.05項(xiàng)對(duì)?；撬岬寐视绊懖淮螅梢院雎圆挥?jì)，故回歸方程可簡(jiǎn)寫(xiě)為：

2.2 響應(yīng)面交互作用分析與優(yōu)化

為了進(jìn)一步研究相關(guān)變量之間的交互作用以及確定最優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)Design-Expert軟件繪制響應(yīng)面曲線圖與等高線圖進(jìn)行可視化的分析，結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 料液比（X1）與提取時(shí)間（X2）對(duì)?；撬岬寐剩╕1）的影響Fig.1 Effects of ratio of material to solvent(X1）and extraction time(X2)on the yield of taurine(Y1)

圖2 料液比（X1）與乙醇濃度（X3）對(duì)?；撬岬寐剩╕1）的影響Fig.2 Effects of ratio of material to solvent(X1)and ethanol concentration(X3)on the yield of taurine(Y1)

圖3 提取時(shí)間（X2）與乙醇濃度（X3）對(duì)?；撬岬寐剩╕1）的影響Fig.3 Effects of extraction time(X2)and ethanol concentration(X3)on the yield of taurine(Y1)

從圖1看出，當(dāng)乙醇濃度為70%時(shí)，?；撬岬寐孰S著料液比和提取時(shí)間的增加先升后降，提取時(shí)間對(duì)得率的影響較料液比大，圖2顯示提取時(shí)間為2 h時(shí)，?；撬岬寐孰S著料液比和乙醇濃度的增加先升后降，料液比對(duì)得率的影響較乙醇濃度大，圖3顯示料液比為1∶3時(shí)，牛磺酸得率隨著提取時(shí)間和乙醇濃度的增加先升后降，提取時(shí)間對(duì)得率的影響較乙醇濃度更大。

綜合上述結(jié)果，所分析的三因素對(duì)?；撬岬寐实挠绊懥ε判?yàn)椋禾崛r(shí)間＞料液比＞乙醇濃度，三因素之間的交互作用均不明顯。

2.3 最佳工藝條件的確定

利用SASRSREGProcedure對(duì)方程Y進(jìn)行主成分分析，獲得1個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，見(jiàn)表4。

表4 基于編碼的響應(yīng)面分析（穩(wěn)定點(diǎn)）Table 4 Response surface analysis based on coding(stable point)

分析其特征值為（-0.08974，-0.10012，-0.14889），均為負(fù)值。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，Y有最大值。通過(guò)數(shù)據(jù)處理優(yōu)化Y，得到使Y達(dá)到最大值的編碼組合，即：當(dāng)X1=1∶2.87483、X2=1.87381 h、X3=67.1663%時(shí)，?；撬岬寐首畲笾担╕）為0.7378%。

2.4 最優(yōu)條件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在?；撬岬寐首罡邥r(shí)對(duì)應(yīng)的最佳提取參數(shù)及修正參數(shù)[料液比 1∶3（g/mL）、提取時(shí)間 2 h、乙醇濃度70%]條件下提取2次（驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)），得到脈紅螺中?；撬岬牡寐史謩e為0.7312%和0.7307%，得率實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)基本吻合，說(shuō)明響應(yīng)面分析法得到的脈紅螺?；撬崽崛」に噮?shù)真實(shí)可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

1）在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，影響脈紅螺牛磺酸得率的主次順序是提取時(shí)間＞料液比＞乙醇濃度。

2）建立了一個(gè)以?；撬岬寐蕿槟繕?biāo)值，以料液比、提取時(shí)間、乙醇濃度為因子的數(shù)學(xué)模型，方差分析表明其擬合好。通過(guò)對(duì)回歸方程的優(yōu)化計(jì)算，得到最佳提取工藝條件：料液比 1∶3（g/mL）、提取時(shí)間 2 h、乙醇濃度70%?；貧w模型可較好地預(yù)測(cè)脈紅螺中?；撬岬牡寐剩瑸殚_(kāi)發(fā)利用海洋生物資源提供了理論依據(jù)。

3）對(duì)所建立的數(shù)學(xué)模型做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在最優(yōu)條件下?；撬岬牡寐蕿?.7312%，比理論值0.73782%稍低，說(shuō)明該回歸模型中仍存在干擾因素。

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The Study on Optimization of Extraction Technique of Taurine from Pulse venosa by Responrse Suface Methodology

CUI Qing-man,YUAN Chun-ying,SUN Hui-fang,BAI Hong-da
(Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry,Tianjin;College of Marine Science and Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China)

2011-12-16

天津市塘沽區(qū)科委基金項(xiàng)目（2008XQ13-06）

崔青曼（1964—），女（漢），教授，博士，主要從事海洋生物資源的開(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究。