响应面法优化克氏原螯虾虾壳中钙提取工艺

响应面法优化克氏原螯虾虾壳中钙提取工艺

0虾壳等下脚料会对人体代谢的组成和组成目前，中国的克氏原虾主要用于出口，出口产品主要以杏仁为形式。因此，在虾加工过程中，大量的下脚材料（占虾总数的30%40%）。钙是人体内必需的元素之一,它是组成人体骨骼、牙齿、脏器和肌肉组织的重要成分1材料和方法1.1生成判断纯虾壳:江西海浩鄱阳湖水产有限公司.乳酸、氨水、氯化铵、三乙醇胺、乙二胺基四乙酸二钠(EDTA)、铬黑T、氯化钙、盐酸、氯化铵、氨水、氢氧化钠等均为分析纯.1.2仪器、试剂和仪器数显智能控温磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司;电子分析天平:赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;粉碎机:上海比朗仪器有限公司;电热恒温鼓风干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司.1.3虾壳的干燥、粉碎虾壳预处理:用4%的氢氧化钠溶液浸泡虾壳4h,用水洗至中性,重复1次.将经过初分的虾壳置于100℃的鼓风干燥机中干燥12h.再将干燥好的虾壳粉碎,过40目筛,贮存备用.1.4钙含量的测定钙标准溶液的配制:准确称取已恒质量的无水氯化钙2.7746g,用蒸馏水定容至250mL配成0.1mol/L的氯化钙溶液,此时钙离子的浓度为4mg/mL.钙标准曲线的测定:分别取1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL的氯化钙溶液于50mL的三角瓶中,均用蒸馏水定容至总体积为10mL.分别在待测溶液中加入3mL的三乙醇胺溶液,5mLpH10的氨性溶液和两滴铬黑T指示剂,然后以0.0215mol/L的EDTA标准溶液滴定到溶液由紫蓝色变成蓝色.以EDTA滴定体积和钙浓度作图,得到钙标准曲线.通过实验计算钙的标准曲线为y=2.9786x+0.5905(y代表EDTA的滴定体积,x代表钙离子浓度,R虾壳浸酸溶液中钙含量的测定:取1mL浸酸溶液加9mL蒸馏水,分别加入3mL三乙醇胺和5mL氨性溶液,两滴铬黑T指示剂,以标准EDTA溶液滴定到溶液由紫蓝色转为蓝色.根据标准回归方程计算浸酸溶液中钙含量.1.5样品中钙含量的测定根据参考文献[11]中的测定方法略作修改.(1)乳酸添加量的确定:虾壳粉用量为10g,加水量为100mL,提取时间为2h,提取温度为35℃,乳酸添加量分别为13.5mL、16.0mL、18.5mL、21.0mL、23.5mL.待反应结束后,分别测定浸提液中钙的含量.(2)提取温度的确定:虾壳粉用量为10g,加水量为100mL,提取时间为2h,乳酸添加量为(1)试验中较适宜的结果,提取温度分别为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃.待反应结束后,分别测定浸提液中钙的含量.(3)提取时间的确定:虾壳粉用量为10g,加水量为l00mL,乳酸添加量和提取温度分别采用(1)和(2)试验中较适宜的结果,提取时间分别为10min、20min、30min、40min、50min.待反应结束后,分别测定浸提液中钙的含量.1.6最佳工艺的预测和验证根据单因素试验的结果,采用乳酸添加量、提取时间、提取温度3个因素与钙提取量进行响应面试验设计优化虾壳钙提取工艺.通过DesignExpert8.0.6软件对试验结果数据进行回归分析,预测最优的工艺参数.在分析得到的最佳工艺提取条件下,做3组平行试验验证响应面分析法的可靠性.2结果与分析2.1单因素试验2.1.1乳酸添加量由图1可以看出,在乳酸添加量达到21mL之前,钙的提取量随着乳酸的体积增加而增加并达到最大值,之后又随着乳酸添加量的增加而减少.产生这种现象的原因可能是乳酸添加量为21mL时,转化制取的乳酸钙的产率和含量已经达到了一种平衡的饱和状态,处在具有较好产率的范围内.但是当乳酸添加量继续增加时,乳酸钙的产率减少,主要是因为当乳酸过量时会在反应时形成乳酸酐,并吸附在乳酸钙表面上,使其钙的含量降低.因此,21mL乳酸添加量最佳.2.1.2反应的温度对乳酸钙提取量的影响由图2可知,在25~55℃范围内,虾壳钙提取量随着温度的升高而增加,继续升高温度钙提取量下降.这主要是由于温度的升高可以增加大分子间的碰撞几率,使得反应向乳酸钙生成的方向进行,但是随着温度的不断升高,乳酸发生酯化反应生成乳醛乳酸,并与钙离子结合生成对应的钙盐,导致生成的乳酸钙含量逐渐下降2.1.3反应时间和时间.由图3可以看出,在提取30min之内,钙提取量随着反应时间的延长而增加,主要是由于在反应刚开始时,系统中存在较多的乳酸和虾壳,在这时系统中生成乳酸钙的浓度比较小,其正反应速率大于逆反应速率,促使反应向正反应方向进行,即生成乳酸钙的方向.在20~30min时间内,由于正反应速率在逐渐减小,使得乳酸钙的增长速率缓慢.当反应时间达到30min后曲线逐渐趋于平缓,表明系统中的反应已经趋于平衡,随着反应时间的继续增加,反应体系中逆反应的发生几率增加,曲线有下降的趋势.因此,虾壳中钙提取最佳时间为30min.2.2反应法的优化试验2.2.1试验设计及结果在单因素试验的基础上,通过Design-Expert8.0.6软件设计3因素3水平进行响应面试验,设计方案见表1,试验结果见表2.2.2.2次模型分析利用DesignExpert8.0.6对表3中数据进行多元回归拟合得到提取量(Y)对时间(A)、乳酸添加量(B)、温度(C)的二次多项回归方程模型如下:观察回归方程可以看出虾壳中乳酸钙提取影响因素的大小顺序为:温度>时间>乳酸添加量.由表3可知,模型的F=8.77,P<0.01,说明本试验所采用的二次模型是显著的.比较表3中的P值可知,C极显著,BC交互项显著.二次项B响应曲面分析法优化图形为响应Y与对应的因素间构成的三维图及在二维平面上的等高图,综合直观地反映各因素对响应值的影响,每个响应面对其中两个因素进行分析,另外一个因素固定在零水平上.由图4可知,响应面开口向下,随着每个因素的值的增大,与其对应的响应值增大,然而当响应值增大到极值后,随着因素的增大响应值随之减小.该模型有稳定点,且稳定点是最大值.等高线的形状可反映出交互作用的强弱,椭圆形表示两因素交互作用显著,而圆形则与之相反.从其等高线图可以直观地看出时间和乳酸添加量、时间和温度、温度和乳酸添加量这3组的两因素交互作用显著.从图4可以看出,3因素的交互作用均有最大值,说明响应面优化设计能够较好地反映出试验所设定的3因素对钙提取量的影响.2.2.4最佳工艺条件的验证由上述软件分析得到最大的响应值为765.12mg,即每10g虾壳中最大的钙提取量为765.12mg,与之对应的最佳工艺条件为:乳酸添加量21.43mL、温度61.34℃、时间40min.根据实际操作,对工艺条件进行简化处理,在乳酸添加量21.43mL、温度61℃、时间40min条件下进行验证试验,经过3组平行试验所得到的每10g虾壳钙的提取量分别为760.29mg、765.08mg和762.07mg.平均值为762.48mg,与模型的预测值765.1