響應(yīng)面法優(yōu)化克氏原螯蝦蝦殼中鈣提取工藝

響應(yīng)面法優(yōu)化克氏原螯蝦蝦殼中鈣提取工藝

0蝦殼等下腳料會(huì)對(duì)人體代謝的組成和組成目前，中國的克氏原蝦主要用于出口，出口產(chǎn)品主要以杏仁為形式。因此，在蝦加工過程中，大量的下腳材料（占蝦總數(shù)的30%40%）。鈣是人體內(nèi)必需的元素之一,它是組成人體骨骼、牙齒、臟器和肌肉組織的重要成分1材料和方法1.1生成判斷純蝦殼:江西海浩鄱陽湖水產(chǎn)有限公司.乳酸、氨水、氯化銨、三乙醇胺、乙二胺基四乙酸二鈉(EDTA)、鉻黑T、氯化鈣、鹽酸、氯化銨、氨水、氫氧化鈉等均為分析純.1.2儀器、試劑和儀器數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器:鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;電子分析天平:賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;粉碎機(jī):上海比朗儀器有限公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司.1.3蝦殼的干燥、粉碎蝦殼預(yù)處理:用4%的氫氧化鈉溶液浸泡蝦殼4h,用水洗至中性,重復(fù)1次.將經(jīng)過初分的蝦殼置于100℃的鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥12h.再將干燥好的蝦殼粉碎,過40目篩,貯存?zhèn)溆?1.4鈣含量的測(cè)定鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:準(zhǔn)確稱取已恒質(zhì)量的無水氯化鈣2.7746g,用蒸餾水定容至250mL配成0.1mol/L的氯化鈣溶液,此時(shí)鈣離子的濃度為4mg/mL.鈣標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定:分別取1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL的氯化鈣溶液于50mL的三角瓶中,均用蒸餾水定容至總體積為10mL.分別在待測(cè)溶液中加入3mL的三乙醇胺溶液,5mLpH10的氨性溶液和兩滴鉻黑T指示劑,然后以0.0215mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到溶液由紫藍(lán)色變成藍(lán)色.以EDTA滴定體積和鈣濃度作圖,得到鈣標(biāo)準(zhǔn)曲線.通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算鈣的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=2.9786x+0.5905(y代表EDTA的滴定體積,x代表鈣離子濃度,R蝦殼浸酸溶液中鈣含量的測(cè)定:取1mL浸酸溶液加9mL蒸餾水,分別加入3mL三乙醇胺和5mL氨性溶液,兩滴鉻黑T指示劑,以標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液滴定到溶液由紫藍(lán)色轉(zhuǎn)為藍(lán)色.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)回歸方程計(jì)算浸酸溶液中鈣含量.1.5樣品中鈣含量的測(cè)定根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]中的測(cè)定方法略作修改.(1)乳酸添加量的確定:蝦殼粉用量為10g,加水量為100mL,提取時(shí)間為2h,提取溫度為35℃,乳酸添加量分別為13.5mL、16.0mL、18.5mL、21.0mL、23.5mL.待反應(yīng)結(jié)束后,分別測(cè)定浸提液中鈣的含量.(2)提取溫度的確定:蝦殼粉用量為10g,加水量為100mL,提取時(shí)間為2h,乳酸添加量為(1)試驗(yàn)中較適宜的結(jié)果,提取溫度分別為25℃、35℃、45℃、55℃、65℃.待反應(yīng)結(jié)束后,分別測(cè)定浸提液中鈣的含量.(3)提取時(shí)間的確定:蝦殼粉用量為10g,加水量為l00mL,乳酸添加量和提取溫度分別采用(1)和(2)試驗(yàn)中較適宜的結(jié)果,提取時(shí)間分別為10min、20min、30min、40min、50min.待反應(yīng)結(jié)束后,分別測(cè)定浸提液中鈣的含量.1.6最佳工藝的預(yù)測(cè)和驗(yàn)證根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果,采用乳酸添加量、提取時(shí)間、提取溫度3個(gè)因素與鈣提取量進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化蝦殼鈣提取工藝.通過DesignExpert8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,預(yù)測(cè)最優(yōu)的工藝參數(shù).在分析得到的最佳工藝提取條件下,做3組平行試驗(yàn)驗(yàn)證響應(yīng)面分析法的可靠性.2結(jié)果與分析2.1單因素試驗(yàn)2.1.1乳酸添加量由圖1可以看出,在乳酸添加量達(dá)到21mL之前,鈣的提取量隨著乳酸的體積增加而增加并達(dá)到最大值,之后又隨著乳酸添加量的增加而減少.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是乳酸添加量為21mL時(shí),轉(zhuǎn)化制取的乳酸鈣的產(chǎn)率和含量已經(jīng)達(dá)到了一種平衡的飽和狀態(tài),處在具有較好產(chǎn)率的范圍內(nèi).但是當(dāng)乳酸添加量繼續(xù)增加時(shí),乳酸鈣的產(chǎn)率減少,主要是因?yàn)楫?dāng)乳酸過量時(shí)會(huì)在反應(yīng)時(shí)形成乳酸酐,并吸附在乳酸鈣表面上,使其鈣的含量降低.因此,21mL乳酸添加量最佳.2.1.2反應(yīng)的溫度對(duì)乳酸鈣提取量的影響由圖2可知,在25~55℃范圍內(nèi),蝦殼鈣提取量隨著溫度的升高而增加,繼續(xù)升高溫度鈣提取量下降.這主要是由于溫度的升高可以增加大分子間的碰撞幾率,使得反應(yīng)向乳酸鈣生成的方向進(jìn)行,但是隨著溫度的不斷升高,乳酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成乳醛乳酸,并與鈣離子結(jié)合生成對(duì)應(yīng)的鈣鹽,導(dǎo)致生成的乳酸鈣含量逐漸下降2.1.3反應(yīng)時(shí)間和時(shí)間.由圖3可以看出,在提取30min之內(nèi),鈣提取量隨著反應(yīng)時(shí)間的延長而增加,主要是由于在反應(yīng)剛開始時(shí),系統(tǒng)中存在較多的乳酸和蝦殼,在這時(shí)系統(tǒng)中生成乳酸鈣的濃度比較小,其正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率,促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行,即生成乳酸鈣的方向.在20~30min時(shí)間內(nèi),由于正反應(yīng)速率在逐漸減小,使得乳酸鈣的增長速率緩慢.當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到30min后曲線逐漸趨于平緩,表明系統(tǒng)中的反應(yīng)已經(jīng)趨于平衡,隨著反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)增加,反應(yīng)體系中逆反應(yīng)的發(fā)生幾率增加,曲線有下降的趨勢(shì).因此,蝦殼中鈣提取最佳時(shí)間為30min.2.2反應(yīng)法的優(yōu)化試驗(yàn)2.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過Design-Expert8.0.6軟件設(shè)計(jì)3因素3水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),設(shè)計(jì)方案見表1,試驗(yàn)結(jié)果見表2.2.2.2次模型分析利用DesignExpert8.0.6對(duì)表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合得到提取量(Y)對(duì)時(shí)間(A)、乳酸添加量(B)、溫度(C)的二次多項(xiàng)回歸方程模型如下:觀察回歸方程可以看出蝦殼中乳酸鈣提取影響因素的大小順序?yàn)?溫度>時(shí)間>乳酸添加量.由表3可知,模型的F=8.77,P<0.01,說明本試驗(yàn)所采用的二次模型是顯著的.比較表3中的P值可知,C極顯著,BC交互項(xiàng)顯著.二次項(xiàng)B響應(yīng)曲面分析法優(yōu)化圖形為響應(yīng)Y與對(duì)應(yīng)的因素間構(gòu)成的三維圖及在二維平面上的等高圖,綜合直觀地反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響,每個(gè)響應(yīng)面對(duì)其中兩個(gè)因素進(jìn)行分析,另外一個(gè)因素固定在零水平上.由圖4可知,響應(yīng)面開口向下,隨著每個(gè)因素的值的增大,與其對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值增大,然而當(dāng)響應(yīng)值增大到極值后,隨著因素的增大響應(yīng)值隨之減小.該模型有穩(wěn)定點(diǎn),且穩(wěn)定點(diǎn)是最大值.等高線的形狀可反映出交互作用的強(qiáng)弱,橢圓形表示兩因素交互作用顯著,而圓形則與之相反.從其等高線圖可以直觀地看出時(shí)間和乳酸添加量、時(shí)間和溫度、溫度和乳酸添加量這3組的兩因素交互作用顯著.從圖4可以看出,3因素的交互作用均有最大值,說明響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠較好地反映出試驗(yàn)所設(shè)定的3因素對(duì)鈣提取量的影響.2.2.4最佳工藝條件的驗(yàn)證由上述軟件分析得到最大的響應(yīng)值為765.12mg,即每10g蝦殼中最大的鈣提取量為765.12mg,與之對(duì)應(yīng)的最佳工藝條件為:乳酸添加量21.43mL、溫度61.34℃、時(shí)間40min.根據(jù)實(shí)際操作,對(duì)工藝條件進(jìn)行簡化處理,在乳酸添加量21.43mL、溫度61℃、時(shí)間40min條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),經(jīng)過3組平行試驗(yàn)所得到的每10g蝦殼鈣的提取量分別為760.29mg、765.08mg和762.07mg.平均值為762.48mg,與模型的預(yù)測(cè)值765.1