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我国是紫菜主要生产国之一。据统计,每年全世界紫菜总产值高达16亿美元,是世界上产值最高的栽培海藻。目前,中国的紫菜栽培业发展迅速,产量居世界首位。有30多年紫菜产业发展史的江苏省现年产条斑紫菜超过22亿张(每张3克),占全国条斑紫菜总产量的95%以上,其中85%以上的加工产品出口到美国、加拿大、澳大利亚及东南亚等20多个国家和地区。
紫菜是一类具有重要经济价值的大型海藻,其产值约占大型海藻总产值的1/2,就其营养价值而言则居首位。紫菜中含有丰富的蛋白质、糖类、脂肪酸、维生素、无机元素等,营养价值丰富。是一种营养丰富的高蛋白、低脂肪的食用海藻。
目前国内紫菜加工非常初级,其主流产品就是紫菜片和调味紫菜,国内对于紫菜产品的开发研究也都集中于一些初级产品,如紫菜酱、紫菜饮料或紫菜酱油等。加工还停留在初加工阶段,科技含量低,产品利润率不高,远没有发挥紫菜应有的开发价值。
目前国内外有关紫菜营养与活性功能的研究主要集中在紫菜多糖。但是对于紫菜的另一主要成份紫菜蛋白国内外却很少有人关注,关注较多的是紫菜蛋白中的藻胆蛋白,而关于紫菜蛋白的营养生理功能特性和紫菜蛋白的提取利用技术方面的研究都很少有报道。关于从紫菜中提取蛋白或多糖的研究多是针对单一产品的,几乎没有同时提取紫菜蛋白和多糖的研究,提取单一产品之后就将残渣弃之,造成了严重的原料浪费。在提取方法中,常规提取方法研究的较多,物理场强化提取方面的研究较少,尤其以双频辅助提取紫菜中蛋白和多糖的研究更是几乎未见报道。基于上述分析,本文分别采用单、双频逆流超声辅助提取技术对条斑紫菜中的蛋白和多糖进行同时提取,以紫菜蛋白和多糖总得率为指标,优化提取工艺条件,达到缩短提取周期和提高总提取率的目的,为高附加值紫菜蛋白和多糖产品的工业化生产提供一条可行之路。
本文分别研究了单、双频逆流超声辅助同时提取紫菜蛋白和多糖的提取液pH、提取时间、提取温度、液料比、超声发出时间和间歇时间等因素对蛋白和多糖总得率的影响。通过单因素试验和响应面试验对超声辅助提取条件进行优化。单频逆流脉冲超声辅助提取的试验结果表明:液料比、提取温度和提取时间三个因素对目标提取物的提取效果影响较为显著,并优化出条斑紫菜蛋白和多糖的20kHz单频逆流脉冲超声辅助提取最佳条件为:提取液pH为9.0、料液比为19mg/mL、提取时间为85min、提取温度为40℃、超声发出时间为4s和超声间歇时间为2s,在最佳条件下蛋白和多糖总得率达到最大值(37.26%),其中紫菜蛋白和多糖各自的得率分别为15.68%和21.58%。顺序双频逆流超声辅助提取的试验结果表明:选择15kHz/20kHz顺序超声组合相比于15kHz/28kHz和20kHz/28kHz的组合效果好,最佳提取条件为料液比14mg/mL、提取时间88min、提取温度41℃、提取液pH9.0、超声交替工作时间3s。通过验证,得到蛋白和多糖的平均总得率为48.18%,其中蛋白的平均得率为24.35%,多糖的平均得率为23.83%。对产物成分进行分析可知产物中蛋白和多糖的含量很高,适于对消化吸收有障碍的人群和运动员运动后食用,可以增强消化吸收有障碍的人群对蛋白和多糖的吸收效果,以及方便于运动员运动后迅速补充能量。
在明确了各因素对逆流超声辅助同时提取条斑紫菜中蛋白和多糖的效果的影响后,通过试验,测定了紫菜蛋白中热敏性蛋白的变性温度及提取液中蛋白和多糖总浓度随提取温度的变化情况。结果分析发现,紫菜蛋白的变性温度为55.3℃;温度对条斑紫菜中蛋白和多糖的溶出有显著的影响,随着初始提取温度的增加,提取液中蛋白和多糖的总浓度先迅速上升后下降,在初始提取温度为40℃时达到最高;随着初始温度的增加,动力学模型中提取液的蛋白和多糖的总平衡浓度也先大幅度上升,当初始温度增加到40℃后总平衡浓度快速下降;初始提取温度对起始提取速率的影响相对较小,随着初始提取温度的升高逐渐增加,35℃后增幅减小,45℃后出现下降的趋势;紫菜中蛋白和多糖逆流超声辅助同时提取的过程符合二级动力学模型,该模型可以用来模拟紫菜中蛋白和多糖的逆流脉冲超声辅助同时提取过程。提取模型的建立可以很好的指导紫菜蛋白和多糖产品的提取。试验结果进一步证明,采用超声辅助技术可以有效的提高紫菜蛋白和多糖总得率,使紫菜蛋白和多糖的高效提取成为了可能。