碱液浸提法制备硫酸软骨素的工艺优化

表 1 Design Expert 试验因素水平表 Tab. 1 Factors and levels in the Design Experte
expermental design
因素 Factors
编码水平
Coding levels
－1
0
1
A 料液比 / （ g / mL） 1∶ 6 1∶ 7 1∶ 8
度、浸提时间 3 个因素作为试验因素，以 CS 得
率为评价指标，设计响应曲面优化方案，探讨碱
液浸提 的 最 佳 工 艺 参 数。利 用 Design － Expert
8. 0. 6 分析软件对试验数据进行回归分析，对每
一个自 变 量 的 低、中、高 试 验 水 平 进 行 编 码
（ 如表 1 所示） ，该模型通过最小二乘法拟合二
50
40
30 1:5
1:6 1:7
1:8 1:9
料液比 Ratio of material to solvent 图 2 NaOH 用量对硫酸软骨素得率的影响 Fig. 2 Effect of NaOH dosage on the yield of chondroitin sulfate
2. 1. 2 NaOH 浓度对碱液浸提 CS 得率的影响 在固 定 料 液 比 1 ∶ 5 （ g / mL ） 、 浸 提 温 度
从蛋白多糖中分离出来，从而提高产物得率； 但 是，当温 度 继 续 升 高 时， 浸 提 液 的 颜 色 呈 深 棕 色，这不 仅 会 影 响 产 品 的 纯 度， 同 时 也 会 导 致 CS 的自身分解，反而降低产品得率。因此综合 实验结果，浸提温度选择 50℃ 为宜。
硫 酸 软 骨 素 得 率 /% Chondroitin sulfate yield
50℃ 、浸提时间 6 h 的条件下，在 1% ～ 9% 碱浓 度范围内，考察碱浓度对 CS 得率的影响。由图 3 可知，当碱浓度从 1% 升至 3% 时，CS 得率从 39. 53% 迅速增大至 58. 89% ，随着浓度的继续 增大，CS 得率趋于平缓。在实验过程中发现碱 浓度越高，产品色泽越黄，说明可能产生了部分 杂质，这既会增加后续工序除杂的难度，还会加 大后续 工 艺 中 盐 酸 的 用 量。综 合 考 虑，选 择 NaOH 浓度为 3% 较为合适。
鱿鱼软 骨 经 粉 碎， 按 照 一 定 料 液 比 加 入 碱 液，恒温浸提数小时，调整滤液 pH 至中性，于 8000 r / min 离心 10 min，减压浓缩，真空冷冻干 燥得 CS 粉末，称重并计算得率。CS 提取工艺流 程如图 1 所示：
p
图 1 硫酸软骨素提取工艺流程 Fig.1 The extraction process of chondroitin sulfate
70
60
50
40
30 30 40 50 60 70 80
浸 提 温 度 /℃ Leaching temperature 图 4 浸提温度对硫酸软骨素得率的影响 Fig.4 Effect of leaching temperature on the yield of chondroitin sulfate
第6 期
叶琳弘等： 碱液浸提法制备硫酸软骨素的工艺优化
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2. 2 响应面设计试验 2. 2. 1 试验结果与方差分析
采用 Box － Behnken Design 设计响应面法优 化碱液浸提法制备 CS 的工艺条件，根据单因 素试验结 果，在 NaOH 浓 度 3% 的 条 件 下，以
料液比、浸提温度、浸提时间为影响因子，以 CS 得率为响应值，运用 Design Expert 8. 0. 6 软 件设计出三因素三水平共 15 个试验点，对碱 液浸提制备 CS 条件进行优化，试验设计及结 果见表 2。
硫 酸 软 骨 素 （ Chondroitin Sulfate， 简 称 CS） ，是存在于动物结缔组织中的一类酸性粘多 糖，由长短不一的 D － 氨基葡萄糖醛酸和 N － 乙 酰 － D － 氨基半乳糖通过共价键与核心蛋白质相 连，形成蛋白聚糖，并与胶原蛋白结合在一起。 CS 因硫酸基团在半乳糖上的位置不同而分成 CS － A、CS － C、CS － D 等多种异构体［1］，产品通 常呈白色或淡黄色粉末。现有研究表明，CS 具有 降血脂、抗 炎 （ 慢 性 肾 炎、慢 性 肝 炎、角 膜 炎 等） 、抗氧化、抗肿瘤等［2 －4］广泛的生物活性； 临 床医学证明其具有加速伤口愈合的作用，可有效 防治动脉粥样硬化、冠心病和关节炎［5，6］。目前， 提取 CS 的原料主要来源是家禽、畜类 （ 鸡［7］、 猪［8 － 9］、牛［10 － 11］、羊［12］等） 的鼻骨和喉骨等软 骨组织以及海洋生物 （ 鲨鱼、罗非鱼 等［13 － 14］） 的软骨。主要提取工艺有碱提法、稀碱 － 浓盐法、 酶解法、超声波辅助法、氯化十六烷基吡啶沉淀 法、发酵法等［15 － 16］，其中，碱提法因提取效率 高、成本低、操作简便等优点，成为制备 CS 较 为常用的方法。因此本试验采用碱液浸提法制备
收稿日期： 2014 － 08 － 13 资助项目： 福建省海洋经济创新发展区域示范项目 （ 2013fj09） ． 作者简介： 叶琳弘 （ 1989 － ） ，女，硕士研究生，研究方向： 水产资源综合利用． E － mail： 342569961@ qq. com 通讯作者： 吴成业 （ 1953 － ） ，男，研究员，主要从事水产品加工利用研究． E － mail： wcy@ fjscs. accn
NaOH 溶 液 （ 1% 、3% 、5% 、7% 、9% ） 控 制
不同 浸 提 温 度 （ 30、40、50、60、70、80℃ ）
及浸提时间 （ 2、4、6、8、10、12 h） 等影响因
素条件，以 CS 得率为指标，探讨各因素条件对
提取效果的影响。
1. 3. 4 碱液浸提法响应曲面试验设计
根据单因素试验结果，选取料液比、浸提温
碱液浸提法制备硫酸软骨素的工艺优化
叶琳弘1 ，2 ，刘秋凤2 ，王 茵2 ，吴成业2*
（ 1． 福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002； 2． 福建省水产研究所，福建 厦门 361013）
摘要： 采用碱液浸提法对鱿鱼软骨中硫酸软骨素的提取工艺进行研究。以硫酸软骨素得率为
评价指标，通过对影响硫酸软骨素得率的因素进行单因素试验和响应面优化试验确定最佳工
第 36 卷第 6 期 2014 年 12 月
福建水产 Journal of Fujian Fisheries
Vol． 36 No． 6 Dec． 2014
文章编号： 1006 － 5601（ 2014） 06 － 0428 － 08
DOI： 10. 14012 / j. cnki. fjsc. 2014. 06. 002
艺参数。结果表明，碱液浸提的最佳工艺条件为： 料液比 1∶ 8 （ g / mL） 、浸提温度 50℃ 、浸
提时间 5. 3 h，NaOH 浓度 3% 。在此条件下，鱿鱼软骨中硫酸软骨素得率为 62. 89% 。
关键词： 鱿鱼软骨； 碱液浸提； 硫酸软骨素； 响应面优化
中图分类号： S937. 3
文献标识码： A
第6 期
叶琳弘等： 碱液浸提法制备硫酸软骨素的工艺优化
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司； SENCO Ｒ 系列旋转蒸发器： 上海申生科技 有限公司； SHZ － D （ Ⅲ） 循环水式真空泵： 巩 义市予华仪器有限责任公司； LGJ － 12 真空冷冻 干燥机： 宁波新芝生物科技股份有限公司。 1. 3 试验方法 1. 3. 1 工艺流程
Ｒatio of material to solvent
B 浸提温度 /℃ Leaching temperature
40
50
60
C 浸提时间 /h Leaching time
2
4
6
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福建水产
第 36 卷
硫 酸 软 骨 素 得 率 /% Chondroitin sulfate yield
70
60
新型密封式摇摆粉碎机 LG － 1000A： 浙江 瑞安 市 百 信 药 机 器 械 厂； BS124S 分 析 天 平、 BS2202S 电子天平： 赛多利斯 （ Sartorius） 科学 仪器 （ 北京） 有限公司； 赛多利斯快速水分测 定仪 MA35： 厦门精艺兴业科技有限公司； SSW － 600 － 2S 型电热恒温水槽： 上海博讯实业有限 公司 医 疗 设 备 厂； pB － 10 pH 计： 赛 多 利 斯 （ Sartorius） 科 学 仪 器 （ 北 京） 有 限 公 司； Eppendorf 5804Ｒ 冷冻离心机： 艾本德中国有限公
1. 3. 2 评价指标
以 CS 得率 （ 均以干基计） 作为碱液浸提法
的评价指标。
硫酸软骨素得率（ %）
=
粗品质量（ g） 鱿鱼软骨粉末质量（
g）
×100%
1. 3. 3 碱液浸提法单因素试验
取鱿鱼软骨粉末，以一定的 W /V 料液 比
（ 1∶ 5、1 ∶ 6、1 ∶ 7、1 ∶ 8、1 ∶ 9 ） 加 入 一 定 浓 度
chondroitin sulfate
2. 1. 3 浸提温度对碱液浸提 CS 得率的影响 由图 4 可以看出，在固定料液比 1 ∶ 5 （ g /
mL） 、浸提时间 6 h、NaOH 浓度 2% 的条件下， CS 得率随温度的升高而增大，在 50℃ 时达最大 值 62. 02% ，继续升高温度，得率开始下降随后 趋于平 缓。 这 表 明 在 一 定 温 度 范 围 内， 温 度 越 高，越有利于蛋白多糖中糖肽键的断裂，使 CS
次多项方程。
2 结果与分析
2. 1 碱液浸提法单因素试验 2. 1. 1 料液比对碱液浸提 CS 得率的影响