化学毕业论文 菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究.doc 21页

'内江师范学院化学化工学院毕业论文论文题目:菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究学生班级:2010级1班专业:化学学生姓名:吉克木呷学号:20100441109指导教师:王碧职称:教授论文提交日期:2014年5月10日论文答辩日期:2014年5月20日论文评阅人:答辩小组长:2014年5月制 内江师范学院毕业论文（设计）目录中英文摘要21前言32实验材料32.1材料和试剂32.2仪器43实验方法43.1原料的处理43.2荸荠果胶的提取43.3荸荠果胶中总半乳糖醛酸含量的测定44结果与讨论54.1单因素对荸荠果胶提取的影响54.1.1反应时间对提取的影响54.1.2酶用量对提取的影响54.1.3温度对提取的影响54.1.4料液比对提取的影响64.1.5pH值对提取的影响64.2优化与验证74.3产品检测85结论8参考文献10声明11致谢1212 内江师范学院毕业论文（设计）菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究吉克木呷（内江师范学院化学化工学院，四川内江641112）摘要：以荸荠皮为原料研究菠萝蛋白酶法提取荸荠果胶的最佳工艺条件。通过荸荠皮果胶提取率为指标，研究提取温度、料液比、酶用量和pH值对果胶提取率的影响。通过单因素实验和正交实验确定提取工艺，结果表明:菠萝蛋白酶法提取荸荠皮果胶的最佳工艺为温度55℃、料液比1：18、加酶量6mL和pH值8,在此条件下荸荠皮中果胶提取率为23.9%。关键词:菠萝蛋白酶;荸荠皮;果胶;提取率ResearchofBromelainExtractWaterChestnutpectinJIKEMu-ga(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,NeijiangNormalUniversity,Neijiang,Sichuan641199,China)Abstract:Theoptimalprocessconditionsfortheextractionofwaterchestnutpeelwaterchestnutspectinmaterialsresearchbromelinmethod.RateastheindexbyEleocharistuberosepeelpectinextraction,extractiontemperature,ratioofmaterialtoliquid,enzymedosageandeffectofpHvalueonthepectinextractionrate.Throughsinglefactorexperimentandorthogonalexperimenttodeterminetheextractionprocess,theresultshowsthat:theoptimumextractiontechnologyofpectinfromEleocharistuberosepeelbromelinmethodfortemperature55℃,solid-liquidratiowas1:18,theamountofenzyme6mLandpHvalueof8,undertheconditionofwaterchestnutpeelpectinextractionratewas23.9%.Keywords:Bromelain;Eleocharistuberosepeel;pectin;extrctiontionrate12 内江师范学院毕业论文（设计）菠萝蛋白酶提取荸荠果胶的研究吉克木呷（内江师范学院化学化工学院，四川内江641112）1前言果胶是一种广泛存在于高等植物细胞壁中无毒、无刺激性，颜色为白色至黄褐色粉末的多糖类植物胶,并在水果和蔬菜中多以不溶于水的原果胶存在,可在适度酸的作用下,形成可溶性果胶并稳定存在,但在强酸强碱下都易解聚[1]。果胶在我们日常生活中应用很广泛，主要具有以下四点用途：（1）在食品工业上，果胶主要利用其凝胶性生产胶冻、果酱和软糖。（2）在医药方面可用作止血剂和代血浆，也可用来治疗腹泻和重金属中毒等。（3）用作乳化稳定剂和增稠剂以及黏结剂，我国规定可用于各类食品，按使用需求适量生产。（4）多用于化妆水、酸性牙粉等,由于它在碱性介质中不够稳定,因此不能用于碱性化妆品。荸荠原产印度，中国主要分布于广西、江苏和安徽等低洼地区,荸荠球茎约含碳水化合物21%，蛋白质1.5%。荸荠在我们日常生活中一般具有以下五点用途：（1）可生食或熟食，也能用于加工罐藏以及用作提取淀粉的原料。（2）在医药方面有止渴、消食、解热功能。（3）由于荸荠中含的磷是根茎类蔬菜中较高的，所以能促进人体生长发育和维持生理功能的需要。（4）荸荠果皮中含有较丰富的果胶，虽然果胶是不能提供能量的，但对人体正常的生理代谢起着重要作用。（5）多吃荸荠的人牙齿骨骼发育一般都很好，同时荸荠也可以促进人体内的糖、脂肪、蛋白质三大物质代谢的转化和调节人体内酸碱度平衡，因此儿童也可以大量食用荸荠。而据不完全统计，我国每年约消耗1500多吨果胶，其中80%均为国外进口；因此对果胶生产工业进行研究生产出优质果胶，满足市场需求尤为重要[2]。目前果胶的提取方法有以下几种：酶提取乙醇沉淀法、离子交换法、酸提取盐沉法以及微生物法、离子交换法、膜分离技术、微波提取法、化学铁盐法，但酶法和膜分离法成本较高[3]。超声波用于天然产物的辅助提取[4]。而提取果胶最成熟的方法是酶法，目前报道从荸荠中提取果胶方法却只有酸法。本实验研究菠萝蛋白酶法对荸荠果胶进行提取，考察反应时间、酶用量、温度、料液比、pH值对果胶提取的影响。2实验材料2.1材料和试剂新鲜荸荠皮（购于四川内江市临江小区菜市场）；YY10508-25g菠萝蛋白酶（上海源叶生物科技有限公司）、无水乙醇（99.7%）、一水合柠檬酸（成都金山化学试剂有限公司）、柠檬酸三钠（成都市新都区木兰镇工业开发区）、盐酸（0.5mol/L）、氢氧化钠（0.1mol/L）、活性炭、标准邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液。12 内江师范学院毕业论文（设计）缓冲溶液的配制：称取21.014g柠檬酸配成1000mL溶液，称取29.014g柠檬酸三钠配成1000mL溶液，按比例混合（柠檬酸三钠溶液与柠檬酸溶液混合）调节pH后，用pH计精确调节pH值。菠萝蛋白酶溶液的配制：精确称取0.02g活力值≥500U/mg的菠萝蛋白酶，配成100mL溶液，现配现用。2.2仪器DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（郑州长城科技工贸有限公司）；TD5-1台式低速离心机（四川蜀科仪器有限公司）；pHS-3E精密pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；BT-323S电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；SHZ-C型循环水式多用真空泵（巩义市英峪仪器厂）；600克摇摆式高速万能粉碎机（温岭市林大机械有限公司）；HH-S2数显恒温水浴锅（金坛市医疗仪器厂）。3实验方法3.1原料的处理洗净新鲜的荸荠皮，将荸荠皮在沸水中煮5min左右，并用煮沸过的沸水冲洗数次以除去部分可溶性的糖，沥干水分，在55～60℃下烘24小时。用粉碎机粉碎3～5min，并用100目筛进行过筛。将制好的荸荠皮粉密封存放在干燥器中备用。3.2荸荠果胶的提取准确称取3g已制备好的荸荠皮粉于250mL烧杯中，加入一定体积已调节好pH值的缓冲（柠檬酸/林檬酸三钠）溶液，再向烧杯中加入一定体积浓度为0.02%g/L、活力值≥500U/mg的菠萝蛋白酶溶液，用保鲜膜盖住烧杯并将烧杯置于水浴锅中（控制一定温度）不断搅拌，反应一定时间后，立即将烧杯内的溶液一并转移到95℃的数显恒温水浴锅中灭酶5min，趁热离心取上层清液，将滤渣用煮沸的水冲洗2～3次并合并滤液（若滤液有颜色可加少量活性炭进行吸附再过滤，滤液不纯将其过滤为清液）。向滤液中加入99.7%的无水乙醇溶液（加入乙醇的量为滤液体积一倍多为好）并不断搅拌，过一会就明显可以观察到加入无水乙醇后析出白色絮状物，放置1小时后用布氏漏斗过滤，用75%的乙醇溶液洗涤沉淀2～3次，产品置于45～50℃的干燥箱中干燥、称重、计算提取率，平行实验3～5次。3.3荸荠果胶中总半乳糖醛酸含量的测定参考GB25533-2010《食品添加剂果胶》中方法进行荸荠果胶中总半乳糖醛酸含量的测定[18]。荸荠果胶提取率：粗提率=（粗果胶质量/荸荠皮粉的质量）*100%12 内江师范学院毕业论文（设计）荸荠果胶的纯度计算：总半乳糖醛酸百分含量X（%）=（V1+V2）*19.41*100%/m24结果与讨论4.1单因素对荸荠果胶提取的影响4.1.1反应时间对提取的影响控制提取温度为55℃，缓冲溶液的pH为6，料液比为1:22，用0.02%g/L的菠萝蛋白酶6mL；分别控制提取时间为1h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h，测定荸荠果胶的提取率。结果表明（如图1所示）：随着反应时间的增长,果胶的提取率逐渐增高,在提取时间为1.5h时最好,但继续随着提取时间的延长,果胶提取率反而降低，并且在2.0h～2.5h时果胶提取率趋于平缓，这可能是提取出的果胶随着提取时间增长被分解了,从提取效率上来讲：大量浪费时间却产量不佳，所以说明浸提时间以1.5h为最佳,浸提时间过长或过短都会影响荸荠果胶提取率。图1反应时间对提取的影响图2加酶量对提取的影响Fig.1EffectofreactiontimeonExtractionFig.2Effectofenzymeconcentrationontheextraction4.1.2酶用量对提取的影响控制提取温度为55℃，缓冲溶液的pH为6，料液比为1:22，提取时间为1.5h，分别用0.02%g/L的菠萝蛋白酶为2mL、4mL、6mL、8mL、10mL反应，测定荸荠果胶的提取率。结果表明（如图2所示）：当加入酶量低于6mL时,果胶提取率随加入菠萝蛋白酶用量的增加而逐渐上升；当加酶量超过6mL时,随加入菠萝蛋白酶的量越多果胶提取率反而降低。故加酶量以6mL为佳。4.1.3温度对提取的影响控制提取时间为1.5h，缓冲溶液的pH为6，料液比为1:22，用0.02%g/L的菠萝蛋白酶6mL；分别控制提取温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃，测定荸荠果胶的提取率。结果表明（如图3所示）：当温度低于55℃时,果胶提取率随浸提温度的升高而逐渐增高；当温度超过55℃时,12 内江师范学院毕业论文（设计）随浸提温度的升高果胶提取率反而逐渐降低。这可能是由于菠萝蛋白酶有其反应的最适温度。温度过低,达不到最大活性,温度过高导致菠萝蛋白酶酶变性失活,使果胶提取率下降,影响果胶产量[1],故浸提温度以55℃为佳，浸提温度过高或过低都会影响荸荠果胶提取率。图3温度对提取的影响图4料液比对提取的影响Fig.3EffectoftemperatureonExtractionFig.4EffectofratioofmaterialtoliquidonExtraction4.1.4料液比对提取的影响控制提取温度为55℃，缓冲溶液的pH为6，提取时间为1.5h，用0.02%g/L的菠萝蛋白酶体积为6mL，分别控制料液比为1:12、1:18、1:22、1:25、1:30，测定荸荠果胶的提取率。结果表明（如图4所示）：在料液比不同的条件下,果胶的提取率也不相同。料液比由1:12增加到1:22时,果胶的提取率升高较慢；继续再增加料液比，提取率升高幅度较大，直到料液比大于1:25时,果胶的提取率随料液比的增加而降低。故料液比为1:25时最佳。4.1.5pH值对提取的影响控制提取温度为55℃，提取时间为1.5h，料液比为1:25，用6mL浓度为0.02%g/L的菠萝蛋白酶，分别用pH为3、4、5、6、7、8的缓冲溶液调节pH，测定不同酸度下荸荠果胶的提取率。结果表明（如图5所示）：在不同的pH值条件下,果胶的提取率也不相同。在pH值小于6时,果胶的提取率随pH值的升高而逐渐升高；在pH值大于6时,果胶的提取率随pH值的升高反而降低。所以菠萝蛋白酶液酸度pH值为6较为合适。12 内江师范学院毕业论文（设计）图5pH值对提取的影响Fig.5EffectofpHvalueonExtraction4.2优化与验证根据单因素实验的结果，分别对提取温度、提取所需的酶体积量、pH值、提取所需的料液比等因素对果胶提取率最大的3个组进行Lg(34)正交试验来优化提取荸荠皮中果胶的最佳工艺参数。并对正交实验进行设计和实验结果分析（如下表所示）。表1正交实验设计水平温度（℃）/A料液比/B酶用量（mL）/CpH值/D1501:18462551:22673601:258812 内江师范学院毕业论文（设计）表2正交实验结果水平温度（℃）/A料液比/B酶用量（ml）/CpH值/D产量/（g）提取率/（%）1501:18460.66922.32551:22670.62420.83601:25880.53017.74501:25470.60620.25551:18680.67122.46601:22860.67722.67501:22480.55918.68551:25660.68622.79601:18870.54717.2K120.26720.96720.40019.733K221.76720.66722.63319.567K319.83320.20019.50022.533R1.9343.1330.7672.966优水平A2B1C2D30.70723.9主次顺序C>D>A>B优组合A2B1C2D3方差分析结果表明，第8组果胶提取率最高。结合极差分析可知B因素（料液比）的极差最大，D因素（pH值）的极差次之，因此料液比和pH值为试验果胶提取率的重要因素，适当增加浸提液的料液比和pH值，对荸荠皮果胶提取率影响较大。从节约能源和减少污染的角度综合考虑，A2B1C2D3为试验条件的最佳组合，即在浸提温度在55℃、浸提料液比为1:18、0.02%的菠萝蛋白酶用量为6mL、浸提pH为8的条件下可得到果胶的最大产量（即A2B1C2D3条件下提取工艺最佳）。在此优化的工艺条件下，其果胶的提取率达23.9%。4.3产品检测经测定总半乳糖醛酸百分含量X（%）=52.02%，不符合国家GB25533-2010《食品添加剂果胶》中纯度（≥65%）和美国药典USP32-NF27中果胶纯度（≥74%）要求，纯度有待进一步提高。5结论12 内江师范学院毕业论文（设计）荸荠皮中含有比较丰富的果胶，利用荸荠皮提取果胶，既解决了荸荠带来的环境污染问题，又为食品、医药品以及化妆品工业增加了新的果胶物质来源。本实验通过单因素试验和正交试验分析得到菠萝蛋白酶提取荸荠皮果胶的最佳组合为：浸提温度在55℃、浸提料液比为1:18、0.02%的菠萝蛋白酶用量为6mL、浸提pH为8，果胶提取率可达到23.9%，明显高于正交试验中的各组试验结果，纯度达52.02%。该方法的提取纯度有待提高，望广大读者在此基础上继续研究。12 内江师范学院毕业论文（设计）参考文献[1]戴余军,丁文,石会军.纤维素酶提取柑桔皮果胶工艺条件的研究[J].河北农业大学学报,2011,34(2):71–75.[2]张娜,陈锦屏,严静,李仁杰.柿皮果胶纤维素酶法提取工艺[J].食品科学工艺技术,2011,32(12):161–163.[3]詹歌,周兴虎,屠康,等.荸荠皮果胶的酸法提取工艺[J].食品与物技术学报,2010,29(6):859–864.[4]余先纯,李湘苏,韩大良等.超声波联合果胶酸酶提取柚皮果胶的工艺研究[J].食品工业科技,2013,34(01):164–167.[5]赵莎莎,姚晓丽,吴旻丹,等.酶法提取猕猴桃皮和渣中果胶的工艺研究[J].安徽农业科学,2011,39(12):7097–7100.[6]马红恩,邓天发,白先放,等.酶法提取柚子皮果胶的研究[J].食品与药品,2013,15(1):30–33[7]高雪,蔡伟玉,吴礼文,等.酶法脱酯从柚皮中制取低甲氧基果胶的工艺研究[J].北方园艺,2011,(09):191–193.[8]韩冬梅,廖小军,李淑燕,胡小松.酶法制取橙皮果胶的研究[J].食品工业科技,2011,32(02):183–186.[9]Chocw,Leedy,Kimcw.Concentrationandpurificationofsolublepectinfrommandarinpeelsusingcrssflowmicrofiltrationsystem[J].CarbohydratePolymers,2003,54(1):21-26.[10]赵广河,沈育林,陈振林.酸法与酶法提取香蕉皮果胶工艺比较[J].广东农业科学,2013,(12):104–106.[11]王丽华.西瓜果胶提取工艺研究[J].安微科技,2002,(10):41–43.[12]MaximK,IrinaS,YuriK.Theeffectsoflow-esterifiedpectinonleadinducedthy-roidinjuryinrats[J].EnvironmentalToxicologyandPharmacology,2004,17:67–71.[13]苏艳玲,郝更新,赵红梅,等.纤维素酶法提取柑橘皮果胶[J].晋中学院学报,2009,26(03):68–70.[14]王卉,黄朝晖,徐云升,等.香蕉皮果胶纤维素酶法提取工艺[J].农业工程,2013,3(04):74–76.[15]高梦祥,陈政伟.用酒精法从西瓜皮中提取果胶[J].陕西农业科学,2005,(01):29–30.[16]李春海.脐橙皮果胶的提取工艺研究[J].广东石油化工学院学报,2012,22(1):8–14.[17]王芳,淡小艳,任丹亚,等.西柚果皮中果胶的提取工艺优化[J].广东农业科学,2012,(18):108–117.[18]食品添加果胶[S].中国标准出版社2010，(12):3–4.12 内江师范学院毕业论文（设计）声　　明本人声明所呈交的毕业论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除文中特别加以标注和致谢的地方，论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得内江师范学院或者其他教育机构的学位或毕业证书而使用过的材料。本毕业论文成果是本人在内江师范学院读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归内江师范学院所有，特此声明。学生：2012年5月18日12 内江师范学院毕业论文（设计）致谢值此论文完成之际，衷心感谢我的指导教师王碧老师的悉心指导和热情帮助。王碧老师在我的毕业论文的整个过程给予了极大的指导，从论文的选题、文献的采集、实验的设计、实验的指导、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有王碧老师的辛勤劳作、不厌其烦，就没有我论文的顺利完成，在此表示衷心的感谢。同时，感谢内江师范学院化学化工学院所有的领导和老师们在我的大学生涯里悉心的指导和帮助，正是他们无私的奉献才教会了我如何学习，如何做人，如何做事。也感谢我的家人，同学，朋友对我一如既往的支持使我能够继续去追求自己的人生理想和目标，愿他们身体健康，万事如意！衷心感谢参加我论文评阅和答辩的各位老师！最后，感谢培育我的母校！吉克木呷2014年5月于内江12本科毕业设计（论文）开题报告学生姓名学号专业班级指导教师职称单位课题性质设计□论文□课题来源科研□教学□生产□其它□毕业设计（论文）题目 开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）一、论文研究的目的、意义1、现实意义：指出现实当中存在这个问题，需要去研究，去解决，本课题的研究有什么实际作用。2、理论意义：论文的理论和学术价值。二、研究现状1、国内研究现状：（国内对此课题研究到了什么程度）2、国外研究现状：（国外对此课题研究到了什么程度）三、研究内容此部分即为论文大纲（大纲格式如下：）绪论(论文研究的目的、意义论文研究的内容论文的研究方法)1．。。。。。（只写该标题的名称即可）1．1．。。。1．1．1．。。。。1．2．。。。。1．2．1．。。。。2．1．。。。2．1．1．。。四、研究方案此部分内容为研究方法，即通过何种途径完成本篇论文。如观察法、调查法、实验法、 经验总结法、个案法、比较研究法、文献资料法等。在介绍方法时简单写一下通过此方法研究出了什么内容。五、进度安排在毕业任务书中有，粘贴过即可。六、预期结果本部分为你的论文预期达到什么程度。（即达到本科毕业论文答辩水平）七、参考文献参考文献的格式一定要写对。1、期刊格式：[序号]主要责任者．文献题名[J]．刊名，年，卷（期）：起止页码．如：[1]周颖，王姣.谈邮政储蓄银行对银行业竞争格局的影响[J].商业时代，2006[2]景玉琴.构建中小企业政策性金融支持体系[J].上海金融学院学报，20042、著作格式：[序号]主要责任者．文献题名[文献类型标识]．出版地：出版者，出版年.起止页码．如：[1]陈晓红.中小企业融资[M]北京.中国金融出版社，20013、报纸文章：[序号]主要责任者.文献题名[N].报纸名，出版日期（版次）．4、电子文献：[序号]主要责任者.电子文献题名[电子文献及载体类型标识].电子文献的出处或可获得地址，发表或更新日期/引用日期（任选）． 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意□不同意□教研室主任签名：年月日 电子科技大学毕业设计(论文)成绩考核表题目：教学中心：学生姓名：学号：专业：指导教师：职称：所在单位：指导教师意见：签字：年月日 评审意见：评阅人：年月日答辩意见：答辩小组组长签名：年月日毕业设计（论文）成绩1．设计说明书（论文报告）分总分：（等级：）2．答辩分3．平时成绩分学校意见：年月日1．学生毕业设计（论文）正本存教学中心。2．本表一式两份，一份存入学生档案，一份学校存档。3．此表须用钢笔填写。 附件2：2008级统招本科生毕业论文(设计)中期检查表（学生用表）学院检查时间年月日论文题目指导教师学生姓名专业班级学号目前已完成的任务是否符合任务书要求的进度是否尚需完成的任务能否按期完成任务能不能存在的问题及拟采取的办存在的问题 法拟采取的办法对指导教师的建议学生（签名）：年月日本科生毕业论文(设计)中期检查表（教师用表）学院检查时间年月日论文题目指导教师学生姓名专业班级学号指导情况指导方式工作进度完成情况提前完成按计划完成延期完成没有完成质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况）优良中差工作态度情况（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）认真较认真一般不认真选题是否有变化有无选题变化原因 目前存在的问题，拟采取解决问题的方案及措施对该同学阶段性工作的评价指导教师（签名）：年月日（此表一式两份，一份学院存档，一份交教务处实践科存档。）致谢我历时将近两个月时间终于把这篇论文写完了，在这段充满奋斗的历程中，带给我的学生生涯无限的激情和收获。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师给我提供了很多方面的支持与帮助，尤其要强烈感谢我的论文指导老师—XX老师，没有她对我进行了不厌其烦的指导和帮助，无私的为我进行论文的修改和改进，就没有我这篇论文的最终完成。在此，我向指导和帮助过我的老师们表示最衷心的感谢！ 同时，我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著，如果没有这些学者的研究成果的启发和帮助，我将无法完成本篇论文的最终写作。至此，我也要感谢我的朋友和同学，他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助！ 金无足赤，人无完人。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正！'