《响应面分析法对甘蔗渣中木聚糖提取条件的优化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《响应面分析法对甘蔗渣中木聚糖提取条件的优化（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生物杖术通推 研 究 报 告 丑币 口 万门阴笼刀凭刀万冷 年 增 刊响应面分析法对甘蔗渣中木聚糖提取条件的优化韦杰段永忠 唐湘华 ,李俊俊 黄遵锡 , 云南师范大学生命科学学院,昆明侧 刃云南师范大学生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,昆明仪 为摘要以甘蔗渣为原料,通过单因素实验选取因紊和水平,在此基础上,综合考虑各因素对木聚糖提取率的影响 根据一止实脸设计原理,用一软件进行响应面分析,得 出甘蔗法木豪精的最佳提取工艺条件 室沮条件下,抽提时间,固液比,浓度。 经脸证 实际测得的木聚粉提取率为,比单因素实脸的最高提取率高出,在误差允许的范圈内,与模型的预浏值基本相符 。关妞词甘蔗渣木聚特
2、提取工艺响应面分析,乎雌,万,。,肠陇梦诉 灰 二一八 勺 爪以 几 动 勿,叮,呼鳍欣。 而,帅山 以从 “ 众 以 勿而,能嚼,衬云 几 臼 勺减 勿八 乞 爪动好,咭少闹,翻丘反即,吃一,一四切幻 比恻 】,幻 以,翻,一,币五,初。,习,川,腼 职印习甘蔗渣是制糖工业的主要副产品,据报道,全国一年至少产生叉 万甘蔗渣,这些蔗渣资源除少量用于造纸外,绝大部分被烧掉或废弃,不仅造成资源浪费,还严重污染环境 。木聚糖是一种广泛存在于植物纤维 中的多聚五碳糖,在玉米 芯 、 甘蔗渣 、 稻壳以及棉子壳中含量较为丰富,一般能高达,。其降解后所产生的低聚木糖不仅具有促进人体钙吸收 、 抑制病原菌等
3、多重功效,而且还可以用作基本碳源生产各种发酵产品 包括有机酸 、 氨基酸 、 单细胞蛋 白 、 燃料乙醇 、 木糖醇等,应用前景十分广阔 。因此,从甘蔗渣中提取木聚糖不仅变废为宝,还有利于“ 资源环境友好型 ” 社会的建设,具有很高的经济效益和社会效益 。响 应 面 分 析 法,是 由等人于世纪年代提出的一种优化工艺条件的有效方法。它不同于正交实验等点对点的优化,而是 以回归方法作为函数估算的工具,将多因子实验中因子与实验结果的相互关系,收稿 日期仪旧 一一 作者简介 韦杰一,女,本科生一 耐 卜 通讯作者 黄遵锡一,男,教授,博导,从事微生物基因工程和酶工程研究,一健物孩术通稚刀 勿 沁 几
4、 加恤盯肠血刃 年 增 刊用多项式近似,把因子与实验结果 响应值 的关系函数化,依此可对 函数的响应值进行分析,研究因子与响应值之间 、 因子与因子之间的相互关系及其主效应 和交互效应,并进行优化, ,。本实验应用一软件系统对实验数据进行统计分析,拟合曲线,建立数学模型,利用其提供的三维立体图形,观察响应曲面,进一步对实验条件参数进行优化,。材料与方法材料 、 试荆和仪 器甘蔗渣,取 自云南省红河州弥勒县朋普糖厂木糖 、 氢氧化钠 、,一 二硝基水杨酸 、 酒石酸钾钠 、 苯酚 、 亚硫酸钠 、 盐酸均为国产分析纯试剂可见分光光度计,上海普华科技仪器有限公司 水流真空泵,上海爱朗仪器有限公司
5、。甘蔗 渣 的预 处理用亚抓酸钠法对甘蔗渣进行脱木质素预处理,使其木素含在一,粉碎过目筛备用 。制作木枪标准曲线用法制作木糖标准 曲线并计算出标准方程,。提 取 工 艺流程用亚抓酸钠和冰乙酸对甘蔗渣预处理打磨粉碎 过目筛称取一定量的过目的蔗渣,加人抽提 抽滤 取滤液 一 中和”定容一 酸水解 酸浓度为,沸水浴 钓斗中和一 定容“ 显色沸水浴一 测定糖浓度法。单 因素实脸分别考查温度为室温 、 、 、 ,抽提时间为、,固液 比为、印,浓 度 为、条件下,对木聚糖提取率的影响 。响应 面 实脸在单因素实验的基础上,确定各因素的最佳用范围,设计抽提时间 、 固液 比和浓度因素水平的响应面实验,并且在
6、分析得到的最佳提取工艺条件下,做组平行实验验证响应面分析方法的可靠性 。糖含的浏定和木聚格提取率的计算采用法测定出处的吸光值,代人标准方程,计算出还原糖含量,其中木聚糖含量二 还原搪含量 稀释倍数木 聚糖提取率二 总木 聚糖 含量绝 干料 洲结果分析单 因素对木聚糖提取率的影响抽提温度对提取率的影响固定抽提时间为,固液比,浓度,测定在此条件下,抽提温度对木聚糖提取率的影响 。 勺勺勺即名劝浮,落伯落幻怕坦 乙璐心城妞耗拍门口口 佗 圈抽提沮度对木二提取率的影晌由图可以看出,在此实验条件下,随着温度的升高,木聚糖的提取率呈逐渐下降趋势,造成此结果 的原 因可能是 由于温度 的升高破坏 了甘蔗渣中
7、的碳水化合物的结构 。当温度高于 时,提取率又出现回升,造成此现象的原因尚不清楚 。在实际生产中,为了降低生产成本,故选取室温条件 。抽提时间对提取率的影响室温条件下,固定固液 比,浓度,测定在此条件下,不同的抽提时间对木聚糖提取率的影响 。拍邓刘钧邓时邓韶舰艺璐璐口峨关抽组时阁 目圈抽提 时间对木粉提取率的影晌由图可 以看 出,在此实验条件下,木聚糖提取率随着时间的延长先呈明显的上升趋势,而后急速下降,随后又缓慢上升 。 这是因为在反应开始后,为 年 增 刊韦杰等 响应面分析法对甘蔗渣中木聚糖提取条件的优化甘蔗渣中的纤维素和半纤维素迅速溶出,经水解生成可溶性木糖和低聚木糖,使溶液中的糖组分迅
8、速增大 当反应继续进行时,部分木聚糖降解导致提取率下降,最后则可能是由于木糖和低聚木糖之间的相互转化,使得溶液中糖的聚合度的变化而引起木聚糖提取率的波动变化 。综合各方面因素考虑,实验选取抽提时间为。固液 比对提取率的影响室温条件下,固定抽提时间为,浓度,此条件下,测定不同固液 比对木聚糖提取率的影响 。匀曰 一液比 卜,由图可以看出,在此反应条件下,浓度在一范 围 内变动时,木 聚糖提取率随着浓度的升高而升高,当继续增高浓度时,提取率反而明显下降 。这是因为随着浓度的升高,甘蔗渣中的半纤维素等碳水化合物不断溶出,经水解生成木糖和低聚木糖,表现为提取率明显上升 当继续增高浓度时,有效碱对碳水化
9、合物的损害作用增大阴,所 以,糖的提取率反而降低 。故根据实验结果,选取的为最佳抽提浓度 。响应 面 实脸分析因素的选取及分析方案综合考虑 以上 四因素对木聚糖提取率的影响,确定选取室温条件下,抽提时间,固液 比,浓度设计因素水平实验进行响应面分析,对提取工艺进行优化 。各因素与水平编码表见表。厂忿邢 汤加娜 ”纵 左。弓份彭喊,令肠圈固液 比对木枯提取率的影晌 裹晌应面分析法的 因帝与水平衰因索一全,气沙鱿人 抽提时 间固液 比浓度创裹晌应面 分析 结试验组 时间固液比浓度提取率洲洲 洲一心洲峨 】 】一峨刃侧刃比 旧以洲 洲幻阅 旧洲一 扣 幻一侧姗姗姗姗姗姗姗朋朋姗朋咖朋朋咖咖几丹 、刁
10、由图可以看出,在一定变化范围内,木聚糖提取率随着固液 比的增加而升高,在处达到最大值,而后随着固液 比的进一步增大而呈缓慢下降趋势 。 这主要是因为在一定范围内,固液 比越高,单位料样所接触到的提取液的有效面积就越大,纤维素的溶胀作用增强,有利于料样 中半纤维素和纤维素 的溶 出,表现为提取率的显著升高 当继续增加 固液 比时,碱 的浓度被稀释,单位料样接触到的有效碱量反而减少,溶 出物量下降,表现为随着固液 比的继续增大,提取率缓慢降低 。故选取为最佳反应时的固液 比。浓 度 对 提 取 率 的影 响室 温 条 件下,固定抽提时间为,固液 比,测定在此条件下,使用不 同浓度的抽提液对木聚糖提
11、取率的影响 。一以洲姗咖溯仰伽溯朋朋朋朋朋仆谬卑派联祷 兀 旧旧众广广 、 、 内浓 度、圈浓度对木摘提取率 的影晌性物技术吸银 刀 勿 翻 动即城盯为 年 增 刊模型的建立及显著性检验对表中木聚糖提取率进行多元回归拟合,获得木聚糖提取率对编码 自变抽提时间 、 固液 比 、浓度的二次多项 回归方程提 取率二一一一一由回归方程可以看出,因素浓度 较其他因素对木聚糖提取率的影响较为显著,因素时间 次之,固液 比 因素 的影响最弱 在 因素的交互作用中,因素的交互作用对响应值 的影响最弱,、则稍强 。时间一 固液比的交互作用对木聚糖提取率的影响由图可以看出,当时间处于低水平时,随着固液 比的升高,
12、木聚糖提取率的变化不明显,当时间处于高水平时,提取率随固液 比的升高呈缓慢上升趋势 当固液 比处于低水平时,随着时间的延长,提取率呈逐渐下降趋势,当固液 比处于高水平时,随着抽提时间的延长,提取率亦呈现下降趋势,但相较低水平下降的略为缓慢 。 由此可以看出,在时间一 固液比的交互作用中,时间对木聚糖提取率的影响与固液 比相 比更大圈,是主效应因子,此结论也可以由等高线与两因素坐标轴的交点数看出,交点多的为主效应 因子 。裹方基分析衰总方差自由度 平均方差值旧模型一 时间伪一 固液 比一 浓度加肠以幻 一 加旧 一 加的洲一一又汤 义 泛的加残差失拟 项印净误 差总误差,甲提取率二次响应面回归模
13、型的方差分析结果表明 回归模型显著,失拟项不显著,表明模型的拟合性较好 。从表中还可以看出,因素浓 度对 实验 结 果 的影 响极 其 显 著,其他因素以及因素间的交互作用的影响均不显著 乃,此结果与拟合方程相吻合 。回归模 型的 甲二表 明巧的木 聚糖提取率变化都可以由此模型来解释,故此模型可以用来估计木聚糖提取率 。因素间的交互影响圈时间一 圈液比对木摘提取率的影晌的晌应面圈时间一浓度的交互作用对木聚糖提 取率的影响等高线为椭圆,表明因素间的交互作用显著,为圆形时,则交互作用不显著。 由图可以看出,时间一浓度之间的交互作用显著 。当抽提时间处于低水平时,随着浓度的升高,以为 年 增 刊韦杰
14、等 响应面分析法对甘蔗渣中木聚糖提取条件的优化份璐衰拐取率侧任 二 侧任肠,匀朋月 月压匆 曰,工悦 二目内 时间彼比圈时间一浓 度对 木 滚精提取 率 的影 晌圈固液 比一浓度对木帕提取率 的影晌木聚糖提取率先上升后下降,当时间处于高水平时,提取率亦随着浓度 的升高先上升后下降当浓度 固定在一定水平时,随着时间的延长,提取率变化不 明显 。可见在时间一浓度的交互作用 中,浓度是影响木聚糖提取率的主要因素,从等高线与浓度轴的交点数更多也可以看 出 。固液 比一浓度的交互作用对木聚糖提取率的影响由图可以看出,当固液 比固定在一定水平时,由低到高变化浓度,提取率先 上升后下降当将浓度固定在低水平时
15、,随着 固液 比的升高,提取率几乎无 明显变化,当将浓度 固定在高水平时,随着固液 比的升高, 提取率有缓慢上升趋势,但变化不明显 。从图中还看出,等高线与坐标轴的交点几乎都在浓度轴上,因此,在此二者的交互作用中,浓度是影响提取率的主要因素,是主效应因子 。由以上分析可 以看 出,在此三因素中,浓度对木聚糖提取率的影响最大,抽提时间次之,固液 比对其影响最弱 。 此结果与方差分析表所反映出的一致 。在此基础上,得 出甘蔗渣 中木聚糖提取工艺的优化条件参数,见表。由表可以看得 出,响应面法优化木聚糖提取工艺 的条件参 数 为抽 提 时 间,固液 比,浓度,优化后的时间和固液 比两因素 都取了实验
16、设计的最小值,这和方差分析中所得出的时间和固液 比对响应值 的影响不大的结论是一致的 。经优化后,木聚糖提取率为。拟合优化 的验证由表得知从甘蔗渣 中提取木聚糖的最佳工艺条件参数为 抽提时间,固液 比,浓度,在此条件下,木聚糖 的最高提取率为。为验证响应面分析法的可靠性,采用上述最佳条件,设组平行,对其进行验证 。生物该术通橄刀 初姗无 肋城盯肠血拍 年 增 刊裹优化件傲衰试脸组 时间 固液 比浓度提取率信度肠闭伪肠 吕肠肠肠的伪幼肠肠肠,肠肠,仪场场 泛加巧时间一 浓度的作用显著外,其他因素间均不明显,直接相关性很小 。 实验最终得出的最佳提取工艺条件为室温条件下,抽提时间,固液 比,浓度。 经验证,在此反应条件下,实际测得的木聚糖提取率为,比单因素实验的最高提取率高出,与模型的预测值基本相符 。 因此,采用响应面分析法能够简单 、准确 、 可靠地对木聚糖提取工艺进行优化,具有很高的实用价值 。砚一邢一“ 护 ,几内舀一一谷一拢一的印的
