甲壳蛋白提取开题报告.doc

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1、制药工程专业综合训练任务书课 题：甲壳蛋白的应用现状及提取工艺研究内容要求：1、 设计说明书一份(不少于6000字)，内容要求：(1) 该课题目前研究现状综述(2) 实验方案选择及设计。(3) 方案流程说明。 2、参考资料：1 朱崇梅等.克氏原鳌虾生物学特性及开发应用.河南水产，2002,(4):1-22 陈天忠等.虾头、虾壳资源综合利用研究进展.湖南饲料，2006,(4):35-263 TANNENBAUM S R, AHERN M, BATES R P. Solubilization of fish protein concentrate, I. Analkaline process. F

2、ood Technol, 1970, 24(5):604 张爱军等.龙虾的综合加工利用.中国资源综合利用.2005.9(3):73-765 Wieser,W.1991.Limitations of energy acquisition and energy use in small poikilotherms:evolutionary implications. nc.Eco1.5:234.2406 秦燕等.虾壳钙蛋白的生物利用率研究.食品科学，1996,17(12):42-457 史永叔等.虾头蛋白质的提取及营养分析.江苏农学院学报，1996,17:62-638 夏永林.羽毛蛋白的提取及其提

3、取物特性分析.国外丝绸，2007.2(3):73-769Floreto EAT, Baer R C, Brown P B. The effect of so沙ean2based diets, with and without amino acid supplementation, on growth and biochemical composition of juvenile American lobster, Homarus americanus Aquaculture, 2000(189):23510 Gildberg A.Enzymatic processing of marine r

4、aw materials.Process Biochemistry，1993(28):1一 1511 江尧森等.对虾头的营养成分和利用口.海洋水产研究丛刊，1984,29:”一8112 朱碧英等，毋瑾超.不同酶解条件对醒鱼蛋白水解物苦味及氨基酸组成的影响.中国水产科学，2001,8(3):73-7613 赵玉红等，超声波辅助提取松子仁蛋白的工艺研究，中国林副特产.2008.2(1):9214 王振宇等，超声波辅助提取黑木耳蛋白质的工艺研究.2007.9(41):515 超声波辅助福寿螺蛋白质提取的研究，食品科技，2006.816 汤丹剑，吴汉民，姿永江.酶法制备虾头调味品的研究J。浙江水产学院

5、学报，1998,17(l):19一2417 梁郁强等.酶法水解虾头生产虾调味汁J.中国调味品，2001,09:20-2118 周瑞宝主编.植物蛋白功能原理与工艺.2007.419汤丹剑等.酶法制备虾头调味品的研究J.浙江水产学院学报，1998,17(l):19-2420 路红波，刘俊荣.水产调味料概述J.水产科学，2005,24(3):44-46目 录1 引言32 蛋白质提取方法32.1 碱溶液法提取32.2 酸溶液法提取42.3 盐溶液法提取42.4 水洗法提取42.5 有机溶剂法提取42.6 超声波辅助碱法提取42.7酶解法提取53 蛋白质功能特异性及目前的应用54 本文研究的目的与意义6

6、5 超声波辅助法提取龙虾加工废弃物中蛋白的工艺研究75.1 实验材料与仪器75.2 实验方法与步骤85.3 实验结果与讨论9结 论10致 谢11参 考 文 献121 引言龙虾学名克原氏鳌虾，也可以叫做红鳌虾或者淡水龙虾。龙虾属于节肢动物大家族，属于甲壳纲动物1。我国龙虾主要分布在江苏、湖北、江西、安徽等长江中下游地区，生长在江、河、湖泊等水体中，数量在6万吨以上2。除可食用部分外，龙虾加工废弃物(包括虾头与虾壳)也含有多种营养成分，如甲壳质、蛋白质、高级不饱和脂肪酸、钙、镁、磷等矿物质盐类，还含有脑磷脂、卵磷脂、类胡萝卜素、碳水化合物等营养成分，尤其是龙虾头内残留的虾黄，富含蛋白质和不饱和脂肪

7、酸，且具有独特的风味4。20世纪30年代末，龙虾由日本引入中国。在南京和滁县附近地区生长繁殖，后沿长江流域自然扩散，现在已经分布于我国是几个省市，在有些地方已成为一些湖泊和沟渠的优势种群8l。龙虾作为一种营养价值高，味道好的食品迅速风靡国内市场。国内外对龙虾的需求很大，因此，必将产生诸多的龙虾废弃物，如果能好好地将这一种资源加以利用，必将产生巨大的经济效益。虾加工后的废弃物主要包括龙虾头和龙虾壳，其中所含的龙虾油、虾青素、甲壳素及蛋白质可以通过再加工实现龙虾加工废弃物的综合利用。龙虾加工废弃物中富含多种天然蛋白3，张爱军4等人利用龙虾废弃物碱法提取龙虾蛋白、制备甲壳素。目前，国内外关于提取龙虾

8、加工废弃物蛋白质的报道很少。2 蛋白质的提取方法 蛋白质的提取方法包括碱溶液提取法、酸溶液提取法、盐溶液提取法、水洗提取法、有机溶剂提取法、超声波辅助碱提法和酶解法等方法，其中超声波辅助碱提法和酶解法都是提取蛋白质的新兴技术5-6。2.1碱溶液法提取 目前，蛋白质的提取方法主要还是以传统的碱溶液法为主，蛋白质的溶解度大，氢氧化钠溶液是最常用的溶剂。由于蛋白质是两性化合物，蛋白质的溶解度和稳定性与pH值关系很大，提取液的pH值首先要保证在蛋白质稳定的范畴内，通常选择在等电点的两侧。绝大部分蛋白质易溶于稀碱，稀碱溶液可以进入细胞内部，由于蛋白质是两性化合物，在一定的碱性环境中，蛋白质以一定的离子形

9、式溶解于稀碱溶液内，进而提取细胞中的蛋白质。采用1%以下的稀碱液可以破坏细胞的细胞壁和细胞膜的磷脂双分子层7，碱性蛋白如细胞色素C和溶菌酶选在偏酸一侧，酸性蛋白如肌肉甘油醛一3一磷酸脱氢酶应选在偏碱一侧8。2.2 酸溶液法提取 少数蛋白质的等电点大于7，因此不适合用碱液提取，适合用稀酸提取。用稀酸提取的原理与稀碱的提取原理相似，都是利用蛋白质的两性性，将蛋白质在一定的pH下进行溶解，进而获得蛋白水洗法提取提取液。2.3 盐溶液法提取 稀盐液和缓冲液对蛋白质稳定性好，因此也常作为某些特定蛋白质的溶剂。常用等渗溶液，尤以0.02-0. 05mol/L磷酸盐缓冲液或碳酸盐缓冲液、0. 15mo1/L

10、氯化钠溶液应用较多。如酵母脱氢酶以0. 66mol/L磷酸氢二钠溶液提取，6一磷酸葡萄糖脱氢酶以0. lmol/L碳酸氢钠液提取，脱氧核糖核蛋白在低盐溶液中溶解度小，就要用lmol/L以上的氯化钠液提取，而某些脂肪酶，用中性的水溶液提取比低盐溶液提取效果更好9,10。2.4 水洗法提取 某些蛋白质分子量较很大，在水溶液中的溶解度比很小，温度和pH值对其溶解度的影响较小，通过水洗的方法获得蛋白质，如面筋蛋白的制备。2.5 有机溶剂法提取 一些蛋白质和酶不溶于水、稀盐、稀酸或稀碱溶液，常用不同比例的有机溶剂(乙醇，丙酮，丁醇)来提取。如用70%-80%乙醇提取鼓蛋白，用60%-70%的酸性乙醇提取

11、胰岛素11-12，用丁醇提取某些附于微粒体和线粒体的酶，一些与脂质结合牢固的蛋白质和酶用丁醇提取的效果较好。我国生化工作者曾用此法成功地提取了墟拍酸脱氢酶和碱性磷酸脂酶。丁醇提取法对pH及温度的选择范围较广(pH3-10)，温度由零下20C -40C均可。2.6 超声波辅助碱法提取 超声波辅助碱提法是一种新兴的蛋白质提取方法，超声波的主要作用是对细胞进行物理破碎13，破坏细胞壁和细胞膜，增大物质分子的运动频率和速度，加速碱液的扩散，加速蛋白质在碱液中的溶解速率，提高蛋白质的提取率。此外，超声波的其他效应如热效应、化学效应、生物效应也同样可以加速蛋白质的溶解。超声波作为一种物理能量形式，广泛应用

12、于金属探伤、地下定位、环境保护、医学诊断和生物工程等方面。目前超声波技术已经广泛应用于生物活性物质的提取。 目前，超声波辅助碱提法主要应用于植物性蛋白的提取，王振宇等14等利用超声波辅助碱法提取黑木耳中的蛋白质，最佳提取工艺为:提取时间25min，料液比1: 50 (g: mL)，提取3次。在此条件下蛋白质的提取得率为2.60，与传统工艺相比，提取时间大大减少，提取得率显著提高。超声波辅助碱提法也应用于动物性蛋白的提取，王全能等15利用此法提取福寿螺中的蛋白质，整体上提高了提取率，缩短了提取时间，降低了提取成本。超声波辅助碱法提取动物类蛋白质的报道不多。2.7酶解法提取 酶解法提取蛋白质是一项

13、新兴的技术，酶解技术的作用原理是:在一定的温度和一定的pH条件下，具有一定活性的蛋白酶存在某些特异性的催化位点，这些位点可以催化原料中蛋白质的肤键发生水解，促使高分子量的蛋白质断裂成低分子量的多肤，从而降低蛋白质的溶解度，达到提取蛋白质的目的。现阶段一般将原料经过预处理、酶解、浓缩、干燥等工序而制成的既含有氨基酸、肤合物、有机酸、糖类、核酸相关物的天然营养成分的蛋白粉州。酶解法提取蛋白质提取条件温和，且提取的蛋白质安全性和稳定性较好，广泛应用于各种动物、植物和微生物蛋白质的提取研究，但是酶制剂稳定性不好，保藏过程中容易失活，且价格较高，增加了提取的成本。汤丹剑等16用中性蛋白酶水解龙虾头，获得

14、制备调味品的酶解条件为:AS 1398中性蛋白酶，加酶量0.05%-0.10%，酶解温度为45C，时间3小时，加盐量4%,酶解液经加工后制成调味品。梁郁强等17用酶法水解虾头生产虾调味汁，最佳工艺条件是酶用量1. 40,6，水解时间20小时，水解温度40C, pH6. 8，虾头水解率可达33.6%，水解液具有浓郁的虾风味，可作为色、香、味俱佳和营养的天然保健调味珍品。3 蛋白质功能特异性及目前的应用蛋白质的功能特性是指在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品食品性能体系中的那些蛋白质的物理性质和化学性质18。蛋白质的功能特性主要包括溶解性、乳化胜、持水性、起泡性、泡沫稳定性、吸油性和粘

15、性等19，20。通过不同的提取方法获得的蛋白质由于蛋白分子空间结构的不同，使其功能特性体现出很大的差异。蛋白质目前主要的用途就是食品这个方向，众所周知，蛋白质是六大营养物质之一，也是组成机体结构最重要的物质，在体内有运输，免疫等作用，所以蛋白质的摄入是十分有必要的，而与植物蛋白质相比，动物蛋白更加接近人体的蛋白质组成，因而具有更高的营养价值，甲壳蛋白现阶段最重要的应用也是制成蛋白质食品。作为水产类蛋白食品的成员之一，是来源最广泛的蛋白类食品，对水产类蛋白食品的开发研究具有极其重大的意义。1995年Beak和Cadwallader曾用10种商品酶对龙虾加工过程中的副产物进行水解、制备香味自然的调

16、味品。经鱼头中富含蛋白质等营养成分，极具开发利用价值。4 本文研究的目的与意义 一方面，随着淡水龙虾业飞速发展，各种龙虾的加工产品也不断扩大，会有大量的龙虾加工废弃物被丢掉，这样既浪费宝贵资源，又对环境造成极大的污染，各国都对水产品的加工废弃物的综合利用进行研究。 另一方面，龙虾作为一种富含动物性蛋白质的食品，受到了越来越多的人的亲睐，并且随着社会的不断进步和人们生活水平的不断提高，人们对食品的要求也越来越高，食品除了要具有丰富的营养之外，还要讲求色、香、味和天然性。龙虾除具有丰富的营养之外，还具有四十多种生香成份，因此亦是一种天然的、具有保健作用的珍品。利用龙虾加工废弃物提取龙虾蛋白，不仅能

17、充分利用资源、减少环境污染，还能用来开发新型食品，创造出巨大的经济效益，带动整个产业向前发展，延伸龙虾产业链，实现龙虾经济的可持续发展。论文选题源于安徽省合肥市重点科研项目“利用龙虾废弃物为原料的系列调味品开发与产业化”，以龙虾加工废弃物为对象，以龙虾蛋白的提取及蛋白功能特性为研究目的，为解决龙虾加工后的废弃物的综合利用提供出路和切实可行的方法，同时能够做到变废为宝，对增加龙虾加工废弃物的附加值具有积极的意义，可以产生良好的经济效益和社会效益。5 超声波辅助法提取龙虾加工废弃物中蛋白的工艺研究5.1 实验材料与仪器表2-1 实验仪器与设备仪器名称来源721型分光光度计上海分析仪器厂JL-18超

18、声波清洗机上海杰里科技有限公司 JY601电子天平上海民桥精密科学仪器有限公司X71型酸度计美国贝克曼仪器公司 ii一增力电动搅拌器江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂DGZ20/4-1型真空干燥箱南京实验仪器厂SHZ-D (111)型真空旋转蒸发仪巩义英峪予华仪器厂TDL-40B型高速离心分离机上海安亭科学仪器厂JYL-350粉碎机山东九阳小家电有限公司DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱上海跃进医疗仪器厂表5-2 实验试剂药品名称规格药品来源甲基红AR天津光复精细化工研究所澳甲酚绿AR上海三爱思试剂有限公司硼酸AR汕头西陇化工厂有限公司氢氧化钠AR汕头西陇化工厂有限公司硫酸AR汕头西陇化工厂有

19、限公司磷酸AR汕头西陇化工厂有限公司 盐酸待添加的隐藏文字内容3AR贵州化学试剂有限公司硫酸钾AR津博迪化工厂有限公司硫酸铜AR上海精化科技研究所碳酸钠AR天津市博迪化工有限公司考马斯亮蓝G-250AR国药集团化学试剂有限公司牛血清蛋白AR上海蓝季科技发展有限公司5.2 实验方法与步骤5.2.1工艺流程 无水乙醇 氢氧化钠溶液 龙虾加工废弃物烘干粉碎脱脂超声波辅助碱提蛋白液5.2.2试验方法设计 采用己广泛用于植物性蛋白和动物性蛋白提取的超声波辅助碱提法。以蛋白质提取率为评价指标，首先对碱液浓度、提取温度、提取时间、超声波处理时间、液料比5个因素进行单因素试验，在单因素试验的基础上再进行正交试

20、验，以获取最佳提取蛋白质工艺参数。 单因素试验中，碱液浓度5水平:0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4%;提取温度5水平:50, 60, 70, 80, 900C;提取时间5水平:40, 60, 80, 100, 120min;超声波处理时间5水平:0, 5, 10, 15, 20min;液料比(ml:g) 4水平:3:1, 5:1, 7:1,9:1。初始实验条件为:取5.摊干燥后的龙虾加工废弃物粉末，提取温度80C、提取时间90min、超声波处理时间5 min、液料比5:1，每单因素实验得到的最佳条件相继带入下因素实验。5.2.3 提取蛋白质正交试验结果 在单因素试验基础上，选取碱

21、液浓度、提取时间、超声波处理时间和提取温度4个因素进行L9(34)正交实验。正交试验设计及结果见下表。 表5-1 正交实验因素水平表L9(34)水平因素ABCD碱液浓度/%提取时间/min超声波处理时间/min提取温度/10.590108020.83057031.0601560表5-2 正交实验结果试验号A碱液浓度/%B提取时间/minC超声波处理时间/minD提取温度/蛋白质提取率/%11(0.5)1(90)11(80)54.6212(30)22(70)38.3313(60)33(60)50.442(0.8)12318.65223173.86231255.673(1.0)13259.8832

22、1346.69332120.0k147.7744.3352.2749.47T=417.7k249.3352.9025.6351.23k342.1342.0061.3338.53R7.2010.9035.7012.70表5-3 正交实验方差分析因素偏差平方和自由度F值F（0.05）临界值显著性碱液浓度86.02921.00019.00提取时间197.64222.29719.00超声波处理时间2066.03224.01519.00*提取温度283.94923.30119.00误差86.0325.3 实验结果与讨论 正交试验结果、正交试验方差分析如表5-2,5-3所示:由方差分析的结果可知，超声波处

23、理时间为显著因素，提取温度、提取时间和碱液浓度均不显著;由极差分析的结果可知，4种因素对提取效果的影响主次是CDBA，即超声波处理时间提取温度提取时间碱液浓度;由极差分析可知最优方案为A2B2C3D2，而表5-2评价指标显示的最优方案为第5号试验组A2B2C3D1，蛋白质提取率为73.8%。因此需进行验证试验，验证试验结果A2B2C3D1的蛋白质提取率为78.6%，优于A2B2C3Dl。所以确定最佳工艺条件为A2B2C3D2，即碱浓度0.8%，提取时间30min，超声波处理时间15min，提取温度70，此外由单因素取得最佳工艺参数液料比5:1。结 论 本文通过研究超声波辅助碱法提取蛋白质影响因

24、素，选取碱液浓度、提取时间、超声波处理时间和提取温度4个因素，以蛋白质提取率作为评价指标，分别做单因素试验及正交试验，进一步确定了最佳超声波辅助碱法提取工艺，即碱浓度0.8%，提取时间30min，超声波处理时间15min，提取温度70时有最大提取率78.6%。因此在使用此法提取龙虾废弃物蛋白质时，以上条件也未最佳条件。致 谢本论文是在尹秀莲老师的指导与帮助下完成的。从论文的选题，内容与构架等多方面给与了极大的指导，在论文的编写过程中给与很大的帮助，对实验过程中存在的问题给与及时的提出、解决和帮助，在此表示深深的谢意。在尹老师的细致严谨而又一丝不苟的作风，循循善诱的教导之下，我的论文才能够顺利的

25、完成。同时在此感谢和我合作以及给我帮助的同学们，他们给了我很多关于实验方案和思路的修改的意见，给了我很多启发，还有对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料本论文得就难以顺利的完成，问题就难以及时的解决。在此表示由衷的感谢！参 考 文 献1 朱崇梅等.克氏原鳌虾生物学特性及开发应用.河南水产，2002,(4):1-22 陈天忠等.虾头、虾壳资源综合利用研究进展.湖南饲料，2006,(4):35-263 TANNENBAUM S R, AHERN M, BATES R P. Solubilization of fish protein concentrate, I. Analkaline pro

26、cess. Food Technol, 1970, 24(5):604 张爱军等.龙虾的综合加工利用.中国资源综合利用.2005.9(3):73-765 Wieser,W.1991.Limitations of energy acquisition and energy use in small poikilotherms:evolutionary implications. nc.Eco1.5:234.2406 秦燕等.虾壳钙蛋白的生物利用率研究.食品科学，1996,17(12):42-457 史永叔等.虾头蛋白质的提取及营养分析.江苏农学院学报，1996,17:62-638 夏永林.羽毛蛋

27、白的提取及其提取物特性分析.国外丝绸，2007.2(3):73-769Floreto EAT, Baer R C, Brown P B. The effect of so沙ean2based diets, with and without amino acid supplementation, on growth and biochemical composition of juvenile American lobster, Homarus americanus Aquaculture, 2000(189):235.10 Gildberg A.Enzymatic processing of

28、marine raw materials.Process Biochemistry，1993(28):1一 1511 江尧森等.对虾头的营养成分和利用口.海洋水产研究丛刊，1984,29:”一8112 朱碧英等，毋瑾超.不同酶解条件对醒鱼蛋白水解物苦味及氨基酸组成的影响.中国水产科学，2001,8(3):73-76.13 赵玉红等，超声波辅助提取松子仁蛋白的工艺研究，中国林副特产.2008.2(1):92.14 王振宇等，超声波辅助提取黑木耳蛋白质的工艺研究.2007.9(41):515 超声波辅助福寿螺蛋白质提取的研究，食品科技，2006.816 汤丹剑，吴汉民，姿永江.酶法制备虾头调味品的研究J。浙江水产学院学报，1998,17(l):19一2417 梁郁强等.酶法水解虾头生产虾调味汁J.中国调味品，2001,09:20-2118 周瑞宝主编.植物蛋白功能原理与工艺.2007.419汤丹剑等.酶法制备虾头调味品的研究J.浙江水产学院学报，1998,17(l):19-24.20 路红波，刘俊荣.水产调味料概述J.水产科学，2005,24(3):44-46.