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响应面法优化提取甘蔗皮红色素工艺

更新时间:2016-07-05

甘蔗属于禾木科甘蔗属多年生草本植物,生长在我国南方地区。甘蔗皮中含有天然红色素[1-2]。如今,合成红色素大多是煤焦油燃料,不仅毫无营养价值,而且还附加了很多对人体健康有危害的物质[3],且合成红色素的种类和数量也被限制[4]。但天然红色素水溶性强,色泽诱人,易于食品上色,并且健康无危害[5]。现在,人们对健康要求越来越高,都追求天然绿色食品,因而天然红色素开始受到大家的广泛关注,一些产品由于使用天然红色素,更接近于天然的形式,进而吸引了更多的消费者。

从已知动植物、矿物和微生物中分离提取的食用天然红色素,不仅色调柔和,能再现大自然的色彩,还具有较高的安全性和一定的营养价值和药理作用[6]。对甘蔗皮红色素的提取,传统方法如溶剂提取法、水蒸气蒸馏法及升华法等能耗与物耗大、杂质多,效率低[7-9]

鉴于此,权拟以甘蔗皮红色素吸光度为考察指标,通过响应面法优化超声波提取红色素工艺,本实验提供了一种简单而有效的实验原理和制备方法。天然色素对提高食品安全具有重要意义,这对甘蔗皮红色素的开发与利用具有一定的实际意义。

1 材料和仪器

1.1 材料与试剂

甘蔗皮(购于当地超市,产地广西省宾阳县)冷冻干燥,粉碎,过60目筛,密闭保存于棕色瓶中。

苦瓜一般花后12~15天为商品瓜的适宜采收期,此时的果实瘤状突起饱满,果皮有光泽,商品性最好。及时采收可保证品质和增加坐果。采收后的苦瓜如不及时销售,应置于低温下保存,否则易后熟变黄开裂,失去食用价值。

无水乙醇、盐酸、葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、冰乙酸、柠檬酸都为分析纯,纯化水(实验室自制)。

1.2 仪器

KDC-160HR高速冷冻离心机(安徽中华中佳科学仪器有限公司);电子天平AB323(上海海康电子仪器厂);TU-1901双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);JK-500DB型数控超声清洗器(合肥金尼克机械制造有限公司); HH-501恒温振荡器(苏州威尔实验用品有限公司);电子天平YP-B1003(上海光正医疗仪器有限公司);旋转蒸发仪RE-2000B(巩义市予华仪器有限责任公司);数显恒温水浴锅HH-1(金坛市杰瑞尔电器有限公司);冷冻干燥机(Gold SIM International Group CO.LTD)。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

称取甘蔗皮粉→加入1%盐酸乙醇→静置0.5 h→超声波辅助提取→抽滤→取清液,定容至100 mL→在530 nm处测其吸光度[9]

1.3.2 最大吸收波长的确定

在料液比为1∶30,超声温度为60 ℃,超声时间为60 min条件下,按照1.3.1节进行试验,抽滤后溶液定容至100 mL,用TU-1901双光束紫外可见分光光度计在200-700 nm波长范围内扫描,确定甘蔗皮红色素在可见光区域有最大吸收波长为530 nm。

1.3.3 单因素试验

(1)超声温度对吸光度的影响。

准确称取1.000 g甘蔗皮粉,在料液比为1∶30,超声时间为60 min,超声功率为60 W,超声温度分别为40、50、60、70、80 ℃下,按照1.3.1节进行试验,得出吸光度。平行试验三次。

(4)稳健性检验。通过上文的实证分析,发现根据实证检验验证得到上文的三个假设都是合理的,为了提高本文研究结果的可信度,本文又利用应计—现金流关系模型对BASU模型进行进一步检验。利用应计—现金流模型,需要选取上文所研究公司的相关财务数据,在此基础上加上上文所研究的三个变量(内部控制评价主体、内部控制缺陷、内部控制评价报告),不改变7个自变量的数据处理方法,进行多元线性回归分析,进而得到三个变量对会计稳健性影响结论,对比发现这两个模型所得到的研究结论具有一致性。

准确称取1.000 g甘蔗皮粉,在料液比1∶30,超声温度为60 ℃,超声功率为60 W,超声时间为40、50、60、70、80 min下,按照1.3.1节进行试验,得出吸光度。平行试验三次。

准确称取1.000 g甘蔗皮粉,在超声温度为60 ℃,超声时间为60 min,超声功率为60 W,料液比分别为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50下,按照1.3.1节进行试验,得出吸光度。平行试验三次。

通过Box-behnken分析,选择的最佳实验条件为:超声温度59.23 ℃,超声时间64.25 min,料液比1∶30.36,此条件下预测的吸光度为0.424145。

在天文学上,定义轨道在距离太阳1.3 AU范围内,距离地球轨道最小距离在0.3 AU范围内的小行星为近地小行星(near-earth asteroid,NEA),目前已发现近地小行星17 440颗,其中直径超过1 km的有886颗,直径超过140 m的有7 991颗。把距离地球轨道最小距离在0.05 AU范围内、直径大于140 m的小行星定义为具有潜在碰撞威胁的小行星(potentially hazardous asteroid,PHA)。目前已发现PHA为1 876颗,其中直径大于1 km的有157颗,此类小行星具有较高撞地地球的风险,是我们防御任务重点关注的目标。

在航拍前按照具体要求在测区内布设一定数量的像控点,然后利用无人机获得测区地面影像数据(带有POS数据的影像)。然后利用Smart 3D进行空三加密和重建生成模型,获得测区的3D 模型、DSM和TDOM。接下来使用ArcGIS对DSM进行等高线提取。最后使用南方数码iData加载3D模型和TDOM进行各种地物、地貌、植被范围、高程注记点采集,并修改受植被、各种建(构)筑物高度影响的等高线。回放生成的地形图进行外业调绘检查,实地调绘房屋缩檐数据,调查地物、土质、植被属性和各类名称注记,最终完成地形图编辑制作。具体作业流程,见图1。

1.3.4 响应面优化条件试验

通过实验可知,采用超声波提取甘蔗皮红色素时,料液比、超声温度和超声提取时间对甘蔗皮红色素的吸光度有着显著影响。通过对以上三种单因素的研究和试验,再结合响应面法中的Box-Behnken设计方案,得出超声波提取的最佳工艺条件为:超声温度59.23 ℃,超声时间64.25 min,料液比1∶30.36,在此条件下预测吸光度为0.424。但在实际操作中,超声温度为59 ℃,超声提取时间为64 min,料液比为1∶30时,得出的吸光度为0.422,相对误差值为0.47%,可见,响应面法优化甘蔗皮红色素的工艺条件是可操作的,合理的。通过与其他提取甘蔗皮红色素的文献相比,所得结果相差不大,而且条件控制相对更易[3,6-8]

表1 响应面分析因子与水平编码

因素水平 -1 0 1 A超声温度/℃506070B超声提取时间/min406080C料液比(1∶x)203040

1.3.5 验证实验

为助力中国制造接轨工业4.0,浩亭于2018年10月22日~24日联合德国电气电子行业协会(ZVEI)与佛山机器人学院、佛山中德工业服务区和互联网博览会等合作伙伴共同组织了参观访问团,并邀请了中日行业媒体代表及德国和亚洲的客户参观其珠海工厂,以加强交流与合作探讨。在井然有序的车间,可以看到,浩亭以精益制造的看板管理系统强化对品质的过程监控,还有实施反馈的监测系统和全面细致的检测系统也同样在无时不刻地为浩亭输出高品质产品做出坚定的技术保障。

根据响应面实验结果,得到最佳优化条件。进行平行试验三次。在波长为530 nm处测出吸光度,并进行分析比较。

2 结果与分析

2.1 不同提取因素对甘蔗皮红色素吸光度的影响

2.1.1 超声温度对甘蔗皮红色素吸光度的影响

根据试验所得,在料液比为1∶30,超声时间为60 min条件下,分别在超声温度为40、50、60、70和80 ℃得到吸光度,如图1所示。

2)其他土地利用类型都有不同程度的减少,其中水域和耕地减少的最为明显,1985-2000年和2000-2016年水域的减少速度分别为0.08%和0.19%,耕地的减少速度分别为0.12%和0.14%;

图1 超声温度对甘蔗皮红色素吸光度的影响

超声温度在40 ℃-60 ℃之间时,吸光度成递增状态,超声温度在60 ℃-80 ℃之间时,吸光度成递减状态,因此选择50 ℃、60 ℃、70 ℃作为响应面的超声温度因素的三个水平。

2.1.2 超声提取时间对甘蔗皮红色素吸光度的影响

根据试验,在料液比为1∶30,超声温度为60 ℃下,分别在超声提取时间为40、50、60、70、80 min得到吸光度,如图2所示。

图2 超声时间对甘蔗皮红色素吸光度的影响

超声提取时间在40-60 min之间时,吸光度不断上升,60 min之后,吸光度开始下降,因此选择40、60、80 min作为响应面的超声提取时间因素的三水平。

赖非先生毕业于北京大学历史系考古专业。先后供职于山东省博物馆、山东省考古研究所和山东省石刻艺术馆。美国哥伦比亚大学美术史与考古系主任、世界著名美术考古学家韩文彬这样评价赖非先生:大家公认的石刻研究权威,同时也是著名的书法家和篆刻家。“赖非先生继承了中国古代文人和金石学家的传统。作为学者兼艺术家,对古代石刻尤其是汉魏石刻的研究成为他书法创作的渊薮所在。他的书法作品既体现出对历史传统的深刻理解,也令人感受到新鲜的原创精神。他的作品现代感极强,却又不乏古意,既呈现出鲜明的个人风格,又具有醇厚的文化底蕴。”

2.1.3 料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响

参考文献:

图3 料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响

由图3可知,在料液比为1∶30之前,吸光度都是增加的,在料液比为1∶30之后,吸光度不再上升。因此选择料液比1∶20、1∶30和1∶40作为响应面的料液比因素的三个水平。

2.2 响应面法设计与结果

2.2.1 响应面分析方案与结果

按照响应面设计的因素与水平表[11],将超声温度、超声提取时间、料液比等因素与甘蔗皮红色素吸光度进行三因素三水平响应面实验,见表2。

表2 实验设计和结果

实验编号ABC吸光度10.00-1.001.000.3742-1.001.000.000.39230.000.000.000.42441.000.00-1.000.3635-1.00-1.000.000.3716-1.000.00-1.000.37371.00-1.000.000.38980.000.000.000.42491.001.000.000.396101.000.001.000.373110.000.000.000.424120.000.000.000.424130.001.001.000.383140.000.000.000.42415-1.000.001.000.382160.001.00-1.000.385170.00-1.00-1.000.362

通过Design Expert软件分析,以超声温度、超声时间和料液比为响应变量,以吸光度为响应值,对表3进行回归拟合分析,可得到如下拟合方程:

Y=0.42+3.75A×10-4+7.5B×10-3

+3.625C×10-3-3.5AB×10-3+2.5AC×10-4

-3.5BC×10-3-0.020A2-0.017B2-0.031C2

对回归方程进行方差分析和显著性检验,如表3,由表可知,方程BA2B2C2的影响极其显著且超声时间影响最大。

模型说明自变量与响应值之间有显著的线性关系,模型与实际试验拟合一致。

根据表3,可以得出各因素对吸光度的影响为:

超声提取时间(B)>料液比(C)>超声温度(A)

青岛市商业用电平均价格为0.85 元/(kW·h),燃气价格为3.5 元/m3,燃气低位发热量为35 588 kJ/m3[11-12],燃气供热锅炉效率为95%.水泵能耗占热源系统总能耗的10%.

(3)料液比对吸光度的影响。

表3 回归模型与方差分析

方差来源平方和自由度均方和F值Pr>F显著性模型8.381×10-399.312×10-429.33﹤0.0001**A1.125×10-611.125×10-60.0350.8560B4.500×10-414.500×10-414.170.0070**C1.051×10-411.051×10-43.310.1116AB4.900×10-514.900×10-51.540.2541AC2.500×10-712.500×10-77.874×10-30.9318BC4.900×10-514.900×10-51.540.2541A21.705×10-311.705×10-353.710.0002**B21.199×10-311.199×10-337.760.0005**C24.079×10-314.079×10-3128.47﹤0.0001**残差2.222×10-473.175×10-5失拟项2.222×10-437.408×10-5误差4总离差8.603×10-316

注:Pr>F项<0.05说明影响显著,用*表示,<0.01说明影响极显著,用**表示。

2.2.2 响应曲面图及等高线图的分析

图4为料液比为1∶30时,超声温度和超声提取时间对甘蔗皮红色素吸光度的影响。

图4 超声温度和超声提取时间对甘蔗皮红色素吸光度的影响

由图4可以看出,超声温度在50 ℃-59.23 ℃,超声提取时间在40-64.25 min范围内时,甘蔗皮红色素吸光度一直在增加,增幅趋势减缓;当超声温度达到59.23 ℃、超声提取时间达到64.25 min时,甘蔗皮红色素吸光度最大。

科研人员为了顺利通过考核,往往忽略科研的实际需要和发展规划,根据容易达到的研究成果设定项目绩效目标,使得目标与结果倒挂。此外绩效目标的设定往往不够细化,仅作简单陈述,绩效目标设定相关性的论证也不够充分,绩效目标的合理性难以得到保证。

图5为固定超声时间64.25 min时,超声温度和料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响。

图5 超声温度和料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响

由图5可以看出,超声温度在50 ℃-59.23 ℃,料液比在1∶20-1∶30.36范围内时,甘蔗皮红色素的吸光度一直在增大,但增长趋势越来越缓慢。当超声温度为59.23 ℃,料液比为1∶30.36时,甘蔗皮红色素吸光度达到最大。图6是在固定超声温度为59.23 ℃时,超声提取时间和料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响。

从量取的 MS与 MS(BB)震级公式 (3) 和 (4), 参考IASPEI的面波震级公式(5),可以看出,除测量方法差别外,从计算公式的形态上看,两者数值上相差0.2[8]。而选取地震(MS-MS(BB))的平均值为 0.195,与 0.2的差值非常接近。根据统计,我国测定的面波震级MS和NEIC测定的值系统偏高0.2-0.3[10],使用宽频带面波震级后会极大地减小这种误差。

图6 超声提取时间和料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响

由图6可以看出,超声提取时间在40-64.25 min,料液比在1∶20-1∶30.36范围内时,吸光度一直增大,增长趋势越来越慢。当超声提取时间达到64.25 min,料液比为1∶30.36时,吸光度达到最大。

2.3 验证试验

根据响应面法分析得出的甘蔗皮提取红色素最佳工艺条件,结合实际操作,选择操作工艺条件为超声温度59 ℃,超声提取时间64 min,料液比1∶30,进行平行试验三次,结果见表4。

表4 验证实验结果

编号吸光度平均值10.4210.42220.42230.424

所选条件与预测条件有稍许差异,相对误差值为0.47%。

(2)超声提取时间对吸光度的影响。

3 结论

由1.3.3节中单因素试验结果,可以看出超声温度、超声提取时间和料液比对甘蔗皮红色素吸光度的影响较大。应用Box-Benhnken软件设计[10],以吸光度为响应值,以超声温度、超声提取时间、料液比为实验变量来做响应面实验,表1为实验因素水平编码表。

根据试验,在超声温度为60 ℃,超声时间为60 min条件下,分别在料液比为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50下得到吸光度,如图3所示。

[1]陈纯.甘蔗皮多酚的提取、分离鉴定及抗氧化活性研究[D].杭州:浙江大学,2013:1-5.

中国民族的体育文化具有较为深厚的文化底蕴,其独特的文化魅力能够促进我国文化强国的进步,并能够对我国发展体育事业产生积极影响。目前,我国要有效的构建体育强国,不仅要提升竞技运动成绩,还应在世界体育舞台中展现独特的体育文化,以此提升我国体育文化的影响力,从而提升我国文化竞争力。因此,在文化强国战略背景下,应将体育文化作为核心内容进行发展,并利用传媒推广体育文化,通过学校教育发展体育文化,以此有效促进体育文化的发展,构建文化强国。

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惨了!这两个字钻进步凡的脑海,他高速地运转自己的脑袋,想找出一个逃离的方法。可他还没来得及想出什么好办法,一个“龙死党”已经摁住了他的胳膊,并捂住了他的嘴巴。

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美国课程专家蔡斯(Roberts.Zais)认为,“课程设计是一个尤其会涉及课程的实质性结构、型式或组织的术语。这些要素的性质以及将这些要素组合成一个统一的课程组织型式,就构成了课程设计。”[3]课程设计的主体除了教师,还应该吸收学生、企业行业代表、课程研究学者参加,不应该只是教师独自闭门造车。国际商法课程的设计工作应遵循“以学生为主体、以职业标准为导向、以项目任务为载体,突出能力和素质目标,实现理实一体”的设计原则。

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李妍
《蚌埠学院学报》 2018年第2期
《蚌埠学院学报》2018年第2期文献

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