Optimization of ultrasound-assisted alkaline extraction of pumpkin seed meal protein isolate by response surface methodology

Abstract

As an alternative to animal proteins, pumpkin seed meal protein isolate (PSMPI) can be applied in food processing as dietary supplements and functional foods. The conventional extraction process of protein is alkaline solution and acid precipitation, which consumes a long time. Ultrasound method is an environmentally friendly technique, which can be used to improve the efficiency of protein extraction. In the present study, a method of ultrasound-assisted alkaline extraction (UAAE) of PSMPI was established. Response surface methodology (RSM) was utilized to optimize the UAAE conditions (ultrasonic power, ultrasonic time and ratio of liquid to solid) by implementing a three-factor, three level Box–Behnken design. A quadratic polynomial equation was obtained by polynominal regression analysis of the experimental dada and appropriate statistical methods. The interaction effects of the independent variables on the extraction yield of PSMPI were illustrated by response surfaces and counter plots. Besides, by solving the regression equation and analyzing the response surface contour plots, the determined optimal PSMPI extraction conditions were obtained, which was at ultrasonic power of 456 W, ultrasonic time of 22 min, and ratio of liquid to solid of 27 mL/g. The efficiency of UAAE on PSMPI was determined. The result showed that the experimental value (80.76 g/100g) of the yield of PSMPI was reasonably close to the predicted one (81.86 g/100g). This suggested that there was a high fit degree between experimental value and the predicted value from the regression model. Thus, it obtained that the equation of the response surface can be utilized effectively to predict the extraction condition of the PSMPI. В якості альтернативи твариним білкам ізолят білка борошна з насіння гарбуза (ІББНГ) може застосовуватися в харчовій промисловості в якості харчових добавок і функціональних харчових продуктів. Звичайний процес екстракції білка представляє собою лужний розчин і кислотні осади, які перетворюють тривалий час. Ультразвуковий метод є екологічно чистим методом, який можна використовувати для підвищення ефективності екстракції білка. У цьому дослідженні був розроблений метод ультразвукової лужної екстракції (УЛЕ) білка борошна з насіння гарбуза. Методологія поверхні відгуку (МПВ) була використана для оптимізації умов УЛЕ (потужність ультразвуку, час ультразвуку і співвідношення рідини до твердого речовини) шляхом реалізації трьохфакторної трирівневої конструкції Боксу-Бенкена. Квадратичне поліноміальне рівняння було отримано за допомогою поліноміального регресійного аналізу експериментальних даних і відповідних статистичних методів. Вплив взаємодії незалежних змінних на вихід екстракції ІББНГ було проілюстровано за допомогою поверхонь відгуку та контрольних графіків. Крім того, шляхом вирішення рівняння регресії і аналізу контурних графіків поверхні відгуку були отримані певні оптимальні умови екстракції ІББНГ, які мали потужність ультразвуку 456 Вт, час ультразвуку 22 хв і співвідношення рідини до твердої речовини 27 мл / м. Була визначена ефективність УЛЕ по виходу ІББНГ. Результат показав, що експериментальне значення (80,76 г / 100 г) виходу ІББНГ було досить близько до прогнозованого (81,86 г / 100 г). Це говорить про те, що існує висока ступінь відповідності між експериментальним значенням і прогнозним значенням з регресійній моделі. Таким чином, доведено, що рівняння поверхні відгуку може ефективно використовуватися для прогнозування умови вилучення ІББНГ.