李昊虬，王國澤，孫曉宇

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)數(shù)理與生物工程學(xué)院食品科學(xué)與工程系，內(nèi)蒙古包頭014010）

響應(yīng)面法優(yōu)化河套蜜瓜皮水溶性膳食纖維提取工藝的研究

李昊虬，王國澤*，孫曉宇

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)數(shù)理與生物工程學(xué)院食品科學(xué)與工程系，內(nèi)蒙古包頭014010）

以河套蜜瓜皮為原料，采用化學(xué)法對原料中水溶性膳食纖維的制備工藝進行了研究。在單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對影響水溶性膳食纖維得率的四個因素pH、料液比、溫度和時間進行工藝優(yōu)化。結(jié)果表明，化學(xué)法提取河套蜜瓜皮水溶性膳食纖維的最佳提取工藝條件為pH12、料液比1∶40（g/mL）、溫度80℃，時間30min。在此條件下，河套蜜瓜皮水溶性膳食纖維得率可達(dá)25.03%，與模型高度擬合。

響應(yīng)面法，河套蜜瓜，水溶性膳食纖維，提取工藝

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

河套蜜瓜 購于包頭友誼水果批發(fā)市場，取食瓜瓤后，得到河套蜜瓜皮，105℃烘干24h，用萬能試樣粉碎機粉碎，過40目篩，裝于試劑瓶中備用；氫氧化鈉、鹽酸、磷酸、無水乙醇、乙酸乙酯 天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，分析純；考馬斯亮蘭G-250、牛血清蛋白、蒸餾水 均為分析純。

R201L旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海申生科技有限公司；SFG-01B型電熱恒溫真空干燥箱、馬弗爐 北京科偉永興儀器有限公司；SHB-3循環(huán)水多用真空泵 鄭州杜甫儀器廠；SYC-15B超級恒溫水浴 南京桑力電子設(shè)備廠；L-550臺式低速大容量離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司；JA5003電子分析天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司；FW80高速萬能試樣粉碎機 上海勝啟儀器儀表有限公司；雷磁PHSJ-3F實驗室pH計 上海精科；UV-2100型分光光度計 尤尼柯儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品脫脂 常溫下，用4倍體積于河套蜜瓜瓜皮的乙酸乙酯浸泡干燥樣品3h，用蒸餾水清洗殘留的有機溶劑至樣品無味，105℃下烘干至恒重得脫脂樣品[13]。

1.2.2 制備工藝流程

1.2.3 實驗操作過程 稱取0.500g脫脂樣品，分別按照1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60的料液比加入蒸餾水，攪拌均勻后用0.1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH為9、10、11、12、13，然后放入溫度為50、60、70、80、90℃的超級恒溫水浴鍋中分別提取20、30、40、50、60min，在4200r/min離心分離20min，上清液以4倍體積無水乙醇處理，靜置6h，利用已烘干恒重的定量中速濾紙進行抽濾。并用乙醇清洗盛濾液的容器，將濾紙以及沉淀物置于105℃烘箱中烘干至恒重，計算提取率。公式為：SDF得率（%）=（濾紙及沉淀物置于105℃烘箱中烘干至恒重－烘干至恒重的定量中速濾紙）/0.500（g）×100%

1.2.4 單因素實驗和響應(yīng)面中心設(shè)計實驗 分別選取pH、料液比、溫度和時間4因素進行單因素實驗，每個單因素實驗設(shè)3次重復(fù)。在單因素實驗基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken的中心組合實驗設(shè)計原理，選取pH（X1）、料液比（X2）、溫度（X3）和時間（X4）4個因素，采用4因素3水平的響應(yīng)曲面進行Box-Behnken實驗設(shè)計，實驗因素及水平設(shè)計見表1。

表1 Box-Behnken設(shè)計實驗因素水平及編碼Table 1 Four factors，levels and codes of Box-Behnken design

1.3 蛋白質(zhì)和灰分檢測

采用考馬斯亮藍(lán)法[14]測定SDF中蛋白質(zhì)含量；采用馬弗爐高溫灼燒[15]法測定SDF中灰分含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel和Design expert 8.0.5.0軟件進行圖表和數(shù)據(jù)分析，用響應(yīng)面Box-Behnken中心設(shè)計的最佳處理組合進行河套蜜瓜皮SDF提取驗證實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 河套蜜瓜皮SDF提取單因素實驗

2.1.1 pH對河套蜜瓜SDF得率的影響 實驗方法按1.2.3中的工藝流程提取，確定最佳pH，結(jié)果見圖1。

圖1 pH對SDF得率的影響Fig.1 Effect of hydrolysis pH on SDF yield

由圖1可見，隨著pH的升高，SDF得率呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，當(dāng)pH達(dá)到11時SDF的得率最高，可以達(dá)到15.20%，當(dāng)pH超過11時，隨著pH進一步增加SDF得率卻逐漸減少，這可能是因為在堿性條件下果膠分子發(fā)生解聚，即β-消去反應(yīng)[16]，使得SDF得率降低，所以選取pH11。

2.1.2 溫度對河套蜜瓜SDF得率的影響 實驗方法按1.2.3中的工藝流程提取，確定最佳水浴溫度，結(jié)果見圖2。

圖2 溫度對SDF得率的影響Fig.2 Effect of temperature on SDF yield

由圖2可知，隨著溫度的升高，SDF得率呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)提取溫度達(dá)到80℃時，SDF得率可高達(dá)到15.8%，繼續(xù)升高溫度，SDF不但得率降低而且其結(jié)構(gòu)性質(zhì)也會受到影響，同時會造成能耗的增大，不利于工業(yè)化生產(chǎn)的需要，因此選取溫度為80℃。

2.1.3 料液比對河套蜜瓜SDF得率的影響 實驗方法按1.2.3中的工藝流程提取，確定最佳料液比，結(jié)果見圖3。

圖3 料液比對SDF得率的影響Fig.3 Effect of material/liquid ratio on SDF yield

由圖3可知，當(dāng)料液比從1∶20增大到1∶30，SDF得率逐漸升高，當(dāng)料液比在1∶30到1∶60之間時，SDF得率隨著液體比例的增加而逐漸降低，所以應(yīng)選擇料液比1∶30較適宜。

2.1.4 水浴時間對得率的影響 實驗方法按1.2.3中工藝流程提取，確定最佳水浴時間，結(jié)果見圖4。

圖4 水浴時間對SDF得率的影響Fig.4 Effect of hydrolysis time on SDF yield

由圖4可知，隨著水浴時間的延長，SDF的得率也出現(xiàn)波動，水浴時間為20min時，SDF得率為17.0%，SDF得率在水浴30min時達(dá)到最大值17.2%，而在水浴60min時，SDF得率下降為15.60%。水解20min，SDF得率較低，這可能是因為水解時間較短，SDF中的多糖類沒有充分溶解，而水解60min時SDF得率下降，這可能是由于水解時間過長，造成了部分可溶性的多糖發(fā)生了水解。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件

2.2.1 響應(yīng)面實驗結(jié)果 按表1設(shè)計進行實驗，以河套蜜瓜皮SDF提取率為響應(yīng)值（Y），結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)曲面實驗結(jié)果Table 2 Results of the response surface test

2.2.2 方差分析和回歸方程 利用Design-Expert 8.0.5.0軟件對表2實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到SDF得率（Y）對pH（X1）、溫度（X2）、料液比（X3）、時間（X4）方程為：

對該模型進行顯著性檢驗結(jié)果見表3，回歸模型系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果見表4。

表3 回歸模型方差分析結(jié)果Table3 Analysisofvarianceforfittedquadraticpolynomialmodel

表4 回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗結(jié)果Table 4 Results of significance for regression coefficient

由表3可知，模型的F=5.894534，P<0.01，表明回歸模型顯著；失擬項F=1.030022，P>0.05，不顯著；復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.8550，說明該模型能解釋85.5%響應(yīng)值的變化，因而該模型的擬合程度比較好，可以用此模型來分析和預(yù)測河套蜜瓜皮SDF提取工藝結(jié)果。

由表4可知，模型中二次項中X42對Y影響極其顯著，一次項、二次項中X1、X2、X12、X32對Y影響顯著，X3、X4、X1X2、X1X3、X1X4、X2X3、X2X4、X3X4、X22對Y均不具有顯著影響，各因素對于河套蜜瓜皮SDF得率影響是X1>X2>X3>X4，即pH對河套蜜瓜皮SDF得率影響最大，其次是料液比、溫度，最后是時間。

2.2.3 河套蜜瓜皮SDF提取工藝響應(yīng)曲面優(yōu)化驗證與檢測 通過軟件分析優(yōu)化得河套蜜瓜皮SDF提取的最佳條件為：pH12、提取溫度80℃、料液比1∶40、時間30min。在此最優(yōu)工藝條件下，河套蜜瓜皮SDF得率理論值為23.7105%。為檢驗響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，采取上述優(yōu)化提取條件進行SDF提取實驗，并重復(fù)三次，實際測得SDF平均得率為25.03%，與理論值相比，相對誤差為0.6805%，所以基于響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化提取工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠。通過對最優(yōu)工藝條件下制備的SDF進行蛋白質(zhì)和灰分含量的測定，實驗結(jié)果表明河套蜜瓜皮SDF中蛋白質(zhì)含量為1.3%，灰分含量15.4%，SDF純度為83.3%。

3 結(jié)論

以河套蜜瓜皮為原料提取SDF，通過單因素實驗和響應(yīng)曲面Box-Behnken中心組合實驗設(shè)計得出最佳提取工藝條件為：pH=12、料液比1∶40、溫度80℃、時間30min，在此最佳工藝條件下，河套蜜瓜皮SDF得率可高達(dá)25.03%，同時具有較高的純度，為綜合利用河套蜜瓜皮提供了理論途徑。

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Study on optimization of water-soluble dietary fiber extraction process from Hetao muskmelons peel by response surface methodology

LI Hao-qiu，WANG Guo-ze*，SUN Xiao-yu
（School of Mathematical Physics and Biology Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China）

In order to obtain the preparation technology of water-soluble dietary fiber，Hetao muskmelons peel was used as raw materials by chemical methods.On the basis of single-factor experiments，a four-factor，three-level Box-Behnken design combining with response surface methodology（RSM）was employed to optimize four crucial extraction conditions for maximizing yield of water-soluble dietary fiber.A regression model was established for yield of water-soluble dietary fiber as a function of the four extraction conditions. Under the optimized conditions as follows：pH12，material/liquid ratio（g/mL）1∶40，hydrolysis temperature of 80℃，with hydrolysis time of 30min.Under the optimum conditions，the experimental value of yield of water-soluble dietary fiber was 25.03%and was in good agreement with the predicted value.

response surface analysis；Hetao muskmelons；water-soluble dietary fiber；preparation technology

TS255.36

B

1002-0306（2012）07-0254-04

膳食纖維是指不能被人體內(nèi)源酶消化吸收的可食用植物細(xì)胞、多糖、木質(zhì)素以及相關(guān)物質(zhì)的總和[1]。根據(jù)溶解性的不同，膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（water-soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（water-insoluble dietary fiber，IDF）兩種[2]。近年來的研究表明，SDF可以影響人體內(nèi)碳水化合物與脂類的代謝[3]，具有降低血糖、控制血壓、降低膽固醇、清除體內(nèi)自由基、抗癌和調(diào)節(jié)腸道菌群等生理保健功能[4-5]。目前國內(nèi)外已有從胡蘿卜渣[6]、香蕉皮[7]、棗渣[8]、芒果皮[9]、葡萄皮渣[10]、菠蘿皮渣[11]、沙果渣[12]等果蔬副產(chǎn)物中提取SDF的相關(guān)報道，而有關(guān)河套蜜瓜皮SDF的提取卻未見研究。本實驗以河套蜜瓜皮為實驗材料，采取化學(xué)法，通過單因素實驗和響應(yīng)曲面Box-Behnken中心設(shè)計對河套蜜瓜皮SDF的提取進行了研究，目的在于充分利用河套蜜瓜副產(chǎn)物以提高河套蜜瓜的應(yīng)用價值，豐富膳食纖維的提取來源，促進地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。

2011－06－22 *通訊聯(lián)系人

李昊虬（1987-），男，在讀碩士，主要從事果蔬生物技術(shù)方面的研究。

教育部春暉計劃合作科研項目（Z2009-1-01039）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金項目（2009NC060）。