尹文鵬，孟春棉，丁慧，王慶玲

（新疆石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

響應(yīng)面法優(yōu)化新疆杏仁蛋白提取工藝的研究

尹文鵬，孟春棉，丁慧，王慶玲*

（新疆石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子832000）

利用響應(yīng)面分析法對(duì)新疆杏仁蛋白提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取三因素三水平進(jìn)行響應(yīng)面分析，確定各工藝條件的影響因子，以杏仁蛋白得率為響應(yīng)值進(jìn)行條件優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提取時(shí)間、提取溫度及pH對(duì)蛋白得率影響顯著，新疆杏仁蛋白最優(yōu)提取工藝為提取時(shí)間35min，提取溫度56℃，pH9.4，此時(shí)杏仁蛋白得率為23.36%。

響應(yīng)面；杏仁蛋白；提取

新疆杏仁也叫杏實(shí)，俗稱巴旦杏、巴旦木，薔薇科扁桃屬，是一種十分重要的干果油料及藥用樹[1]。新疆杏樹資源豐富，栽培歷史悠久，杏總面積為19.9×104hm2，年產(chǎn)量為1.25.2×106t[2]，居世界四大干果之首，主要集中在和田、喀什、阿克蘇等南疆地區(qū)[3]。杏仁營養(yǎng)豐富，每100 g杏仁中蛋白質(zhì)含量約為25 g，其蛋白質(zhì)富含各種氨基酸，其中甜杏仁中含有人體必需的8種氨基酸[2，4]，是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源。

響應(yīng)面分析法（Response Surface Method）是一種優(yōu)化工藝條件的有效方法，可用于確定各因素及其交互作用在工藝過程中對(duì)響應(yīng)值的影響，精確表達(dá)因素和響應(yīng)值之間的關(guān)系[5]。近年來，響應(yīng)面分析法已被越來越多的應(yīng)用于食品工業(yè)的分析研究中，本文以杏仁蛋白得率為響應(yīng)值，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法對(duì)杏仁蛋白的堿溶酸沉法提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到提取工藝的最優(yōu)組合，為實(shí)際生產(chǎn)提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器設(shè)備

杏仁：市售；HF3電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：江蘇金壇恒豐儀器廠；臺(tái)式高速離心機(jī)（Neofuge）：力康發(fā)展有限公司；VP30型真空抽濾裝置：上海將來試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原料預(yù)處理

新鮮杏仁于恒溫干燥箱中50℃烘干至恒重，手工去皮，粉碎機(jī)粉碎，石油醚脫脂，回收石油醚，即得脫脂杏仁粉，過篩備用。

1.2.2 杏仁蛋白提取工藝

采用堿溶酸沉法提取新疆杏仁蛋白。準(zhǔn)確稱取原料2.00 g，按比例加入蒸餾水，用1mol/LNaOH調(diào)節(jié)pH，在設(shè)定的溫度和時(shí)間下進(jìn)行攪拌提取。提取液以3 500 r/min離心20min，取上清液，以1mol/LHCl調(diào)節(jié)至等電點(diǎn)，真空抽濾得沉淀，蒸餾水洗至中性，恒溫干燥得粗杏仁蛋白。

杏仁蛋白得率=粗蛋白質(zhì)量/原料質(zhì)量×100%

1.2.3 單因素試驗(yàn)

按照1.2.2方法考查提取時(shí)間（30、45、60、75、90 min）、提取溫度（30、40、50、60、70℃）pH（8.5、9.0、9.5、10.0、10.5）及液料比[10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1（mL/g）]對(duì)杏仁蛋白得率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用design-expert8.0軟件程序，根據(jù)Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，以杏仁蛋白得率為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面分析對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取時(shí)間對(duì)蛋白得率的影響

按1.2.2方法，在液料比15∶1（mL/g）、溫度40℃、pH9.5條件下，考察不同提取時(shí)間對(duì)蛋白得率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 提取時(shí)間對(duì)蛋白得率的影響Fig.1 Effect of extrac time on the yield of protein

由圖1可知，提取時(shí)間在45min時(shí)，杏仁蛋白得率達(dá)到最高值。時(shí)間過短原料中的蛋白沒有完全溶出造成提取率不高；時(shí)間過長則由于堿液中蛋白質(zhì)濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，使可溶性蛋白無法繼續(xù)溶出。

2.1.2 液料比對(duì)杏仁蛋白得率的影響

按1.2.2方法，在提取時(shí)間60min、溫度40℃、pH9.5條件下，考察不同液料比對(duì)蛋白得率的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，當(dāng)液料比為15∶1（mL/g）時(shí)，可達(dá)到較高的蛋白得率；液料比過低則溶劑的提取能力有限，限制了可溶性蛋白的溶出，隨著液料比增大，達(dá)到了最優(yōu)提取效果；液料比過大會(huì)增加溶劑用量，且為后續(xù)操作帶來困難。

圖2 液料比對(duì)蛋白得率的影響Fig.2 Effect of ratio of solid to liquid on the yield of protein

2.1.3 pH對(duì)蛋白得率的影響

按1.2.2方法，在提取時(shí)間60min、液料比15∶1（mL/g）、溫度40℃條件下，考察不同提取pH對(duì)蛋白得率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 pH對(duì)蛋白得率的影響Fig.3 Effect of extrac pH on the yield of protein

由圖3可知，pH9.0時(shí)達(dá)到了較高的蛋白得率，繼續(xù)增加pH到9.5得率變化不大，提取液堿性繼續(xù)增高，則出現(xiàn)得率明顯下降，這是由于在較強(qiáng)的堿性條件下易造成蛋白質(zhì)的變性，同時(shí)使蛋白產(chǎn)品的顏色變深，蛋白質(zhì)長時(shí)間受強(qiáng)堿作用會(huì)引起“胱賴反應(yīng)”，還會(huì)生成有毒化合物[6]。

2.1.4 提取溫度對(duì)蛋白得率的影響

按1.2.2方法，在提取時(shí)間60 min、液料比15∶1（mL/g）、pH9.5條件下，考察不同提取溫度對(duì)蛋白得率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 提取溫度對(duì)蛋白得率的影響Fig.4 Effect of extract temperture on the yield of protein

由圖4可知，在較低的溫度下（＜50℃），蛋白得率較低，可能是低溫不利于蛋白的溶出；當(dāng)溫度達(dá)到60℃，出現(xiàn)了得率的最高點(diǎn)，繼續(xù)增高溫度，則由于在高溫下蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)暴露導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子之間凝聚或是高溫導(dǎo)致的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，使得蛋白得率出現(xiàn)急劇下降。

2.2 響應(yīng)面法確立最佳工藝條件

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)三因素、三水平共17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果分析Table1 Design and Results of RSM experiments

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元擬合回歸，得到以蛋白得率（Y）為因變量，以提取時(shí)間（A）、提取溫度（B）、pH（C）為自變量的回歸方程為：

利用Design Expert軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到方差分析結(jié)果見表2。F lacklof fit=1.26＜F0.05（3，5）= 5.41，說明該模型擬合較好，實(shí)驗(yàn)誤差??；F Model= 16.70＞F0.01（9，5）=10.15，說明模型是顯著的，能夠較好的預(yù)測(cè)數(shù)值；在描述各因子與響應(yīng)值之間的關(guān)系時(shí)，因變量和自變量之間的線性關(guān)系顯著（R2=95.55%），表明響應(yīng)值變異的95.55%可以由該回歸方程來解釋，能夠較好的描述響應(yīng)值和各因子之間的關(guān)系。回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還表明，實(shí)驗(yàn)中A、B、C、AB、B2、C2因子對(duì)杏仁蛋白得率的影響顯著，表明提取時(shí)間、提取溫度、pH對(duì)蛋白得率均有較顯著的影響；B2、C2影響顯著說明堿溶酸沉法提取杏仁蛋白過程中提取溫度、pH對(duì)杏仁蛋白的得率影響是非線性的。

表2 回歸方程方差分析Table2 Variance analysis of regression equation

2.3 響應(yīng)面分析

利用SAS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成響應(yīng)曲面圖及等高線圖，見圖5。

圖5 各因素交互作用對(duì)蛋白得率影響的響應(yīng)面及等高線圖Fig.5 Response suiface and contour plots illustrating the interractive effects of the extraction rate of protein

等高線圖的形狀可以反映出交互作用的強(qiáng)弱，橢圓形表示兩交互作用顯著，而圓形則與之相反。從以上響應(yīng)面圖和等高線圖可以看出，A（提取時(shí)間）、B（提取溫度）對(duì)提取效果的影響較顯著，表現(xiàn)為曲面較陡，隨著提取時(shí)間和提取溫度的增加，蛋白質(zhì)得率也隨之顯著增加；AB交互作用的等高線圖呈橢圓形，說明A、B因子之間的交互作用較顯著。以上圖形分析與方差分析中FAB＜0.05的分析結(jié)果相一致。

2.4 最佳工藝的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)二次多項(xiàng)回歸方程求偏導(dǎo)得最優(yōu)工藝組合為提取時(shí)間35min、提取溫度55.96℃、pH9.372，預(yù)測(cè)響應(yīng)值為23.446。為檢驗(yàn)RSM法的可靠性，采用上述最優(yōu)條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)操作的可能性，選取取提取時(shí)間35min，提取溫度56℃，pH9.4，得到的響應(yīng)值為23.36%，與理論值誤差為1.2%，符合要求。

3 結(jié)論

以新疆杏仁為原料，利用堿溶酸沉法提取其中蛋白質(zhì)，考查提取時(shí)間、提取溫度、pH及液料比對(duì)蛋白得率的影響，通過單因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，前3個(gè)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較顯著。利用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)三因素三水平共17組實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析得到杏仁蛋白最優(yōu)提取工藝為：提取時(shí)間35min、提取溫度56℃、pH9.4，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此時(shí)杏仁蛋白得率可達(dá)到23.36%。

[1]特產(chǎn)百科網(wǎng).新疆甜杏仁[EB/OL].2013-04-12,http://baike.techan. com/guolei/8072.html

[2]杜阿楠,張春紅,紀(jì)淑娟,等.杏仁蛋白質(zhì)的特性與深加工利用[J].中國釀造,2008(10):23-24

[3]新疆太陽鳥進(jìn)出口有限公司.新疆特產(chǎn)——甜杏仁[EB/OL].http: //www.sunbirdxj.com/cpzs/ShowPhoto.asp?PhotoID=184

[4]Fem Ania A,Rossello C,Mulet A,et al.Chemical comp of bitter and sweet apricot kernels[J].Agricultural and Food Ctry,1995,2:356-361

[5]Sijin Wang,Fang Chen,Jihong Wu.Optimization of pectin extraction assisted by microwave from apple pomace using response surfacemethodology[J].Journal of Food Engineering,2007,78:693-700

[6]李新華,閆榮.遼西大扁杏杏仁蛋白的組成及堿法提取工藝的研究[J].食品科技,2009,34(5):132-135

Optimization of Extraction Technology of Protein from Xinjiang Almond by Response Surface Method

YIN Wen-peng，MENG Chun-mian，DING Hui，WANG Qing-ling*
（Food College，Shihezi University，Shihezi832000，Xinjiang，China）

Response Surface Method（RSM）was applied to optimize the extraction of protein from Xinjiang Almond。On the base of single factor experiments，using the extraction rate of protein as response value，the optimum extraction process condition was determined using a 3-factor，3-level response surface method.The results showed that extraction time，extraction temperature and pH were key factors to the extraction of protein and the optimal conditions for almond protein extraction were：extraction time was 35 min，extraction temperature was56℃and pH was 9.4，the yield was reached 23.36%.

response surface method（RSM）；almond protein；extraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.03.015

2012-08-19

石河子大學(xué)SRP資助項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào)：SRP2012145

尹文鵬（1993—），男（漢），本科在讀，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

*通信作者：王慶玲（1981—），女，講師，在讀博士，研究方向：食品質(zhì)量安全。