楊菁 張建英 韓越 賈龍

摘 要：以谷婪步甲成蟲(chóng)干粉經(jīng)前期脫脂、脫蛋白質(zhì)和脫無(wú)機(jī)鹽試驗(yàn)得到的甲殼素粗品為試驗(yàn)材料，通過(guò)超聲波輔助過(guò)氧化氫氧化脫色的方法，研究了谷婪步甲甲殼素的脫色工藝。在不同條件下，研究過(guò)氧化氫濃度、固液比、超聲時(shí)間、脫色溫度及pH對(duì)甲殼素脫色效果的影響，用藍(lán)光白度值作為脫色效果的判定指標(biāo)，并以白度值為響應(yīng)值通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化法進(jìn)行相關(guān)工藝的優(yōu)化。經(jīng)過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定了谷婪步甲成蟲(chóng)甲殼素粗品脫色的最佳工藝條件：過(guò)氧化氫濃度30%、固液比1∶30g/mL、超聲時(shí)間4h、脫色溫度67.53℃、溶液pH 9。在此最佳工藝條件下，測(cè)得谷婪步甲的白度值為74.2371。研究結(jié)果可為谷婪步甲粗甲殼素的脫色提供科學(xué)數(shù)據(jù)，并為后期制備殼聚糖奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：谷婪步甲;甲殼素;脫色;白度值;響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào) TS254.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）12-0113-07

Optimization of Ultrasonic Assisted Decolorization of Harpalus calceatus′s Chitin by Response Surface Methodology

YANG Jing1 et al.

（1Guyuan Branch of Ningxia Airport Limited Company，China West Airpot Group， Guyuan 756000，China）

Abstract： This study used the crude chitin of adult Harpalus calceatus as the experimental material， which needed some pretreatment like degreasing， deproteinizing and salt demineralizing.Then we applied ultrasonic-assisted hydrogen peroxide oxidation method to the research on decolorization technology of the chitin， which could be affected by the variation of hydrogen peroxide concentration， solid-liquid ratio， ultrasonic time， decolorization temperature and pH.The blue light whiteness value was set as the criteria of the decolorization effect， and the related process could be optimized by the response surface optimization method with the whiteness value as the basic response value.Finally， the conclusion could be drawn that the optimum experimental conditions for the HarpaLus calceatus chitin： the hydrogen peroxide reaction concentration was 30%; the solid-liquid ratio was 1∶30（g/ml）; the ultrasonic time was 4h; the optimal bleaching temperature was 67.53℃; the pH was 9.Under this condition， the whiteness value of the Harpalus calceatus could be measured as 74.2371. This study provided a scientific basis for the decolorization process of the crude chitin， and lying? asolid ground for the preparation of chitosan.

Key words： Harpalus calceatus; Chitin; Decolorization; Whiteness value; Response surface optimization

谷婪步甲[Harpalus calceatus （Duftschmid）]隸屬于鞘翅目步甲科，捕食種兼植食性種[1，2];成蟲(chóng)夜間出土活動(dòng)，食害谷子、玉米、小麥[3]種子造成缺苗斷壟或毀種，也危害苜蓿、草莓、馬鈴薯、胡麻、糜子[4]等。甲殼素是自然界中數(shù)量?jī)H次于蛋白質(zhì)的含氮有機(jī)物，也是僅次于纖維素的第二大天然高分子多糖，主要由動(dòng)物生成，廣泛存在于節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、原生動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、海藻、真菌[7]和動(dòng)物的關(guān)節(jié)、蹄、足的堅(jiān)硬部分，以及動(dòng)物肌肉與骨接合處均有甲殼素的存在[5]。

節(jié)肢動(dòng)物中的昆蟲(chóng)，其甲殼素含量比較高，而且鈣和重金屬含量低，雜質(zhì)少，純度高，提取過(guò)程中對(duì)水、酸、堿消耗少，生產(chǎn)成本低[6]，昆蟲(chóng)甲殼素要優(yōu)于蝦、蟹甲殼素，而昆蟲(chóng)中的甲蟲(chóng)由于具有堅(jiān)硬的外殼和鞘翅甲殼素含量更高，且甲蟲(chóng)是昆蟲(chóng)中資源量最大、種類(lèi)最多的第一大類(lèi)昆蟲(chóng)，正是潛在的甲殼素來(lái)源[7]。甲蟲(chóng)廣泛分布于西北地區(qū)，是荒漠流沙地區(qū)的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)，其鞘翅及體壁含有豐富優(yōu)質(zhì)的甲殼素，具有一定的開(kāi)發(fā)意義。目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)甲殼素的主要材料來(lái)源是水產(chǎn)加工后廢棄的蝦、蟹殼[8]、魚(yú)鱗[9]、蠶蛹[10，11]、蜣螂[12]、蟋蟀[13]等昆蟲(chóng)，有關(guān)甲蟲(chóng)中提取甲殼素的報(bào)道較少。谷婪步甲是寧夏甲蟲(chóng)的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)，當(dāng)?shù)財(cái)?shù)量多、分布廣，本研究化害為益，充分利用生物資源，變廢為寶。

由于谷婪步甲蟲(chóng)含有較高含量的色素，使得成蟲(chóng)顏色呈現(xiàn)棕色或黑色，導(dǎo)致所提取的甲殼素顏色較深，不利于甲殼素的二次加工，使其應(yīng)用范圍和商品價(jià)值受到嚴(yán)重影響，因此，脫色工藝是解決顏色帶來(lái)的產(chǎn)品弊端，生產(chǎn)高品質(zhì)甲殼素及殼聚糖的關(guān)鍵技術(shù)[14]，直接影響甲殼素的品質(zhì)。目前，關(guān)于甲殼素脫色工藝的研究，工業(yè)上主要采用日光照射和次氯酸鈉、高錳酸鉀氧化脫色等方法，也有用有機(jī)溶劑萃取脫色的報(bào)道[15]。過(guò)氧化氫作為一種易得、加熱后易分解除去的無(wú)污染氧化劑，在織物、紙漿脫色上應(yīng)用廣泛，因此在谷婪步甲提取的甲殼素的應(yīng)用，具有良好的前景。本研究采用超聲波輔助溶劑進(jìn)行脫色，利用聲波產(chǎn)生高速、強(qiáng)烈的空化效應(yīng)和溶劑分子攪拌作用，破壞材料的表面結(jié)構(gòu)，使過(guò)氧化氫滲透到甲蟲(chóng)結(jié)構(gòu)中，縮短脫色時(shí)間，提高脫色效率[16]。通過(guò)超聲波輔助過(guò)氧化氫氧化的方法對(duì)已脫脂脫蛋白脫無(wú)機(jī)鹽的谷婪步甲粗甲殼素進(jìn)行脫色，并利用響應(yīng)面進(jìn)行工藝優(yōu)化，以期為甲蟲(chóng)甲殼素的脫色提供理論參考和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 谷婪步甲成蟲(chóng)采自寧夏吳忠市紅寺堡區(qū)。高錳酸鉀、次氯酸鈉、30%過(guò)氧化氫、鹽酸、氫氧化鈉、溴化鉀，均為分析純，購(gòu)于寧夏恒元?jiǎng)?chuàng)科貿(mào)易有限公司;標(biāo)準(zhǔn)甲殼素品，食品級(jí)，購(gòu)于上海純優(yōu)生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備 ALC-210.4型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司;KA-1000型低速臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng);320A型pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;CR-400型色差儀，日本柯尼卡美能達(dá);TENSOR2型7紅外光譜儀，布魯克（北京）科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 谷婪步甲甲殼素制備工藝流程 新鮮甲蟲(chóng)→滅活→預(yù)處理→脫脂→脫蛋白→脫無(wú)機(jī)鹽→干燥→甲殼素粗品→脫色→甲殼素產(chǎn)品。

1.3.2 甲殼素制備 將新鮮的谷婪步甲成蟲(chóng)旋轉(zhuǎn)篩分去除泥土后，洗凈后置于85℃烘箱內(nèi)，裝鋁盒內(nèi)烘至恒重（誤差小于0.01g），用破碎機(jī)粉碎，過(guò)60目篩，過(guò)篩后的干蟲(chóng)粉用濾紙包浸泡于石油醚中，利用索氏提取法脫除油脂，后將已脫脂蟲(chóng)粉用堿性蛋白酶脫除蛋白質(zhì)。在室溫下，再用醋酸浸泡已脫脂脫蛋白后的蟲(chóng)粉，脫除無(wú)機(jī)鹽后，最終得到的物質(zhì)即為甲殼素粗品，此甲殼素粗品為本試驗(yàn)的試驗(yàn)材料。

1.4 谷婪步甲甲殼素脫色劑的選擇 取谷婪步甲粗甲殼素干粉1.000g置于100mL的三角瓶中，分別用20%和30%的H2O2、5%和10%的NaClO、3%和4%的KMnO4[17]，以1∶25的固液比（W/V，下同），設(shè)置超聲功率為500W、60℃下處理3h后，用定量濾紙過(guò)濾，濾渣蒸餾水水洗（若用KMnO4對(duì)樣品進(jìn)行處理，需用草酸溶液中和濾渣中剩余的KMnO4，重復(fù)2次），脫色后的濾渣在85℃下烘干。烘干后利用色差儀測(cè)定脫色后甲殼素樣品白度，以白度值對(duì)比脫色工藝的脫色效果，每樣品白度重復(fù)檢測(cè)3次。

1.5 谷婪步甲甲殼素脫色的單因素試驗(yàn) 在確定最佳脫色劑后，以H2O2的濃度、固液比、超聲時(shí)間、超聲溫度、溶液pH作為影響因子，以藍(lán)光白度值為鑒定指標(biāo)，進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，確定各影響因子對(duì)谷婪步甲甲殼素粗品脫色效果的影響[18]。

1.5.1 濃度 固定其他脫色工藝條件：固液比1∶25g/mL、超聲時(shí)間3h、脫色溫度60℃、溶液pH9，考察不同過(guò)氧化氫濃度（10%、15%、20%、25%和30%），對(duì)谷婪步甲甲殼素粗品脫色效果的影響。分別稱(chēng)取甲殼素粗品0.3000g置于100mL三角瓶中，分別以5種不同濃度的H2O2在固定其他脫色工藝條件下進(jìn)行脫色處理，脫色效果比較參考1.4。

1.5.2 固液比 固定其他脫色工藝條件：過(guò)氧化氫濃度25%、超聲時(shí)間3h、脫色溫度60℃、溶液pH9，考察不同固液比（1∶10g/mL、1∶15g/mL、1∶20g/mL、1∶25g/mL、1∶30g/mL）對(duì)谷婪步甲甲殼素粗品脫色能力的影響。分別稱(chēng)取甲殼素粗品0.3000g置入5個(gè)100mL三角瓶中，分別以5種不同的固液比在固定其他脫色工藝條件下進(jìn)行脫色處理，脫色效果比較參考1.4。

1.5.3 超聲時(shí)間 固定其他脫色工藝條件：過(guò)氧化氫濃度25%、固液比1∶25g/mL、脫色溫度60℃、溶液pH9，考察不同超聲波時(shí)間（1h、1.5h、2h、2.5h、3h），對(duì)谷婪步甲甲殼素粗品脫色能力的影響。分別稱(chēng)取甲殼素粗品0.3000g置入5個(gè)100mL三角瓶中，分別以5種不同的超聲時(shí)間在固定其他脫色工藝條件下進(jìn)行脫色處理，脫色效果比較參考1.4。

1.5.4 超聲溫度 固定其他脫色工藝條件：過(guò)氧化氫濃度25%、固液比1∶25g/mL、超聲波時(shí)間3h、溶液pH 9，考察不同脫色溫度（45℃、50℃、55℃、60℃、65℃）對(duì)谷婪步甲甲殼素粗品脫色能力的影響。分別稱(chēng)取甲殼素粗品0.3000g置入5個(gè)100mL三角瓶中，分別以5種不同溫度在固定其他脫色工藝條件下進(jìn)行脫色處理，脫色效果比較參考1.4。

1.5.5 溶液pH 固定其他脫色工藝條件：過(guò)氧化氫濃度25%、固液比1∶25g/mL、超聲時(shí)間3h、脫色溫度60℃，考察不同溶液pH（5、7、9、11、13）對(duì)谷婪步甲甲殼素粗品脫色能力的影響。分別稱(chēng)取甲殼素粗品0.3000g置入5個(gè)100mL三角瓶中，分別在5種不同溶液pH在固定其他脫色工藝條件下進(jìn)行脫色處理，脫色效果比較參考1.4。

1.6 白度測(cè)定 將脫色烘干后所得谷婪步甲甲殼素產(chǎn)品用色差儀所帶附件壓成餅狀，利用色差儀測(cè)樣平臺(tái)測(cè)定白度，選用藍(lán)光白度為指標(biāo)進(jìn)行讀數(shù)。用色差計(jì)測(cè)定干燥后甲殼素樣品的白度（WH）[19，20]，以標(biāo)準(zhǔn)白板為基準(zhǔn)（Y=88.3，X=0.3135，y=0.3198），其中L*為亮度，表示坐標(biāo)顏色的亮度，取值范圍為0～100（從黑色到白色）。a*和b*是顏色的色調(diào)和飽和度，a*代表物體的紅色和綠色，正值代表紅色，負(fù)值代表綠色;b*代表物體的黃色和藍(lán)色，正值表示黃色，負(fù)值表示藍(lán)色。甲殼素樣品的白度根據(jù)亨特白度公式：[WH=100-（100-L）2+a2+b2][20]進(jìn)行計(jì)算，每處理重復(fù)3次，取平均值。

1.7 谷婪步甲甲殼素脫色工藝優(yōu)化 在單因素試驗(yàn)所得結(jié)果的基礎(chǔ)上，以白度值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取影響較大的3個(gè)因素，選取相關(guān)性最好的3個(gè)水平，設(shè)置3因素3水平的Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[21]，對(duì)谷婪步甲甲殼素脫色條件進(jìn)行優(yōu)化，各因素的3個(gè)水平采用-1、0、1進(jìn)行編碼，如表1，稱(chēng)取17份谷婪步甲干粉0.5000g，分別置于離心管中，固定超聲波功率為500W，固液比為1∶30，溶液pH9。按表1進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3次取平均值。

1.8 甲殼素的定性分析 甲殼素的定性分析采用紅外光譜分析法，將在最終條件制得的甲殼素產(chǎn)品和購(gòu)買(mǎi)的甲殼素成品分別進(jìn)行紅外光譜分析，若試驗(yàn)所得的甲殼素產(chǎn)品與甲殼素成品所得的光譜一致，說(shuō)明試驗(yàn)所得的甲殼素產(chǎn)品是甲殼素，反之不是。

1.9 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，利用SPSS 17進(jìn)行顯著性分析，采用Design Expert 10.0.7軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，建立優(yōu)化模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷婪步甲脫色劑的選擇 由圖1可知，在3種脫色劑6種濃度中，白度值由大到小依次為30%H2O2、20%H2O2、4%KMnO4、10%NaClO、5%NaClO、3%KMnO4，其中，30%H2O2的白度值最高，可高達(dá)50.01，表明其脫色效果最佳，所得的甲殼素白度最高。雖然KMnO4氧化能力較H2O2強(qiáng)，但是MnO4-體積較大，難以進(jìn)入甲殼素分子中，因此脫色效果較H2O2差。H2O2是以O(shè)22-形式起作用，分解后的產(chǎn)物是水，不會(huì)產(chǎn)生濃烈的氣味，也不會(huì)污染水及空氣，故選用H2O2作脫色劑進(jìn)行本試驗(yàn)的后續(xù)研究。經(jīng)方差分析可得，30%H2O2與20%H2O2之間無(wú)顯著差異（P>0.05），30%H2O2與3%KMnO4、4%KMnO4、5%NaClO、10%NaClO之間有顯著差異（P<0.05）。故本試驗(yàn)采用H2O2作脫色劑進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)。

2.2 谷婪步甲甲殼素脫色的單因素影響

2.2.1 過(guò)氧化氫濃度對(duì)脫色效果的影響 由圖2可知，隨著濃度的不斷增加，甲殼素白度值逐漸提高，脫色效果逐步提升，表明脫色效果與H2O2濃度呈正相關(guān)。過(guò)氧化氫濃度為30%時(shí)，白度值達(dá)到最大值，脫色能力最佳。經(jīng)方差分析，過(guò)氧化氫濃度為30%時(shí)與過(guò)氧化氫濃度為20%、25%和35%時(shí)無(wú)顯著差異（P>0.05），而過(guò)氧化氫濃度為30%時(shí)與過(guò)氧化氫濃度為10%、15%有顯著性差異（P<0.05）。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于O22-等離子間的反應(yīng)接近飽和，H2O2濃度的增加不會(huì)再影響脫色效果。因此，選擇30%的H2O2濃度進(jìn)行脫色較為合適。

2.2.2 固液比對(duì)脫色效果的影響 由圖3可知，隨著固液比的增大，白度值呈現(xiàn)出緩慢增大的趨勢(shì)。當(dāng)固液比為1∶35時(shí)，白度值達(dá)到最大值，可達(dá)43.32，脫色能力最佳。經(jīng)方差分析，固液比為1∶35與固液比為1∶10、1∶15、1∶20和1∶25均有顯著性差異（P<0.05），而與1∶30無(wú)顯著差異（P>0.05）。由此可知，隨著固液比增大，谷婪步甲甲殼素與過(guò)氧化氫液體更充分接觸，更多的過(guò)氧化氫分子使反應(yīng)進(jìn)行的較為徹底，從而使脫色效果更好。由于固液比為1∶35與1∶30白度值無(wú)顯著差異，為了節(jié)約脫色成本，采用1∶30的固液比進(jìn)行試驗(yàn)，不進(jìn)行后期結(jié)果優(yōu)化。

2.2.3 超聲時(shí)間對(duì)脫色效果的影響 由圖4可知，甲殼素白度值隨超聲時(shí)間的增加而增大，在時(shí)間為1h、1.5h、2h時(shí)脫色效果變化不明顯，2.5h時(shí)脫色效果顯著增強(qiáng)，3h時(shí)脫色能力最佳，效果最好，可達(dá)61.49。經(jīng)方差分析，超聲時(shí)間3h與超聲時(shí)間1h、1.5h、2h和2.5h均有顯著性差異（P<0.05），超聲時(shí)間3h與超聲時(shí)間3.5h之間無(wú)顯著差異（P>0.05）。因此，選擇3h進(jìn)行脫色較為合適。

2.2.4 脫色溫度對(duì)脫色效果的影響 由圖5可知，在45～50℃時(shí)脫色效果變化不明顯，55℃時(shí)脫色效果顯著增強(qiáng)，60℃時(shí)脫色效果最佳，65℃時(shí)脫色效果反而下降。經(jīng)方差分析，60℃與55℃無(wú)顯著性差異（P<0.05），與45℃、50℃、65℃有顯著性差異（P>0.05），這是由于在45～50℃時(shí)，溫度較低，H2O2的分解速率較慢;而在55℃以上時(shí)，隨著溫度升高，H2O2的分解速度加快，脫色效果快速提高。當(dāng)脫色溫度達(dá)到60℃時(shí)，白度值最大，達(dá)到57.07。而在60℃以后，再提高溫度白度值反而減小，脫色效果不佳，這可能是由于溫度過(guò)高時(shí)，H2O2受熱分解加劇，反而降低了H2O2的濃度，與溫度提高反應(yīng)速度的效應(yīng)相抵消，從而反應(yīng)速度基本保持不變甚至降低。因此，可選60℃為適宜的脫色溫度。

2.2.5 溶液pH對(duì)脫色效果的影響 由圖6可知，白度值隨pH的增加呈現(xiàn)出先增大后減少的變化趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，pH9時(shí)與其他4個(gè)pH均有顯著性差異（P<0.05）。當(dāng)pH9時(shí)，白度值最大，可達(dá)43.06，脫色效果最佳，這可能是因?yàn)閜H9環(huán)境能夠促進(jìn)H2O2的分解，加快O22-的產(chǎn)生速度。因此，谷婪步甲甲殼素的脫色宜在pH9堿性條件下進(jìn)行。同時(shí)，堿性環(huán)境也有利于去除粗甲殼素殘留的蛋白質(zhì)，所以pH選擇9，不另作后期響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的考察因素。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果 根據(jù)表1響應(yīng)面設(shè)計(jì)，確定17組設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，試驗(yàn)步驟參考1.7，試驗(yàn)方案和結(jié)果如表2所示。其中，A-過(guò)氧化氫濃度（%）、B-超聲時(shí)間（h）、C-脫色溫度（℃），-1、0、1表示設(shè)計(jì)水平。

2.3.2 回歸方程擬合及方差分析 采用響應(yīng)面程序?qū)λ脭?shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)各因素回歸擬合后，得到回歸方程為：Y=-139.416+2.01425A+8.63325B+4.68815C-0.326AB+0.05555AC+0.02625BC-0.070780A2+0.2105B2-0.04782C2。

通過(guò)響應(yīng)面設(shè)計(jì)得到回歸模型p=0.0356，小于0.05，說(shuō)明所建立模型真實(shí)可靠;失擬項(xiàng)p=0.2434，大于0.05，表明所得方程與實(shí)際擬合中非正常誤差所占比例較小，使用該方程模擬真實(shí)的脫色三因素三水平的工藝設(shè)計(jì)分析是可行的。由表3可知，脫色溫度、過(guò)氧化氫濃度、超聲時(shí)間對(duì)谷婪步甲最佳脫色工藝的影響均呈現(xiàn)顯著性差異（P<0.05），影響脫色的因素按主次順序排列為：脫色溫度（C）>過(guò)氧化氫濃度（A）>超聲時(shí)間（B）。由設(shè)計(jì)試驗(yàn)所得的響應(yīng)面交互作用曲面圖如圖7～9所示。響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果顯著表明，最佳提取工藝為：過(guò)氧化氫濃度30%、超聲時(shí)間4.0h、脫色溫度67.53℃。

2.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化圖分析 為進(jìn)一步研究各因素交互作用，利用Design-Expert10.0.7統(tǒng)計(jì)軟件繪制響應(yīng)面和等高線(xiàn)分析圖，從圖7～9中可以較明顯的分析出3個(gè)自變量對(duì)響應(yīng)值的影響以及響應(yīng)值對(duì)不同自變量變化的敏感程度。

根據(jù)回歸方程（Y）作出三維交互作用響應(yīng)面圖和等高線(xiàn)圖（圖7、圖8和圖9），可以分析各因素之間相互作用的影響。每個(gè)響應(yīng)曲面代表著其中任意一個(gè)因素為固定值時(shí)其余2個(gè)獨(dú)立因素之間的相互作用對(duì)脫色效果影響的變化趨勢(shì)，曲面圖中的最高點(diǎn)表示實(shí)驗(yàn)因素間相互作用后的最佳脫色結(jié)果。由等高線(xiàn)圖和表3可知，脫色溫度、過(guò)氧化氫濃度、超聲時(shí)間對(duì)谷婪步甲脫色的交互對(duì)作用p值均大于0.05，表明三者交互項(xiàng)的交互作用均不顯著，三者交互作用對(duì)谷婪步甲甲殼素脫色效果無(wú)影響，這與方差分析結(jié)果吻合。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn) 利用DesignExpert10.0.7軟件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析，得到谷婪步甲最佳脫色工藝為：過(guò)氧化氫反應(yīng)濃度為30%、超聲時(shí)間4h、最佳脫色溫度67.53℃。為了驗(yàn)證響應(yīng)面優(yōu)化模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了3次驗(yàn)證試驗(yàn)。實(shí)際測(cè)得的白度值為74.5356、74.3212和74.4329，與預(yù)測(cè)值74.2371接近，說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，該回歸方程可以反映各因素對(duì)谷婪步甲脫色工藝的影響，具有實(shí)用價(jià)值。

2.5 甲殼素的定性分析 通過(guò)比對(duì)在最佳脫色條件下制備的甲殼素產(chǎn)品（yts）與標(biāo)準(zhǔn)甲殼素樣品（bp）的紅外光譜圖可知，本工藝脫色制備的谷婪步甲甲殼素產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)甲殼素樣品化學(xué)結(jié)構(gòu)完全一致，說(shuō)明確系甲殼素（見(jiàn)圖10）。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果 本試驗(yàn)以谷婪步甲成蟲(chóng)為原材料，經(jīng)過(guò)前期脫脂、脫蛋白質(zhì)和脫無(wú)機(jī)鹽試驗(yàn)得到的甲殼素粗品為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化超聲波輔助過(guò)氧化氫氧化的方法，研究了谷婪步甲甲殼素粗品的脫色工藝，用藍(lán)光白度值進(jìn)行鑒定，得到了以下結(jié)論：（1）通過(guò)對(duì)H2O2、KMnO4、NaClO3種脫色劑的脫色效果進(jìn)行比較，選用H2O2作為谷婪步甲粗甲殼素的最佳脫色劑。（2）通過(guò)谷婪步甲脫色的單因素試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析可知，谷婪步甲的最佳脫色工藝為：過(guò)氧化氫濃度25%、超聲時(shí)間3.0h、脫色溫度60℃、溶液pH9、固液比為1∶30。（3）用響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)超聲波輔助過(guò)氧化氫脫色的工藝進(jìn)一步優(yōu)化，建立了白度值的回歸模型，3個(gè)因素對(duì)白度值的影響大小為：脫色溫度>過(guò)氧化氫濃度>超聲時(shí)間，總模型P=0.0356，表明試驗(yàn)結(jié)果顯著。最佳脫色工藝為：過(guò)氧化氫濃度30%、超聲時(shí)間4.0h、脫色溫度67.53℃。（4）在最佳脫色工藝條件下，最佳理論白度值為74.2771，進(jìn)行2次驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)證試驗(yàn)白度值為74.5356、74.3212和74.4329，與模型預(yù)測(cè)結(jié)果相近，驗(yàn)證了該模型的可靠性，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論與討論

3.1 誤差分析 在試驗(yàn)過(guò)程中，造成的誤差主要有以下幾個(gè)方面：（1）超聲波清洗器的溫度不太精準(zhǔn)，往往會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行溫度跳到高于所設(shè)定的溫度值2～3℃，從而造成實(shí)驗(yàn)誤差。對(duì)此，我們采用的辦法是向清洗器里不時(shí)地加入自來(lái)水，同時(shí)排出溫度較高的水，從而降低到實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的溫度。（2）進(jìn)行pH影響的單因素試驗(yàn)時(shí)，加入30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至堿性。由于過(guò)氧化氫液體與氫氧化鈉溶液反應(yīng)過(guò)于劇烈，反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，常常會(huì)將蟲(chóng)粉沖出反應(yīng)器皿以外。因此，該單因素試驗(yàn)更換了較大的反應(yīng)器皿，而且降低了調(diào)節(jié)pH的氫氧化鈉的濃度，將其濃度由30%調(diào)至5%，進(jìn)行后期試驗(yàn)。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn) （1）化害為益：本試驗(yàn)以谷婪步甲成蟲(chóng)為原料，谷婪步甲為寧夏及周邊普遍存在的一種農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)，用它提取甲殼素，化害為益，為甲殼素的制備提供新的材料來(lái)源。（2）化繁為簡(jiǎn)：采用超聲波輔助過(guò)氧化氫氧化脫色的方法進(jìn)行脫色，縮短了試驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間，節(jié)約了成本。

3.3 研究展望 本試驗(yàn)以谷婪步甲成蟲(chóng)為原材料，研究婪步甲甲殼素的脫色工藝，并確定了谷婪步甲的最佳試驗(yàn)條件。本研究為谷婪步甲等農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的利用提供了新思路，為谷婪步甲等甲蟲(chóng)粗甲殼素的脫色提供了科學(xué)數(shù)據(jù)，并為后期制備殼聚糖奠定基礎(chǔ)。

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（責(zé)編：張宏民）