響應(yīng)面法優(yōu)化卵黃蛋白質(zhì)提取工藝

岳喜慶，鮑宏宇，于娜，秦嘉炎，陶冠男

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

響應(yīng)面法優(yōu)化卵黃蛋白質(zhì)提取工藝

岳喜慶，鮑宏宇*，于娜，秦嘉炎，陶冠男

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

利用有機(jī)溶劑沉淀蛋白的方法對(duì)卵黃蛋白質(zhì)的提取工藝進(jìn)行研究。采用乙醚低溫回流的方法脫去蛋黃粉中的脂肪，然后在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)曲面法優(yōu)化試驗(yàn)，以提取卵黃蛋白質(zhì)含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到卵黃蛋白質(zhì)的最佳提取條件:蛋黃粉的濃度為29%，乙醇溶液的濃度為48.7%，pH值為4.35和氯化鈉的濃度為0.018 mol/L（全部提取過(guò)程均保持0℃～4℃）。在此條件下，卵黃蛋白質(zhì)的最高提取率可達(dá)72.20%。

卵黃蛋白質(zhì)；提取工藝；響應(yīng)面法

蛋黃是雞蛋中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最為豐富的一部分，是優(yōu)質(zhì)蛋白資源最高效的供給源，同時(shí)，又兼具易于吸收，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此它被譽(yù)為維持生命的營(yíng)養(yǎng)食品[1]。近年來(lái)，世界許多國(guó)家在雞蛋的深加工，尤其是蛋黃的功能成分提取方面有了突破性的進(jìn)展。我國(guó)雖然是蛋品消費(fèi)大國(guó)，但對(duì)蛋黃開(kāi)發(fā)利用的研究起步較晚，因此更有效率的對(duì)卵黃蛋白資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，對(duì)緩解我國(guó)蛋白質(zhì)資源供應(yīng)緊張，提高蛋品的附加值，進(jìn)一步促進(jìn)蛋品消費(fèi)，更好的開(kāi)拓蛋品資源加工新途徑有著十分重要的意義[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)所掌握的提取卵黃蛋白方法較多，但這些方法普遍存在收率低、中間環(huán)節(jié)多、提取時(shí)間長(zhǎng)、成本高等諸多尚未解決的問(wèn)題[3]。這些問(wèn)題使得卵黃蛋白一直無(wú)法被合理的開(kāi)發(fā)與利用，因此通過(guò)優(yōu)化卵黃蛋白的提取工藝來(lái)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，簡(jiǎn)化提取環(huán)節(jié)已經(jīng)成為我國(guó)蛋白質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用的當(dāng)務(wù)之急[4-5]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞蛋（市售）、乙醚、乙醇、氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉。

1.2 儀器

HH-4數(shù)顯電子恒溫水浴鍋：常州國(guó)華電器有限公司；101-1 A型電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；BP120S電子天平：德國(guó)sartorius；酸度計(jì)：上海雷磁儀器廠；索氏提取器：上海貝特儀電設(shè)備廠；高速冷凍離心機(jī)：日本日立；真空冷凍干燥機(jī)；分析天平。

1.3 方法

1.3.1 蛋黃中卵黃蛋白質(zhì)提取工藝[6-8]

鮮雞蛋→去蛋殼和蛋清→得蛋黃→挑開(kāi)膜混勻→冷凍干燥→脫脂（35℃～38℃）→烘干（50℃～55℃）→有機(jī)溶劑沉淀→調(diào)節(jié)pH值（0℃～4℃）→加入氯化鈉→冷凍離心→得卵黃蛋白

1.3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[6]

首先對(duì)蛋黃粉的濃度、乙醇溶液的濃度、pH值、氯化鈉的濃度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，確定其對(duì)卵黃蛋白質(zhì)的影響關(guān)系，然后采用Box-Behnken設(shè)計(jì)法（表1）,設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。模型通過(guò)最小二乘法擬合，可表達(dá)為：Y=A0+∑AiXi+∑AiiXi+∑AijXiXj。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平及編碼Table 1 Independent variables and test design levels

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)及其分析

2.1.1 蛋黃粉濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取的影響

取0.025 mol/L氯化鈉，乙醇濃度為25%、pH4.4、溫度為0℃～4℃，蛋黃粉濃度分別采用10%、20%、30%、40%、50%、60%，測(cè)定卵黃蛋白質(zhì)的提取率，見(jiàn)圖1。

圖1 蛋黃粉濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.1 Effects of different egg yolk powder concentration on extraction rate of yolk protein

由圖1可以看出，隨著蛋黃粉濃度的增加，卵黃蛋白質(zhì)提取率的變化逐漸升高，當(dāng)?shù)包S粉濃度30%時(shí)，提取率達(dá)到最大值為50%。

2.1.2 乙醇濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取的影響

取0.025 mol/L氯化鈉，蛋黃粉濃度為30%、pH4.4、溫度為0℃～4℃，乙醇濃度分別采用15%、25%、35%、45%、55%、65%提取，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 乙醇濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.2 Effects of different ethanol concentration on extraction rate of yolk protein

由圖2可知，當(dāng)乙醇濃度45%時(shí)，提取率達(dá)到最大值。

2.1.3 pH對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取的影響

取0.025 mol/L氯化鈉，蛋黃粉濃度為30%、乙醇濃度為45%、溫度為0℃～4℃，pH分別采用4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7，確定最佳的 pH，結(jié)果見(jiàn)圖 3。

圖3 pH對(duì)對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.3 Effects of different pH placed on extraction rate of chloride concentration yolk protein

由圖3可知，當(dāng)pH值為4.4時(shí)，提取率達(dá)到最大值。

2.1.4 氯化鈉濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取的影響

取蛋黃粉濃度為30%、乙醇濃度為45%、pH4.4、溫度為0℃～4℃，氯化鈉濃度分別采用0.01、0.02、0.025、0.03、0.04 mol/L提取，確定最佳的氯化鈉濃度結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 氯化鈉濃度對(duì)對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.4 Effects of different sodium on extraction rate of yolk protein

由圖4可知，當(dāng)氯化鈉濃度為0.020 mol/L時(shí)，提取率達(dá)到最大值。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析

根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，應(yīng)用MiniTab15計(jì)算機(jī)軟件，選取蛋黃粉濃度（X1）、乙醇溶液濃度（X2）、pH 值（X3）和氯化鈉的濃度（X4）為自變量，獲得二次多元回歸方程：

Y=0.712767-0.0179167X1+0.0161583X2-0.024275 0X3-0.0527167X4-0.0743042X12-0.0397667X22-0.0703917X32-0.102729X42+0.0297000X1X2+0.0221750X1X3-0.120625X1X4-0.0150000X2X3-0.0100250 X2X4-0.0400000X3X4。回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 回歸模型方差分析結(jié)果Table 2 ANONA(analysis of variance)of items of regression equation

由表2可以看出回歸方程的P<0.01說(shuō)明卵黃蛋白質(zhì)提取率所建立的二次多項(xiàng)模型具有高度顯著性。模型的總決定系數(shù)達(dá)0.9439，說(shuō)明該模型能解釋94.39%的響應(yīng)值的變化。失擬項(xiàng)的P=0.095不顯著，表明方程對(duì)試驗(yàn)有較好的精確度和可靠性，方程對(duì)試驗(yàn)擬合良好。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示氯化鈉的濃度和pH值對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率具有極顯著的影響，而蛋黃粉濃度和乙醇溶液的濃度影響不顯著。蛋黃粉的濃度和氯化鈉的濃度之間存在極顯著的交互作用，pH與氯化鈉濃度之間存在顯著的交互作用。

2.2.2 響應(yīng)面分析與最佳工藝條件的確定

如果一個(gè)響應(yīng)曲面坡度相對(duì)平緩，表明其可以忍受處理?xiàng)l件的變異，而不影響到相應(yīng)值大小，相反，如果一個(gè)響應(yīng)曲面坡度非常陡峭，表明響應(yīng)值對(duì)于處理?xiàng)l件的改變非常敏感[9]，結(jié)果見(jiàn)圖5～圖10。

由圖5得，在蛋黃粉的濃度X1與乙醇溶液的濃度X2交互作用等高線中，等高線沿X2軸方向變化的趨勢(shì)明顯高于X1，說(shuō)明因素乙醇溶液的濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的變化比蛋黃粉的濃度變化敏感。圖6中等高線密度沿軸X3方向變化顯著密集，說(shuō)明在蛋黃粉的濃度和pH的相互作用中，pH對(duì)卵黃蛋白質(zhì)的提取率的變化比蛋黃粉的濃度變化敏感。由圖7可以看出氯化鈉的濃度等高線密度變化明顯高于蛋黃粉濃度方向的變化，說(shuō)明氯化鈉的濃度對(duì)響應(yīng)值的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蛋黃粉濃度的影響。圖8中的等高線變化趨勢(shì)顯示其沿X2方向變化的趨勢(shì)要相對(duì)高于方X3向的變化，乙醇溶液的濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的變化比pH的變化敏感。圖9中的等高線變化趨勢(shì)顯示其沿X2方向變化的趨勢(shì)要相對(duì)高于方X4向的變化，乙醇溶液的濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的變化比氯化鈉的濃度變化敏感。圖10中的等高線變化趨勢(shì)顯示其沿X4方向變化的趨勢(shì)要相對(duì)高于方X3向的變化，氯化鈉的濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率的變化比pH的變化敏感。

圖5 蛋黃粉的濃度與乙醇溶液的濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率影響響應(yīng)面和相應(yīng)等值線圖Fig.5 Effects of egg yolk powder concentration and ethanol concentration on extraction rate yolk protein

圖6 蛋黃粉濃度與pH對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率影響響應(yīng)面和相應(yīng)等值線圖Fig.6 Effects of egg yolk powder concentration and pH placed onextraction rate yolk protein

2.2.3 最優(yōu)條件的求證及驗(yàn)證

圖7 蛋黃粉的濃度與氯化鈉濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率影響響應(yīng)面和相應(yīng)等值線圖Fig.7 Effects of egg yolk powder concentration and sodium chloride concentration on extraction rate yolk protein

圖8 乙醇溶液的濃度與pH對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率影響響應(yīng)面和相應(yīng)等值線圖Fig.8 Effects of ethanol concentration and pH placed on extraction rate yolk protein

通過(guò)軟件Design-Expert求解方程，得優(yōu)化的卵黃蛋白質(zhì)提取條件為：蛋黃粉的濃度為29%，乙醇溶液的濃度為48.7%，pH4.35，氯化鈉濃度0.018 mol/L。在此條件下，卵黃蛋白質(zhì)的理論提取率72.55%。對(duì)優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次，卵黃蛋白質(zhì)的平均提取率為72.20%，與理論計(jì)算值誤差在0.35%。

圖9 乙醇溶液的濃度與氯化鈉濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率影響響應(yīng)面和相應(yīng)等值線圖Fig.9 Effects of ethanol concentration and sodium chloride concentration on extraction rate yolk protein

圖10 pH與氯化鈉濃度對(duì)卵黃蛋白質(zhì)提取率影響響應(yīng)面和相應(yīng)等值線圖Fig.10 Effects of pH placed and sodium chloride concentration on extraction rate yolk protein

3 結(jié)論

本研究利用有機(jī)溶劑法提取卵黃蛋白，并應(yīng)用響應(yīng)面分析法優(yōu)化提取工藝條件，依據(jù)回歸分析確定各工藝條件的影響因子，從而得到優(yōu)化的工藝參數(shù)：蛋黃粉的濃度為29%，乙醇溶液的濃度為48.7%，pH4.35，氯化鈉濃度0.018 mol/L，在此條件下卵黃蛋白的提取率為（72.20±0.35）%。

[1]李勇,劉新民.雞蛋的功能性及其制品[J].中國(guó)食品與營(yíng)養(yǎng),2001(5):28-29

[2]唐傳核,彭志英.雞蛋蛋黃活性成分的生理功能及開(kāi)發(fā)[J].廣州食品工業(yè)科學(xué)技術(shù),2001,16(2):53-55

[3]李勇.雞蛋蛋黃的功能及其制品[J].中國(guó)食品添加劑,2002(2):89-95

[4]遲玉杰.雞蛋深加工已成為當(dāng)務(wù)之急[J].河北畜牧獸醫(yī),2001,17(12):9

[5]Li G H，Le GW，Shi YH.Sundar Shrestha，Angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides derived from food proteins and their physiologicalandpharmacologicaleffects[J].Nutritionresearch，2004，24：469-486

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[7]張小燕,李小麗,范曉冬.卵黃高磷蛋白的工藝研究[J].食品科學(xué),2002,23(8):85-87

[8]李亞琴,吳守一.乙醇溶劑與超臨界CO2相結(jié)合提取高純度卵黃蛋白的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001,17(2):144-147

[9]陳莉,屠康,王海,等.采用響應(yīng)曲面法對(duì)蔡侯紅富士蘋(píng)果熱處理?xiàng)l件的優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(2):159-163

Study on Response Surface Extraction Process of Yolk Protein from Egg Yolk Powder

YUE Xi-qing,BAO Hong-yu*，YU Na,QIN Jia-yan,TAO Guan-nan
（College of Food Science and Technology，Shenyang Agriculture University，Shenyang 110161，Liaoning,China）

The extraction technology of yolk protein of egg yolk powder was studied.At first the fat was removed by petroleum ether with the method of reflux at low temperature.According to the content of protein，then the response surface methodology was used to evaluate the factors affecting extraction of yolk protein from egg yolk power based on single factor test.The optimum conditions are established as follows:egg yolk powder density was 29%,ethanol content was 48.7%while the pH value of 4.35 at 0.018 mol/L salinity.Under this condition,the protein extraction efficiency was high as 72.20%.

egg yolk powder;extraction process;response surface methodology

岳喜慶（1967—），男（漢），教授，博士，研究方向：動(dòng)物性食品加工。

*通信作者

2010-11-03