響應(yīng)面法優(yōu)化甜杏仁油提取工藝

何余堂，王 笠，劉 賀，錢建華，勵建榮

（渤海大學化學化工與食品安全學院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧錦州121013）

響應(yīng)面法優(yōu)化甜杏仁油提取工藝

何余堂，王 笠，劉 賀，錢建華，勵建榮*

（渤海大學化學化工與食品安全學院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧錦州121013）

以遼西地區(qū)大扁杏為原料，利用酶法提取杏仁油。選取料液比、酶用量及酶解時間3個因素，采用響應(yīng)面實驗設(shè)計，優(yōu)化分離杏仁油的工藝條件。結(jié)果表明，最佳工藝參數(shù)為：料液比為1∶5.3，堿性蛋白酶1.1%，中性蛋白酶0.9%，酶解時間132min（堿性蛋白酶和中性蛋白酶分別為66min）。在此工藝條件下，杏仁油提取率為39.88%，說明響應(yīng)面法優(yōu)化杏仁油提取工藝參數(shù)效果較好。

大扁杏，甜杏仁油，酶法，響應(yīng)面法

扁杏屬薔蔽科杏屬落葉喬木果樹，其杏仁大而扁，故名大扁杏，屬于甜仁杏。大扁杏在我國華北、西北和遼寧西北部有較大的栽培面積，面積和產(chǎn)量逐年增長[1]。遼寧大扁杏主要為“龍王帽”、“一窩蜂”、“優(yōu)一”、“白玉扁”等優(yōu)良品種，其杏仁含油量大約在50%～60%[2]。大扁杏營養(yǎng)豐富，具有降低人體內(nèi)膽固醇含量，促進皮膚微循環(huán)等功效。扁杏仁是我國出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，需求量越來越大。國內(nèi)大扁杏產(chǎn)品主要為整粒銷售或加工成扁杏油，產(chǎn)品種類單一，經(jīng)濟效益偏低。因此，深加工是大扁杏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向[3]。目前提取植物油脂的主要方法有壓榨法和浸出法，兩者生產(chǎn)出的杏仁油雜質(zhì)多，色澤深，不利于進一步加工利用[4-6]。酶法提取杏仁油技術(shù)具有操作溫度低、溶解能力強、無溶劑殘留等優(yōu)點[7]，克服了壓榨法在提取過程中蛋白質(zhì)變性嚴重及溶劑提取法易氧化、酸敗等缺點。目前，遼寧省年產(chǎn)大扁杏仁近3000t，且持續(xù)穩(wěn)定增長，扁杏產(chǎn)品深加工前景廣闊。本研究以遼寧特產(chǎn)大扁杏為原料，利用酶法分離提取杏仁油，為大扁杏的綜合加工與利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甜杏仁 產(chǎn)地為遼寧省錦州義縣，含油量55.1%；中性蛋白酶 規(guī)格：0.8L型，性狀：液體，酶活力（80000U/mL）；堿性蛋白酶 規(guī)格：Alcalase 2.4L，性狀：液體，酶活力（160000U/mL） 諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司。

通用型果仁脫殼機 錦州殼牌集團有限公司；DFT-100粉碎機 溫嶺市大德中藥機械有限公司；DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；TD5A-WS型臺式離心機 湘儀離心機儀器有限公司；L-3型雙層玻璃反應(yīng)釜 北京世紀森朗實驗儀器公司；GC2010氣相色譜儀 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 扁杏仁→預處理（去皮）→恒溫干燥→粉碎→配料液混勻→調(diào)節(jié)pH為9.0，加入堿性蛋白酶酶解→調(diào)節(jié)pH為7.0，加入中性蛋白酶酶解→85℃滅酶10min→冷卻→離心分離，3000r/min，10min→杏仁油

1.2.2 操作要點 挑選新鮮、籽粒飽滿、肉質(zhì)乳白的杏仁。浸泡杏仁，脫凈仁衣。脫皮后的杏仁烘干后在粉碎機中進行粉碎得到杏仁粉。然后將粉碎后得到的杏仁粉與一定量的水混合，將pH調(diào)至弱堿性或中性，在一定溫度下酶解浸提。在85℃下進行滅酶，除去反應(yīng)液中的酶試劑。以3000r/min的速度離心，得到上層的杏仁油。

1.2.3 杏仁油提取率計算

杏仁油提取率（%）=（杏仁油質(zhì)量/杏仁質(zhì)量）×100%。

杏仁油提取百分率（%）=（杏仁油提取率/杏仁油含量55.1%）×100%。

1.2.4 單因素實驗 選取料液比、酶用量、酶解時間3個因素，進行杏仁油提取單因素實驗。提取溫度設(shè)定為55℃。實驗水平分別為：料液比（1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7）；酶添加量（堿性蛋白酶加入量分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，中性蛋白酶加入量分別為0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）；酶解時間（60、90、120、150、180min），研究單因素對杏仁油提取率的影響。依據(jù)單因素實驗結(jié)果確定響應(yīng)面設(shè)計的因素水平。1.2.5 響應(yīng)面實驗 依據(jù)單因素實驗結(jié)果，進行響應(yīng)面法Box-Behnken模型實驗設(shè)計，以料液比、酶用量、酶解時間為獨立變量（X1、X2、X3），以杏仁油提取率為響應(yīng)值，實驗因素水平設(shè)計及結(jié)果見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平編碼表Table 1 Variables and levels in response surface method

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 采用SAS9.12對實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，進行響應(yīng)曲面的繪制。多項式模型方程擬合由決定系數(shù)R2表達，利用F檢驗分析顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜杏仁油提取單因素實驗

在料液比（原料∶水）1∶5、酶用量為0.8%，1.0%（堿性蛋白酶1.0%，中性蛋白酶0.8%）、反應(yīng)溫度55℃、酶解時間120min的條件下，改變不同參數(shù)，分別研究料液比、酶用量及酶解時間對杏仁油提取率的影響。

2.1.1 料液比對杏仁油提取率的影響 在堿性蛋白酶加入量為1.0%，中性蛋白酶加入量為0.8%，酶解時間為120min，溫度為55℃的條件下，料液比分別為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，研究料液比對杏仁油提取率的影響。結(jié)果見圖1，料液比為1∶5時，杏仁油提取率比較高，達到37.75%；料液比過高或過低，均導致提取率下降。

圖1 料液比對杏仁油提取率的影響Fig.1 Effect of material-liquid ratio on almond oil extraction percentage

2.1.2 酶添加量對杏仁油提取率的影響 在料液比1∶5，酶解時間為120min，溫度為55℃的條件下，堿性蛋白酶加入量分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，中性蛋白酶加入量分別為0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%，研究酶添加量對杏仁油提取率的影響。結(jié)果見圖2，隨著酶添加量的增加，杏仁油提取率快速升高，堿性蛋白酶1.0%、中性蛋白酶0.8%時，提取率為37.83%，達到較高值；酶用量繼續(xù)增加后，提取率升高甚微。

圖2 酶用量對杏仁油提取率的影響Fig.2 Effect of enzyme additivity on almond oil extraction percentage

2.1.3 酶解時間對杏仁油提取率的影響 在料液比1∶5，堿性蛋白酶加入量1.0%，中性蛋白酶加入量0.8%，溫度55℃的條件下，酶解時間分別為60、90、120、150、180min，研究酶解時間對杏仁油提取率的影響。結(jié)果見圖3，隨著酶解時間的延長，杏仁油提取率快速升高，達到120min時，提取率達到較高值為37.65%，酶解時間繼續(xù)延長后，提取率幾乎不再增長。

圖3 酶解時間對杏仁油提取率的影響Fig.3 Effectofextrationtimeonalmondoilextractionpercentage

2.2 響應(yīng)面實驗分析

2.2.1 方差分析及二元回歸方程擬合 以杏仁油提取率為響應(yīng)值，根據(jù)表2結(jié)果，通過SAS分析獲得回歸方程的參數(shù)估計（表3），獲得回歸方程為：

杏仁油提取率（%）Y=37.63+1.95X1+6.303X2+ 1.583X3-2.674X12-0.928X1X2-5.454X22+0.363X1X3+ 0.168X2X3-2.334X32（R2=0.989）

方程的決定系數(shù)為0.989。從表4可看出，交互項不顯著，回歸方程的模型項、線性項及二次項系數(shù)均極顯著。失擬項P=0.0731gt;0.05，不顯著，說明該回歸方程對實驗擬合情況較好，實驗誤差小。可用此模型分析和預測甜杏仁油分離提取效果。

表2 響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Box-Behnken matrix design and experimental results

表3 回歸系數(shù)分析Table 3 Analysis of regression coefficients

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Variance analyses of regression equation

2.2.2 響應(yīng)曲面分析與優(yōu)化 響應(yīng)曲面見圖4～圖6。可以看出，隨著酶添加量和酶解時間的增加，甜杏仁油提取率相應(yīng)提高，然后趨于緩慢增加；料液比過大或過小均對提取率有負面影響。對回歸模型進行數(shù)學分析，得到最大響應(yīng)值所對應(yīng)的因素水平為：X1= 0.30、X2=0.56、X3=0.38，從而得到甜杏仁油提取的最優(yōu)條件：料液比為1∶5.3、酶添加量為（堿性蛋白酶1.1%，中性蛋白酶0.9%）、酶解時間為132min（堿性蛋白酶和中性蛋白酶分別為66min）；杏仁油提取率最高可達39.97%。

圖4 Y=f（X1，X2）響應(yīng)曲面立體圖Fig.4 Response surface plot for Y=f（X1，X2）

圖5 Y=f（X1，X3）響應(yīng)曲面立體圖Fig.5 Response surface plot for Y=f（X1，X3）

圖6 Y=f（X2，X3）響應(yīng)曲面立體圖Fig.6 Response surface plot for Y=f（X2，X3）

為驗證回歸模型，在最優(yōu)工藝條件下進行3次重復實驗，杏仁油提取率分別為39.88%、39.93%、39.82%，平均39.88%（誤差0.09%）。回歸方程的最大預測值與實驗數(shù)值比較接近，說明回歸方程可較真實地反映各因素對響應(yīng)值的影響。利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化甜杏仁油提取率的工藝參數(shù)，可取得較理想的結(jié)果。

3 結(jié)論與討論

在單因素實驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對甜杏仁油的提取工藝參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明，料液比、酶用量、酶解時間對甜杏仁油提取率的影響均達到顯著水平。酶法提取甜杏仁油的最佳工藝條件為：料液比為1∶5.3、酶用量（堿性蛋白酶1.1%，中性蛋白酶0.9%）、酶解時間132min（堿性蛋白酶和中性蛋白酶分別為66min）。在此條件下杏仁油提取率為39.88%，與理論值39.97%基本一致，說明采用響應(yīng)面法優(yōu)化杏仁油提取的工藝參數(shù)效果比較好。杏仁油提取率達到39.88%，明顯高于新疆小白杏杏仁油的提取率21.97%[8]。杏仁油提取率亦高于山西甜杏仁油提取率36.77%，但杏仁油提取百分率（72.38%）稍微低于山西甜杏仁的72.58%，可能與原料來源不同及酶用量有關(guān)[9]。

甜杏仁作為我國特有的資源，是一種很好的藥用兼植物蛋白源食品。對我國杏仁資源進行深加工研究和開發(fā)，將杏仁資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，具有重要的現(xiàn)實意義。

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Optimization with response surface method on sweet almond oil extraction

HE Yu-tang，WANG Li，LIU He，QIAN Jian-hua，LI Jian-rong*
（College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety，Bohai University，Liaoning Provincial Key Laboratory of Food Quality Safety and Functional Food，Jinzhou 121013，China）

Da Bian apricot from westhern Liaoning was used as material to extraction sweet almond oil with enzymatic method.The optimum extraction parameters of almond oil were obtained with the response surface method with selecting material-liquid ratio，enzyme additivity and extration time as three factors.The results showed that the optimum parameters of sweet almond oil were material-liquid ratio 1∶5.3，enzyme additivity with alkaline protease 1.1%and neutral protease 0.9%，and extraction time 132min（alkaline protease and neutral protease 66min each）.The extraction percentage of sweet almond oil was 39.88%under optimum parameters，which exhibited good effects of response surface method in optimizing parameters of almond oil extraction process.

Da Bian apricot；sweet almond oil；enzymatic method；response surface methodology

TS225.1+9

B

1002-0306（2012）01-0217-04

2011－08－30 *通訊聯(lián)系人

何余堂（1967-），男，博士，教授，研究方向：糧油植物蛋白與生物技術(shù)。

國家科技部科技人員服務(wù)企業(yè)行動項目（2009GJB00034）。