響應面法優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

（新疆石河子大學食品學院，新疆石河子832000）

響應面法優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*

（新疆石河子大學食品學院，新疆石河子832000）

利用響應面分析法對新疆杏仁蛋白提取工藝進行了優化。在單因素試驗的基礎上，選取三因素三水平進行響應面分析，確定各工藝條件的影響因子，以杏仁蛋白得率為響應值進行條件優化。實驗結果表明提取時間、提取溫度及pH對蛋白得率影響顯著，新疆杏仁蛋白最優提取工藝為提取時間35min，提取溫度56℃，pH9.4，此時杏仁蛋白得率為23.36%。

響應面；杏仁蛋白；提取

新疆杏仁也叫杏實，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[3]。杏仁營養豐富，每100 g杏仁中蛋白質含量約為25 g，其蛋白質富含各種氨基酸，其中甜杏仁中含有人體必需的8種氨基酸[2，4]，是一種優質的植物蛋白資源。

響應面分析法（Response Surface Method）是一種優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響應值的影響，精確表達因素和響應值之間的關系[5]。近年來，響應面分析法已被越來越多的應用于食品工業的分析研究中，本文以杏仁蛋白得率為響應值，在單因素試驗的基礎上，利用響應面法對杏仁蛋白的堿溶酸沉法提取工藝進行了優化，得到提取工藝的最優組合，為實際生產提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器設備

杏仁：市售；HF3電熱恒溫鼓風干燥箱：江蘇金壇恒豐儀器廠；臺式高速離心機（Neofuge）：力康發展有限公司；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。準確稱取原料2.00 g，按比例加入蒸餾水，用1mol/LNaOH調節pH，在設定的溫度和時間下進行攪拌提取。提取液以3 500 r/min離心20min，取上清液，以1mol/LHCl調節至等電點，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=粗蛋白質量/原料質量×100%

1.2.3 單因素試驗

按照1.2.2方法考查提取時間（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）]對杏仁蛋白得率的影響。

1.2.4 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，運用design-expert8.0軟件程序，根據Box-Behnken中心組合實驗設計原理，采用三因素三水平的響應面分析法，以杏仁蛋白得率為響應值，通過響應面分析對提取條件進行優化。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 提取時間對蛋白得率的影響

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

圖1 提取時間對蛋白得率的影響Fig.1 Effect of extrac time on the yield of protein

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

2.1.2 液料比對杏仁蛋白得率的影響

按1.2.2方法，在提取時間60min、溫度40℃、pH9.5條件下，考察不同液料比對蛋白得率的影響，結果見圖2。

由圖2可知，當液料比為15∶1（mL/g）時，可達到較高的蛋白得率；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，達到了最優提取效果；液料比過大會增加溶劑用量，且為后續操作帶來困難。

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

2.1.3 pH對蛋白得率的影響

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

圖3 pH對蛋白得率的影響Fig.3 Effect of extrac pH on the yield of protein

由圖3可知，pH9.0時達到了較高的蛋白得率，繼續增加pH到9.5得率變化不大，提取液堿性繼續增高，則出現得率明顯下降，這是由于在較強的堿性條件下易造成蛋白質的變性，同時使蛋白產品的顏色變深，蛋白質長時間受強堿作用會引起“胱賴反應”，還會生成有毒化合物[6]。

2.1.4 提取溫度對蛋白得率的影響

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

圖4 提取溫度對蛋白得率的影響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；當溫度達到60℃，出現了得率的最高點，繼續增高溫度，則由于在高溫下蛋白質疏水基團暴露導致蛋白質分子之間凝聚或是高溫導致的蛋白質發生變性，使得蛋白得率出現急劇下降。

2.2 響應面法確立最佳工藝條件

在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken中心組合設計原理，設計三因素、三水平共17個實驗點進行實驗，設計方案與試驗結果見表1。

表1 響應面實驗方案及結果分析Table1 Design and Results of RSM experiments

對實驗結果進行多元擬合回歸，得到以蛋白得率（Y）為因變量，以提取時間（A）、提取溫度（B）、pH（C）為自變量的回歸方程為：

利用Design Expert軟件對數據進行回歸分析，得到方差分析結果見表2。F lacklof fit=1.26＜F0.05（3，5）= 5.41，說明該模型擬合較好，實驗誤差小；F Model= 16.70＞F0.01（9，5）=10.15，說明模型是顯著的，能夠較好的預測數值；在描述各因子與響應值之間的關系時，因變量和自變量之間的線性關系顯著（R2=95.55%），表明響應值變異的95.55%可以由該回歸方程來解釋，能夠較好的描述響應值和各因子之間的關系。回歸方程各項的方差分析結果還表明，實驗中A、B、C、AB、B2、C2因子對杏仁蛋白得率的影響顯著，表明提取時間、提取溫度、pH對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 響應面分析

利用SAS軟件對實驗結果進行統計并生成響應曲面圖及等高線圖，見圖5。

圖5 各因素交互作用對蛋白得率影響的響應面及等高線圖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。從以上響應面圖和等高線圖可以看出，A（提取時間）、B（提取溫度）對提取效果的影響較顯著，表現為曲面較陡，隨著提取時間和提取溫度的增加，蛋白質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的分析結果相一致。

2.4 最佳工藝的確定及驗證試驗

對二次多項回歸方程求偏導得最優工藝組合為提取時間35min、提取溫度55.96℃、pH9.372，預測響應值為23.446。為檢驗RSM法的可靠性，采用上述最優條件進行驗證實驗，基于實驗操作的可能性，選取取提取時間35min，提取溫度56℃，pH9.4，得到的響應值為23.36%，與理論值誤差為1.2%，符合要求。

3 結論

以新疆杏仁為原料，利用堿溶酸沉法提取其中蛋白質，考查提取時間、提取溫度、pH及液料比對蛋白得率的影響，通過單因素試驗發現，前3個因素對實驗結果的影響較顯著。利用Box-Behnken實驗設計原理，設計三因素三水平共17組實驗，經過數據分析得到杏仁蛋白最優提取工藝為：提取時間35min、提取溫度56℃、pH9.4，經過實驗驗證，此時杏仁蛋白得率可達到23.36%。

[1]特產百科網.新疆甜杏仁[EB/OL].2013-04-12,http://baike.techan. com/guolei/8072.html

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

[3]新疆太陽鳥進出口有限公司.新疆特產——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SRP資助項目,項目編號：SRP2012145

尹文鵬（1993—），男（漢），本科在讀，研究方向：農產品加工及貯藏工程。

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