二次回归正交旋转设计优化蛋黄油提取工艺研究

刘竹青 陈有亮

(浙江大学动物科学学院，杭州 310058)

蛋黄油是蛋黄中的三酰甘油、胆固醇和微量核黄素等物质的统称［1］。它含有多种不饱和脂肪酸［2］，具有防治心脑血管疾病［3］、增强免疫力［4］、提高记忆力［5］等多种生理功能。广泛用于冻伤［6］、烫伤［7］及保健食品等方面。

蛋黄油的传统提取采用干馏法、烘焙法，其操作简单，但出油率低，产品质量不易控制，难以大规模生产［8］。近年来，有机溶剂提取法［9］、酶法提取法［10］、亚临界丙烷提取［11］以及超临界 CO2提取［12］逐渐被引入到蛋黄油的提取。其中有机溶剂提取法在工业生产上应用最多［13］，此方法设备投资小，生产成本低，提取效率高，经济性较好。但有机溶剂提取法存在一定的溶剂残留，尤其有些溶剂还具有毒性。本文采用无毒溶剂乙醇作为萃取剂，从已经提取磷脂的鸭蛋黄渣中提取蛋黄油，以提高产品的安全性，为更充分利用蛋黄资源以及更广泛地应用蛋黄油提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

蛋黄渣:自制，用鸭蛋黄液加10倍92%乙醇提取磷脂后，再在45～55℃烘干。

无水乙醇、甲醇、氯仿:AR，国药集团化学试剂有限公司。

L－550低速离心机:湖南湘仪离心机仪器有限公司;恒温水油浴锅:上海羌强仪器设备有限公司;R系列旋转蒸发器:上海申生科技有限公司;BAO－250A精密鼓风干燥箱:施都凯仪器设备(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 提取工艺流程

鸭蛋黄渣→无水乙醇提取→离心→上清液浓缩→干燥→蛋黄油

1.2.2 操作要点

提取:每次试验取50 g蛋黄渣，加入一定倍数的无水乙醇，在高温下回流提取。

离心:在4 000 r/min下离心15 min，收集上清液。

浓缩:将上清液在50℃下旋转蒸发浓缩，除去乙醇。

干燥:将浓缩后的油脂放入鼓风干燥箱中，65℃下干燥，称重。

1.2.3 蛋黄渣总油脂含量测定

采用氯仿－甲醇提取法测定蛋黄渣油脂的质量分数［14］。

1.2.4 蛋黄出油效率计算

1.2.5 单因素试验设计

分别单独考察料液比(1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL)、提取温度(60、70、80、90 ℃)、提取时间(30、40、50、60、70、80、90 min)对出油效率的影响。

1.2.6 二次回归正交旋转组合设计［15］

根据1.2.5节单因素试验结果确定考察因素水平，设计二次回归正交旋转组合设计。1.2.7数据处理采用SAS软件对二次回归正交旋转组合试验结果进行处理［16］。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比对出油效率的影响

固定提取温度80℃，提取时间60 min，进行单因素试验。由图1可知，出油效率随料液比的增大而上升，但料液比≤1∶10时，提取率升高幅度较小;当料液比1∶12时，提取率大幅度提高，达到90%以上。因此确定最佳料液比为1∶12 g/mL左右为宜。

图1 料液比对出油效率的影响

2.1.2 提取温度对出油效率的影响

固定料液比1∶10，提取时间60 min，进行单因素试验。由图2可知，当温度在60～75℃的范围内时，提取率随着温度的升高而增加，这是因为蛋黄油在无水乙醇中的溶解度随着温度的升高而增加。当温度超过75℃时，由于温度过高，蛋黄油不稳定，从而出油效率下降。因此，提取温度不宜过高，同时考虑到能耗成本，温度控制在75℃左右为宜。

图2 提取温度对出油效率的影响

2.1.3 提取时间对蛋黄油提取率的影响

固定料液比1∶10，提取温度80℃，进行单因素试验。由图3可知，提取时间在40～60 min范围内时，出油效率随时间的延长而增加，但提取时间过长，出油效率反而急剧下降。考虑到提取时间过长会增加蛋黄油的不稳定性，延长生产周期，增加成本，因此，提取时间为1 h左右为宜。

图3 提取时间对出油效率的影响

2.2 二次回归正交旋转组合设计及试验结果分析

2.2.1 二次回归正交旋转组合试验设计及结果

在单因素试验的基础上，确定各因素较佳的水平进行二次回归正交旋转组合设计，试验因素、水平及编码见表1，试验结果见表2。

表1 二次回归正交旋转组合设计的因素水平编码表

表2 二次回归正交旋转组合试验结果

续表

2.2.2 回归方程及分析

根据表2结果，通过SAS软件分析，建立蛋黄油提取率与三因素的数学回归模型，得到回归方程:

式中:X1、X2、X3分别为料液比、提取温度、提取时间的编码值。

回归模型方差分析和回归系数检验结果如表3和表4所示。由表3可知，方程失拟检验F1=0.37＜ F0.05(5，8)=3.69，P=0.858 2，检验不显著，说明未知因子对试验结果干扰很小;拟合检验F2=22.08＞ F0.01(9，13)=4.19，P ＜0.000 1，检验极显著，说明所得方程与实际情况拟合很好，可准确反映料液比、提取温度和提取时间对出油效率的影响。同时，复相关系数R2=0.94，直观显示出油效率与料液比、提取温度和提取时间的高相关度。

表3 回归模型方差分析表

由表4可知，影响出油效率各因素的主次顺序为X1＞X2＞X3，即料液比对出油效率影响最大，其次是提取温度，最后是提取时间。

表4 回归系数检验表

2.2.3 单因子效应分析

采用降维分析方法，将其他因子固定在0水平，得到单因子的效应方程，以此来描述该因子变动对Y值的影响。单因子效应曲线图如图4所示

图4 单因子效应曲线

由图4可知，在试验范围内，料液比对出油效率的影响是持续增大的，当编码值大于1时，提取率的增大趋势趋于平缓。提取温度和提取时间对出油效率的影响趋势都是先增大后减小。当编码小于0.25时，提取温度和提取时间表现为正效应;当编码值大于0.25时，表现为负效应。

2.2.4 双因子效应分析

由表3可知，X1X3、X2X3的交互作用不显著，只有X1X2交互作用显著。因此只分析料液比与提取温度间的交互效应，其交互效应方程为:

X1与X2的交互效应曲线如图5所示。

由图5可知，在一定范围内，增大溶剂倍数和升高提取温度都可增加出油效率。当提取温度固定在最低水平时，料液比对蛋黄油提取率影响微弱，当料液比固定在最低水平时，提取率随着温度的升高，先增大后减小。这表明料液比与提取温度有着明显的交互作用，出油效率的变化不是单纯料液比与提取温度的线性叠加。当料液比编码值在0～1.682，提取温度编码值在0～1.682时，交互作用达到最大。

图5 料液比与提取温度的交互效应曲线

2.2.5 最佳提取条件及验证

通过回归方程求Y极值，在本试验条件下，出油效率的理论极值为94.30%，此时提取最佳条件为:X1=1.682、X2=1.107、X3=0.810，即料液比为1∶12、提取温度为81.64℃、提取时间为52.30 min。在最佳试验条件下进行验证试验，提取率可达92.60%，与理论值接近。进一步验证了回归模型的合理性。

3 结论

3.1 本试验应用二次回归正交旋转组合设计，建立出油效率与料液比、提取温度，提取时间的回归模型，模型与实际拟合性好，能有效反映实际情况，为利用无水乙醇提取蛋黄油的工艺提供了基础。

3.2 通过SAS软件分析，得到了蛋黄油最佳提取工艺为:料液比1∶12、提取温度为82℃、提取时间52 min。最高理论出油效率可达94.30%在试验范围内，各因素对出油效率作用大小依次为料液比＞提取温度＞提取时间。因此，用乙醇提取蛋黄油是一种安全，高效，操作简便的方法。

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