响应面法优化新疆杏仁蛋白提取工艺的研究

尹文鹏，孟春棉，丁慧，王庆玲

（新疆石河子大学食品学院，新疆石河子832000）

响应面法优化新疆杏仁蛋白提取工艺的研究

尹文鹏，孟春棉，丁慧，王庆玲*

（新疆石河子大学食品学院，新疆石河子832000）

利用响应面分析法对新疆杏仁蛋白提取工艺进行了优化。在单因素试验的基础上，选取三因素三水平进行响应面分析，确定各工艺条件的影响因子，以杏仁蛋白得率为响应值进行条件优化。实验结果表明提取时间、提取温度及pH对蛋白得率影响显著，新疆杏仁蛋白最优提取工艺为提取时间35min，提取温度56℃，pH9.4，此时杏仁蛋白得率为23.36%。

响应面；杏仁蛋白；提取

新疆杏仁也叫杏实，俗称巴旦杏、巴旦木，蔷薇科扁桃属，是一种十分重要的干果油料及药用树[1]。新疆杏树资源丰富，栽培历史悠久，杏总面积为19.9×104hm2，年产量为1.25.2×106t[2]，居世界四大干果之首，主要集中在和田、喀什、阿克苏等南疆地区[3]。杏仁营养丰富，每100 g杏仁中蛋白质含量约为25 g，其蛋白质富含各种氨基酸，其中甜杏仁中含有人体必需的8种氨基酸[2，4]，是一种优质的植物蛋白资源。

响应面分析法（Response Surface Method）是一种优化工艺条件的有效方法，可用于确定各因素及其交互作用在工艺过程中对响应值的影响，精确表达因素和响应值之间的关系[5]。近年来，响应面分析法已被越来越多的应用于食品工业的分析研究中，本文以杏仁蛋白得率为响应值，在单因素试验的基础上，利用响应面法对杏仁蛋白的碱溶酸沉法提取工艺进行了优化，得到提取工艺的最优组合，为实际生产提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器设备

杏仁：市售；HF3电热恒温鼓风干燥箱：江苏金坛恒丰仪器厂；台式高速离心机（Neofuge）：力康发展有限公司；VP30型真空抽滤装置：上海将来试剂有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原料预处理

新鲜杏仁于恒温干燥箱中50℃烘干至恒重，手工去皮，粉碎机粉碎，石油醚脱脂，回收石油醚，即得脱脂杏仁粉，过筛备用。

1.2.2 杏仁蛋白提取工艺

采用碱溶酸沉法提取新疆杏仁蛋白。准确称取原料2.00 g，按比例加入蒸馏水，用1mol/LNaOH调节pH，在设定的温度和时间下进行搅拌提取。提取液以3 500 r/min离心20min，取上清液，以1mol/LHCl调节至等电点，真空抽滤得沉淀，蒸馏水洗至中性，恒温干燥得粗杏仁蛋白。

杏仁蛋白得率=粗蛋白质量/原料质量×100%

1.2.3 单因素试验

按照1.2.2方法考查提取时间（30、45、60、75、90 min）、提取温度（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）]对杏仁蛋白得率的影响。

1.2.4 响应面试验

在单因素试验的基础上，运用design-expert8.0软件程序，根据Box-Behnken中心组合实验设计原理，采用三因素三水平的响应面分析法，以杏仁蛋白得率为响应值，通过响应面分析对提取条件进行优化。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 提取时间对蛋白得率的影响

按1.2.2方法，在液料比15∶1（mL/g）、温度40℃、pH9.5条件下，考察不同提取时间对蛋白得率的影响，结果见图1。

图1 提取时间对蛋白得率的影响Fig.1 Effect of extrac time on the yield of protein

由图1可知，提取时间在45min时，杏仁蛋白得率达到最高值。时间过短原料中的蛋白没有完全溶出造成提取率不高；时间过长则由于碱液中蛋白质浓度达到动态平衡，使可溶性蛋白无法继续溶出。

2.1.2 液料比对杏仁蛋白得率的影响

按1.2.2方法，在提取时间60min、温度40℃、pH9.5条件下，考察不同液料比对蛋白得率的影响，结果见图2。

由图2可知，当液料比为15∶1（mL/g）时，可达到较高的蛋白得率；液料比过低则溶剂的提取能力有限，限制了可溶性蛋白的溶出，随着液料比增大，达到了最优提取效果；液料比过大会增加溶剂用量，且为后续操作带来困难。

图2 液料比对蛋白得率的影响Fig.2 Effect of ratio of solid to liquid on the yield of protein

2.1.3 pH对蛋白得率的影响

按1.2.2方法，在提取时间60min、液料比15∶1（mL/g）、温度40℃条件下，考察不同提取pH对蛋白得率的影响，结果见图3。

图3 pH对蛋白得率的影响Fig.3 Effect of extrac pH on the yield of protein

由图3可知，pH9.0时达到了较高的蛋白得率，继续增加pH到9.5得率变化不大，提取液碱性继续增高，则出现得率明显下降，这是由于在较强的碱性条件下易造成蛋白质的变性，同时使蛋白产品的颜色变深，蛋白质长时间受强碱作用会引起“胱赖反应”，还会生成有毒化合物[6]。

2.1.4 提取温度对蛋白得率的影响

按1.2.2方法，在提取时间60 min、液料比15∶1（mL/g）、pH9.5条件下，考察不同提取温度对蛋白得率的影响，结果见图4。

图4 提取温度对蛋白得率的影响Fig.4 Effect of extract temperture on the yield of protein

由图4可知，在较低的温度下（＜50℃），蛋白得率较低，可能是低温不利于蛋白的溶出；当温度达到60℃，出现了得率的最高点，继续增高温度，则由于在高温下蛋白质疏水基团暴露导致蛋白质分子之间凝聚或是高温导致的蛋白质发生变性，使得蛋白得率出现急剧下降。

2.2 响应面法确立最佳工艺条件

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，设计三因素、三水平共17个实验点进行实验，设计方案与试验结果见表1。

表1 响应面实验方案及结果分析Table1 Design and Results of RSM experiments

对实验结果进行多元拟合回归，得到以蛋白得率（Y）为因变量，以提取时间（A）、提取温度（B）、pH（C）为自变量的回归方程为：

利用Design Expert软件对数据进行回归分析，得到方差分析结果见表2。F lacklof fit=1.26＜F0.05（3，5）= 5.41，说明该模型拟合较好，实验误差小；F Model= 16.70＞F0.01（9，5）=10.15，说明模型是显著的，能够较好的预测数值；在描述各因子与响应值之间的关系时，因变量和自变量之间的线性关系显著（R2=95.55%），表明响应值变异的95.55%可以由该回归方程来解释，能够较好的描述响应值和各因子之间的关系。回归方程各项的方差分析结果还表明，实验中A、B、C、AB、B2、C2因子对杏仁蛋白得率的影响显著，表明提取时间、提取温度、pH对蛋白得率均有较显著的影响；B2、C2影响显著说明碱溶酸沉法提取杏仁蛋白过程中提取温度、pH对杏仁蛋白的得率影响是非线性的。

表2 回归方程方差分析Table2 Variance analysis of regression equation

2.3 响应面分析

利用SAS软件对实验结果进行统计并生成响应曲面图及等高线图，见图5。

图5 各因素交互作用对蛋白得率影响的响应面及等高线图Fig.5 Response suiface and contour plots illustrating the interractive effects of the extraction rate of protein

等高线图的形状可以反映出交互作用的强弱，椭圆形表示两交互作用显著，而圆形则与之相反。从以上响应面图和等高线图可以看出，A（提取时间）、B（提取温度）对提取效果的影响较显著，表现为曲面较陡，随着提取时间和提取温度的增加，蛋白质得率也随之显著增加；AB交互作用的等高线图呈椭圆形，说明A、B因子之间的交互作用较显著。以上图形分析与方差分析中FAB＜0.05的分析结果相一致。

2.4 最佳工艺的确定及验证试验

对二次多项回归方程求偏导得最优工艺组合为提取时间35min、提取温度55.96℃、pH9.372，预测响应值为23.446。为检验RSM法的可靠性，采用上述最优条件进行验证实验，基于实验操作的可能性，选取取提取时间35min，提取温度56℃，pH9.4，得到的响应值为23.36%，与理论值误差为1.2%，符合要求。

3 结论

以新疆杏仁为原料，利用碱溶酸沉法提取其中蛋白质，考查提取时间、提取温度、pH及液料比对蛋白得率的影响，通过单因素试验发现，前3个因素对实验结果的影响较显著。利用Box-Behnken实验设计原理，设计三因素三水平共17组实验，经过数据分析得到杏仁蛋白最优提取工艺为：提取时间35min、提取温度56℃、pH9.4，经过实验验证，此时杏仁蛋白得率可达到23.36%。

[1]特产百科网.新疆甜杏仁[EB/OL].2013-04-12,http://baike.techan. com/guolei/8072.html

[2]杜阿楠,张春红,纪淑娟,等.杏仁蛋白质的特性与深加工利用[J].中国酿造,2008(10):23-24

[3]新疆太阳鸟进出口有限公司.新疆特产——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]李新华,闫荣.辽西大扁杏杏仁蛋白的组成及碱法提取工艺的研究[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

石河子大学SRP资助项目,项目编号：SRP2012145

尹文鹏（1993—），男（汉），本科在读，研究方向：农产品加工及贮藏工程。

*通信作者：王庆玲（1981—），女，讲师，在读博士，研究方向：食品质量安全。