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响应面法优化沙棘果油提取工艺的研究

发布日期:2017-12-15 10:47来源:中国油脂网作者:未知点击次数:
汪晓琳
(江苏食品药品职业技术学院 酒店学院,江苏 淮安 223003)

摘要:以沙棘果浆为原料,采用复合酶酶解技术对沙棘果油进行提取,考察提取过程中加酶量、果胶酶与纤维素酶质量比、酶解温度、酶解时间对沙棘果油得率的影响。在单因素实验的基础上,采用Box-Behnken响应面分析法进行优化。确定最佳提取工艺条件为加酶量0.30 g(以100 g沙棘果浆计)、果胶酶与纤维素酶质量比1.54∶ 1、酶解温度55 ℃、酶解时间4.24 h,在此条件下,沙棘果油得率为5.28%,比优化前提高了19.7%。
关键词:沙棘果油;提取;响应面法
中图分类号:TS224;TQ644    文献标识码:A

文章编号:1003-7969(2016)12-0015-04
 

Optimization of extraction of seabuckthorn fruit oil by 
response surface methodology
WANG Xiaolin
(Hotel College,Jiangsu Food & Pharmaceutical Science College,Huaian 223003,Jiangsu,China)


Abstract:With seabuckthorn pulp as raw material,seabuckthorn fruit oil was extracted by compound enzymatic hydrolysis technology. The effects of enzyme dosage,mass ratio of pectinase to cellulose,hydrolysis temperature and hydrolysis time on the yield of seabuckthorn fruit oil were studied. based on single factor experiment,the extraction conditions were optimized by Box-Behnken response surface methodology as follows:enzyme dosage 0.30 g(based on 100 g seabuckthorn pulp),mass ratio of pectinase to cellulase 1.54∶ 1,hydrolysis temperature 55 ℃ and hydrolysis time 4.24 h. Under these conditions,the yield of seabuckthorn fruit oil was 5.28%,increasing by 19.7% than that before optimization.
Key words:seabuckthorn fruit oil; extraction; response surface methodology


  沙棘(Hippophae rhamnoides L.)又名醋柳、酸刺,是胡颓子科酸刺属的落叶灌木,由于该植株枝叶繁茂,并能抵抗风沙干旱,现已成为我国西北地区改善水土、保护生态环境的先锋树种[1-3]。同时,沙棘还具有巨大的经济开发潜力,其果实因含有极其丰富的碳水化合物、维生素C、维生素E、类黄酮、叶酸等物质,而享有“绿色黄金”的美誉。在沙棘果实中最有价值的组分应属沙棘果油,其含量占整个果实的9%左右,研究发现沙棘果油中不仅含有人体所必需的不饱和脂肪酸,还含有黄酮、酚类等生物活性物质,使得沙棘果油具有抗辐射、延缓衰老、增强人体免疫调节等功效[4-5]。
     沙棘果油巨大的开发前景使得该产品的提取已成为现阶段食品加工行业的研究热点,目前有关沙棘果油提取的方法主要有离心法、液压压榨法、有机溶剂萃取法、超临界流体萃取法等[6-9],其中离心法、液压压榨法及超临界流体萃取法存在设备能耗大、出油率低的缺点,采用有机溶剂萃取法提取沙棘果油,出油率虽高,但由于大多数有机溶剂毒性较大,因此也受到了一定的限制。本文在前人研究的基础上,根据沙棘果油在果肉细胞中的分布特点(主要分布在细胞质中),采用酶法对其进行提取,并对提取条件进行优化,以期为沙棘果油的工业化生产提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 原料与试剂
     沙棘果实购自文水县天健贸易有限公司,产地为新疆青河。
     果胶酶(活力30 000 U/g)、纤维素酶(活力50 000 U/g),常州迪沙医药科技有限公司;氢氧化钠、盐酸,均为分析纯。
1.1.2 仪器与设备
     DKB-600B型恒温水浴锅;3K-30型高速冷冻离心机,德国Sigma公司;ME204E型电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;PHS-3C型pH计;DS-1型组织捣碎机。
1.2 实验方法
1.2.1 沙棘果油提取
     选取个大饱满的沙棘果实,分离出果肉后采用组织捣碎机进行破碎制成果浆。称取100 g沙棘果浆,加入一定量的果胶酶和纤维素酶,搅拌均匀,调果浆pH 3.5,控制酶解温度和酶解时间,使其充分酶解,反应结束后,沙棘果浆于3 000 r/min离心15 min,得到沙棘果油粗品。
1.2.2 沙棘果油得率计算
     沙棘果油得率按下式进行计算[10-11]:
     沙棘果油得率=沙棘果油粗品质量/沙棘果浆质量×100%
2 结果与讨论
2.1 单因素实验
2.1.1 加酶量对沙棘果油得率的影响
     在果胶酶与纤维素酶质量比1∶ 1、酶解温度60 ℃、酶解时间5 h条件下,选取加酶量分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g(以100 g沙棘果浆计,下同),考察加酶量对沙棘果油得率的影响,结果如图1所示。

QQ截图20171215095924

图1 加酶量对沙棘果油得率的影响
  从图1可以看出,随着加酶量的增加,沙棘果油得率明显升高,当加酶量达到0.4 g时,沙棘果油得率达到最高,继续增大加酶量,沙棘果油得率出现了下降,这可能是因为果胶酶自身的特性,随着其加入量的增大,导致果浆黏度也相应增大,进而使沙棘果肉细胞壁不能被完全破坏降解,果油不能被充分提取出来。因此,选择0.4 g为实验最佳的加酶量。
2.1.2 果胶酶与纤维素酶质量比对沙棘果油得率的影响
     在加酶量0.4 g、酶解温度60 ℃、酶解时间5 h条件下,选取果胶酶与纤维素酶质量比分别为0.5∶ 1、1∶ 1、1.5∶ 1、2∶ 1、2.5∶ 1、3∶ 1,考察果胶酶与纤维素酶质量比对沙棘果油得率的影响,结果如图2所示。

QQ截图20171215095912

图2 果胶酶与纤维素酶质量比对沙棘果油得率的影响
  从图2可以看出,随着果胶酶与纤维素酶质量比的增加,沙棘果油得率逐渐升高,在质量比为1.5∶ 1 时沙棘果油得率达到最大,之后沙棘果油得率开始下降,其原因与2.1.1原因一致,果胶酶的增加使果浆黏度增大,导致复合酶不能与果肉细胞充分接触,细胞壁破坏受阻,进一步阻碍了沙棘果油的提取。本实验确定果胶酶与纤维素酶的最佳质量比为1.5∶ 1。
2.1.3 酶解温度对沙棘果油得率的影响
     在果胶酶与纤维素酶质量比1.5∶ 1、加酶量0.4 g、酶解时间5 h条件下,选取酶解温度分别为20、30、40、50、60、70 ℃,考察酶解温度对沙棘果油得率的影响,结果如图3所示。

QQ截图20171215095935

图3 酶解温度对沙棘果油得率的影响
  从图3可以看出,沙棘果油得率随着酶解温度的升高逐渐增大,当酶解温度达到50 ℃时沙棘果油得率达到最高,为4.19%,继续升高酶解温度,沙棘果油得率出现明显下降。这是因为过高的温度使复合酶失去活性,阻碍了沙棘果油的继续提取。因此,本实验确定50 ℃为最佳酶解温度。
2.1.4 酶解时间对沙棘果油得率的影响
     在果胶酶与纤维素酶质量比1.5∶ 1、加酶量0.4 g、酶解温度50 ℃条件下,选取酶解时间分别为2.5、3、3.5、4、4.5、5 h,考察酶解时间对沙棘果油得率的影响,结果如图4所示。

QQ截图20171215095947

图4 酶解时间对沙棘果油得率的影响
  从图4可以看出,随着酶解时间的延长,沙棘果油得率相应升高,在酶解时间为4.5 h时,沙棘果油得率达到最高,为4.41%,继续延长酶解时间,沙棘果油得率变化不大。从工业化角度考虑酶解时间越长,能量消耗越多。因此,为节约成本,本实验选取4.5 h为最佳酶解时间。
2.2 响应面分析优化
     根据单因素实验确定的初步结果,利用统计学软件Design Expert 8.05b中Box-Behnken中心组合实验设计原理,以加酶量(X1)、果胶酶与纤维素酶质量比(X2)、酶解温度(X3)、酶解时间(X4)4个因素为自变量,每个因素取3个水平,以-1、0、1进行编码,以沙棘果油得率(Y)为响应值进行响应面分析。Box-Behnken实验因素水平见表1,Box-Behnken实验设计与结果见表2,方差分析见表3。

表1 Box-Behnken实验因素水平

 
水平 X1/g X2 X3/℃ X4/h
-1 0.3 1.0∶ 1 45 4.0
0 0.4 1.5∶ 1 50 4.5
1 0.5 2.0∶ 1 55 5.0
 

表2 Box-Behnken实验设计与结果

 
实验号 X1 X2 X3 X4 Y/%
1 -1 -1 0 0 4.38
2 1 -1 0 0 4.60
3 -1 1 0 0 4.34
4 1 1 0 0 3.74
5 0 0 -1 -1 4.64
6 0 0 1 -1 5.02
7 0 0 -1 1 4.41
8 0 0 1 1 4.76
9 -1 0 0 -1 4.93
10 1 0 0 -1 4.85
11 -1 0 0 1 4.82
12 1 0 0 1 4.58
续表2
实验号 X1 X2 X3 X4 Y/%
13 0 -1 -1 0 4.46
14 0 1 -1 0 3.61
15 0 -1 1 0 4.46
16 0 1 1 0 4.31
17 -1 0 -1 0 4.69
18 1 0 -1 0 4.79
19 -1 0 1 0 5.24
20 1 0 1 0 4.81
21 0 -1 0 -1 4.48
22 0 1 0 -1 3.82
23 0 -1 0 1 4.05
24 0 1 0 1 3.91
25 0 0 0 0 4.86
26 0 0 0 0 4.58
27 0 0 0 0 4.68
 

表3 方差分析

 
方差来源 平方和 自由度 均方  F P
模型   4.13 14   0.29 63.46 <0.000 1
X1   0.09 1   0.09 19.03 0.000 9
X2   0.61 1   0.61 130.78 <0.000 1
X3   0.33 1   0.33 71.76 <0.000 1
X4   0.12 1   0.12 26.27 0.000 3
X1X2   0.17 1   0.17 36.19 <0.000 1
X1X3   0.07 1   0.07 15.12 0.002 2
X1X4 6.40E-003 1 6.40E-003 1.38 0.263 2
X2X3   0.12 1   0.12 26.37 0.000 2
X2X4   0.07 1   0.07 14.55 0.002 5
X3X4 2.25E-004 1 2.25E-004 0.05 0.829 5
X21   0.09 1   0.09 19.53 0.000 8
X22   1.74 1   1.74 374.13 <0.000 1
X23   0.02 1   0.02 4.02 0.068 1
X24   0.02 1   0.02 3.74 0.077 0
残差   0.06 12 4.67E-003    
失拟项   0.015 10 1.547E-003 0.08 0.998 4
纯误差   0.04 2   0.02    
总和   4.18 26  
 
  对表2实验数据进行线性回归二次多项式拟合,得到回归方程为:Y=2.09+11.71X1+2.20X2-0.19X3+1.54X4-4.10X1X2-0.27X1X3-0.80X1X4+0.07X2X3+0.52X2X4-0.003X3X4+13.04X21-2.28X22+0.002 37X23-0.23X24。
     由表3可以看出,该模型P小于 0.01,失拟项P大于0.05,相关系数R2达到0.986 7,说明该实验方法较为可靠,实验模型能够真实地描述各因素与响应值之间关系。影响最显著的一次项有X2、X3,交互项是X1X2,二次项是X22,交互项X2X3的影响也较显著。表明果胶酶与纤维素酶质量比及酶解温度对沙棘果油的提取影响较大,同时果胶酶与纤维素酶质量比与加酶量、酶解温度的交互作用也能在很大程度上影响沙棘果油的提取。
     通过软件分析得到响应曲面图(见图5),响应面的形状、曲面陡峭程度及等高线的密集程度均可以反映交互项的强弱[12-13]。从图5可以看出X1X2、X2X3的响应曲面比较陡峭,等高线较密集,说明果胶酶与纤维素酶质量比与加酶量、酶解温度的交互作用对沙棘果油提取工艺影响比较显著,这与表3方差分析所得的结果是一致的。

QQ截图20171215100004

图5 影响沙棘果油得率的各因素响应曲面图
  对所得的二次回归方程取一阶偏导,令偏导数为0,联立方程进行求解,得到X1为0.30 g、X2为1.54∶ 1、X3为55 ℃、X4为4.24 h时,Y值预测值达到最大,为5.30%。根据上述优化的实验结果,对沙棘果油的提取进行进一步的实验验证,得到沙棘果油得率为5.28%,与模型预测值相当,说明该模型描述沙棘果油提取工艺是合理的。
3 结 论
     本文以沙棘果浆为原料,采用果胶酶、纤维素酶对沙棘果油进行提取,并对提取工艺条件进行考察,在单因素实验的基础上,进一步采用Box-Behnken响应面分析法进行优化。最终得到了复合酶法提取沙棘果油的最佳条件为加酶量0.30 g(以100 g沙棘果浆计)、果胶酶与纤维素酶质量比1.54∶ 1、酶解温度55 ℃、酶解时间4.24 h,在此条件下,沙棘果油得率为5.28%,比单因素实验中最佳条件下的沙棘果油得率提高了19.7%,为工业化提取沙棘果油提供了一定的理论依据。
参考文献:
[1] 臧茜茜,邓乾春,从仁怀,等.沙棘油功效成分及药理功能研究进展[J].中国油脂,2015,40(5):76-81.
[2] 刘勇,廉永善,王颖莉,等.沙棘的研究开发评述及其重要意义[J].中国中药杂志,2014,39(9):1547-1552.
[3] 张滨,粟登权,曾丹,等.响应面法提取沙棘抗氧化成分工艺优化[J].食品工业,2013,34(5):75-79.
[4] 薄海波,秦榕.沙棘果油与沙棘籽油脂肪酸成分对比研究[J].食品科学,2008,29(5):378-381.
[5] 张娟妮,赵立群,王振林.沙棘油对小鼠免疫调节作用影响的研究[J].陕西医学杂志,2008,37(9):1142-1143.
[6] 宋于洋.沙棘油提取工艺研究[J].食品科学,2006,27(10):370-372.
[7] 陈恺,李瑾瑜,田志,等.沙棘果油提取工艺的研究[J].农产品加工(学刊),2013(20):27-30.
[8] 张逸,黄凤洪,马方励,等.沙棘油提取工艺研究进展[J].中国油脂,2016,41(3):16-20.
[9] 丁健,关莹,阮成江,等.沙棘果油提取工艺的正交试验优化及其脂肪酸组分测定[J].食品科学,2016,37(2):13-18.
[10] 张丽霞,康健,吴桐.新疆沙棘籽油提取工艺研究[J].食品科技,2011,36(8):196-201.
[11] 闫克玉,杜紫娟.正交试验法优化沙棘籽油的提取工艺[J].食品研究与开发,2010,31(4):31-34.
[12] 王继国,顾晶晶,王爱芹,等.响应面方法研究新疆大果沙棘的乳酸发酵饮料工艺[J].中国酿造,2010,29(1):96-99.
[13] 游广辉,董娟,王丽娟.响应面法优化沙棘提取工艺研究[J].中国生化药物杂志,2014,34(8):180-182.

 
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