响应曲面法优化南瓜皮果胶的酶提工艺

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摘要：研究南瓜（Cucurbita moschata）皮果胶的最佳提取工艺条件，在预试验的基础上采用Box-Behnken Design设计方法，研究了纤维素酶浓度、pH、液固比、提取温度及其交互作用对南瓜皮果胶提取率的影响。结果表明，最佳工艺条件为酶浓度0.5%、pH 4.34、温度40 ℃、液固比24.63∶1（mL∶g），在此条件下进行验证试验得到果胶提取率为16.3%。

关键词：南瓜（Cucurbita moschata）；果胶；纤维素酶；响应曲面法

中图分类号：S642.1；TS209；R284.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）14-3704-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.14.041

Abstract： optimal extract conditions for the extraction of pectin from the pumpkin peel were researched，on the basis of single factor tests，response surface analysis experiment was designed by Design Expert8.0.6 the effects of the concentration cellulose solution. material/liquid ratio. extraction temperature. extraction pH were investigated through experiment. The optimum extraction technology were Obtained as follows：the concentration of cellulose solution 0.5%，material/liquid ration 1∶24.63，extraction temperature 40 ℃，extraction pH 4.34. In this condition，the extraction rate of pectin was up to 16.25%. Under these conditions，the yield of pectin could be achieved to 16.3%.

Key words：Cucurbita moschata；pectin；cellulase；response surface methodology

果胶是植物细胞壁的重要组成部分，混合物，呈酸性，白色至淡黄色粉末，水溶性物质。果胶具有良好的胶凝性和稳定性[1]，可抗腹泻、抗癌、治疗糖尿病和减肥等[2]，在食品工业、医药加工上被广泛应用[3]。

目前国内商品果胶主要以柑橘皮、苹果渣等为原料生产，中国每年消耗约1 500 t以上果胶，据有关专家预计，果胶的需求量在相当长的时间内仍将以每年15%的速度增长，需求量与世界平均水平相比呈高速增长趋势。因此，大力开展果胶的提取分离工作，不仅能为中国食品加工领域广泛地应用优质果胶提供理论依据，而且将推动国产果胶生产的发展[4-6]。南瓜（Cucurbita moschata）皮在中国利用率极低，一直不为人们重视。研究从南瓜皮中提取果胶不仅可减少资源浪费，保护环境，在一定程度上还为果胶生产提供了原料。目前提取果胶的方法主要是酸提醇沉法、盐析法、超声波提取法等[6-8]。用酶解法提取南瓜皮果胶还较为少见。

响应曲面试验次数少、周期短，可以在因素和响应值之间的拟合出明确的回归方程，该回归方程精度高、能研究几种因素间交互作用[9]。本试验在预试验基础上再选取部分因素水平作为响应曲面优化对象，研究了提取温度、提取时间、pH、酶浓度对果胶提取率的影响，找出了最佳提取工艺条件，为实际生产提供了理论指导与技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原材料来自孝感农产品市场的新鲜、金黄、无腐烂的南瓜皮，经清洗后切碎，经120 ℃酶灭活20 min，然后在60 ℃条件下干燥20 h，干燥完毕用粉碎机进行粉碎，粉碎后过60目筛，取筛下部分作为试验原料。盐酸、氢氧化钠均为分析纯（调pH），直径7 cm定性滤纸，酒石酸、乙醇均为分析纯。

1.2 仪器与设备

干燥箱（上海福玛试验设备有限公司），中药粉碎机（天津泰新特仪器有限公司），BSA223S型电子天平[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]，PHS-25C型pH计（上海鸿盖仪器有限公司），TL-18M型台式高速冷冻离心机（上海市离心器械研究所），HH-4型水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），SHZ-Ⅲ型循环水真空泵（上海亚荣生化仪器厂）。

1.3 方法

1.3.1 果胶提取工艺流程 新鲜南瓜皮清洗干燥（先在120 ℃下烘20 min以杀青，后在60 ℃条件下烘20 h）粉碎过60目筛取1 g的原料进行水浴加热酶提离心10 min（3 000 r/min）（重复酶提与离心两次）取上清液进行醇沉（1∶2）12 h抽滤烘干至恒重（40 ℃下烘12 h）称量。

检测指标以提取率为标准。

1.3.2 响应曲面设计试验 在预试验的基础上，选取影响效果明显的因素及其最佳效果附近的3个水平进行响应曲面设计，四因素三水平分别是酶浓度（0.5%、0.7%、0.9%），温度（40、50、60 ℃），提取pH（4.0、4.4、4.8），液固比（15∶1、20∶1、25∶1）（mL∶g，下同）。在设计中，一共有29个试验点，其中24个为析因点，5个为零点，用以估算试验误差。试验以果胶提取率为响应值，试验设计因素及水平编码见表1。用Design Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归及方差分析。

2 结果与分析

2.1 响应曲面分析试验设计方案及结果

以果胶提取率为响应值，根据响应曲面设计了29组试验，试验方案及结果见表2。利用Design Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归及方差分析，方差分析结果见表3。各因子与响应值之间线性关系的显著性由F值检验来判断，P值越小则说明变量的显著性越高。由表3可知，模型的F值为29.59，P0.05，失拟项不显著，模型拟合程度较好，试验误差小，可以用此模型对南瓜皮中果胶提取进行分析和预测。

F值越大，影响作用越大，在所选各因素水平范围内， 依据表3参数估计值可知影响因子的主效应主次顺序为：温度>浓度>液固比>pH。对试验数据进行多元回归拟合得到的回归模型为：y=-2.243 37-0.895A-0.011 12B+1.682 92C+0.036 249D+0.036AB-0.022 562BC-0.000 855BD+0.001 02532B2-0.242 38C2-0.000 301 216D2-0.000 343 75AB2-0.000 190 625B2C+0.000 008B2D+0.004 687 5BC2。

2.2 响应曲面交互作用分析

依据上述回归方程作出相应的响应曲面及等高线（图1、图2、图3），分析确定提取温度、液固比、酶浓度、pH 4个因素对南瓜皮中果胶提取的交互作用，曲线越陡，说明因素间的交互作用越强[11，12]。结果表明，提取温度、液固比、酶浓度3个因素的交互作用不明显，各影响因素对南瓜皮中果胶提取量的影响不是呈线性关系。图1表明，当提取pH固定为4.4，液固比固定为20∶1，在提取温度不变的条件下，酶浓度在0.5%～0.9%，随着浓度的升高，南瓜皮果胶的提取量逐渐增加；图2表明，当酶浓度固定为0.7%，液固比固定为20∶1，在提取温度不变的条件下，果胶提取率随着pH的增加先上升后下降；图3表明，当提取酶浓度固定为0.7%，提取液pH固定为4.4，在提取温度不变的条件下，液固比在（15∶1）～（25∶1），南瓜皮中果胶的提取率随液固比的升高而增加。

结合回归模型的数学分析结果，酶法提取南瓜皮果胶的最佳工艺参数为：酶浓度0.5%，提取温度40 ℃，pH 4.34，液固比24.63∶1。在此条件下模型预测南瓜皮果胶提取率为16.25%，实测提取率为16.30%，两者接近，说明该模型可靠，利用响应曲面法优化的南瓜皮果胶提取工艺是可行的。

3 结论

研究采用响应曲面分析法，通过改变提取条件优化了从南瓜皮粉中提取果胶的方法，提高了果胶提取率。探究了酶浓度、提取温度、pH和液固比对南瓜皮中果胶提取率的影响，利用响应曲面分析法优化出了最佳提取工艺参数为：酶浓度0.5%，提取温度40 ℃，pH 4.34，液固比24.63∶1。在此条件下模型预测南瓜皮果胶提取率16.25%，实测为16.30%，两者接近，说明该模型可靠，利用响应曲面法优化的南瓜皮果胶提取工艺是可行的，在食品医药行业具有应用价值。

参考文献：

[1] CUI S W，CHANG Y H. Emulsifying and structural properties of pectin enzymatically extracted from pumpkin[J]. LWT-Food Science and Technology，2014，58（2）：396-403.

[2] ZHANG W，XU P，ZHANG H. Pectin in cancer therapy：A review[J].Trends in Food Science & Technology，2015，44（2）：258-271.

[3] 王鸿飞，李和生，谢果凰，等.桔皮中果胶提取技术的试验分析[J].农业机械学报，2005，36（3）：82-85.

[4] 魏海香，木泰华，孙艳丽，等.果胶制备的研究进展[J].食品研究与开发，2006，27（4）：157-160.

[5] 邓 红，张宝善.从苹果渣中提取食用纤维和果胶的研究[J].食品科技，2002（5）：62-63.

[6] 陈 熠，熊远福，文祝友，等.果胶提取技术研究进展[J].中国食品添加剂，2009（3）：80-84.

[7] 杨韩晖.南瓜果胶盐析法提取工艺的研究[J].农产品加工（学刊），2007（9）：44-47.

[8] 罗 静，石会军，李长春，等.超声波辅助半纤维素酶提取南瓜皮果胶的工艺研究[J].黑龙江农业科学，2013（1）：90-93.

[9] 覃 艳，乐 龙，王志祥.响应曲面法优化微波提取辣椒红色素的工艺[J].中国酿造，2011，30（2）：100-103.

[10] 邓 曦，王厚民，田 娟，等.响应曲面法优化鲜桑椹中原花青素的提取工艺[J].湖北农业科学，2012，51（9）：1847-1850.

[11] 杨 红，操德群，朱 江，等.响应曲面法优化红菜苔多酚提取工艺的研究[J].食品研究与开发，2013，34（8）：5-9.

[12] 杜玉兰，黎庆涛，王远辉.响应曲面法优化鼠尾藻中脂质的提取工艺[J].天然产物研究与开发，2008，20（6）：1091-1094.