響應(yīng)面法優(yōu)化藜麥麩皮中可溶性膳食纖維提取工藝

孫永杰，馮佳樂，張興華，王金玉

長春科技學(xué)院（長春 130600）

藜麥?zhǔn)潜宦?lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織列為唯一一種可以滿足人體基本營養(yǎng)需求的單體植物，被稱為“谷物之母”，具有很高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值。藜麥麩皮是藜麥加工生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)物，藜麥麩皮中含有大量的膳食纖維及其他有效成分。膳食纖維有助于促進(jìn)胃腸道蠕動(dòng)，利于人體腸道有益菌群的繁殖。同時(shí)對(duì)肥胖病、高血壓、高血脂、結(jié)腸病及心血管疾病等有一定的預(yù)防作用，有提高免疫力等生理功能。藜麥麩皮中的可溶性纖維素作為一種新型的膳食纖維源，對(duì)其中可溶性膳食纖維的提取工藝進(jìn)行研究，可為藜麥麩皮開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥麩皮（未粉碎，吉林省通榆藜麥種植基地）；α-淀粉酶（2 000 U/g，北京奧博星生物有限公司）；氫氧化鈉、無水乙醇（分析純）。

1.2 儀器與設(shè)備

YP1002N型電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）；DHG9123A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；TD420型臺(tái)式低速離心機(jī)（四川蜀科儀器有限公司）；pHS-3C型pH計(jì)（上海雷磁儀器廠）；SHZ-DⅢ予華牌循環(huán)水真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；FW177中草藥粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.3 工藝流程及操作要點(diǎn)

1.3.1 工藝流程

藜麥麩皮→預(yù)處理→水浴加熱→添加α-淀粉酶水解→滅酶→抽濾→NaOH堿解→調(diào)pH→離心→蒸發(fā)濃縮→95%乙醇醇沉→過濾、干燥→可溶纖維素

1.3.2 操作要點(diǎn)

取藜麥麩皮，過篩后洗凈，在干燥箱中35 ℃烘干，然后通過超微粉碎機(jī)充分粉碎，密封干燥，備用。將處理好的藜麥麩皮，以水為溶劑，按料液比1∶10（g/mL）放在65～75 ℃的水浴鍋中水浴10～20 min。加入α-淀粉酶，在65 ℃的條件下酶解30 min，然后在100 ℃下滅酶。將混合溶液真空抽濾，取其濾液。用NaOH堿解1 h，然后用水洗滌至中性。用離心機(jī)以4 000 r/min離心20 min，取上層清液，將上清液濃縮，然后以4倍體積的95%乙醇溶液醇沉4 h，過濾、干燥，即得可溶性膳食纖維。

1.3.3 藜麥麩皮可溶性纖維素（SDF）的提取率

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 酶的添加量對(duì)提取率的影響

稱取麩皮，按提取工藝進(jìn)行試驗(yàn)。其中酶的添加量分別為0.2%，0.3%，0.4%，0.5%和0.6%，用5%NaOH堿解，堿解溫度為80 ℃。

1.4.2 NaOH的濃度對(duì)提取率的影響

稱取麩皮，按提取工藝進(jìn)行試驗(yàn)。其中酶的添加量為0.4%，NaOH濃度分別為1%，3%，5%，7%和9%，堿解溫度為80 ℃。

1.4.3 堿解溫度對(duì)提取率的影響

稱取麩皮，按提取工藝進(jìn)行試驗(yàn)。其中酶的添加量為0.4%，堿解的NaOH濃度為5%，堿解溫度分別為20，40，60，80和100 ℃。

1.5 Box-Behnken 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，以優(yōu)化藜麥麩皮可溶性膳食纖維的提取工藝。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以酶的添加量、NaOH濃度、堿解溫度3個(gè)因素為自變量，可溶性膳食纖維的提取率為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平表

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對(duì)于單因素試驗(yàn)采用Excel統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行分析，運(yùn)用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行響應(yīng)面的設(shè)計(jì)和結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 酶的添加量對(duì)提取率的影響

由圖1可知，固定其他條件一定，藜麥麩皮中可溶性膳食纖維的提取率隨著酶的添加量增加呈先增長后降低的趨勢(shì)，當(dāng)添加量為0.4%時(shí)，提取率達(dá)到最大，這主要受酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制和酶與底物比例的影響。

圖1 酶的添加量對(duì)提取率的影響

2.1.2 NaOH濃度對(duì)提取率的影響

由圖2可知，當(dāng)NaOH濃度從1%增加到5%時(shí)，可溶性膳食纖維的提取率從10.18%增加到15.8%，濃度繼續(xù)增加，可溶性膳食纖維的提取率顯著下降。這是由于NaOH濃度過大，纖維素發(fā)生水解，導(dǎo)致提取率下降。因此，選用濃度5% NaOH為宜。

圖2 NaOH濃度對(duì)提取率的影響

2.1.3 堿解溫度對(duì)提取率的影響

由圖3可知，可溶性膳食纖維提取率隨堿解溫度的升高呈先增長后降低的趨勢(shì)，趨勢(shì)變化主要是受藜麥麩皮中油脂水解和蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的影響。當(dāng)堿解溫度為80 ℃時(shí)，提取率最高。

圖3 堿解溫度對(duì)提取率的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果（見表2）

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以可溶性膳食纖維提取率為響應(yīng)值，以酶的添加量、NaOH濃度、堿解溫度3個(gè)因素為自變量，進(jìn)行藜麥麩皮中可溶性膳食纖維的提取工藝。

利用Design-Expert 8.0軟件對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合，得到可溶性膳食纖維的提取率（Y）與酶的添加量（A）、NaOH的濃度（B）、堿解溫度（C）三個(gè)因素的二次回歸方程：Y=24.83-0.45A+2.87B+0.77C-1.41AB+1.51AC+0.31BC-4.33A2-4.8B2-6.03C2。

結(jié)合表3分析結(jié)果來看，模型的p＜0.01，表明該模型回歸極其顯著，而失擬項(xiàng)不顯著。相關(guān)系數(shù)R2值越接近1，說明此試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷念A(yù)測(cè)值越接近實(shí)際值，該模型R2=0.999 8，調(diào)整后模型相關(guān)系數(shù)=0.999 5，說明該回歸方程的擬合度較好，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值有很好的擬合相關(guān)性。由表3可知，在一次項(xiàng)中，酶的添加量、NaOH的濃度、堿解溫度3個(gè)因素對(duì)可溶性纖維素的提取率的影響均達(dá)到極顯著水平。在二次項(xiàng)中，3個(gè)自變量對(duì)可溶性纖維素的提取率的影響也達(dá)到極顯著水平。由F值可知，各因素對(duì)多酚得率的影響次序?yàn)镹aOH的濃度（B）＞堿解溫度（C）＞酶的添加量（A）。

表3 回歸模型方差分析

2.2.2 最優(yōu)條件的優(yōu)化與驗(yàn)證

經(jīng)Design-Expert 8.0軟件分析得到的優(yōu)化條件為酶的添加量0.29%、NaOH的濃度3.63%、堿解溫度51.79℃。此時(shí)提取率為25.329 7%?？紤]到可操作性，將酶解條件調(diào)整為酶的添加量0.3%、NaOH濃度3.5%、堿解溫度52 ℃。在調(diào)整后的最優(yōu)條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，可溶性膳食纖維平均提取率為25.023%，與模型預(yù)測(cè)值相近，說明此模型預(yù)測(cè)的參數(shù)準(zhǔn)確，對(duì)實(shí)際操作有一定的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

此次試驗(yàn)采用超微粉碎機(jī)處理藜麥麩皮，以酶提取的方法首次提取藜麥麩皮中的可溶性膳食纖維。由單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)可知，各因素對(duì)藜麥麩皮中可溶性膳食纖維的提取率影響次序?yàn)镹aOH濃度（B）＞堿解溫度（C）＞酶的添加量（A）。其最佳提取工藝條件為酶的添加量0.3%、NaOH濃度3.5%、堿解溫度52℃，此時(shí)提取率為25.023%。該試驗(yàn)為進(jìn)一步研究藜麥麩皮提取可溶性纖維素的優(yōu)化工藝提供參考依據(jù)。