超聲波輔助提取豬骨素的工藝研究

馮 嫣

(呂梁學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 呂梁 033000)

我國(guó)骨資源豐厚，但綜合利用率低[1]。過(guò)剩的豬骨被加工成飼料或低附加值的產(chǎn)品，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。過(guò)剩的豬骨發(fā)生腐敗變質(zhì)還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成一定的污染。因此，對(duì)豬骨資源的可持續(xù)利用的研究顯得尤為重要。骨素又稱鮮骨提取物，是以可食性動(dòng)物的骨為生產(chǎn)原料，利用熱壓、抽提、酶解、熱壓抽取和分離等技術(shù)，得到易被人體吸收利用的蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，經(jīng)過(guò)脫脂和一系列衍生化處理得到的骨源食品[2]。本文旨在處理肉品加工中動(dòng)物骨骼無(wú)法高效利用、開發(fā)的產(chǎn)品附加值低的問(wèn)題，以及解決資源短缺，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的目的，從而進(jìn)一步促進(jìn)畜骨資源的綜合利用。

續(xù) 表

續(xù) 表

我國(guó)人民食用豬肉比較多，新鮮的骨骼資源非常豐富，但綜合利用率有待進(jìn)一步提高。通常，將肉干燥后將新鮮的肉和骨頭除去，然后磨成粉末制成動(dòng)物飼料，將新鮮的肉骨頭切成小塊，作為大骨頭湯的基礎(chǔ)材料，或制成方便面調(diào)味湯和提取豬肉蛋白質(zhì)、多肽等。骨膠原多肽(以下簡(jiǎn)稱骨肽)是從動(dòng)物骨中提取的活性多肽物質(zhì)[3]。骨骼再利用屬于肉類深加工。

超聲波有機(jī)械產(chǎn)生和磁、電振動(dòng)等。超聲波是頻率大于16 kHz[4]的機(jī)械彈性波，不會(huì)引起聽覺失常。超聲波輔助提取法作為一種優(yōu)良的提取方法，具有操作簡(jiǎn)單快捷、提取率高和不破壞提取物結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)[5]，具有廣闊的應(yīng)用前景。超聲波處理豬骨不僅可以提高處理后可溶性蛋白質(zhì)的提取率、豬骨的溶解度和香氣[6]，還可以優(yōu)化提取速度，提高調(diào)味料的提取質(zhì)量。蠶蛹油的超聲輔助提取明顯優(yōu)于純?nèi)軇┨崛?，大大縮減了提取時(shí)間，提取質(zhì)量也良好[7]。同時(shí)，在制備骨素的過(guò)程中，使用蛋白酶進(jìn)行水解使提取物中的游離氨基酸增多[8]，而且可以改善骨的味道。

骨中不僅含有大量蛋白質(zhì)、脂肪、灰分等人體所必需的常量元素，還富含鈣、磷等微量元素，可作為食品創(chuàng)新研發(fā)的一個(gè)營(yíng)養(yǎng)源。肉類香精作為輔料，穩(wěn)定性更強(qiáng)，香味更濃郁，品質(zhì)更高。因此，國(guó)內(nèi)外有許多人對(duì)這方面進(jìn)行了研究，俞苓等進(jìn)行了豬骨素萃取，通過(guò)檢測(cè)3項(xiàng)數(shù)值，確定了最佳提取條件；張志宇等進(jìn)行了酶解蛋白的試驗(yàn)，得出了酶解豬骨的最佳流程；王朝旭等比較了不同蛋白酶對(duì)豬骨水解效果的差異[9]；冷雪嬌等研究了超聲波在各種肉制品中的應(yīng)用，如肉類嫩化、肉制品腌制、肉品殺菌、肉的無(wú)損檢測(cè)、肉類調(diào)味湯料等，充分肯定了超聲波的作用。超聲波除了能夠加快木瓜蛋白酶的水解速度，還可以提質(zhì)和優(yōu)化反應(yīng)條件[10-11]，同時(shí)增強(qiáng)了提取作用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮豬骨：購(gòu)于呂梁星瑪客超市；木瓜蛋白酶、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、氫氧化鈉：均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

ALB-224電子天平 沈陽(yáng)龍騰電子有限公司；3ST759-3恒溫水浴鍋 宏華儀器設(shè)備工貿(mào)有限公司；101-2AS電子恒溫鼓風(fēng)干燥箱 北京市永光明醫(yī)療儀器廠；LB-90T手持式折光儀 廣州市速為電子科技有限公司；QFN-650Y超聲波細(xì)胞破碎儀 上海喬楓實(shí)業(yè)公司；2500c高速多功能粉碎機(jī) 永康市鉑歐五金制品有限公司。

1.3 工藝流程

原料選擇及處理→豬骨解凍→切塊或粉碎→稱量→加酶→超聲波提取→過(guò)濾并離心→測(cè)定。

1.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以豬骨素提取液中的可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量為測(cè)定指標(biāo)，分別考察超聲溫度、超聲功率、超聲時(shí)間、加酶量、料液比對(duì)酶解超聲波提取效果的影響，初步確定因素與水平。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取對(duì)試驗(yàn)影響較大的單因素水平為響應(yīng)變量，根據(jù)以下試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定超聲波提取豬骨素的最佳工藝流程[12]。通過(guò)進(jìn)行一系列試驗(yàn)，檢測(cè)兩項(xiàng)指標(biāo)，確定最佳提取方法。

1.6 考察指標(biāo)與測(cè)定方法

1.6.1 可溶性固形物含量的測(cè)定

采用阿貝折光儀通過(guò)蒸餾水進(jìn)行校準(zhǔn)，待刻度為0時(shí)，將蒸餾水擦干。取1～2滴樣液置于棱鏡上，迅速合上蓋板，使溶液均勻涂布在棱鏡表面，將光窗對(duì)準(zhǔn)光源并同時(shí)調(diào)節(jié)目鏡視度圈，直至視場(chǎng)視野清晰，視場(chǎng)中明暗分界線對(duì)應(yīng)讀數(shù)即該溶液的可溶性固形物含量。記錄測(cè)定時(shí)的溫度，若測(cè)定溫度不是20 ℃，可得出對(duì)應(yīng)的修正值[13]。

1.6.2 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

根據(jù)凱氏定氮法[14]進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 超聲溫度對(duì)豬骨素提取液中可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量的影響

由圖1可知，在其他條件一致時(shí)，溫度對(duì)豬骨素提取效果的影響較大。隨著超聲溫度的不斷升高，豬骨提取液中可溶性固形物和蛋白質(zhì)的含量總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并且溫度對(duì)二者的影響趨于一致。當(dāng)溫度低于50 ℃時(shí)增長(zhǎng)緩慢，而當(dāng)溫度高于50 ℃時(shí)，浸出物含量大大增加。隨著溫度的升高，水解度增加。當(dāng)溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，溫度達(dá)到最高值并出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，隨后出現(xiàn)了緩慢降低的趨勢(shì)。結(jié)果表明，豬骨中可溶性固形物和蛋白質(zhì)的浸出主要在60 ℃以下進(jìn)行，適當(dāng)?shù)臏囟壬邔?duì)豬骨素的提取有利，但高于此溫度后則會(huì)影響酶的活力甚至導(dǎo)致酶變性失活，從而影響豬骨素的提取率，確定最佳溫度為60 ℃。

圖1 不同超聲溫度對(duì)提取效果的影響Fig.1 Effect of different ultrasonic temperatures on the extraction effect

2.1.2 超聲功率對(duì)豬骨素提取液中可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量的影響

由圖2可知，在其他條件相同時(shí)，功率對(duì)豬骨素提取率的影響不大，總體變化趨勢(shì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平緩。當(dāng)超聲波功率在150～280 W范圍內(nèi)，提取率呈緩慢上升的趨勢(shì)。當(dāng)超聲波功率在280 W時(shí)，檢測(cè)數(shù)值達(dá)到最大值。此時(shí)，隨著功率的增加，超聲波的機(jī)械振動(dòng)和磁振動(dòng)作用也逐漸增強(qiáng)，酶的活性也逐漸增強(qiáng)并對(duì)提取有協(xié)同增效的作用，從而促進(jìn)了豬骨中蛋白質(zhì)和固形物的浸出。但是當(dāng)功率超過(guò)280 W，提取效率又降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)超聲波溫度在280 W時(shí)，兩項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到最大值，提取效果更好，為最合適的超聲功率。

圖2 不同超聲功率對(duì)提取效果的影響Fig.2 Effect of different ultrasonic power on the extraction effect

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)豬骨素提取液中可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量的影響

由圖3可知，以其他條件相同為前提，不同的時(shí)間設(shè)置對(duì)提取物提取的影響較大。在1～3 h范圍內(nèi)，豬骨中浸出物隨著超聲處理時(shí)間的不斷延長(zhǎng)而逐漸地增加，并在3 h達(dá)到最大值。這是因?yàn)槌暡ǖ臋C(jī)械振動(dòng)和磁振動(dòng)作用會(huì)隨著超聲時(shí)間的增加而逐步增加。但提取時(shí)間超過(guò)3 h，蛋白的水解程度大于含氮浸出物和可溶性固形物的浸出速度。因此，增加趨勢(shì)相對(duì)緩慢，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，在超聲波提取豬骨過(guò)程中，對(duì)于超聲時(shí)間的把握也很重要，適宜增加提取時(shí)間有利于提高豬骨素的提取率，但超過(guò)一定時(shí)間反而不利于提取。超聲時(shí)間為3 h時(shí)提取效果最佳。

圖3 不同超聲時(shí)間對(duì)提取效果的影響Fig.3 Effect of different ultrasonic time on the extraction effect

2.1.4 加酶量對(duì)豬骨素提取液中可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量的影響

在料液比為100∶120(g/mL)、超聲功率為240 W、超聲溫度為60 ℃、超聲時(shí)間為3 h的條件下，研究酶對(duì)提取率的影響，見圖4。

圖4 不同加酶量對(duì)提取效果的影響Fig.4 Effect of different enzyme additive amount on the extraction effect

由圖4可知，在一定范圍內(nèi)添加的酶越多，酶的水解速率越高。當(dāng)木瓜蛋白酶的添加量在0%～1.3%范圍內(nèi)時(shí)，隨著酶添加量的增加，豬骨中可溶性固形物和蛋白質(zhì)的含量也隨之增加。在1.3%時(shí)達(dá)到最大值，超過(guò)此范圍后，豬骨中可溶性固形物和蛋白質(zhì)的含量隨酶添加量的增加而降低。酶的添加量不能過(guò)高也不能過(guò)低，這可能是因?yàn)槊柑砑恿窟^(guò)低，少量的酶無(wú)法與全部的底物結(jié)合進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致水解不完全，從而降低提取率。加大酶添加量，使酶與全部的底物進(jìn)行結(jié)合，可加快水解的進(jìn)行，提高浸出物的得率。但酶的添加并非越多越好，過(guò)量的酶會(huì)殘留在提取液中，影響提取率。

2.1.5 料液比對(duì)豬骨素提取液中可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量的影響

在木瓜蛋白酶添加量為1%、超聲功率為240 W、超聲溫度為60 ℃、超聲時(shí)間為3 h時(shí)研究料液比對(duì)提取結(jié)果的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 不同料液比對(duì)提取效果的影響Fig.5 Effect of different solid-liquid ratios on the extraction effect

料液比是指豬骨質(zhì)量和水的比值,對(duì)提取結(jié)果有影響[15]。此外，料液比對(duì)提取率的影響很大。由圖5可知，隨著料液比的增加,提取率整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。物料與液體的比例在100∶80～100∶120(g/mL)之間時(shí)提取率呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)。料液比為100∶120(g/mL)時(shí)，水解程度最大，提取率最高。料液比在100∶120～100∶160(g/mL)之間，提取率降低。底物濃度過(guò)低或者過(guò)高都不利于進(jìn)一步研究。酶的反應(yīng)速度和水解度隨著底物濃度的增加而增加，酶與底物結(jié)合時(shí)反應(yīng)速度和水解程度都達(dá)到最大值。因此，最佳料液比為100∶120(g/mL)。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 方差分析

表1 優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)的因素水平表Table 1 The factors and levels of optimized response surface test

利用 Design-Expert(response surface regression)8.0.6 軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到可溶性固形物含量(Y1)、蛋白質(zhì)含量(Y2)對(duì)超聲溫度(A)、超聲功率(B)、超聲時(shí)間(C)、加酶量(D)的回歸方程為：

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Response surface test design and results

Y1=+25.20+1.00A+0.69B+1.01C+0.57D+0.183AB-0.13AC+0.55AD-0.47BC-0.32BD+0.23CD-3.27A2-2.18B2-2.61C2-2.65D2。

Y2=+22.91+0.84A+1.37B+0.31C+0.42D+0.30AB-0.085AC-0.22AD-0.44BC-0.21BD+0.37CD-3.71A2-2.37B2-3.68C2-3.31D2。

以可溶性固形物和蛋白質(zhì)含量為響應(yīng)值的響應(yīng)面方差分析結(jié)果見表3和表4。

表3 響應(yīng)面方差分析結(jié)果(可溶性固形物含量)Table 3 The variance analysis results of response surface (soluble solid content)

表4 響應(yīng)面方差分析結(jié)果(蛋白質(zhì)含量)Table 4 The variance analysis results of response surface (protein content)

由表3可知，響應(yīng)面模型的P<0.001，表明響應(yīng)面的回歸方程達(dá)到了非常顯著的水平，其中失擬項(xiàng)的P值是0.2788>0.05，即模型的失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明回歸模型具有良好的模擬程度。相關(guān)系數(shù)R2為0.9726，模型的校正決定系數(shù)RAdj2為0.9453，說(shuō)明該模型能解釋94.53%響應(yīng)值的變化，誤差小，可用來(lái)預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。響應(yīng)面的顯著性分析結(jié)果表明，A、B、C、D、A2、B2、C2、D2對(duì)豬骨中可溶性固形物含量的影響極顯著(P<0.01)。在所取的各個(gè)因素水平范圍內(nèi)，對(duì)豬骨中可溶性固形物提取率的影響排序?yàn)椋撼晻r(shí)間>超聲溫度>超聲功率>加酶量(C>A>B>D)。

由表4可知，響應(yīng)面模型的P<0.001，表明響應(yīng)面的回歸方程達(dá)到了非常顯著的水平，其中失擬項(xiàng)的P值是0.0926>0.05，即模型的失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明回歸模型具有良好的模擬程度。R2為0.9865，模型的校正決定系數(shù)RAdj2=0.9729，說(shuō)明該模型能解釋97.29%響應(yīng)值的變化，測(cè)量值與真實(shí)值之間的差距小，可用來(lái)預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。響應(yīng)面的顯著性分析結(jié)果表明，A、B、D、A2、B2、C2、D2對(duì)豬骨中蛋白質(zhì)含量的影響極顯著(P<0.01)；C對(duì)豬骨中蛋白質(zhì)含量的影響顯著(P<0.05)。對(duì)所取的各個(gè)因素水平范圍內(nèi)，對(duì)豬骨中蛋白質(zhì)提取率的影響排序?yàn)椋撼暪β?超聲溫度>加酶量>超聲時(shí)間(B>A>D>C)。

2.2.2 響應(yīng)面分析與優(yōu)化2.2.2.1 可溶性固形物

為研究相關(guān)變量之間的交互作用及最優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)Design-Expert軟件繪制可溶性固形物含量的響應(yīng)面曲線圖與等高線圖進(jìn)行分析，見圖6～圖12。

由圖6可知，等高線沿超聲溫度軸線條變化較超聲功率密集且等高線圖接近圓形，說(shuō)明超聲溫度對(duì)提取的影響比超聲功率稍大。這代表超聲溫度和超聲功率的交互作用較弱，對(duì)豬骨素中可溶性固形物含量的提取沒有顯著影響。由三維圖可知，超聲溫度接近60 ℃、超聲功率280 W時(shí)提取效果好。

圖6 不同超聲溫度和超聲功率交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic temperatures and ultrasonic power

由圖7可知，等高線接近圓形，說(shuō)明超聲時(shí)間和超聲溫度的交互作用對(duì)豬骨素中可溶性固形物提取率的影響不大。由響應(yīng)面圖可知，溫度恒定時(shí)，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，提取效果總體為先上升后降低的趨勢(shì)。當(dāng)溫度接近60 ℃、時(shí)間為3 h時(shí)，提取效果極佳。

圖7 不同超聲溫度和超聲時(shí)間交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.7 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic temperatures and ultrasonic time

由圖8可知，等高線接近橢圓形，代表超聲溫度和加酶量的相互作用對(duì)豬骨素中可溶性固形物的提取有顯著的影響。由響應(yīng)面圖可知，隨著超聲溫度(A)的增加，提取效果總體為先上升后降低的趨勢(shì)，且A的P值<0.01，即溫度對(duì)提取效率的影響極顯著。超聲溫度在60 ℃、酶添加量為1.3%時(shí)，提取效率最佳。

圖8 不同超聲溫度和加酶量交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.8 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic temperatures and enzyme additive amount

由圖9可知，隨著超聲時(shí)間的增加，可溶性固形物的得率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。等高線接近橢圓形，代表超聲功率和超聲時(shí)間的相互作用對(duì)豬骨素中可溶性固形物的提取沒有顯著的影響。同時(shí)，超聲時(shí)間的等高線軸的線條分布更為緊密，說(shuō)明超聲時(shí)間對(duì)提取效果的影響比超聲功率更大。超聲功率接近240 W、超聲時(shí)間為3 h時(shí)，提取效果最高。

圖9 不同的超聲功率和超聲時(shí)間交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.9 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic power and ultrasonic time

由圖10可知，等高線接近橢圓形，代表超聲功率和加酶量的相互作用對(duì)豬骨素中可溶性固形物的提取沒有顯著的影響。由響應(yīng)面圖可知，超聲功率接近240 W、酶的添加量為1.3%時(shí)提取率高。

圖10 不同超聲功率和加酶量交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.10 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic power and enzyme additive amount

由圖11可知，等高線接近橢圓形，表明超聲時(shí)間與酶添加量的交互作用影響不顯著，由響應(yīng)面圖可知，酶的添加量為1.3%、超聲時(shí)間達(dá)到3 h時(shí)豬骨素的提取效果最佳。

圖11 不同超聲時(shí)間和加酶量交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.11 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic time and enzyme additive amount

2.2.2.2 蛋白質(zhì)含量

蛋白質(zhì)含量的等高線圖與響應(yīng)面圖分析見圖12～圖17。

由圖12可知，等高線接近圓形，說(shuō)明超聲溫度和超聲功率的交互作用對(duì)豬骨素中蛋白質(zhì)含量的影響不明顯。由響應(yīng)面圖可知，隨著溫度(A)的增加，提取率呈先上升后降低的趨勢(shì)，且A的P<0.01，即溫度對(duì)提取效率的影響極顯著。超聲溫度接近60 ℃、功率為280 W時(shí)豬骨中蛋白質(zhì)提取率最高。

圖12 不同的超聲溫度和超聲功率交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.12 Response surface and contour plot under the interaction of different ultrasonic temperatures and ultrasonic power

由圖13可知，等高線接近橢圓形，說(shuō)明超聲時(shí)間和超聲溫度的交互作用對(duì)豬骨素中蛋白質(zhì)提取率的影響很小。由響應(yīng)面圖可知，隨著超聲溫度(A)的增加，提取效果總體為先上升后降低的趨勢(shì)，且A的P值<0.01，即溫度對(duì)提取效率的影響極顯著。超聲溫度接近60 ℃、超聲時(shí)間為3 h時(shí)提取效果最佳。

圖13 不同超聲溫度和超聲時(shí)間交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.13 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic temperatures and ultrasonic time

由圖14可知，等高線接近橢圓形，說(shuō)明超聲溫度和加酶量的相互作用對(duì)豬骨素中蛋白質(zhì)提取的影響不顯著。由響應(yīng)面圖可知，隨著超聲溫度(A)的增加，提取效果總體為先上升后降低的趨勢(shì)，且A的P值<0.01，即溫度對(duì)提取效率的影響極顯著。超聲溫度接近60 ℃、酶的添加量接近1.3%時(shí)豬骨中蛋白質(zhì)的提取效果最好。

圖14 不同的超聲溫度和加酶量交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.14 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic temperatures and enzyme additive amount

由圖15可知，隨著超聲功率的升高，提取率逐漸升高到最大而后逐漸下降。等高線接近橢圓形，說(shuō)明超聲功率與超聲時(shí)間的交互作用影響不顯著。由響應(yīng)面圖可知，沿超聲功率軸等高線的線條分布比超聲時(shí)間緊密，說(shuō)明超聲功率對(duì)結(jié)果的影響比超聲時(shí)間更為顯著。當(dāng)超聲功率接近240 W、超聲時(shí)間達(dá)到3 h時(shí)豬骨中蛋白質(zhì)的提取效果最佳。

圖15 不同超聲功率和超聲時(shí)間交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.15 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic power and ultrasonic time

由圖16可知，隨著超聲功率的提高，提取率逐漸升高到最大而后逐漸下降。等高線圖為橢圓形，表明超聲功率與加酶量的交互作用影響不顯著。由響應(yīng)面圖可知，當(dāng)超聲功率接近240 W、酶的添加量接近1.3%時(shí)豬骨中蛋白質(zhì)的提取效果最佳。

圖16 不同超聲功率和加酶量交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.16 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic power and enzyme additive amount

由圖17可知，等高線接近橢圓形，表明超聲時(shí)間與加酶量的交互作用影響較小。由響應(yīng)面圖可知，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到3 h且酶的添加量為1.3%左右時(shí)豬骨中蛋白質(zhì)的提取效果最佳。

圖17 不同超聲時(shí)間和加酶量交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.17 Response surface diagram and contour plot under the interaction of different ultrasonic time and enzyme additive amount

2.3 最佳工藝配方的確定和驗(yàn)證

采用Design Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化處理，得出超聲溫度62 ℃、超聲功率290 W、超聲時(shí)間3.3 h、加酶量1.3%、料液比100∶138(g/mL)的最佳配方。對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，并且進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示此方法提取率最高。測(cè)得豬骨中可溶性固形物含量為25.5 °Bx和蛋白質(zhì)含量為23.12 g/mL，此測(cè)定結(jié)果與預(yù)測(cè)數(shù)值非常接近，說(shuō)明此模型擬合程度較高，有利于豬骨素提取工藝的研究。

3 結(jié)論

畜禽肉類富含各種營(yíng)養(yǎng)元素，是人們?nèi)粘ｏ嬍成钪胁豢扇笔У囊徊糠?，因此?dòng)物鮮骨的綜合利用也顯得尤為重要。本文通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)得到了超聲波提取豬骨素的最佳條件，具體結(jié)論如下：

(1)根據(jù)單因素試驗(yàn)確定了超聲波提取豬骨素的最佳工藝為：超聲溫度60 ℃、超聲時(shí)間3 h、超聲功率240 W、加酶量1.3%、料液比100∶130(g/mL)。同時(shí)試驗(yàn)表明骨素酶解前超聲能使骨素結(jié)構(gòu)疏松，增加骨素表面的酶作用位點(diǎn)。

(2)通過(guò)響應(yīng)面驗(yàn)證試驗(yàn)分析得出關(guān)于可溶性固形物含量(Y1)對(duì)超聲溫度(A)、超聲功率(B)、超聲時(shí)間(C)、加酶量(D)的回歸方程為：

Y1=+25.20+1.00A+0.69B+1.01C+0.57D+0.183AB-0.13AC+0.55AD-0.47BC-0.32BD+0.23CD-3.27A2-2.18B2-2.61C2-2.65D2。

數(shù)據(jù)表明回歸方程與實(shí)際值擬合度高，可用其預(yù)測(cè)結(jié)果。

(3)通過(guò)響應(yīng)面驗(yàn)證試驗(yàn)分析得出關(guān)于蛋白質(zhì)含量(Y2)對(duì)超聲溫度(A)、超聲功率(B)、超聲時(shí)間(C)、加酶量(D)的回歸方程為：

Y2=+22.91+0.84A+1.37B+0.31C+0.42D+0.30AB-0.085AC-0.22AD-0.44BC-0.21BD+0.37CD-3.71A2-2.37B2-3.68C2-3.31D2。

數(shù)據(jù)表明回歸方程與實(shí)際值擬合良好，可用其預(yù)測(cè)結(jié)果。

(4)根據(jù)響應(yīng)面圖和等高線圖可以反映超聲溫度(A)、超聲功率(B)、超聲時(shí)間(C)、加酶量(D)4個(gè)重要因素對(duì)可溶性固形物和蛋白質(zhì)的影響，說(shuō)明兩兩因素的交互作用是顯著的。

(5)運(yùn)用該模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果為超聲溫度62 ℃、超聲功率290 W、超聲時(shí)間3.3 h、加酶量1.3%、料液比100∶138(g/mL)。