響應(yīng)曲面法優(yōu)化鱘魚頭魚油提取工藝研究

吳汶飛

在鱘魚的加工過程中，鱘魚頭常作為副產(chǎn)物被丟棄，不僅污染環(huán)境，也造成巨大的資源浪費(fèi)。本研究以海博瑞鱘魚頭為原料，采用酶解法提取鱘魚頭魚油。通過響應(yīng)曲面法，運(yùn)用Box-Behnken試驗設(shè)計，以酶添加量、酶解時間和液料比為因素，建立提取鱘魚頭魚油的回歸模型，得出魚油的最優(yōu)提取工藝，旨在為鱘魚頭魚油的開發(fā)提供理論依據(jù)，也可以在一定程度上擴(kuò)大鱘魚頭的消耗途徑。

一、材料與設(shè)備

1.材料與試劑。海博瑞鱘魚頭，衢州鱘龍水產(chǎn)食品科技開發(fā)有限公司；風(fēng)味蛋白酶，丹麥諾維信公司。

2.儀器與設(shè)備。2500Y粉碎機(jī)，永康市鉑歐五金制品有限公司；FB224電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；DF-101S恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；SevenExcellence系列pH計，瑞士梅特勒-托利多公司；CF16RXⅡ離心機(jī)，日本日立公司。

二、試驗與方法

1.魚油提取工藝流程。將鱘魚頭分割成2cm×2cm×2cm的小塊，置于粉碎機(jī)內(nèi)處理15min。取10g原料，置于100mL燒杯中，按一定液料比加入去離子水，密封后在85℃下蒸煮30min，冷卻至50℃后調(diào)節(jié)pH至7.0。添加一定量的風(fēng)味蛋白酶，繼續(xù)密封，在磁力攪拌條件下酶解一定時間。酶解完成后，在沸水浴中滅酶10min，冷卻后將上層酶解液倒入離心管中，用適量去離子水沖洗燒杯內(nèi)剩余殘渣3次，并加入酶解液中，棄去殘渣。酶解液在10000g、25℃條件下離心15min，分離出上層液即為粗魚油，按照如下公式計算魚油得率。

2.響應(yīng)曲面試驗設(shè)計。采取Box-Behnken設(shè)計，以酶添加量（X1）、酶解時間（X2）、液料比（X3）為因素，以魚油得率（Y）為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)曲面試驗，以確定鱘魚頭魚油的最優(yōu)提取工藝參數(shù)。響應(yīng)曲面因素水平設(shè)計如表1所示。

3.數(shù)據(jù)處理與分析。采用Design Expert 10.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

三、結(jié)果與討論

1.回歸模型的建立及顯著性檢驗。采用Design Expert 10.0軟件對鱘魚頭魚油提取工藝進(jìn)行響應(yīng)曲面試驗設(shè)計，優(yōu)化出17組試驗安排，試驗設(shè)計和試驗結(jié)果詳見表2。對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多項式回歸擬合，得到以酶添加量（X1）、酶解時間（X2）、液料比（X3）為自變量，魚油得率（Y）為因變量的二次多項回歸方程：

Y=16.41+0.83X1+0.48X2+0.77X3+0.24X1X2-0.11X1X3-0.075X2X3-0.80X12-2.08X22-0.70X32

回歸模型的方差分析結(jié)果如表3所示。由表3可知，模型F值為52.56，P值＜0.0001，說明回歸模型極顯著。失擬項F值為1.41，P值＞0.05，表明失擬項不顯著。模型決定系數(shù)R2為0.9854，R2Adj為0.9667，說明該模型擬合充分，能夠通過此模型對鱘魚頭魚油提取工藝進(jìn)行分析和預(yù)測。由P值可知，一次項X1、X2、X3極顯著，各因素的影響順序為X1＞X3＞X2，即酶添加量＞液料比＞酶解時間；二次項X12、X22、X32極顯著；交互項X1X2、X1X3、X2X3不顯著，說明酶解時間、酶添加量、液料比這3個鱘魚頭魚油提取工藝影響因素和魚油得率之間不是簡單的線性關(guān)系。

2.響應(yīng)曲面分析。當(dāng)液料比為5mL/g時，酶添加量和酶解時間的交互作用如圖1所示。隨著酶解時間和酶添加量的增加，魚油得率先增加至最大值，后逐漸減小。對于酶添加量而言，在一定范圍內(nèi)酶添加量增加，魚油得率增大；但當(dāng)酶添加量過高時，可能影響其與底物接觸而導(dǎo)致魚油得率下降。對于酶解時間而言，在反應(yīng)體系中適當(dāng)延長酶解時間，可以最大程度水解蛋白質(zhì)，釋放出更多魚油；但當(dāng)酶解時間過長時，并不能得到更多魚油，甚至還會影響魚油品質(zhì)，增加能耗。由圖1可知，等高線趨近圓形，說明酶添加量和酶解時間之間的交互作用對魚油得率的影響不顯著，與方差分析結(jié)果一致。

當(dāng)酶解時間為4h時，酶添加量和液料比的交互作用如圖2所示。隨著酶添加量和液料比的增加，魚油得率先增加至最大值，后逐漸減小。當(dāng)液料比較小時，反應(yīng)體系中水含量較少，酶無法與蛋白質(zhì)充分作用，導(dǎo)致魚油得率較低；隨著液料比的增大，水含量增加，酶解反應(yīng)增強(qiáng)，促進(jìn)魚油釋放，魚油得率升高；但當(dāng)水含量過高時，酶和蛋白質(zhì)之間的接觸變得困難，魚油得率降低。由圖2可知，等高線近似圓形，說明酶添加量和液料比之間的交互作用對魚油得率的影響不顯著，與方差分析結(jié)果一致。

當(dāng)酶添加量為2.0%時，酶解時間和液料比的交互作用如圖3所示。魚油得率先隨酶解時間和液料比的增加而增大，后逐漸減小。由圖3可知，等高線趨近圓形，說明酶解時間和液料比之間的交互作用對魚油得率的影響不顯著，與方差分析結(jié)果一致。

3.最優(yōu)條件的確定及驗證試驗。由表2的試驗設(shè)計和Design Expert 10.0軟件分析，得出鱘魚頭魚油的理論最優(yōu)工藝條件為：酶添加量2.25%、酶解時間4.27h、液料比6.01mL/g，在此理論優(yōu)化工藝條件下的魚油得率預(yù)測最大值為16.84%。按此條件進(jìn)行3次平行試驗，魚油得率平均值為16.78%，與模型預(yù)測值接近，由此驗證了鱘魚頭魚油提取工藝回歸模型的合理性和可靠性。

基金項目：遼寧省博士科研啟動基金計劃項目（2019-BS-017）。

作者簡介：吳汶飛（1987-），講師，博士，研究方向為食品加工與功能食品。