全 文 ：２０１５，Ｎｏ．１１ ３１
收稿日期：２０１５－０４－１４；修回日期：２０１５－１０－２６
基金项目：内蒙古科技大学创新基金－科研启动项目（２０１４ＱＤＬ００９），内蒙古自然科学基金项目（２０１４ＢＳ０３１２），内蒙古科技大学创新基金－青年
学术骨干培养专项（２０１４ＱＮＧＧ０６）
作者简介：游新勇（１９８２－），男，在读博士，讲师，主要从事农产品深加工与质量安全研究。
ｄｏｉ：１０．７６３３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－６２０２．２０１５．１１．００８
响应面法优化裸燕麦淀粉的提取工艺研究
游新勇１，２，３，吕俊丽１，２，王国泽１，２
（１．内蒙古科技大学数理与生物工程学院，内蒙古 包头 ０１４０１０；２．内蒙古自治区生物质能源化利用重点实验室，内蒙古 包
头 ０１４０１０；３．中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京１０００８１）
摘 要：以内蒙古产裸燕麦籽粒为原料，采用碱水洗涤法分离裸燕麦淀粉。探讨搅拌时间、ｐＨ值、料液比、搅拌温
度四个因素对裸燕麦淀粉提取率的影响，并采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计优化裸燕麦淀粉的最佳提取工艺。裸燕
麦淀粉的最佳提取工艺条件为：搅拌时间１２０ｍｉｎ，ｐＨ１０，料液比１∶６．３，搅拌温度３０℃。在此条件下，裸燕麦淀
粉的提取率为５６．８３％，为裸燕麦淀粉的工业化生产提供了参考。
关键词：响应面法；裸燕麦淀粉；提取工艺
中图分类号：ＴＳ２３５．１；Ｓ５１２．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－６２０２（２０１５）１１－００３１－０４
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
Ｙｏｕ Ｘｉｎｙｏｎｇ１，２，３，Ｌｖ Ｊｕｎｌｉ １，２，Ｗａｎｇ Ｇｕｏｚｅ１，２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂａｏｔｏｕ
０１４０１０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｂｉｏｍａｓｓ－Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，Ｂａｏｔｏｕ ０１４０１０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｇｒｏ－Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉ－
ｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ ｗａｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｂｙ ａｌｋａｌｉｎｅ ｗａｓｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｇｒａｉｎ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ．
Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｙｉｅｌｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｔｉｒ ｔｉｍｅ，ｐＨ，ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ，ｓｔｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｏｕｇｈ ｂｏｘ－ｂｅｈｎｋｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ ｗａｓ ｓｔｉｒ ｔｉｍｅ １２０ｍｉｎ，ｐＨ１０，ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ
１∶６．３，ｓｔｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ３０℃．Ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ ｗａｓ ５６．８３％ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｂａ－
ｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ；ｎａｋｅｄ ｏａｔ ｓｔａｒｃｈ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ
燕麦是我国古老的栽培作物，属禾本科燕麦属，
一般可分为带稃型和裸粒型，我国栽培的燕麦以裸
粒型为主。裸燕麦是一种营养丰富的粮食作物，被
誉为“第三主粮”。裸燕麦淀粉的含量约占整个裸燕
麦籽粒的５０％～６５％［１］。目前裸燕麦的研究主要
集中于蛋白质、脂肪、膳食纤维、裸燕麦食品等［２］，而
裸燕麦淀粉的研究起步较晚且发展缓慢，在淀粉行
业中所占的比重非常小。近年来，随着国民经济的
发展和人民生活水平的不断提高，裸燕麦淀粉以其
特殊的理化性质已引起越来越广泛的重视。
裸燕麦淀粉不容易老化，其理化性质显著影响
着淀粉在工业中的作用效果，可广泛用于食品工业、
化妆品及造纸工业等。本研究是在前期燕麦淀粉提
取的基础上进一步优化，以提高其提取率，为裸燕麦
淀粉的开发利用提供依据。
１ 材料与方法
１．１ 材料与试剂
裸燕麦：产自内蒙古包头市固阳县的裸燕麦籽
粒，经清理、干燥、粉碎过筛后备用，裸燕麦粉的总淀
粉质量分数为６２．０％；氢氧化钠、硫酸铜、石油醚、
葡萄糖、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾、碘、碘化钾、次甲
基蓝、乙醇、甲基红，均为分析纯。
１．２ 仪器与设备
ＪＡ５００３电子分析天平，１０１型电热鼓风干燥
箱，ＳＹＣ－１５超级恒温水浴，Ｌ－５５０台式低速大容量
３２ 游新勇等：响应面法优化裸燕麦淀粉的提取工艺研究／２０１５年第１１期
离心机，笔式ｐＨ计，ＦＷ８０高速万能试样粉碎机。
１．３ 试验方法
１．３．１ 裸燕麦淀粉的提取工艺流程
裸燕麦→粉碎→过筛→裸燕麦粉→脱脂→
调浆→调ｐＨ值→搅拌→过滤去除筛上物→离心→
沉淀→淀粉浆→离心→洗涤→干燥→粉碎→裸燕麦
淀粉［３］。
将清理去杂的裸燕麦籽粒用粉碎机粉碎，过
８０目筛，得到裸燕麦粉，称取一定量的裸燕麦粉，加
入石油醚脱脂３～５次，将脱脂后的裸燕麦粉与
０．０１ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液按一定比例调成浆液，调
ｐＨ值，在恒温水浴锅中搅拌一定时间，过滤后去除
筛上物，滤液在３ ５００ｒ／ｍｉｎ离心１５ｍｉｎ，沉淀物用
自来水反复洗涤，离心３次以后，放入５０℃干燥箱
中干燥１２ｈ，粉碎，过８０目筛，即得裸燕麦淀粉。
１．３．２ 裸燕麦淀粉的提取率
淀粉提取率＝
淀粉提取物质量
裸燕麦粉质量 ×１００％。
１．３．３ 单因素试验
在ｐＨ１０、料液比１∶６、搅拌温度４０℃条件下，
考察不同搅拌时间６０、９０、１２０、１５０、１８０ｍｉｎ对裸燕
麦淀粉提取率的影响。
在搅拌时间１２０ｍｉｎ、料液比１∶６、搅拌温度
４０℃条件下，考察不同ｐＨ值８、９、１０、１１、１２对裸燕
麦淀粉提取率的影响。
在搅拌时间１２０ｍｉｎ、ｐＨ１０、搅拌温度４０℃条
件下，考察不同料液比１∶４、１∶６、１∶８、１∶１０、
１∶１２对裸燕麦淀粉提取率的影响。
在搅拌时间１２０ｍｉｎ、ｐＨ１０、料液比１∶６条件
下，考察不同搅拌温度２０、２５、３０、３５、４０℃对裸燕麦
淀粉提取率的影响。
１．３．４ 裸燕麦淀粉的提取工艺条件优化
在单因素试验的基础上，采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ中
心组合试验设计原理，以搅拌时间、ｐＨ值、料液比、
搅拌温度４个因素为自变量，以裸燕麦淀粉的提取
率为因变量，确定中心组合试验因素和水平，见
表１。
表１ 试验因素水平及编码
水平
搅拌时间（Ｘ１）
ｍｉｎ ｐＨ
值（Ｘ２）
料液比（Ｘ３）
ｇ∶ｍｌ
搅拌温度（Ｘ４）
℃
－１ ９０ ９ １∶４ ３０
０ １２０ １０ １∶６ ３５
１ １５０ １１ １∶８ ４０
１．３．５ 总淀粉的测定
采用 ＧＢ ５５１４—８５《粮食、油料检验 淀粉测
定法》。
１．３．６ 数据分析
采用Ｅｘｃｅｌ ２００３和Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ７．０软件对
试验数据分析处理。
２ 结果与分析
２．１ 裸燕麦淀粉提取工艺的影响因素分析
２．１．１ 搅拌时间对裸燕麦淀粉提取率的影响
由图１可见，随着搅拌时间的延长，裸燕麦淀粉
的提取率是先升高后降低，搅拌时间为１２０ｍｉｎ时
裸燕麦淀粉的提取率最高。原因可能是随着搅拌时
间的延长，裸燕麦中的淀粉物质与提取剂在单位时
间内存在较大的质量浓度梯度，扩散系数大，扩散速
率快［４］。当有效组分在提取剂中的溶解趋于饱和
后，再延长搅拌时间不但增加能耗，而且淀粉颗粒会
发生部分水解［５］，故裸燕麦淀粉提取率会下降。因
此，搅拌时间以１２０ｍｉｎ为最佳。
图１ 搅拌时间与裸燕麦淀粉提取率的关系
２．１．２ ｐＨ值对裸燕麦淀粉提取率的影响
由图２可见，随着ｐＨ值的不断增大，裸燕麦淀
粉的提取率呈先升高后降低的趋势，在ｐＨ值为１０
时，裸燕麦淀粉的提取率最大。研究表明，随着ｐＨ
值的增加，提取液的黏度也会增加，不利于裸燕麦淀
粉与蛋白质的分离，而且强碱条件下还会导致淀粉
的理化特性遭受破坏，从而不利于裸燕麦淀粉的提
取［６］，所以通过单因素试验确定最佳的ｐＨ值为１０。
图２ ｐＨ值与裸燕麦淀粉提取率的关系
游新勇等：响应面法优化裸燕麦淀粉的提取工艺研究／２０１５年第１１期 ３３
２．１．３ 料液比对裸燕麦淀粉提取率的影响
由图３可见，料液比为１∶６时，裸燕麦淀粉的
提取率最高。料液比太小时，溶液黏度较大，分子扩
散速率较低，从而使体系分散不均匀，不利于裸燕麦
淀粉分子的释放，裸燕麦淀粉的提取率较低［４］。当
料液比小于１∶６后，裸燕麦淀粉的提取率呈现缓慢
下降的趋势，料液比越小，废水的排放量也就越多。
因此，单因素试验确定料液比１∶６时为最佳。
图３ 料液比与裸燕麦淀粉提取率的关系
２．１．４ 搅拌温度对裸燕麦淀粉提取率的影响
由图４可见，随着搅拌温度的逐渐升高，裸燕麦
淀粉的提取率呈现先上升后下降的趋势，搅拌温度
为３０℃时裸燕麦淀粉的提取率最高。温度低于
３０℃时，淀粉分子游离的速度较慢，而且跟蛋白质、
纤维等大分子物质的结合较强，不便于分离使得淀
粉提取率较小。当温度温度高于３０℃后，随着温度
的升高部分淀粉颗粒会发生溶胀、糊化，使得溶液黏
度变大，不利于蛋白质和裸燕麦淀粉的分离。因此，
淀粉提取率逐渐下降。
图４ 搅拌温度与裸燕麦淀粉提取率的关系
２．２ 裸燕麦淀粉提取的工艺条件优化
２．２．１ 响应面试验设计及结果
在单因素试验的基础上，采用Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ中
心组合试验设计原理，以搅拌时间、ｐＨ值、料液比、
搅拌温度４个因素为自变量，以裸燕麦淀粉的提取
率为因变量，试验设计及结果见表２。
利用 Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｘｐｅｒｔ ７．０软件对表２中的试验
结果进行非线性回归分析，得到二次多元回归模型
为：Ｙ ＝ －１６９．９ ＋ ０．６０９ ７ Ｘ１ ＋ ４７．１１ Ｘ２ ＋
１４．２３ Ｘ３ － ４．８７４ Ｘ４ ＋ ０．０１８ ７ Ｘ１Ｘ２ －
０．０１１ ７ Ｘ１Ｘ３ ＋ ５．９２８ Ｘ１Ｘ４ － ０．１４６ ２ Ｘ２Ｘ３ －
０．１２０ ５ Ｘ２Ｘ４ － ０．０７６ ５ Ｘ３Ｘ４ － ２．８９０ Ｘ２１ －
２．２０２ Ｘ２２－０．７１５ ５ Ｘ２３＋０．０８３ ７ Ｘ２４，模型的可靠性
可通过方差分析及相关系数的显著性检验来考察，
结果见表３。
表２ Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计及结果
试验号 Ｘ１ Ｘ２ Ｘ３ Ｘ４ 淀粉提取率／％
１ －１ ０ －１ ０ ４４．２７
２ ０ ０ ０ ０ ５０．１２
３ ０ ０ ０ ０ ５１．２３
４ １ ０ ０ １ ４６．０７
５ ０ １ －１ ０ ４４．９０
６ －１ －１ ０ ０ ４５．８７
７ －１ ０ ０ １ ４７．８２
８ ０ －１ ０ －１ ５３．２２
９ ０ ０ ０ ０ ４９．５３
１０ ０ ０ ０ ０ ４９．９８
１１ ０ －１ １ ０ ４５．２１
１２ ０ ０ １ －１ ５５．１２
１３ ０ －１ －１ ０ ４４．６５
１４ ０ ０ １ １ ４６．５１
１５ ０ ０ －１ １ ４７．３２
１６ －１ ０ ０ －１ ５２．３９
１７ １ ０ １ ０ ４５．９２
１８ １ ０ －１ ０ ４６．８７
１９ －１ １ ０ ０ ４４．８３
２０ １ －１ ０ ０ ４６．５２
２１ １ １ ０ ０ ４７．７２
２２ ０ １ ０ １ ４８．２５
２３ ０ ０ －１ －１ ５２．８７
２４ ０ －１ ０ １ ４７．９１
２５ ０ ０ ０ ０ ５３．３０
２６ －１ ０ １ ０ ４６．１３
２７ ０ １ １ ０ ４４．２９
２８ ０ １ ０ －１ ５５．９７
２９ １ ０ ０ －１ ５０．２５
由表３可知，Ｆ回归＝７．９８，Ｐ＝０．０００２＜０．０１，
表明二次多元回归模型效应极显著；Ｆ失拟＝１．１６１，
说明失拟项与净误差没有显著的关联，失拟项Ｐ＝
０．４８０ ７＞０．０５，表明模型失拟度不显著，说明该回
归模型拟合效果良好；并且该模型的相关系数Ｒ２＝
０．７８９ ６，模型的调整决定系数Ｒ２Ａｄｊ＝０．６０４ ２，说明
该回归方程回归效果较好，该模型是合适的，可以用
此模型对裸燕麦淀粉的提取工艺进行分析和预测。
在变异来源中Ｘ４、Ｘ２１、Ｘ２２、Ｘ２３、Ｘ２４ 对裸燕麦淀粉提
取率的影响极显著；其余因素对裸燕麦淀粉提取率
的影响不显著。由此可见，各具体试验因素对响应
值的影响不是简单的线性关系。
３４ 游新勇等：响应面法优化裸燕麦淀粉的提取工艺研究／２０１５年第１１期
表３ 回归方程系数的显著性检验
变异来源 平方和 自由度 均方 Ｆ Ｐ 显著性
模型 ２８５．８ １４ ２０．４１ ７．９８０ ０ ０．０００ ２ ＊＊
Ｘ１ ０．３４６ ８ １ ０．３４６ ８ ０．１３５ ５ ０．７１８ ３
Ｘ２ ０．５５４ ７ １ ０．５５４ ７ ０．２１６ ７ ０．６４８ ７
Ｘ３ ０．４４０ ８ １ ０．４４０ ８ ０．１７２ ２ ０．６８４ ４
Ｘ４ １０７．６ １ １０７．６ ４２．０６ ＜０．０００ １ ＊＊
Ｘ１Ｘ２ １．２５４ １ １．２５４ ０．４９０ ２ ０．４９５ ３
Ｘ１Ｘ３ １．９７４ １ １．９７４ ０．７７１ ５ ０．３９４ ６
Ｘ１Ｘ４ ０．０３８ ０ １ ０．０３８ ０ ０．０１４ ９ ０．９０４ ７
Ｘ２Ｘ３ ０．３４２ ２ １ ０．３４２ ２ ０．１３３ ７ ０．７２０ ０
Ｘ２Ｘ４ １．４５２ １ １．４５２ ０．５６７ ４ ０．４６３ ７
Ｘ３Ｘ４ ２．３４１ １ ２．３４１ ０．９１４ ９ ０．３５５ ０
Ｘ２１ ５０．３８ １ ５０．３８ １９．６９ ０．０００ ６ ＊＊
Ｘ２２ ３１．４５ １ ３１．４５ １２．２９ ０．００３ ５ ＊＊
Ｘ２３ ５３．１２ １ ５３．１２ ２０．７６ ０．０００ ４ ＊＊
Ｘ２４ ２８．４２ １ ２８．４２ １１．１１ ０．００４ ９ ＊＊
残差 ３５．８２ １４ ２．５５９
失拟项 ２６．６４ １０ ２．６６４ １．１６１ ０．４８０ ７不显著
净误差 ９．１７７ ４ ２．２９４
总离差 ３２１．７ ２８
２．２．２ 优化工艺条件验证
根据软件分析得到裸燕麦淀粉提取的最佳工艺
条件为：搅拌时间１２０．３１ｍｉｎ、ｐＨ１０．１８、料液比
１∶６．３１、搅拌温度３０．００℃，此时，裸燕麦淀粉的提
取率达到预测中的最大值５８．２３％。考虑到实际操
作中的条件控制，对上述工艺参数进一步改进为：搅
拌时间１２０ｍｉｎ、ｐＨ１０、料液比１∶６．３、搅拌温度
３０℃，在此工艺条件下，进行３次验证试验，测得裸
燕麦淀粉的提取率为５６．８３％，与理论预测值较为
接近，且与模型预测值仅偏差１．４％，表明该模型对
裸燕麦淀粉的提取工艺条件优化是可行的。经测
定，裸燕麦淀粉的总淀粉含量为７２．５４％。
３ 讨论与结论
采用碱水洗涤法提取裸燕麦淀粉，建立了裸燕
麦淀粉的提取率与各工艺参数回归模型：Ｙ ＝ －
１６９．９ ＋ ０．６０９ ７ Ｘ１ ＋ ４７．１１ Ｘ２ ＋ １４．２３ Ｘ３ －
４．８７４ Ｘ４ ＋ ０．０１８ ７ Ｘ１Ｘ２ － ０．０１１ ７ Ｘ１Ｘ３ ＋
５．９２８ Ｘ１Ｘ４ － ０．１４６ ２ Ｘ２Ｘ３ － ０．１２０ ５ Ｘ２Ｘ４ －
０．０７６ ５ Ｘ３Ｘ４ － ２．８９０ Ｘ２１ － ２．２０２ Ｘ２２ －
０．７１５ ５ Ｘ２３＋０．０８３ ７ Ｘ２４，裸燕麦淀粉提取的最优工
艺条件为搅拌时间１２０ｍｉｎ、ｐＨ １０、料液比１∶６．３、
搅拌温度３０℃，在此工艺条件下，裸燕麦淀粉的提
取率为５６．８３％，为裸燕麦淀粉的工业化生产提供
了参考。
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究［Ｊ］．北京工商大学学报（自然科学版），２０１１，２９（５）：４１－
４５．
（责任编辑：赵琳琳）
（上接第３０页）
同时，新科斯糖对面团流变学影响较大，添加后
能使面团抗拉阻力、拉伸曲线面积、最大拉伸比例增
大，改善面团拉伸特性，并得出新科斯糖与３种低聚
糖最佳复配比例分别是３∶２、３∶２和２∶３。进一
步测定了新科斯糖与３种低聚糖的最佳复配比例对
面包比容和质构的影响，发现其均比空白面包品质
好，其中新科斯糖与低聚木糖３∶２复配时，比容质
构参数最好。
［参考文献］
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应用研究［Ｊ］．东北农业大学学报，２００６，３７（２）：１８０－１８３．
（责任编辑：赵琳琳）