全 文 ：书第２７卷 第４期
２０１４年１２月
仲恺农业工程学院学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｏｎｇｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１４
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－５６６３．２０１４．０４．００ １４４ＺＫ０７
收稿日期：２０１４－１０－２０
基金项目：作者简介：黄杰（１９８９－），男，广东湛江人，在读硕士研究生． 通信作者：Ｅｍａｉｌ：ｙｕｘｉｎ１９５９＠ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｍ
响应面法优化瓜儿豆胶提取工艺
黄 杰１，黄健峰２，陈珊虹１，于 新１，黄士玮２，桑圣贤２
（１．仲恺农业工程学院 轻工食品学院，广东 广州 ５１０２２；
２．新疆巨丰汇农有限公司，新疆 克拉玛依 ８３４０００）
摘要：以瓜儿豆 （Ｃｙａｍｏｐｓｉｓｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂａ（Ｌｉｎｎ．）Ｔａｕｂ．）种子为原料，在单因素试验的基础上，选定料液比、
浸提温度和ｐＨ进行中心组合试验，利用响应面法优化瓜儿豆胶的提取工艺．结果表明，瓜儿豆胶的优化提取工
艺条件为：ｐＨ４０，５２℃，料液比１∶３０ｇ／ｍＬ，验证试验表明，瓜儿豆胶的提取率实际值为３０３％，与预测值
（３０６％）接近．
关键词：瓜儿豆胶；响应面分析；提取工艺；优化
中图分类号：ＴＳ２６１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－５６６３（２０１４）０４－００００－００
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｕａｒｇｕｍｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｂｙｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ＨＵＡＮＧＪｉｅ１，ＨＵＡＮＧＪｉａｎｆｅｎｇ２，ＣＨＥＮＳｈａｎｈｏｎｇ１，ＹＵＸｉｎ１，ＨＵＡＮＧＳｈｉｗｅｉ２，ＳＡＮＧＳｈｅｎｇｘｉａｎ２
（１．ＣｏｌｅｇｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＦｏｏｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｏｎｇｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２２５，Ｃｈｉｎａ；
２．ＸｉｎｊｉａｎｇＪｕｆｅｎｇＨｕｉｎｏｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｋａｒａｍａｙ８３４０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｇｕａｒｇｕｍｆｒｏｍ
ｔｈｅｓｅｅｄｏｆＣｙａｍｏｐｓｉｓｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂａ（Ｌｉｎｎ．）Ｔａｕｂ．ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｔｅｓｔｗｉｔｈｔｅｍ
ｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨａｎｄｒａｔｉｏｏｆｍａｔｅｒｉａｌｔｏｗａｔｅｒｗｅｒｅｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉ
ｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｇｕａｒｇｕｍｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｗｅｒｅ：ｐＨ４０，５２℃ ａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｉｄｔｏｌｉｑｕｉｄ１∶３０ｇ／ｍＬ，
ｔｈｅａｃｔｕａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｇｕａｒｇｕｍｒｅａｃｈｅｄｕｐｔｏ３０３％，ｗｈｉｃｈｗａｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｖａｌｕｅｏｆ
３０６％．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｕａｒｇｕｍ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
瓜儿豆胶也称瓜儿胶、胍胶，是一种主要由瓜
儿豆 （Ｃｙａｍｏｐｓｉｓｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂａ（Ｌｉｎｎ．）Ｔａｕｂ．）种
子胚乳水解得到的线状天然半乳甘露聚糖胶［１］．
瓜儿豆胶是较为廉价而又广泛使用的亲水胶体之
一，可用于替代食品工业中使用的果胶和明胶［２］，
其作为一种食品添加剂在食品工业中的应用范围日
益扩大［３］．瓜儿豆主要种植在印度和巴基斯坦等
地的干旱和半干旱地区［４］，我国从上世纪９０年代
起就从国外引种，但一直没有成功，直到近年才有
企业试种成功［５］．我国瓜儿豆原料缺乏，因此研
究瓜儿豆胶提取工艺的报道极少．作者采用响应面
分析法优化瓜儿豆胶的水解提取工艺，以期为我国
企业改进瓜儿豆胶生产工艺提供试验依据．
１ 材料和方法
１１ 材料与试剂
瓜儿豆：新疆巨丰汇农有限公司提供．
１２ 工艺流程
瓜儿豆种子→粉碎→种子粉末 （柠檬酸水溶
液调节ｐＨ）→加热浸提→离心分离→取清液→浓
缩→烘干粉碎→瓜儿豆胶
１３ 操作要点
１３１ 原料处理 筛选无杂质的瓜儿豆，清洗烘
干，粉碎，过６０～８０目筛，得到瓜儿豆粉末．
１３２ 加热浸提 取５０ｇ瓜儿豆种子粉末，加入
２５～４０倍质量的清水，搅拌均匀，以０５ｍｏｌ／Ｌ柠
网络出版时间：2014-11-19 17:08
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1674-5663.2014.04.00.html
檬酸调节 ｐＨ至２５～４５，在５０～９０℃下加热搅
拌，得到黏稠的浆状液，３６００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ，
取上清液．
１３３ 浓缩 将上清液置于旋转蒸发仪中，浓缩
至原体积的５０％～６０％，呈半流体状态．
１３４ 烘干粉碎 将黏稠的半流体浆状液倒入白
色浅瓷盘中，６０℃热风干燥，得到片状瓜儿豆胶．
粉碎后即得到粉末状瓜儿豆胶．
１４ 瓜儿豆胶提取率的测定
将上述风干后的片状瓜儿豆胶称量．然后计算
出胶率：
瓜儿豆胶出胶率 （％） ＝瓜儿豆胶的质量／原
料质量×１００％
１５ 不同因素水平对瓜儿豆胶提取率的影响
１５１ 料液比对瓜儿豆胶提取率的影响 取料液比
分别为１∶２５、１∶３０、１∶３５、１∶４０和１∶４５ｇ／ｍＬ的提
取液，调ｐＨ３５在６０℃下加热１５ｈ．以出胶率
为评价指标，考察料液比对瓜儿豆胶提取率的影
响．
１５２ ｐＨ对瓜儿豆胶提取率的影响 取料液比１
∶３５ｇ／ｍＬ的提取液，用 ０５ｍｏｌ／Ｌ柠檬酸分别调
ｐＨ至２５、３０、３５、４０、４５，６０℃下加热１５
ｈ．以出胶率为评价指标，考察 ｐＨ对瓜儿豆胶提
取率的影响．
１５３ 浸提温度对瓜儿豆胶提取率的影响 取料
液比１∶３５ｇ／ｍＬ的提取液，调ｐＨ３５，分别在５０、
６０、７０、８０和９０℃下加热浸提１５ｈ．以出胶率
为评价指标，考察温度对瓜儿豆胶提取率的影响．
１５４ 加热时间对瓜儿豆胶提取率的影响 取料
液比１∶３５ｇ／ｍＬ的提取液，调 ｐＨ３５，在６０℃下
分别加热０５、１０、１５、２０和２５ｈ．以出胶率
为评价指标，考察加热时间对瓜儿豆胶提取率的影
响．
１６ 响应面法优化瓜儿豆胶的提取工艺
通过单因素试验确定显著水平，以出胶率作响
应值，采用ＤｅｓｉｇｎＥｘｐｅｒｔ８０５ｂ软件设计３因素３
水平响应面试验方案，对瓜儿豆胶提取工艺参数进
行优化分析．
１７ 验证试验
根据响应面分析所建立的数学模型，获得响应
值最大时的最优化条件．在该条件下重复 ３次试
验，计算出胶率平均值，与二次回归方程得出的预
测值进行对比验证，以确认获得瓜儿豆胶提取的最
佳工艺条件．
２ 结果与讨论
２１ 瓜儿豆胶提取的单因素实验
２１１ 料液比的确定 随着料液比的升高，瓜儿
豆胶的出胶率先升高，在１∶３５ｇ／ｍＬ时达到最大，
之后逐渐降低．原因可能是瓜儿豆胶水解加剧，且
料液比的升高不利于后续对溶液的浓缩．结果表明
料液比１∶３５ｇ／ｍＬ时瓜儿豆胶提取效果较好，因此
选择料液比１∶３０、１∶３５、１∶４０ｇ／ｍＬ设计响应面分
析实验．
图１ 不同料液比对出胶率的影响
Ｆｉｇ１ Ｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｒａｔｉｏｏｆｓｏｌｉｄｔｏ
ｌｉｑｕｉｄｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
２１２ 浸提ｐＨ的确定 随着提取液 ｐＨ的升高，
瓜儿豆胶出胶率先开高后降低，在 ｐＨ３５处达到
最大 （图２）．这是因为 ｐＨ值较高或较低时瓜儿
豆胶易发生水解，降低了出胶率．因此选择 ｐＨ
３０、３５、４０设计响应面分析试验．
图２ 不同ｐＨ对出胶率的影响
Ｆｉｇ２ ＴｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｐＨｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
２１３ 浸提温度的确定 瓜儿豆的出胶率随浸提
温度的升高先开高后降低在６０℃时达到最大 （图
３）．这可能是因为温度过高，多糖水解加剧，其
结构遭到破坏，出胶率反而下降．试验还发现，温
度越高，提取液颜色越深，提取液中色素等杂质增
多，最佳浸提温度应在６０℃附近，因此选取５０、
２ 仲恺农业工程学院学报 第２７卷
６０、７０℃设计响应面分析实验．
图３ 不同浸提温度对出胶率的影响
Ｆｉｇ３ Ｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
２１４ 加热时间的确定 随着加热时间的延长，
瓜儿豆胶提取率先开高后降低，在１５ｈ时达到最
大 （图４）．这可能是因为时间较长时瓜儿豆胶发
生了水解．但整体显示，时间对出胶率无显著影
响．考虑到延长加热时间对出胶率无大的影响和实
际工厂耗能的因素，应用响应面对实验进行设计时
不考虑加热时间作为影响瓜儿豆胶提取工艺的主要
因素，在后面的响应面实验过程中均选用加热时间
为１５ｈ．
图４ 不同加热时间对出胶率的影响
Ｆｉｇ４ Ｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅｏｎｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ
２２ 响应面分析法优化瓜儿豆胶提取工艺
根据单因素实验，确定响应面试验各因素水平
（表１）．
表１ 因素水平表
Ｔａｂｌｅ１ Ｆａｃｔｏｒｓａｎｄｌｅｖｅｌｓ
水平
Ｌｅｖｅｌ
ＡｐＨ
Ｂ浸提温度
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／℃
Ｃ料液比
Ｓｏｌｉｄｌｉｑｕｉｄ
ｒａｔｉｏ／（ｇ／ｍＬ）
－１ ３．０ ５０ １∶３０
０ ３．５ ６０ １∶３５
１ ４．０ ７０ １∶４０
响应面试验结果如表２，建立模型为：
Ｙ＝２８１６＋０２５Ａ－１７５Ｂ－０４０Ｃ－１００ＡＢ
－２２５ＡＣ＋１５０ＢＣ－０９８Ａ２－２５８Ｂ２－１２３Ｃ２．
表２ 响应面试验结果
Ｔａｂｌｅ２ Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
试验号
ＮＯ．
因素水平Ｆａｃｔｏｒｓｌｅｖｅｌ 出胶率Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｒａｔｅ／％
Ａ Ｂ Ｃ
试验值
Ａｃｔｕａｌｖａｌｕｅ
预测值
Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｖａｌｕｅ
１ １ ０ ０ ２７．３ ２７．４
２ ０ １ ０ ２３．７ ２３．８
３ －１ １ １ ２５．８ ２５．７
４ １ １ －１ ２２．１ ２２．０
５ ０ ０ ０ ２８．３ ２８．２
６ ０ ０ ０ ２８．５ ２８．２
７ ０ ０ １ ２６．４ ２６．５
８ ０ －１ ０ ２７．２ ２７．３
９ －１ －１ －１ ２３．６ ２３．５
１０ －１ ０ ０ ２６．８ ２６．９
１１ １ －１ １ ２２．３ ２２．２
１２ ０ ０ ０ ２８．３ ２８．２
１３ ０ ０ ０ ２８．１ ２８．２
１４ ０ ０ －１ ２７．２ ２７．３
响应面方差分析结果如表３．模型Ｐ＝００００２＜
００５，说明该模型显著；失拟项 Ｐ＝００６９６＞
００５，Ｒ２ａｄｊ＝０９８６１，该模型能解释约９８％响应值
的变化，说明该模型拟合程度良好，试验误差小，
表３ 方差分析表１）
Ｔａｂｌｅ３ Ｖａｒｉａｎｃｅｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅｍｏｄｅｌ
反差来源
Ｓｏｕｒｃｅ
平方和
Ｓｕｍｏｆ
ｓｑｕａｒｅｓ
自由度
Ｄｅｇｒｅｅｏｆ
ｆｒｅｅｄｏｍ
均方
Ｍｅａｎ
ｓｑｕａｒｅ
Ｆ值 Ｐ
模型Ｍｏｄｅｌ ６６．１３ ９ ７．３５ １０３．３０ ０．０００２
Ａ ０．１３ １ ０．１３ １．７６ ０．０２５５
Ｂ ６．１３ １ ６．１３ ８６．１０ ０．０００８
Ｃ ０．３２ １ ０．３２ ４．５０ ０．０１０１
ＡＢ １．３３ １ １．３３ １８．７４ ０．０１２４
ＡＣ ６．７５ １ ６．７５ ９４．８９ ０．０００６
ＢＣ ３．００ １ ３．００ ４２．１７ ０．００２９
Ａ２ ２．４７ １ ２．４７ ３４．７５ ０．００４１
Ｂ２ １７．１９ １ １７．１９ ２４１．６８＜０．０００１
Ｃ２ ３．９０ １ ３．９０ ５４．８０ ０．００１８
残差Ｒｅｓｉｄｕａｌ ０．２８ ４ ０．０７１
失拟项Ｌａｃｋｏｆｆｉｔ ０．２０ １ ０．２０ ７．６７ ０．０６９６ＮＳ
净误差Ｎｅｔｅｒｏｒ ０．０８０ ３ ０．０２７
校正项Ｃｏｒｅｃｔｉｏｎｔｅｒｍ６６．４２ １３
１）ＮＳ表示不显著；、分别表示 Ｐ＜００５、Ｐ＜００００１．ＮＳ
ｍｅａｎｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ； ａｎｄ Ｐ＜００５，Ｐ＜００００１．
３ 第４期 黄 杰，等：响应面法优化瓜儿豆胶提取工艺
可以用来预测试验结果．３个因素对试验结果都有
显著性影响，各因素对瓜儿豆胶提取工艺条件影响
的次序为：Ｂ＞Ｃ＞Ａ，即浸提温度 ＞液料比 ＞ｐＨ；
因素间的交互作用 ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ对试验结果也有
显著性影响．
２３ 验证试验
根据所建立的数学模型，得到响应值最大时的
最优条件：ｐＨ４０，浸提温度５２℃，料液比１∶３０
ｇ／ｍＬ，按照此条件重复３次试验，出胶率分别为
３０３％、３０２％、３０４％，回归方程所得的预测值
３０６％与验证试验的平均值 ３０３％的相差不大，
因此，瓜儿豆胶最佳提取工艺条件为：ｐＨ４０，５２
℃，料液比１∶３０ｇ／ｍＬ．
３ 小结
在单因素试验的基础上采用响应面分析法，优
化瓜儿豆胶的提取工艺为：ｐＨ４０，５２℃，料液
比１∶３０ｇ／ｍＬ，在此条件下瓜儿豆胶的提取率为
３０３％，与理论最优值 （３０６％）十分接近．
本试验在提取过程中，通过控制浸提 ｐＨ使瓜
儿豆胶大量溶出，并不需要加压水解和乙醇沉淀分
离［１］．所得的瓜儿豆胶为具有很好的水溶性和增
稠性，但不能快速溶胀和水合，溶解速度慢；水不
溶物含量高；黏度不易控制；易被微生物分解而不
能长期保存．这些缺点使瓜儿豆胶的应用受到很大
限制，还需要通过物理、化学、和生物等方法改变
其理化特性，使其被更加广泛应用［６］．
参考文献：
［１］ 顾振东，刘晓艳．瓜尔豆胶的生产及其应用研究进展［Ｊ］．广
西轻工业，２０１０（７）：１１－１３，３４．
［２］ 华侨大学化工系．食品胶和工业胶手册［Ｍ］．福州：福建人民
出版社，１９８７．
［３］ 胡国华，翟瑞文．瓜尔豆胶的特性及其在食品工业中的应用
［Ｊ］．冷饮与速冻食品工业，２００２，８（４）：２６－２８．
［４］ 中国农业科学院农业信息研究所．利用转基因技术生产瓜尔
豆胶［Ｊ］．生物技术通报，２００５（６）：９９－９９
［５］ 裴江文，罗昂，陈丛敏，等．瓜尔豆产量形成的农业气象指标
研究［Ｊ］．新疆气象，２００２（３）：２４－２６．
［６］ 朱昌玲，薛华茂，孙达峰，等．改性瓜尔胶的研究进展［Ｊ］．
中国野生植物资源，２００５（４）：９－１２．
【责任编辑 夏成锋】
４ 仲恺农业工程学院学报 第２７卷