全 文 ：第 卷第 期
年 月
河南工业大学学报 自然科学版
群
,
文章编号 一 一 一
网络出版网址 ,
网络出版时间 一一
花生壳水溶性膳食纤维超声提取工艺响应面优化
王若兰 ,牛会敏 ,邓立阳 ,杨 超 ,赵蒙蒙
河南工业大学 粮油食品学院 ,河南 郑州
摘要 以花生壳为原料 ,在单因素试验基础上 ,考察粗细度 、溶剂浓度 、料液比 、提取温度 、提取时
间 、超声功率 个因素对水溶性膳食纤维提取率的影响 ,并通过 一 试验设计和响应面
分析法 ,确定超声提取的最佳工艺条件为 质量浓度 ,提取时间 ,粗细度
目 ,料液比 ,提取温度 ℃,超声功率 ,在此条件下 ,提取率为
关键词 花生壳 水溶性膳食纤维 超声提取 响应面优化
中图分类号 文献标志码
前言
膳食纤维是人体健康所必需的 “第七大营养
素 ” ,尤其是水溶性膳食纤维 叮 ,
不仅在预防某些疾病 心血管病 、糖尿病 及降
糖减肥 、解毒降脂等方面具有重要作用 ,而且作为
食品添加剂应用于焙烤食品 、饮料 、乳制品及冰淇
淋等食品中 ,亦取得较好效果 州 谷类 、水果 、豆类
等原料中都含有丰富的膳食纤维 ,而花生壳中粗纤
维含量高达 一 , 作为生产膳食纤维廉
价易得的原料 ,具有很好的经济和社会效益 ` 超
声波提取是一种利用超声波在液体中产生的空化
效应以及其对作用物产生的机械作用从而使大分
子达到机械性断键效果的技术 , 其与传统提取工
艺 碱浸提 、酶解法 相 比较 ,具有提取时间短 、提
取效率高等优点 ”` 作者以花生壳为原料 ,采用响
应面分析法 ,以提取得率为指标 ,对影响水溶性膳
食纤维超声波提取工艺各项参数进行优化 , 以期
提高提取率 , 为花生壳膳食纤维的生产工艺提供
基础数据
氢氧化钠 、无水乙醇 、无水乙醚 、硅藻土均为分
析纯
一 型超声波清洗机 昆山市超声仪
器有限公司 一 型低速 自动平衡离心机
北京时代北利离心机有限公司 一 型六联恒
温磁力搅拌器 金坛市华峰仪器有限公 司
一 型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂
方法
· 提取工艺流程 一
花生壳 、 去杂 、粉碎 、过筛 、 加乙醚脱脂 干
燥升氢氧化钠磁力搅拌浸提 。超声波辅
助 。离心 。上清液一浓缩一醇沉 倍无水乙醇
沉淀 。抽滤 。干燥 、粉碎升
水溶性膳食纤维 得率计算
水溶性膳食纤维是指能被 倍无水乙醇沉淀
的那部分膳食纤维
得率 二
单因素试验
质量样品质量
材料与方法
材料 、试剂与仪器
花生壳 年购于河南郑州榨油厂
收稿 日期 一 一
基金项目 河南 仁业大学研究生教育创新基金
作者简介 王若兰 一 ,女 ,河南开封人 ,教授 ,研究方向为粮油
储藏
为了确定工艺条件 ,分别研究样品粗细度 、溶剂
浓度 、料液比 、超声时间 、超声温度 、超声功率 个因
素对 得率的影响 , 单因素试验因素及水平见表
,试验条件组合见表
响应面优化试验
以单因素试验为基础 ,根据 一 中心
组合试验原理设计建立数学模型 以粗细度 、料液
比 、提取温度 、超声功率为自变量 ,设计 因素
水平的响应面试验 ,以确定最优提取工艺条件 响
应面试验因素编码及水平见表
第 期 王若兰 ,等 花生壳水溶性膳食纤维超声提取工艺响应面优化
表 单因素试验因素及水平
水平 粗细度 目 氢氧化钠添加量· 一,
料液比
一, 提取时旬 提取温度 ℃ 超声功率朋
氏,、︺勺︸
表 单因素试验条件
提取时间 氢氧化钠添加量, · 一,
料液比
· 一, 粗细度 目 提取温度 ℃ 超声功率朋
了傀丹、一门, ,`
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一
结果与分析 表
因 素
响应面试验因素与水平
编码及实际值
一
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眨
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粗细度 目
料液比 · 丁,
提取温度 ℃
超声功率朋
褂驶芝山
单因素试验结果与分析
单因素试验结果如图 一图 所示 , 可以看
出 膳食纤维提取率在原料粗细度 目时达到最
大 ,之后有所降低 ,因此确定粗细度响应面试验范
围为 一 目 随提取时间的增长 , 膳食纤维得
率逐渐升高 ,在 时达到最大 ,之后 得率
逐渐趋于稳定 ,从经济成本考虑 ,确定提取时间为
随着料液比的增加 ,提取率呈先上升后下
降的趋势 ,在 处达到最大 氢氧化钠质量浓度
对提取率影响不大 , 在 留 处达到最大 膳
食纤维率提取随温度升高 , 呈现先上升后下降的
趋势 ,在 ℃时达到最大 随着超声功率的增大 ,
膳食纤维提取率逐渐增大 ,在 时达到最大 ,
之后有所下降
花生壳水溶性膳食纤维超声提取工艺的优化
响应面试验设计及结果
根据单因素试验结果确定提取时间为 、
氢氧化钠质量浓度为 留 , 其他 个因素的
水平及响应面试验结果见表 和表
回归方程和方差分析
由 一 试验拟合回归方程为
二 一 一
一 一 一 一
一 一 一
回归方程方差分析见表
奶 印 即
粗细度 目
图 粗细度对 得率的影响
由表 可知 ,该模型效应极显著 ,失拟不显著 ,
信噪比 乙 远大于 ,可知回归方程拟合度与可
信度均很高 ,试验误差较小 ,用于花生壳水溶性膳
食纤维超声提取的分析与预测比较可靠 个因素
对提取率的影响顺序为 超声功率 粗细度 料
河南工业大学学报 自然科学版 第 卷
一
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匕
提取时间 料液比 一,
图 提取时间对 得率的影响 图 料液比对 得率的影响
一 一厂`求、哥牢铸自铃牢攀﹂仍自
氢氧化钠添加量 图 , 提取温度 ℃
图 氢氧化钠浓度对 得率的影响 图 提取温度对 得率的影响
超声功率阴
的增加 , 得率先增加 ,之后趋于平缓 粗细度一
定时 , 随着料液比的增加 , 得率呈先增加后下
降的趋势 ,趋势与单因素试验相同 ,由此可知 ,粗
细度与料液比交互作用不显著 图 显示 ,粗细度
与提取温度的交互作用和粗细度与料液比的交互
作用对得率的影响基本相同
由图 可知 ,粗细度一定时 ,超声功率对
得率影响不大 但超声功率一定时 ,随着粗细度的
增加 , 得率呈先增加后减少的趋势 , 但变化幅
度不大 两者交互作用不显著
由图 可知 ,料液比与提取温度对 得率
的影响效果相似 ,提取温度一定时 ,随着料液比的
增加 , 得率呈先增加后下降的趋势 , 但从 川
到 卜 增加的幅度大于从 到 下降的幅
度 当料液比一定时 ,提取温度对于 得率的影
响亦然 两者交互作用不显著
由图 可知 ,超声功率一定时 ,随着料液比的
增加 , 得率呈先增加后下降的趋势 料液比一
定时 , 随着超声功率的增强 , 得率变化比较平
缓 ,说明两者有一定交互作用 ,但并不显著
由图 可知 ,提取温度一定时 ,随着超声功率
瘫驶岁﹄叻
一划匕
图 超声功率对 得率的影响
液比 提取温度 经方差分析得 、牙 、口项极显
著 ,但各因素交互作用影响均不显著 ,说明各因素
间交互作用较小
响应面分析和优化
响应曲面的下延速度快慢能直观反映两因素
的相互影响【 图 一图 表明 ,各因素之间相互
作用并不显著
由图 可 以看 出 ,料液比一定时 ,随着粗细度
第 期 王若兰 ,等 花生壳水溶性膳食纤维超声提取工艺响应面优化
表 一 试验设计及结果
试验号 粗细度 目 召料液比 · 一, 提取温度 ℃ 超声功率 提取率
】
】
】
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一
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表 回归方程方差分析结果
参数
模型
口
少
召刀
残差
失拟
误差
总和
平方和
乡
一
自由度 开 显著性
一气,、月孟口
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均方
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值
一
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刀
洲〕
《
一
一
一
住
注 表示在 住 水平上显著 , 表示在 二几 水平上极显著
河南工业大学学报 自然科学版 第 卷
铸牢吸岁口
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驶锌山口岁
料液比 ·` 粗细匆 目
图 粗细度与料液比相互作用曲面 图 粗细度与提取温度相互作用曲面
哥旅洛岁自
超声功
民认丘
锌班霹洛口
提取温度 ℃ 】】 料液比 毗 ,
图 粗细度与超声功率相互作用曲面
哥呼芝沁口
民又
哥旅山岁
超声功 、 料液比
图 料液比与超声功率相互作用曲面 图 提取温度与超声功率相互作用曲面
的增强 , 得率逐渐增加 ,渐趋于平缓 超声功率
一定时 , 随着温度的升高 , 得率呈先增加后下降的趋势 ,但升高幅度较大 两者交互作用不显著
由响应面分析结果可知 , 花生壳膳食纤维超
声提取的最佳工艺条件 粗细度 目 ,料液比
,提取温度 ℃,超声功率 ,提
取率
结合试验条件 , 将最优条件修正为粗细度为
目 ,料液比为 ,提取温度为 ℃,超声功率
为 ,进行验证试验 ,提取率为 ,与预测
第 期 王若兰 ,等 花生壳水溶性膳食纤维超声提取工艺响应面优化
值接近 , 表明该模型能很好地预测花生壳中水溶
性膳食纤维的超声提取情况
结论
在单因素试验基础上 , 通过响应面法优化花生
壳中水溶性膳食纤维超声提取的最佳工艺条件 ,建立
了超声波辅助提取花生壳水溶性膳食纤维的回归模
型 响应面试验分析优化得到超声提取的最佳工艺条
件为 质量浓度 岁 ,提取时间 ,提
取时粗细度 目 ,料液比 ,提取温度 ℃ ,超
声功率 ,在此条件下 ,提取率为
参考文献
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