二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化蛋黃油提取工藝研究

劉竹青 陳有亮

(浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，杭州 310058)

蛋黃油是蛋黃中的三酰甘油、膽固醇和微量核黃素等物質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)［1］。它含有多種不飽和脂肪酸［2］，具有防治心腦血管疾?。?］、增強(qiáng)免疫力［4］、提高記憶力［5］等多種生理功能。廣泛用于凍傷［6］、燙傷［7］及保健食品等方面。

蛋黃油的傳統(tǒng)提取采用干餾法、烘焙法，其操作簡(jiǎn)單，但出油率低，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，難以大規(guī)模生產(chǎn)［8］。近年來(lái)，有機(jī)溶劑提取法［9］、酶法提取法［10］、亞臨界丙烷提?。?1］以及超臨界 CO2提?。?2］逐漸被引入到蛋黃油的提取。其中有機(jī)溶劑提取法在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用最多［13］，此方法設(shè)備投資小，生產(chǎn)成本低，提取效率高，經(jīng)濟(jì)性較好。但有機(jī)溶劑提取法存在一定的溶劑殘留，尤其有些溶劑還具有毒性。本文采用無(wú)毒溶劑乙醇作為萃取劑，從已經(jīng)提取磷脂的鴨蛋黃渣中提取蛋黃油，以提高產(chǎn)品的安全性，為更充分利用蛋黃資源以及更廣泛地應(yīng)用蛋黃油提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

蛋黃渣:自制，用鴨蛋黃液加10倍92%乙醇提取磷脂后，再在45～55℃烘干。

無(wú)水乙醇、甲醇、氯仿:AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

L－550低速離心機(jī):湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司;恒溫水油浴鍋:上海羌強(qiáng)儀器設(shè)備有限公司;R系列旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海申生科技有限公司;BAO－250A精密鼓風(fēng)干燥箱:施都凱儀器設(shè)備(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 提取工藝流程

鴨蛋黃渣→無(wú)水乙醇提取→離心→上清液濃縮→干燥→蛋黃油

1.2.2 操作要點(diǎn)

提取:每次試驗(yàn)取50 g蛋黃渣，加入一定倍數(shù)的無(wú)水乙醇，在高溫下回流提取。

離心:在4 000 r/min下離心15 min，收集上清液。

濃縮:將上清液在50℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，除去乙醇。

干燥:將濃縮后的油脂放入鼓風(fēng)干燥箱中，65℃下干燥，稱(chēng)重。

1.2.3 蛋黃渣總油脂含量測(cè)定

采用氯仿－甲醇提取法測(cè)定蛋黃渣油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［14］。

1.2.4 蛋黃出油效率計(jì)算

1.2.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別單獨(dú)考察料液比(1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL)、提取溫度(60、70、80、90 ℃)、提取時(shí)間(30、40、50、60、70、80、90 min)對(duì)出油效率的影響。

1.2.6 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)［15］

根據(jù)1.2.5節(jié)單因素試驗(yàn)結(jié)果確定考察因素水平，設(shè)計(jì)二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)。1.2.7數(shù)據(jù)處理采用SAS軟件對(duì)二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 料液比對(duì)出油效率的影響

固定提取溫度80℃，提取時(shí)間60 min，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。由圖1可知，出油效率隨料液比的增大而上升，但料液比≤1∶10時(shí)，提取率升高幅度較小;當(dāng)料液比1∶12時(shí)，提取率大幅度提高，達(dá)到90%以上。因此確定最佳料液比為1∶12 g/mL左右為宜。

圖1 料液比對(duì)出油效率的影響

2.1.2 提取溫度對(duì)出油效率的影響

固定料液比1∶10，提取時(shí)間60 min，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。由圖2可知，當(dāng)溫度在60～75℃的范圍內(nèi)時(shí)，提取率隨著溫度的升高而增加，這是因?yàn)榈包S油在無(wú)水乙醇中的溶解度隨著溫度的升高而增加。當(dāng)溫度超過(guò)75℃時(shí)，由于溫度過(guò)高，蛋黃油不穩(wěn)定，從而出油效率下降。因此，提取溫度不宜過(guò)高，同時(shí)考慮到能耗成本，溫度控制在75℃左右為宜。

圖2 提取溫度對(duì)出油效率的影響

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)蛋黃油提取率的影響

固定料液比1∶10，提取溫度80℃，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。由圖3可知，提取時(shí)間在40～60 min范圍內(nèi)時(shí)，出油效率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，出油效率反而急劇下降?？紤]到提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加蛋黃油的不穩(wěn)定性，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加成本，因此，提取時(shí)間為1 h左右為宜。

圖3 提取時(shí)間對(duì)出油效率的影響

2.2 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定各因素較佳的水平進(jìn)行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因素、水平及編碼見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的因素水平編碼表

表2 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表

2.2.2 回歸方程及分析

根據(jù)表2結(jié)果，通過(guò)SAS軟件分析，建立蛋黃油提取率與三因素的數(shù)學(xué)回歸模型，得到回歸方程:

式中:X1、X2、X3分別為料液比、提取溫度、提取時(shí)間的編碼值。

回歸模型方差分析和回歸系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果如表3和表4所示。由表3可知，方程失擬檢驗(yàn)F1=0.37＜ F0.05(5，8)=3.69，P=0.858 2，檢驗(yàn)不顯著，說(shuō)明未知因子對(duì)試驗(yàn)結(jié)果干擾很小;擬合檢驗(yàn)F2=22.08＞ F0.01(9，13)=4.19，P ＜0.000 1，檢驗(yàn)極顯著，說(shuō)明所得方程與實(shí)際情況擬合很好，可準(zhǔn)確反映料液比、提取溫度和提取時(shí)間對(duì)出油效率的影響。同時(shí)，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.94，直觀顯示出油效率與料液比、提取溫度和提取時(shí)間的高相關(guān)度。

表3 回歸模型方差分析表

由表4可知，影響出油效率各因素的主次順序?yàn)閄1＞X2＞X3，即料液比對(duì)出油效率影響最大，其次是提取溫度，最后是提取時(shí)間。

表4 回歸系數(shù)檢驗(yàn)表

2.2.3 單因子效應(yīng)分析

采用降維分析方法，將其他因子固定在0水平，得到單因子的效應(yīng)方程，以此來(lái)描述該因子變動(dòng)對(duì)Y值的影響。單因子效應(yīng)曲線圖如圖4所示

圖4 單因子效應(yīng)曲線

由圖4可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，料液比對(duì)出油效率的影響是持續(xù)增大的，當(dāng)編碼值大于1時(shí)，提取率的增大趨勢(shì)趨于平緩。提取溫度和提取時(shí)間對(duì)出油效率的影響趨勢(shì)都是先增大后減小。當(dāng)編碼小于0.25時(shí)，提取溫度和提取時(shí)間表現(xiàn)為正效應(yīng);當(dāng)編碼值大于0.25時(shí)，表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。

2.2.4 雙因子效應(yīng)分析

由表3可知，X1X3、X2X3的交互作用不顯著，只有X1X2交互作用顯著。因此只分析料液比與提取溫度間的交互效應(yīng)，其交互效應(yīng)方程為:

X1與X2的交互效應(yīng)曲線如圖5所示。

由圖5可知，在一定范圍內(nèi)，增大溶劑倍數(shù)和升高提取溫度都可增加出油效率。當(dāng)提取溫度固定在最低水平時(shí)，料液比對(duì)蛋黃油提取率影響微弱，當(dāng)料液比固定在最低水平時(shí)，提取率隨著溫度的升高，先增大后減小。這表明料液比與提取溫度有著明顯的交互作用，出油效率的變化不是單純料液比與提取溫度的線性疊加。當(dāng)料液比編碼值在0～1.682，提取溫度編碼值在0～1.682時(shí)，交互作用達(dá)到最大。

圖5 料液比與提取溫度的交互效應(yīng)曲線

2.2.5 最佳提取條件及驗(yàn)證

通過(guò)回歸方程求Y極值，在本試驗(yàn)條件下，出油效率的理論極值為94.30%，此時(shí)提取最佳條件為:X1=1.682、X2=1.107、X3=0.810，即料液比為1∶12、提取溫度為81.64℃、提取時(shí)間為52.30 min。在最佳試驗(yàn)條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，提取率可達(dá)92.60%，與理論值接近。進(jìn)一步驗(yàn)證了回歸模型的合理性。

3 結(jié)論

3.1 本試驗(yàn)應(yīng)用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，建立出油效率與料液比、提取溫度，提取時(shí)間的回歸模型，模型與實(shí)際擬合性好，能有效反映實(shí)際情況，為利用無(wú)水乙醇提取蛋黃油的工藝提供了基礎(chǔ)。

3.2 通過(guò)SAS軟件分析，得到了蛋黃油最佳提取工藝為:料液比1∶12、提取溫度為82℃、提取時(shí)間52 min。最高理論出油效率可達(dá)94.30%在試驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素對(duì)出油效率作用大小依次為料液比＞提取溫度＞提取時(shí)間。因此，用乙醇提取蛋黃油是一種安全，高效，操作簡(jiǎn)便的方法。

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